淺析機(jī)動(dòng)車尾氣排放檢測(cè)方法及影響因素

王春林

摘 要：機(jī)動(dòng)車的工具式普及極大方便了人們交通出行，但同時(shí)也帶來(lái)更嚴(yán)峻的尾氣污染治理局面。污染治理中，尾氣排放檢測(cè)是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。為此本文分析機(jī)動(dòng)車尾氣排放的檢測(cè)方法，明確尾氣排放的影響因素，以為機(jī)動(dòng)車尾氣污染治理方案優(yōu)化制定提供一定理論參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)動(dòng)車尾氣;尾氣污染;排放檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U467.48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

機(jī)動(dòng)車排放尾氣中含有多類毒害性化學(xué)物質(zhì)，進(jìn)入大氣后，除造成嚴(yán)重的汽車尾氣污染，還會(huì)影響人的身體健康。近年來(lái)有關(guān)汽車尾氣治理的工作不斷深入，其排放檢測(cè)方法也進(jìn)一步升級(jí)。為提高尾氣污染治理工作成效，有必要對(duì)排放檢測(cè)方法及其影響因素做分析總結(jié)。

1 機(jī)動(dòng)車尾氣排放檢測(cè)方法

1.1 雙怠速法

雙怠速法為一類較新的機(jī)動(dòng)車尾氣排放檢測(cè)技術(shù)。以汽油車為例，對(duì)雙怠速法的檢測(cè)流程進(jìn)行介紹。（1）檢測(cè)前，需確保目標(biāo)車輛處于廠家規(guī)定的正常狀態(tài)，且車體已安裝空氣濾清器、排氣消聲器和排氣后處理裝置，檢查車輛排氣系統(tǒng)密閉性是否達(dá)標(biāo)。另外，檢測(cè)過(guò)程應(yīng)確保發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液、潤(rùn)滑油的溫度不低于80℃，或達(dá)到廠家規(guī)定的熱狀態(tài)。（2）啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，并逐漸加速至70%的額定轉(zhuǎn)速或有關(guān)規(guī)定給出的暖機(jī)轉(zhuǎn)速，連續(xù)運(yùn)行30 s后回到怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。將測(cè)試儀取樣探頭深入排氣管400 mm以上深度并固定，采樣15 s后讀取測(cè)試儀在30 s內(nèi)的平均數(shù)值。（3）測(cè)試過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)任何一氧化碳與二氧化碳濃度和低于0.6%的情況或發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，應(yīng)停止測(cè)量并重新進(jìn)行。但受檢測(cè)原理所限制，無(wú)法測(cè)定高排放的NOX值，因此大部分地區(qū)已禁止/限制雙怠速法來(lái)檢測(cè)機(jī)動(dòng)車尾氣排放值。

1.2 工況法

相較于雙怠速法，工況法檢測(cè)的全面性更高。工況法包括穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和簡(jiǎn)易瞬態(tài)三類。其中，穩(wěn)態(tài)工況檢測(cè)需將機(jī)動(dòng)車驅(qū)動(dòng)輪停放在試驗(yàn)臺(tái)上，待汽車加速至工況速度并穩(wěn)定運(yùn)行后，使用電氣控制系統(tǒng)吸收裝置進(jìn)行功率調(diào)整，當(dāng)機(jī)動(dòng)車底盤測(cè)功機(jī)滾筒表面的總吸收功率達(dá)到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值后，使用五氣分析儀進(jìn)行污染物排放濃度檢測(cè)。也就是說(shuō)，利用底盤測(cè)功機(jī)，監(jiān)測(cè)機(jī)動(dòng)車在25 km/h和40 km/h兩個(gè)工況的尾氣排放數(shù)據(jù)，測(cè)定結(jié)果顯示為不同工況下的排放濃度。

瞬態(tài)工況檢測(cè)由計(jì)算機(jī)和采樣分析系統(tǒng)共同完成污染物檢測(cè)，采樣分析系統(tǒng)由底盤測(cè)功機(jī)、五氣分析儀及氣體流量分析儀組成[1]。檢測(cè)過(guò)程將機(jī)動(dòng)車固定在試驗(yàn)臺(tái)上，使用定容取樣法采集尾氣樣本，然后進(jìn)行污染物濃度測(cè)定。

簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況檢測(cè)使用的儀器主要是底盤測(cè)功機(jī)、五氣分析儀和氣體流量分析儀，檢測(cè)過(guò)程同樣需將汽車驅(qū)動(dòng)輪停放在底盤測(cè)功機(jī)上，將分析儀取樣探頭探入機(jī)動(dòng)車排氣管，要求探入深度不低于400 mm并將其固定。然后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)使其怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，持續(xù)40 s左右后循環(huán)，并進(jìn)行尾氣取樣檢測(cè)。

1.3 自由加速法

自由加速法主要被用于柴油車的尾氣排放檢測(cè)中。該檢測(cè)方法針對(duì)整車進(jìn)行，要求檢測(cè)前車輛發(fā)動(dòng)機(jī)未發(fā)生停機(jī)或長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)行。檢測(cè)過(guò)程中，肉眼觀察車輛排氣系統(tǒng)是否出現(xiàn)泄漏問(wèn)題，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在達(dá)到各自由加速循環(huán)開(kāi)始點(diǎn)后均處于怠速狀態(tài)，若目標(biāo)車輛采用重型發(fā)動(dòng)機(jī)，放開(kāi)油門踏板后需停滯10 s。自由加速檢測(cè)中，需在1 s內(nèi)將油門踩到底，確保在最短時(shí)間內(nèi)向系統(tǒng)提供最大油量。另外，各個(gè)自由加速測(cè)量油門踏板松開(kāi)前，需保證發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到斷油轉(zhuǎn)速。若車輛安裝變速箱，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。最終取三次檢測(cè)結(jié)果的平均值作為車輛尾氣檢測(cè)結(jié)果。

1.4 加載減速法

加載減速法同樣適用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。檢測(cè)過(guò)程中，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并調(diào)節(jié)至空擋，逐步提高油門踏板開(kāi)度，并穩(wěn)定在最大開(kāi)度，記錄此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速，然后回到怠速狀態(tài)。使用前進(jìn)擋驅(qū)動(dòng)檢測(cè)車輛，在適當(dāng)擋位開(kāi)啟油門踏板最大開(kāi)度，要求此時(shí)測(cè)功機(jī)數(shù)值在70 km/h左右。獲取車輛初始數(shù)據(jù)且系統(tǒng)判斷達(dá)標(biāo)后，切換底盤測(cè)功機(jī)為自動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)完成檢測(cè)并出具檢測(cè)報(bào)告。

2 機(jī)動(dòng)車尾氣排放影響因素

2.1 模型設(shè)計(jì)

機(jī)動(dòng)車排放污染物中，污染程度最高的為氮氧化合物和一氧化碳，選取492汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為代表，分析其尾中氮氧化合物及一氧化碳濃度的影響因素。假設(shè)機(jī)動(dòng)車標(biāo)準(zhǔn)工況轉(zhuǎn)速為1 000 r/min，過(guò)量空氣系數(shù)為1.1，著重分析空燃比、壓縮比、點(diǎn)火提前角對(duì)排放尾氣中氮氧化合物及一氧化碳濃度的影響。

2.2 因素分析

2.2.1 空燃比

空燃比指的是混合氣體中空氣與燃料的質(zhì)量比。例如，1 kg汽油完全燃燒需要消耗14.7 kg空氣，因此有AF=14.7，該數(shù)值定義為理論空燃比?；旌蠚鉂舛仍礁?，空氣量越少，因空氣不足燃料發(fā)生不完全燃燒，此時(shí)一氧化氮的排放量較少，尾氣中一氧化碳的濃度增加;混合氣濃度越低，燃料燃燒越充分，導(dǎo)致一氧化氮排放量上升、一氧化碳排放量減少;混合氣濃度低到一定程度，因燃燒反應(yīng)速率降低，發(fā)生不穩(wěn)定燃燒，一氧化氮與一氧化碳的排放量均會(huì)降低，但此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定將受到顯著影響，甚至發(fā)生熄火[2]。

（1）一氧化氮。分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空燃比接近理論空燃比時(shí)，尾氣中一氧化氮的濃度達(dá)到峰值，空燃比低于該數(shù)值，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃叭紵郎囟冉档?，一氧化氮排放量降?空燃比高于該數(shù)值，燃燒溫度及氧氣濃度降低，一氧化氮排放量也降低。該結(jié)論與理論結(jié)果一致。

（2）一氧化碳。尾氣中一氧化碳的濃度與空燃比負(fù)相關(guān)，即混合氣濃度越低，氧氣越充分，發(fā)生充分燃燒導(dǎo)致一氧化碳排放量降低?？杖急冉咏碚摽杖急葧r(shí)，一氧化碳生成量變化程度明顯降低，在理論空燃比附近達(dá)到最小值，該結(jié)果恰好與一氧化氮相反。

2.2.2 壓縮比

（1）一氧化氮。尾氣中一氧化氮濃度與壓縮比之間為明顯的正相關(guān)，主要是由于當(dāng)壓縮比上升時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壓力限值及溫度限值上升，導(dǎo)致一氧化氮排放量增加。

（2）一氧化碳。尾氣中一氧化碳濃度與壓縮比之間為負(fù)相關(guān)關(guān)系，主要是由于壓縮比越高，燃料然燃燒越充分，導(dǎo)致一氧化碳生成量降低。

2.2.3 點(diǎn)火提前角

（1）一氧化氮。尾氣中一氧化氮的濃度與點(diǎn)火提前角間為明顯的正相關(guān)，主要是由于點(diǎn)火提前角越大，燃料燃燒越充分，氣缸內(nèi)溫度升高，給一氧化氮的生成提供更有利條件，進(jìn)而導(dǎo)致一氧化氮的排放量增加。但當(dāng)點(diǎn)火提前角上升至一定程度后，因燃燒時(shí)間急劇縮短，一氧化氮的排放量將有所降低。從尾氣污染治理的角度上看，似乎可通過(guò)推遲點(diǎn)火帶達(dá)到降低一氧化氮排放量的目的，但需要注意，推遲點(diǎn)火會(huì)引發(fā)燃料燃燒不充分的現(xiàn)象，當(dāng)燃燒膨脹開(kāi)始后，仍有一氧化氮生成[3]。同時(shí)，推遲點(diǎn)火還會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率，引發(fā)運(yùn)行失穩(wěn)的現(xiàn)象，反而增加尾氣排放量。

（2）一氧化碳。一氧化碳排放量與點(diǎn)火提前角之間的相關(guān)性較低，即隨著點(diǎn)火提前角的上升，尾氣中一氧化碳濃度并不發(fā)生明顯改變。但當(dāng)點(diǎn)火提前角朝反方向變動(dòng)，且降低到一定程度后，因一氧化碳氧化時(shí)間不足，會(huì)導(dǎo)致其排放量上升。

綜合以上分析結(jié)果，機(jī)動(dòng)車排放尾氣中一氧化氮的濃度與壓縮比和點(diǎn)火提前角正相關(guān)，當(dāng)空燃比接近理論空燃比時(shí)，一氧化氮的生成量達(dá)到最高值。而一氧化碳的濃度與空燃比、壓縮比和點(diǎn)火提前角負(fù)相關(guān)。其中，一氧化碳生成量受空燃比的影響幅度最大，當(dāng)空燃比接近理論空燃比時(shí)，一氧化碳的生成量達(dá)到最低，而壓縮比和點(diǎn)火提前角對(duì)一氧化碳的影響不明顯。造成以上結(jié)果的原因主要是由于一氧化氮與一氧化碳的生成原理不同，分別為高溫燃燒和不完全燃燒。兩種氣體同為機(jī)動(dòng)車尾氣排放檢測(cè)的重點(diǎn)對(duì)象，在進(jìn)行尾氣污染治理時(shí)，還需平衡二者之間的關(guān)系，并考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，設(shè)定最優(yōu)的運(yùn)行參數(shù)方案。

3 機(jī)動(dòng)車尾氣污染治理建議

3.1 源頭治理

機(jī)動(dòng)車尾氣污染的形成與發(fā)動(dòng)機(jī)原本的運(yùn)行參數(shù)高度相關(guān)，因此尾氣污染治理還要從源頭開(kāi)始，即從機(jī)動(dòng)車產(chǎn)銷環(huán)節(jié)入手。目前已有法律法規(guī)對(duì)機(jī)動(dòng)車的生產(chǎn)及銷售環(huán)節(jié)作出嚴(yán)格限制，確保流入市場(chǎng)機(jī)動(dòng)車的尾氣排放情況均達(dá)到有關(guān)指標(biāo)的要求，減少尾氣污染。除繼續(xù)完善有關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)、確保其充分落實(shí)外，還可對(duì)消費(fèi)者的購(gòu)買行為進(jìn)行引導(dǎo)，鼓勵(lì)其優(yōu)先選擇尾氣排放達(dá)標(biāo)、更具環(huán)保屬性的機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品。同時(shí)，加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品質(zhì)檢工作，將不同的尾氣檢測(cè)方法相結(jié)合，對(duì)市場(chǎng)上各類機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品進(jìn)行抽檢，發(fā)現(xiàn)不達(dá)標(biāo)產(chǎn)品立即給出相應(yīng)處理措施，避免不達(dá)標(biāo)機(jī)動(dòng)車投入使用，以逐步削弱汽車尾氣排放對(duì)控制質(zhì)量的影響。

3.2 尾氣監(jiān)測(cè)

我國(guó)汽車尾氣排放監(jiān)測(cè)依照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，并出臺(tái)一系列指導(dǎo)性文件。然而在實(shí)際工作中，因諸多因素的影響導(dǎo)致尾氣排放監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展成效并不十分理想，存在監(jiān)測(cè)頻率過(guò)低、覆蓋面過(guò)窄、尾氣監(jiān)測(cè)與尾氣污染治理相脫節(jié)等問(wèn)題。因此建議有關(guān)部門結(jié)合區(qū)域機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品使用情況及空氣污染現(xiàn)狀，制定科學(xué)的尾氣排放監(jiān)測(cè)方案，合理選取尾氣檢測(cè)方法，并提高檢測(cè)頻率及覆蓋面。

4 結(jié)論

機(jī)動(dòng)車尾氣排放檢測(cè)方法包括雙怠速法、工況法、自由加速法、加載減速法等，在機(jī)動(dòng)車尾氣治理過(guò)程中，同時(shí)做好源頭管理及尾氣監(jiān)測(cè)工作，生產(chǎn)尾氣排放充分達(dá)標(biāo)的汽車產(chǎn)品，并對(duì)現(xiàn)有機(jī)動(dòng)車銷售、使用情況做嚴(yán)格檢查，逐步改善尾氣污染情況。

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