在用汽油车排气污染物的研究

王瑞

摘 要：随着汽车保有量的持续增长，汽车排放污染已经成为大气污染的主要来源，而控制汽车污染物的排放是降低大气污染的有效方法之一。

关键词：在用汽油车；污染物；排放；环保

中图分类号：U467.4+8 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0152-02

1 项目研究的背景和意义

根据环保部《2013年中国机动车污染防治年报》显示，我国已经连续多年成为世界汽车产销第一大国，同时，机动车造成的污染也日益严重，它已成为大气环境最突出的问题之一。机动车保有量的快速增加，使机动车污染防治的重要性和紧迫性日益凸显。监测表明，我国城市空气呈现出煤烟与机动车尾气复合污染的特点。一些地区灰霾、酸雨和光化学烟雾等区域性大气污染问题频繁出现，这些问题的产生都与车辆尾气排放密切相关。由于机动车大多行驶在人口密集区域，所以，尾气排放会直接影响大众健康。

为了控制机动车排放的尾气污染，国家不断加大机动车污染防治力度，出台了一系列机动车排放、控制的法律法规和检测标准，并从新车环境准入、在用车环境监管和车用燃料清洁化等方面采取综合措施，降低单车排放，以控制污染物总量。从2000年开始，全国分阶段实施汽车污染物排放标准，新生产车的排放标准现已经执行国Ⅲ阶段标准，从2012-08-01起，轻型汽油车开始执行国Ⅳ阶段排放标准。同时，国家配套制订出台了新的在用车排放检测标准和相关限制，并且通过实施环保定期检测制度和环保合格证制度筛选高污染车和排放超标车，将排放标准低的新车划分为黄标车加以严格管理，同时，督促排放超标车辆进行维修、整治，实现达标排放，减少污染物的排放。

研究表明，技术状况不良的车辆污染物排放量是正常达标车辆的几倍甚至十几倍，所以，必须要有效识别排放量超标的车辆。有针对性的维修、治理是控制机动车污染物排放的有效措施之一。随着检测新标准、新方法的实施和汽车环保新技术的应用，原有的维修治理方法已不能适应现行标准和采用电控燃油喷射、三元催化、废气再循环等环保新技术汽车污染物治理的需要，这已成为排气污染控制方面越来越突出的矛盾。

2 项目的主要研究内容

该项目拟选取典型超标情况和超标车型作为研究对象，分析、查找排气污染物超标的原因，研究相应的治理措施并通过检测验证效果，最终总结出一套治理技术方法，指导治理维修作业。其主要内容包括：①在用汽油车排气污染物超标情况的统计研究；②超标汽车技术状况检查分析，研究影响排放的因素；③在用汽油车排气污染物治理技术对策研究；④制订在用汽油车排气污染物治理技术的方法。

3 排气污染物超标与维修治理现状调查分析

3.1 在用汽油车排气污染物检测现状

在用汽油车排放检测的现行标准为GB 18285—2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值与测量方法（双怠速法及简易工况法）》和HJ/T 240—2005《确定点燃式发动机在用汽车简易工况法排气污染物排放限值的原则和方法》，标准规定了检测在用汽油车排放的方法为双怠速法及简易工况法。目前，各省市采用稳态工况法的居多，采用简易工况法的仅有辽宁、广东和山东等省。考虑到各地的实际情况，汽车保有量、车型构成和汽车运行工况不同，相应的检测方法也就不同，高排放车控制的比例也有所差异，所以，简易工况法的标准限值由各地区根据实际情况，按照HJ/T 240—2005《确定点燃式发动机在用汽车简易工况法排气污染物排放限值的原则和方法》确定。

3.2 超标车维修治理现状调查分析

“在用车环保I/M制度”是在用车环保监测和维护制度的简称，它是指通过对在用车进行定期检测，筛选出尾气排放超标的车辆，查找其尾气排放污染超标的原因，并进行有针对性的维修、治理，以保证车辆技术状况和环保装置处于良好的运行状态，从而减少污染物的排放。I/M制度是消减在用机动车污染排放最重要的手段，是对新车实行强制性排放标准的有效补充。

实施I/M制度的意义在于，它可以迅速、有效降低在用汽车的污染排放，同时，通过维护、保养可以提高在用车的燃油经济性，可以保证汽车尾气治理的实际效果。I/M制度的着眼点是使在用车达到自身最佳尾气净化水平，硬件投资少，费用与净化经济效益好；严格的I/M制度对CO，HC等有害气体都有良好的削减效果。

我国现行的在用车维护与检测制度主要应用于交通运输部门负责的营运车的技术管理中，非营运车的管理尚未实施严格的强制维护政策，维护、保养要靠车主自觉，车辆只需通过年度安全性能检验和环保检测即可。现行的技术规范遵循“定期检测，强制维护，视情修理”的原则，以维护在用车行驶的安全性、经济性、动力性和可靠性为主要目的。

目前，超标车维修、治理仍然存在一些问题，比如二级维护不到位、偷工减料、随意缩减维护项目的现象时有发生，这就使得I/M制度的实际实施效果大打折扣，也无法达到控制排放的目的。维修企业与汽车尾气排放治理的发展要求有明显的差距：①企业缺乏汽车尾气排放治理的技术负责人和专业技术人员。②很少有维修企业将排放要求纳入其质量管理体系中，而排放维修、治理的基本仪器，尾气排放检测设备（废弃分析仪）的配备率低和使用率很低，不能对维修后的车辆按维修规范进行尾气排放的检测和调试。③汽车尾气排放、治理还没有完整、统一的治理技术规范，大多数的汽车尾气治理作业还只是简单、粗糙的调校，或是盲目的更换、清洗净化器等。这样的治理治标不治本，短期内排放就会超标，不仅起不到减排的作用，还可能加剧车辆的劣化。④随着尾气定期检验制度的实施，一些净化产品、减排装置和保养产品应运而生。盲目地安装净化产品，使用减排产品、保养产品，也可能会因为一些产品质量差或与发动机不匹配，造成发动机动力下降，甚至技术性能变差，致使其排放也很快恶化、超标。

综上所述，目前超标车维修、治理面临以下问题：①政策上，环保I/M制度未出台独立的指导性文件，给执行带来困难。维修治理机构未实行资质许可，还沿用交通行业维修企业资质。但在实际操作中，鉴于各地实际情况未严格执行，存在超范围从事维修、治理的现象。②技术上，没有有效的指导性技术规范、诊断流程和手段，导致超标影响因素判断不准，易造成过度维修或维修不当的情况，以至于维修费用增高，返修率升高。③产品上，治理产品泛滥，良莠不齐，无政府指导，缺机构检测、认证，效果不明显，有些甚至会对发动机产生不良影响。④企业自律上，受企业自身技术水平限制和利益驱动，产品滥用，过度维修，存在不进行维修但却出具维修证明材料的违规现象，使得维修、治理效果难以保障。endprint

4 在用汽油车排放性能影响因素

尾气排放受汽车多方面因素综合影响，有时汽车并未表现出明显故障，但尾气排放可能已经超标，这一方面是由于尾气排放要求越来越严格，另一方面，车辆系统出现的早期劣化虽然尚未影响汽车动力性，但排放已经恶化，这势必会使油耗增加。

想快速、经济地解决、治理尾气超标问题，就要先识别影响尾气超标的主要因素，并注意预防这些因素引发的问题，同时，要及时诊断引发排放超标的因素，并进行治理。其次，要结合各系统元件的保养里程和统计的尾气劣化里程，制订相应的对策。

大量研究表明，尾气超标主要原因可归纳为：空燃比不当、点火能量不足、点火正时不准确、喷油雾化不良、电控故障、三元催化器性能下降、积碳与零部件劣化等。

4.1 机械磨损的影响

随着汽车使用年限和行驶里程的增加，汽车各系统因机械磨损、功能衰退和燃烧沉积物增多等引起的劣化是一个渐变过程。正常的自然磨损阶段，磨损量减少，排放劣化速度减慢，变化幅度减少，是一个相对缓慢的变化过程。但随着汽车运行时间的增加，运动副零件的间隙也逐渐变大。当间隙增大到极限位置时，其磨损量将急剧增加，并产生恶性磨损，直至汽车出现故障而无法正常工作，这也就是所谓的“极限磨损”。在此阶段，由于零件磨损严重以至于部分零件失效，使用性能严重衰退，导致动力性、经济性、环保性严重恶化。以上阶段属于自然磨损，在汽车的使用过程中是不可避免的。但其磨损量的增长相对来说是比较缓慢的，如果采取一些适当的措施，就可以延缓或减小自然磨损。

4.2 异常磨损的影响

由于排放还受控制技术的影响，零件的磨损与排放并不完全同步，所以，控制技术的应用使得排放劣化趋势变缓。在实际应用中，正常的维护、保养也可减缓磨损，从而降低排放劣化的速度。汽车在使用过程中，除了自然磨损外，还存在异常磨损。异常磨损是因为机件达不到技术标准，保养、维护不当，驾驶员使用、操作不合理等诸多原因造成的。异常磨损通常磨耗得比较剧烈，会导致机件加速损坏，使排放在短时间内急剧恶化。异常磨损除了受设计制造水平的影响外，还受油料、气候条件、道路状况、驾驶技术和维护保养等多方面因素的综合影响。

4.3 沉积物的影响

除了磨损外，随着行驶里程的增长，在使用过程中由于燃烧、自然沉积等作用在发动机各部位形成灰尘、胶质、积碳、化学络合物等沉积物，包括进气道积碳、节气门积碳、缸内积碳、喷油嘴胶质积碳、火花塞积碳、气门积碳、氧传感器沉积物、三元催化器络合物和废气再循环系统EGR积碳等。这些沉积物的集聚增加一方面加剧了系统劣化，另一方面，由于集聚部位不同，对发动机性能和排放的影响各不相同。发动机在正常工作的情况下，沉积物的形成是不可避免的，只是形成速度较慢。

进气道积碳和节气门积碳易引起节气门关闭不严和信号误差，从而影响实际混合气的浓度。喷油嘴胶质积碳易使喷油嘴堵塞，引起滴漏、雾化不良等故障。火花塞积碳形成速度较慢，但在混合气过浓，发动机长时间空载、怠速运行，热值偏高，润滑油过多和火花塞选型不当等情况下，火花塞电极间积碳速度会加快。当积碳达到一定程度时，将影响发动机的正常工作。积碳层是具有一定阻值的导体，当火花塞部位积碳时，降低了电源间的绝缘电阻，减小了高压电击穿空气隙所需的能量，因此，降低了点火能量，使燃烧不良；当积碳严重时，高压电将通过积碳层直接泄露，火花塞无法点火，从而导致失火。

4.4 传感器和净化装置劣化

气门积碳在吸附燃油的同时易引起气门闭合，降低氧传感器的灵敏度，甚至失效。三元催化器作为重要的机外净化装置，其沉积物一般表现为复杂的化学络合物和积碳的组合。这些沉积物在催化剂上的覆盖或产生化学反应，都将减少催化剂和尾气的接触面积，影响空速特性和储氧能力，致使催化剂中毒、失效，从而影响三元催化器的净化效率。此外，电控系统的传感器和电器原件的可靠性较好，自然劣化速度较慢，且发生故障时现象明显，除了易损件外，可以不按照劣化考虑。

汽车随着行驶里程的劣化主要表现为磨损、沉积物和主要传感器、净化装置的劣化。此类影响发展较为缓慢，尤其是在闭环控制电喷车上，由于自身的反馈调整作用，一般故障表现不明显，但对排放的影响是不容忽视的。积碳的集聚易干扰传感器、信号和部件的正常工作，诱发偶发故障，影响排放。

5 解决方法

随着行驶里程的增长，系统劣化与排放性能密切相关。正确、及时的维护、保养可以减缓劣化的速度和程度，从而减缓排放的劣化。在常规维护、保养时，要按照一定的保养周期更换机油、三滤，定期检查喷油嘴、火花塞和节气门等零部件。这样做的主要目的是保持发动机的正常润滑，使燃油、空气清洁顺畅，延续良好的点火和燃烧状况，以减少非正常磨损，缓解正常磨损，降低故障发生的概率。

在用车排气污染物检测和治理实践中，车主、检测人员、维修人员对燃油与排放的关系存在一定的误区。他们认为，使用高标号汽油可顺利通过排放检测，甲醇汽油可导致排放超标，而燃油对排放的影响却很小。由此可见，燃油品质是影响排放的重要因素。劣质汽油不仅会使排放超标，还会影响发动机和净化装置，造成系统故障，恶化排放性能，且由于燃油组分复杂，比例不确定，所以，排放物造成影响的不确定性大。如果对燃油的品质和组分比例不加以控制，则在车辆使用过程中就会对氧传感器、三元催化器的反应灵敏度和净化效率产生影响，严重时还会造成不可逆的损坏。同时，也容易在喷油嘴、节气门等处形成积碳、沉积物，致使尾气排放恶化。因此，改善燃油品质不但可以直接减少机动车污染物的排放，还可以保证车辆在使用过程中的稳定运行。随着国Ⅲ车用汽油标准的颁布和执行，上述情况或有好转。然而，市场上仍有不合格的油品在售和使用，这已成为在用汽油车排放超标最重要的原因。

参考文献

[1]董敬，庄志，常思勤.汽车拖拉机发动机[M].第三版.北京：机械工业出版社，2000.

[2]周庆辉.现代汽车排放控制技术[M].北京：北京大学出版社，2010.

[3]张力军.机动车污染防治基本理论[M].北京：中国环境科学出版社，2010.

〔编辑：白洁〕endprint