雙怠速法機動車尾氣排放檢測結(jié)果的影響因素分析

鐘仕鈺，張甦

(1.江蘇捷程機動車檢測股份有限公司，江蘇 昆山 215300；2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036)

雙怠速法機動車尾氣排放檢測結(jié)果的影響因素分析

鐘仕鈺1，張甦2

(1.江蘇捷程機動車檢測股份有限公司，江蘇 昆山 215300；2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036)

針對雙怠速法機動車尾氣排放檢測過程中經(jīng)常大量出現(xiàn)過量空氣系數(shù)(λ)不合格現(xiàn)象，結(jié)合相關標準和工作實踐對影響檢測結(jié)果的因素進行分析。結(jié)果顯示，取樣管路的氣密性差、系統(tǒng)響應時間未達標準、測試軟件程序設置錯誤、高怠速轉(zhuǎn)速設置不合理及由于車輛特性導致的選用標準及操作錯誤均會導致λ測試結(jié)果超標，影響雙怠速檢測法的準確性。

雙怠速法；過量空氣系數(shù)； 機動車；尾氣；排放檢測

我國點燃式發(fā)動機汽車尾氣檢測有雙怠速法和工況法2種常用標準檢測方法[1]，根據(jù)規(guī)定，總質(zhì)量>3 500 kg的重型點燃式發(fā)動機汽車采用雙怠速法檢測。隨著汽車技術的進步，應用全時四驅(qū)、適時四驅(qū)及具有不可關閉的電子穩(wěn)定程序(ASR)、車輛動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)、牽引力控制系統(tǒng)(TCS)等的中高檔車輛越來越多，該類車輛無法實現(xiàn)單軸驅(qū)動，只能采用雙怠速法進行排放檢測。然而在應用雙怠速法檢測過程中，出現(xiàn)了大量的中高檔車過量空氣系數(shù)(λ)不合格現(xiàn)象，與實際排放情況不符?，F(xiàn)根據(jù)相關標準和工作實踐對影響雙怠速法機動車尾氣檢測結(jié)果的因素進行探討。

1 排放檢測影響因素

1.1 取樣管路的氣密性

雙怠速法對分析儀的氣密性要求很高，分析儀的取樣管路漏氣，會使HC和CO的檢測值偏低，λ檢測結(jié)果偏高，其中對λ影響最大。取樣管路漏氣，會使分析儀抽取的空氣中氧含量上升，根據(jù)λ值的計算公式(式1)，氧含量的變化會影響λ值的結(jié)果，使λ值超出標準范圍(1±0.03)，從而導致整個雙怠速檢測結(jié)果不合格。

檢測過程中，取樣軟管與取樣探頭、分析儀、三通閥等連接處密封不好，三通閥未完全閉合，車輛排氣系統(tǒng)破損等都可導致取樣管路漏氣；尤其在冬季，更易發(fā)生取樣軟管與各部件連接處漏氣問題。針對可能造成取樣管路漏氣的因素，在檢測過程中應加大排查力度，杜絕此類因素對檢測結(jié)果的影響。

(1)

1.2 系統(tǒng)響應時間

根據(jù)文獻[1]的規(guī)定，采用雙怠速法測定汽車污染物排放量時，取樣探頭插入排氣管中需維持15 s后，才可以開始讀取測量結(jié)果。

“15 s”是保證取樣探頭抽取的尾氣傳輸至測試傳感器并顯示終值的系統(tǒng)響應時間。目前，絕大多數(shù)檢測機構(gòu)進行穩(wěn)態(tài)工況法檢測和雙怠速檢測采用同一套分析儀，根據(jù)文獻[2]的規(guī)定，分析儀各通道90%終值顯示的系統(tǒng)響應時間(T90)HC、CO和CO2為8.0 s，O2為15 s。因此，為保證檢測結(jié)果的可靠性，至少需要保證15 s的系統(tǒng)響應時間。若操作不規(guī)范，系統(tǒng)響應時間不到15 s，則讀取結(jié)果的頭幾秒顯示的O2測量值不全是尾氣中的O2含量，而是空氣或空氣與尾氣混合氣的O2含量，測量值偏高，導致λ值超標(見表1)。

表1 雙怠速λ值不合格過程數(shù)據(jù)

當操作不規(guī)范致使氧含量終值顯示所需的真實系統(tǒng)響應時間超過15 s時，仍按照15 s的系統(tǒng)響應時間來操作，也會造成測量結(jié)果的不準確。造成氧含量終值顯示所需的系統(tǒng)響應時間延長的因素主要有：

(1)取樣管過長。根據(jù)文獻[3]的規(guī)定，雙怠速的取樣管長度應為4～6 m，而不少檢測站取樣管長達10 m甚至更長，抽氣傳輸路程過長，而使氧含量終值顯示所需的系統(tǒng)響應時間延長；同時取樣軟管過長還可造成尾氣在取樣軟管中的吸附，影響排放測值的準確性。

(2)預熱不充分或檢測間隔時間長造成的系統(tǒng)響應時間延長。尤其在冬天氣溫較低時，分析儀內(nèi)的橡膠抽氣泵易發(fā)硬[2]，在預熱不充分或檢測間隔時間長的條件下，抽氣泵難以最大行程工作，使抽力不足，吸力減弱，氣體傳送速度下降，傳輸時間延長，進而使系統(tǒng)響應時間延長。

1.3 測試軟件程序設置

對檢測標準理解偏差導致測試軟件的程序設置不合理也會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。如發(fā)動機從怠速狀態(tài)加速至70 %額定轉(zhuǎn)速，運轉(zhuǎn) 30 s 后降至高怠速狀態(tài)，維持15 s后取值，“15 s”是取樣探頭吸氣到分析儀測試傳感器顯示終值所需的響應時間，有的檢測軟件程序?qū)⒃?5 s設計成無抽氣指令或反吹指令，直至讀取高怠速狀態(tài)污染物30 s測量平均值時才開始抽氣；也有程序把抽氣時間由15 s設置成5 s或者直接跳過該階段，直接讀取測量值。

以上設置，使得汽車尾氣檢測所需的系統(tǒng)響應時間未達標準，測定結(jié)果HC和CO濃度偏低，λ偏高，進而出現(xiàn)大量的λ不合格現(xiàn)象。

1.4 高怠速轉(zhuǎn)速設置

三元催化轉(zhuǎn)化器是目前廣泛采用的能同時降低汽油車HC、CO、NOx排放的凈化裝置。而要使HC、CO、NOx的凈化效率達到最佳狀態(tài)，混合氣的濃度應控制在一定的范圍內(nèi)[3]。

汽車生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)相關規(guī)定及產(chǎn)品開發(fā)過程中的技術參數(shù)優(yōu)化，均設置了判定λ的轉(zhuǎn)速(即高怠速轉(zhuǎn)速)控制窗口。為提高車輛的高速性能，發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速已大幅提高，輕型車的高怠速轉(zhuǎn)速已從(2 500±100)r/min提高至3 000～3 500 r/min，甚至更高。文獻[1]中規(guī)定輕型車的高怠速轉(zhuǎn)速為(2 500±100)r/min或制造廠規(guī)定的轉(zhuǎn)速。然而檢測機構(gòu)在進行雙怠速排放檢測時，由于查不到被檢車輛的高怠速轉(zhuǎn)速信息，仍以(2 500±100)r/min控制轉(zhuǎn)速，往往使得設置的轉(zhuǎn)速與汽車實際的高怠速轉(zhuǎn)速不符。

由于車輛抗無線電干擾的要求，大多數(shù)車型點火分缸線已屏蔽，分析儀原來配置的感應點火脈沖式轉(zhuǎn)速計已無法檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速；而點煙器式轉(zhuǎn)速計的轉(zhuǎn)速測量值離散度太大，無法精確讀數(shù)；國產(chǎn)振動式轉(zhuǎn)速計的穩(wěn)定性欠佳；進口振動式轉(zhuǎn)速計價格昂貴；許多車輛不帶車載自動診斷系統(tǒng)(OBD)或OBD功能未打開，無法從OBD接口獲取轉(zhuǎn)速信號[4]。因此，在進行雙怠速排放檢測時引車員是通過觀察車載轉(zhuǎn)速表的數(shù)值來控制車速，誤差很大。

在無法準確獲取車輛高怠速轉(zhuǎn)速的情況下，絕大多數(shù)設備供應商在控制軟件的設置上未設置轉(zhuǎn)速誤差監(jiān)控的鎖止功能，而且在文獻[1]的附件AA中也未將轉(zhuǎn)速列入AA.4的判定表中，這就導致轉(zhuǎn)速誤差難以監(jiān)控。若測試轉(zhuǎn)速偏高，則CO、HC、λ測量值易于合格。

1.5 車輛特征

應用稀薄燃燒技術的汽油車空燃比可達25∶1以上，而一般汽油車理論空燃比為14.7∶1，相比此類汽車發(fā)動機吸入的空氣本就過量，因而不再適用1±0.03的λ值標準進行判定[5]。

根據(jù)文獻[1]的規(guī)定，此類車應依據(jù)制造廠規(guī)定的λ范圍進行測試結(jié)果的判定。然而，由于大部分檢測站尚未建立此類車型的λ值數(shù)據(jù)庫，也難以在車輛的使用說明書上查詢到相關信息，使得實際檢測過程仍以1±0.03的λ范圍判斷汽車檢測結(jié)果是否合理，從而導致部分車輛即使車況很好，燃燒也沒有問題，仍會檢測為λ不合格。

為杜絕因λ值參考范圍選取不合理而造成的檢測結(jié)果誤判為不合格現(xiàn)象的發(fā)生，相關管理部門應盡快建立健全非正常λ值數(shù)據(jù)庫，以使檢測判定結(jié)果更合理[6]。

根據(jù)標準規(guī)定，獨立工作的雙排氣管(圖1)，排放檢測時應插入雙取樣探頭[7]。但部分車輛，如寶馬X6，雖為獨立雙排氣管，但兩個排氣管的排氣狀態(tài)受發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)控制，只有在前進狀態(tài)，轉(zhuǎn)速高于3 000 r/min時，雙排氣管才排氣工作，否則只一個排氣管工作。所以高怠速和怠速下排氣管插雙探頭檢測就類似于取樣管漏氣狀態(tài)，測試結(jié)果氧含量異常高，λ值遠大于1±0.03[8]。在該種狀態(tài)下，雙怠速檢測取樣探頭只能插入左邊工作中的排氣管進行取樣。

圖1 獨立雙排氣管示意

2 結(jié)語

結(jié)合相關標準和工作實踐從取樣管路漏氣、系統(tǒng)響應時間未達標準、測試軟件程序設置錯誤、高怠速轉(zhuǎn)速設置不合理及車輛自身技術原理特性幾個方面對影響雙怠速排放檢測結(jié)果的因素進行了分析，隨著車輛發(fā)動機技術的發(fā)展，新的影響因素可能還會增加，在遇到具體問題時還需加以具體的分析，找出影響雙怠速法檢測結(jié)果的內(nèi)在因素，使檢測結(jié)果更合理、更準確。

[1] 國家環(huán)境保護總局，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 18285-2005 點燃式發(fā)動機排氣污染物排放限值及測量方法[S]. 北京： 中國環(huán)境科學出版社，2005.

[2] 國家環(huán)境保護總局. HJ/T 291-2006 汽油車穩(wěn)態(tài)工況法排氣污染物測量設備技術要求[S]. 北京： 中國環(huán)境科學出版社，2006.

[3] 國家環(huán)境保護總局. HJ/T 289-2006 汽油車雙怠速法排氣污染物測量設備技術要求[S]. 北京：中國環(huán)境科學出版社，2006.

[4] 周俐峻，劉杰. 汽油車排氣穩(wěn)態(tài)工況法檢測設備常見故障及處理[J].環(huán)境監(jiān)控與預警，2012，4(1)： 17-19.

[5] 許立峰，張丹寧，錢裕堯. 南京工況下輕型車排放試驗與分析[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術，2006，18(3)： 18-20.

[6] 張寧紅，張祥志，周俐峻. 江蘇省機動車環(huán)保檢測技術培訓教材[M]. 南京： 河海大學出版社，2012.

[7] 鐘仕鈺. 雙排氣管車輛排氣取樣檢測相關研究[J]. 環(huán)境監(jiān)控與預警，2014，6(5)： 29-31.

[8] 戴曉鋒. 機動車檢驗技術與檢驗報告填制[M]. 北京： 化學工業(yè)出版社，2012.

Analysis on Factors that Influence the Testing Result of Motor Vehicle Exhaust Emission by the Double Idle Speed Method

ZHONG Shi-yu1，ZHANG Su2

(1.JiangsuJiechengMotorVehicleInspectionCo.，Ltd.，Kunshan，Jiangsu215300，China； 2.JiangsuEnvironmentalMonitoringCenter，Nanjing，Jiangsu210036，China)

In view of the unqualified excess air ratio (λ) during the application of the double idle speed method，the article analyzed various factors affecting the testing results based on relevant standards and work practices. The testing results of λ were affected by a series of factors including poor air tightness of the sampling lines，not up-to-standard system response time，set-up errors of the test software，unreasonable settings of the high idle speed，and selection criteria and operation errors caused by vehicle characteristics. These factors also affected the accuracy of the double idle speed method.

Double idle speed method； Excess air ratio； Motor vehicle； Vehicle exhaust； Emission detection

2015-06-03；

2015-08-31

鐘仕鈺(1987—)，男，工程師，本科，從事機動車環(huán)保尾氣檢測，尾氣狀況分析及機動車安全性能檢測工作。

X831；U472.9

B

1674-6732(2016)01-0035-03