在用汽油車尾氣超標(biāo)特征分析及對策研究

姜 鑫，王文君，龐奪峰，陶 健

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

當(dāng)前，我國的機(jī)動車造成的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，機(jī)動車尾氣排放是造成城市中霧霾、光化學(xué)煙霧的重要原因，使得汽車尾氣排放成為威脅人類生存環(huán)境和健康的主要污染源之一[1]。近5年，汽車占機(jī)動車的比例迅速提高，從43.88%提高到58.62%，群眾機(jī)動化出行方式經(jīng)歷了從摩托車到汽車的轉(zhuǎn)變。全國有35個城市的汽車保有量超百萬輛，北京、成都、深圳、天津、上海、蘇州、重慶、廣州、杭州、鄭州10個城市超過200萬輛。截至2014年年底，我國機(jī)動車保有量達(dá)2.64億輛，其中汽車1.54億輛，占機(jī)動車保有量的62.6%，其中以汽油車為主。根據(jù)環(huán)保部發(fā)布的《2015年中國機(jī)動車污染防治年報(bào)》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，汽車是機(jī)動車排放污染物總量的主要貢獻(xiàn)者，而汽油車HC和CO排放量較高，超過排放總量的70%[2]。而現(xiàn)有狀況下，汽油車的數(shù)量仍在不斷增加，汽油車的尾氣排放更是不容忽視，那么，研究在用汽油車的尾氣排放規(guī)律及對策就很有必要。

1 研究方案

1.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本文隨機(jī)抽取了某排氣污染物檢測機(jī)構(gòu)一年的在用汽油車排氣污染物檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。為了獲得較為可靠的數(shù)據(jù)，便于處理，減小由于檢測時(shí)錄入車輛信息不準(zhǔn)確或者排放檢測時(shí)車輛意外故障造成排放超常等因素引起的統(tǒng)計(jì)誤差，本文研究時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步的篩選，以獲得真實(shí)有效的數(shù)據(jù)，剔除一小部分無效數(shù)據(jù)，最終得到有效數(shù)據(jù)20 670個。

本文所述指標(biāo)“尾氣排放超標(biāo)率”為：統(tǒng)計(jì)某范圍或區(qū)間內(nèi)，在用汽油車尾氣排放超標(biāo)車數(shù)占總檢測量（車數(shù)）的百分比。

1.2 檢測方法及采用標(biāo)準(zhǔn)

本文所用數(shù)據(jù)是采用穩(wěn)態(tài)工況法（ASM）獲得，對應(yīng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB 18285—2005點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)汽車排氣污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡易工況法）和HJ/T240—2005確定點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)在用汽車簡易工況法排氣污染物排放限值的原則和方法。

穩(wěn)態(tài)工況法（ASM）是用底盤測功機(jī)對被檢車輛進(jìn)行道路阻力模擬加載，在25 km/h和40 km/h等速工況下測量尾氣的排放。圖1為穩(wěn)態(tài)工況法（ASM）試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)，如圖1所示，穩(wěn)態(tài)工況法試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)由ASM5025和ASM2540兩個工況組成。ASM5025測試速度為 25 km/h，取加速度為1.475 m/s2時(shí)的輸出功率的50%作為加載功率。ASM2540測試速度為 40 km/h，取加速度為1.475 m/s2時(shí)的輸出功率的25%作為加載功率。每個工況的運(yùn)行時(shí)間為90 s，采樣時(shí)的工況要求為：速度允許偏差±1.5 km/h，加載扭矩允許誤差為該工 況設(shè)定扭矩的±5%[3]。

圖1 穩(wěn)態(tài)工況法（ASM）試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)

2 結(jié)果與分析

2.1 在用汽油車尾氣排放超標(biāo)率在基準(zhǔn)質(zhì)量區(qū)間上的分布情況分析

圖2 在用汽油車尾氣排放超標(biāo)率在各基準(zhǔn)質(zhì)量區(qū)間上的分布圖

圖2為使用時(shí)間10年內(nèi)的在用汽油車尾氣排放超標(biāo)率在各基準(zhǔn)質(zhì)量區(qū)間上的分布圖。從圖2可以看出，超標(biāo)率在20%以下的區(qū)間為1 250～1 700 kg，20%～25%之間的區(qū)間為小于等于1 250 kg，25%以上的區(qū)間為1 700～2 500 kg，其中超標(biāo)率最低的區(qū)間為1 250～1 400 kg,超標(biāo)率為13.65%，最高的區(qū)間為1 700～1 930 kg，超標(biāo)率為34.62%。這樣，按超標(biāo)率的大小把基準(zhǔn)質(zhì)量區(qū)間分成了高中低3個區(qū)間，分別是 1 700～2 500 kg、小于等于 1 250 kg、1 250～1 700 kg，在不同基準(zhǔn)質(zhì)量區(qū)間上的在用汽油車尾氣排放超標(biāo)率雖然高低不同，但總體在數(shù)值上差距不大，所以，基準(zhǔn)質(zhì)量與在用汽油車尾氣排放超標(biāo)率之間無明顯的相關(guān)性。

2.2 在用汽油車尾氣排放超標(biāo)率在行駛里程區(qū)間的分布情況分析

圖3為在用汽油車尾氣排放超標(biāo)率在各行駛里程區(qū)間的檢測量及超標(biāo)率分布圖，檢測量主要集中在行駛里程20萬km以內(nèi)，20萬km以上的檢測量相對少很多。

圖3 在用汽油車尾氣排放超標(biāo)率在各行駛里程區(qū)間的檢測量及超標(biāo)率分布圖

從圖3可以看出，里程區(qū)間在7萬km以內(nèi)的檢測車數(shù)量是最多的，這個區(qū)間的檢測超標(biāo)率不是最高的，但是上升速度卻是最快的。

3萬km以下的超標(biāo)率保持在8%左右，此時(shí)車輛技術(shù)狀況良好，各種車型的排放性能基本一致，超標(biāo)率較低，且波動不大，但3～7萬km之間超標(biāo)率快速上升。在3萬km以內(nèi)，靠常規(guī)的保養(yǎng)，比如更換機(jī)油和三濾（空氣濾清器、汽油濾芯和機(jī)油濾芯），即可使車輛技術(shù)狀況保持穩(wěn)定，但在3～7萬km的區(qū)間，超標(biāo)率明顯上升，此時(shí)車輛的許多零部件已出現(xiàn)性能劣化的情況，單靠常規(guī)保養(yǎng)已無法穩(wěn)定地保持車輛的技術(shù)狀況，需要對噴油嘴、火花塞、節(jié)氣門等部件進(jìn)行清洗或更換。

但實(shí)際情況是，車主在等到車輛已經(jīng)出現(xiàn)尾氣超標(biāo)排放或者其他故障時(shí)才想到要做相關(guān)檢查，此時(shí)再來做檢查及檢測，可能就不僅僅需要保養(yǎng)，甚至需要維修才能解決問題，不僅耗費(fèi)人力物力，還無形中加速了車輛各部件的老化、劣化，得不償失。還有一個原因是由于城市中空氣污染嚴(yán)重，空氣濾清器壽命縮短，有些故障會提前出現(xiàn)，這就需要對某些易損耗部件提前更換或及時(shí)檢查，以往定期檢查的周期可能已經(jīng)滯后了[4]。這些都是保養(yǎng)方面的一些因素。

7～11萬 km區(qū)間內(nèi)，超標(biāo)率整體的上升比7萬km以內(nèi)的要緩慢，整體趨勢緩慢上升，且上升幅度在5%以內(nèi)，說明車輛在保養(yǎng)或者適當(dāng)維修后，車輛技術(shù)狀況趨于穩(wěn)定，但是，凈化尾氣的三元催化器開始劣化，催化性能也開始退化。這正說明車主在車輛的日常保養(yǎng)中忽視了三元催化器的劣化問題，由于平日檢查不及時(shí)，甚至不檢查，等到問題出現(xiàn)了才找原因，此時(shí)經(jīng)過長期的累積效應(yīng)，發(fā)動機(jī)燃燒生成的某些物質(zhì)與催化劑中活性物質(zhì)反應(yīng)并發(fā)生相變，或生成化合物黏附于活性物質(zhì)表面，阻礙催化反應(yīng)，如果三元催化器得不到及時(shí)清理，將導(dǎo)致HC、CO和NOx的轉(zhuǎn)化效率降低，甚至三元催化器完全失效，尾氣排放的檢測結(jié)果很可能就是多項(xiàng)超標(biāo)。所以，三元催化器的檢查也應(yīng)納入常規(guī)保養(yǎng)范疇中。

11～20萬km區(qū)間內(nèi)，超標(biāo)率穩(wěn)定上升后有所下降，在16萬km處超標(biāo)率達(dá)到最高36.6%，整個區(qū)間上下波動的幅度在10%以內(nèi)，此時(shí)各車型的故障較多，經(jīng)過長期的使用后，車輛各部件性能均有不同程度的劣化，導(dǎo)致技術(shù)狀況逐漸下降，三元催化器也劣化嚴(yán)重，經(jīng)過維修（包括清洗或者更換三元催化器）后超標(biāo)率有所下降。從20萬km開始，超標(biāo)率隨行使里程的增長呈現(xiàn)波動上升的趨勢，這與車輛的故障及維修有關(guān)。雖然經(jīng)過維修后技術(shù)狀況有了一定程度的恢復(fù)，但不同車輛的故障嚴(yán)重程度和維修后技術(shù)狀況恢復(fù)程度均有不同，且車輛已經(jīng)運(yùn)行一段時(shí)間，技術(shù)狀況的恢復(fù)程度畢竟有限，所以超標(biāo)率整體趨勢是上升，且波動較大。29～30萬km，與普通發(fā)動機(jī)的大修里程相近，此時(shí)對于單車來說，車輛各部件及系統(tǒng)損耗較嚴(yán)重，機(jī)械磨損達(dá)到維修極限值，一般需做小修或大修。此區(qū)間超標(biāo)率也達(dá)到整個行駛里程中的最高點(diǎn)，意味著車輛各部件及系統(tǒng)較接近壽命極限。30萬km以上，超標(biāo)率隨行使里程的增長呈波動下降的趨勢，這與部分車輛發(fā)動機(jī)修理及修理質(zhì)量有關(guān)，經(jīng)過修理后技術(shù)狀況恢復(fù)，尾氣排放降低。

3 結(jié)論及建議

通過本文的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，表明用汽油車在不同行駛里程區(qū)間的尾氣排放超標(biāo)率有明顯不同，結(jié)論與建議如下：

a）在不同基準(zhǔn)質(zhì)量區(qū)間上在用汽油車尾氣排放超標(biāo)率分布較均勻，基準(zhǔn)質(zhì)量與在用汽油車尾氣排放超標(biāo)率之間無明顯的相關(guān)性。

b）行駛里程7萬km以內(nèi)，在用汽油車尾氣排放檢測車輛不僅檢測數(shù)量最多，超標(biāo)率上升速度也是最快的。建議及時(shí)保養(yǎng)，保養(yǎng)周期可以適當(dāng)縮短，保養(yǎng)中除了更換常規(guī)的機(jī)油和三濾外，對影響排放的部件或系統(tǒng)尤其需要保養(yǎng)與維護(hù)，以消除故障隱患。

c）行駛里程7～11萬km區(qū)間內(nèi)，在用汽油車尾氣排放檢測車輛超標(biāo)率緩慢上升。建議除了保持正常的保養(yǎng)之外，開始關(guān)注三元催化器的劣化，及時(shí)檢查其催化性能，出現(xiàn)性能下降后，可以采用專用清洗劑進(jìn)行清洗，無法恢復(fù)的需要及時(shí)更換。

d）行駛里程11～20萬km區(qū)間內(nèi)，在用汽油車尾氣排放檢測車輛超標(biāo)率穩(wěn)定上升后有所下降，超標(biāo)率最高為36.6%。建議對車輛的技術(shù)狀況進(jìn)行定期檢查，平時(shí)也要注意車輛運(yùn)行是否出現(xiàn)異常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，防患于未然。

e）行駛里程20萬km以上，在用汽油車尾氣排放檢測車輛超標(biāo)率的整體趨勢是大幅波動在高位，此區(qū)間雖然檢測數(shù)量最少，超標(biāo)率卻是最高的。建議對車輛技術(shù)狀況進(jìn)行全面檢查，需要維修的要及時(shí)進(jìn)行修理，對于性能下降嚴(yán)重的部件甚至總成要進(jìn)行更換，恢復(fù)車輛的技術(shù)狀況。

由于用汽油車在不同行駛里程區(qū)間的尾氣排放超標(biāo)率不同，所以需要針對各自特點(diǎn)采取維護(hù)、治理、維修等不同的對策，這些對策的目的都是為了防患于未然，及時(shí)排除故障隱患，及時(shí)降低在用汽油車尾氣排放的超標(biāo)率，減少尾氣排放，緩解機(jī)動車污染問題。