我國汽車尾氣的排放控制策略、治理思路及相關故障診斷

◆文/北京 葛蘊珊 王凱明

一、我國推行I/M制度的意義

1.I/M的定義

I是英文inspection的簡稱，表示檢測、檢查；M是英文maintenace的簡稱，表示保養(yǎng)、維護。所以I/M是指定期檢測并維護以保證車輛始終處于良好工作狀態(tài)，特別是排放狀態(tài)的一種制度。

2.實行I/M制度的意義

從20世紀50年代，因汽車排放導致的大氣污染事件—“洛杉磯光化學煙霧事件”開始，世界各國對因汽車排放導致的大氣污染高度重視，并不斷頒布了日益嚴格的汽車排放污染物控制法規(guī)。一般來講，從汽車生產(chǎn)到使用，劃分為售前和售后兩個階段，所以各國的法規(guī)也相應分為新車排放法規(guī)和在用車排放法規(guī)兩部分。從國外，特別是美國的經(jīng)驗來看，注重新車出廠時的標準和要求只是一個方面，它僅解決了“上游”的問題，但“下游”的售后領域，在用車輛由于各方面因素的變化和隨著使用里程的增加，不可避免地會出現(xiàn)一些問題(包括故障和正常部件老化帶來的變化)，有可能導致排放污染物增加并超出相關限值。此外，符合不同排放標準的在用車數(shù)量(保有量)遠超過當年新售出的車輛(這些當年新售出的車輛滿足當時最新的排放法規(guī))，而那些車齡較長的在用車單車排放量卻遠高于新投入使用的在用車的排放量。所以，對數(shù)量龐大的在用車排放污染物的控制就成為防止大氣污染的一個極為重要的方面。大量的調查和實踐證明，采用I/M制度是能以最低成本達到最佳效果控制汽車尾氣排放的一種方法。

二、我國機動車尾氣排放治理現(xiàn)狀

1.“上游”治理情況

從“上游”來看，我國對新生產(chǎn)汽車采用了不同的排放控制標準，目前針對全國范圍內的汽柴油乘用車實施的是中國第五階段排放標準。我國對汽車產(chǎn)品采用的是準入制(或認證制)，即汽車在上市銷售前必須按照國家規(guī)定，由第三方完成相關試驗測試(包括排放污染物測試)，滿足相關要求后上報管理部門獲批銷售目錄(即取得銷售資格)。送檢實驗車輛通常是汽車生產(chǎn)企業(yè)精心準備的，但制造商在大批量生產(chǎn)時，由于配套企業(yè)的管理等問題，生產(chǎn)過程可能出現(xiàn)漏洞，從而導致批量生產(chǎn)產(chǎn)品的一致性不滿足要求(比如劣質部件混入、排放耐久性降低等)，這類事件已有先例，管理部門對此也有相關的規(guī)定和例行檢查，并對違規(guī)者采取了一定的處罰措施。

2.“下游”治理情況

從“下游”來看，個別機動車使用者，特別是某些營運車輛不能完全按規(guī)定進行檢測和維護，為降低使用和維修成本，甚至會擅自拆除或更改車輛排放控制裝置或部分系統(tǒng)。部分車主或營運者即使發(fā)現(xiàn)與汽車尾氣排放相關的故障燈點亮，只要不影響車輛的使用，也不會主動去維護或修理，但為了通過周期檢查(包括安檢和排放檢查)，通過其他作弊手段暫時降低車輛排放，這也催生了維修業(yè)采用非法手段為此類車輛進行改動或改裝的行為。在有些機動車檢測場周邊也不乏這類的街邊維修店(有些甚至都沒有合法的營業(yè)資質)和“車蟲”，幫助有此類需求的車主和營運者作弊。主流媒體也多次曝光過該類事件，北京也曾對此進行了大力整頓，并采用了一些行之有效的技術手段遏制這類違法行為的泛濫，取得了一定的效果。從全國范圍來看，雖然這種作弊行為并不少見，但已引起國家有關部門的高度重視，正在加大力度推進督查、問責和整治。

三、汽車尾氣排放治理的基本思路

汽車尾氣排放的治理看起來僅是檢測和維修的事，但實際上是一個系統(tǒng)工程。它涉及政策、法規(guī)和相關標準的制定及貫徹，相關管理機構的設立、維修市場的管理、維修技術和配件的普及市場的監(jiān)督管理與處罰等多個方面。因此需要政府多個相關部門的協(xié)同共管，并采取更科學合理的檢測和監(jiān)督方式才可能產(chǎn)生最佳效果。

1.法規(guī)與標準的制定

首先需要制定相關法規(guī)和標準，我國已經(jīng)制定并頒布了對新車從國一至國六的各個階段的標準，各省也根據(jù)本省的實際情況制定了在用車排放標準。已經(jīng)實施的在用車排放檢測方法主要包括遙感測量(主要針對路上行駛的車輛，也就是加強路檢)和定期的周期檢測(包括安檢和排放檢測)，俗稱年檢。根據(jù)機動車的排放特點和大氣污染的控制需求，汽油車的排放檢測方式已經(jīng)從雙怠速法發(fā)展為簡易工況法，加強了對NOx的控制。柴油車從簡單的自由加速時煙度檢測發(fā)展到簡易工況法(加載減速法)，檢測柴油車在最大載荷工況下的炭煙(顆粒物)排放，根據(jù)大氣污染控制的需要，正在修訂的在用柴油車標準中已加入NOx的檢測。

2.車載診斷系統(tǒng)的應用

早期的車載診斷系統(tǒng)(也被稱為OBD-I)是隨著發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的發(fā)展而誕生的，它是汽車制造商為方便診斷發(fā)動機管理系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，判定并由此記錄相關故障碼，便于維修人員快速準確進行維修而設計的。由于各制造商的發(fā)動機控制軟件不同，通信協(xié)議不同，不同車輛都需要各自專用的診斷儀和配套軟件。美國EPA(環(huán)境保護署)為加強對汽車尾氣排放物的控制和監(jiān)管，在車載診斷系統(tǒng)的基礎上，于1996年正式頒布并實施了OBD-II(車載診斷系統(tǒng))的標準和相關技術要求。歐洲也隨后頒布了類似的標準(EOBD)。在標準中對涉及汽車尾氣排放物的監(jiān)測內容、方式、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)連接口(DLC)安裝位置和PIN腳使用、故障碼定義以及故障指示燈(MIL)等內容都進行了詳盡規(guī)定。特別要強調的是，該系統(tǒng)不僅可偵測和判斷已發(fā)生的故障，還能偵測和判斷與排放可能超過標準要求相關的故障(包括性能參數(shù)的偏移)。另一個強制性的要求是該系統(tǒng)必須可使用市場上可購買到的通用型診斷儀進行檢測，這就統(tǒng)一了標準要求并開放了影響排放的故障檢測通道，最大范圍地擴大了監(jiān)督、檢測和維修的便捷性，經(jīng)驗表明這是一種方便和有效的方式。隨著汽車技術的發(fā)展，車載診斷系統(tǒng)也在不斷發(fā)展和完善。除了偵測和判定方式、故障碼的擴充(如合理性的判定等)和更清晰的定義等變化外，為了更方便準確地監(jiān)測，還增加了排放控制系統(tǒng)監(jiān)測頻次的要求。我們可通過這一手段的運用更快捷地發(fā)現(xiàn)車輛故障和作弊行為。

四、汽車尾氣排放超標故障的診斷思路

1.汽車尾氣排放超標故障的診斷流程

汽車有害污染物排放超標實際上是排放相關系統(tǒng)故障(包括潛在的故障)的反映。因此其診斷思路與汽車其他故障的診斷和維修思路原則上是一樣的，只是涉及的內容和重點不同，一般維修流程如下：

①客戶詢問和確認故障(陳述、檢測場檢測單和相關驗證資料，必要時陪同試車)；

②車輛初步檢測(檢查故障碼、凍結幀等數(shù)據(jù)，必要時進行驅動測試)；

③根據(jù)掌握的知識和經(jīng)驗(必要時查閱相關技術資料)做出初步判斷(故障碼內容、定義、故障范圍、可能故障點等)；

④驗證上述判斷，用合適的儀器設備，按照相關知識和維修手冊(結構、位置、PIN腳、范圍值等)進行準確測量，根據(jù)測量結果證實或推翻之前的判斷；

⑤根據(jù)最終的正確結果制定維修方案(供客戶選擇，并向其耐心解釋)；

⑥進行維修；

⑦重新檢測和路試確認修復效果。

2.汽車尾氣排放控制策略的要點

通常大多數(shù)人認為，尾氣的檢測就是為驗車達標。其實從另一個角度講，尾氣的檢測和分析也是發(fā)動機故障診斷的重要手段。因為發(fā)動機在設計時綜合考慮了動力性、經(jīng)濟性和尾氣排放的要求，所以如果汽車污染物排放不達標，甚至存儲了故障碼，也會影響發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。車輛的排氣狀態(tài)可以反映發(fā)動機的燃燒狀態(tài)，因此維修人員需要加強對尾氣與燃燒關系的認識和對尾氣與控制策略關系的理解。

在尾氣排放物控制的內容中，應注意的幾個重點是(汽油機和柴油機而有所不同)：

①空燃比(λ)的監(jiān)測與控制系統(tǒng)；

②燃油蒸發(fā)的監(jiān)測和控制系統(tǒng)；

③曲軸箱通風的監(jiān)測和控制系統(tǒng)；

④廢氣再循環(huán)(EGR)的監(jiān)測和控制系統(tǒng)；

⑤催化轉化器(CAT)效率的監(jiān)測和控制系統(tǒng)；

⑥NOx排放的監(jiān)測和控制系統(tǒng)；

⑦顆粒捕集器狀態(tài)和再生的監(jiān)測和控制系統(tǒng)；

⑧可選擇性催化轉化器(SCR-俗稱尿素罐)的監(jiān)測和控制系統(tǒng)。

(注：具體技術細節(jié)這里不再贅述，有興趣者可參考相關技術資料)。

五、汽油車和柴油車尾氣排放控制措施的區(qū)別

對于汽油車與柴油車，由于燃燒方式和燃料不同，導致主要尾氣排放物的特點也不同，因此對尾氣排放物的控制措施也有所不同 。

1.汽油車的尾氣排放物及治理措施

汽油車的尾氣排放物主要有：CO、HC、NOx、PM，相應采用的技術措施有：O2S(氧傳感器)+CAT(三元催化轉化器)、EGR(排氣再循環(huán))、EVAP(燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng))、曲軸箱通風、GPF(汽油機顆粒捕集器-直噴汽油車顆粒控制技術)。

2.柴油車的尾氣排放物及治理措施

柴油車的主要尾氣排放物有：CO、HC、NOx、PM、SO2。相應采用的技術措施有：DOC(氧化型催化轉化器)、NOx傳感器+存儲式NOx催化轉化器或SCR(選擇性催化還原技術)及溫度傳感器、EGR(排氣再循環(huán)，+中冷)、DPF(柴油車顆粒捕集器) 。

六、汽柴油品質對汽車尾氣排放的影響

燃油的品質不僅影響燃燒的質量，從而影響排放，而且還會影響新的排放技術的應用和車輛的可靠性，造成維修費用和使用成本的增加。

汽油中影響汽車尾氣排放的主要指標有：硫含量、辛烷值、清潔度、膠質含量、蒸發(fā)特性等 。

柴油中影響汽車尾氣排放的主要指標有：十六烷值、清潔度、水含量、蠟質含量、 硫含量等。

七、汽車尾氣排放檢測所用到的主要儀器設備

汽車檢測站等相關機構需要根據(jù)國家和當?shù)氐呐欧趴刂茦藴?，選擇適當?shù)奈矚馀欧诺臋z測設備。至少需要的設備有：

①尾氣分析儀(汽油車輛用，至少是4氣)和煙度計(柴油車輛用)；

②通用型故障診斷儀(Scan tool)；

③萬用表和示波器；

④簡易工況排放檢測設備。

八、加強汽車尾氣的檢測和監(jiān)管

被檢測車輛、尾氣分析儀(煙度計)等采樣系統(tǒng)、底盤測功機、計算機(數(shù)據(jù)處理用)、環(huán)境站和人為操作是在雙怠速尾氣檢測和簡易工況尾氣檢測過程中可能影響檢測結果真實性的幾個要素，這其中的任一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題(包含人為作弊)都可能影響檢測結果?，F(xiàn)列舉常見的作弊手段供業(yè)內人員辨識。

1.檢測前對被檢測車輛作弊

(1)汽油車

①租借催化轉化器；

②切斷水溫傳感器；

③非正規(guī)調整空燃比；

④非正常調整點火提前角；

⑤油箱中加入乙醇等含氧燃料；

⑥給發(fā)動機澆冷水，強制降溫等(可減少NOx的排放)。

(2)柴油車

①減少供油量，俗稱鎖油；

②制作假的車輛銘牌，修改發(fā)動機功率，轉速參數(shù)；

③加裝所謂“神器”，實際上是采用虛假信號(如溫度、氧含量、Nox濃度等)，欺騙控制系統(tǒng)；

④在平常使用時斷開后處理系統(tǒng)(如DPF、SCR等)，檢測時恢復，檢測后又斷開。

2.在分析儀上常用的作弊方法

(1)汽油車

真加載，假尾氣，采用替車檢測(不合格車輛在檢測線上檢測，分析儀取樣管取的數(shù)據(jù)為另一輛合格車的尾氣數(shù)據(jù))。這種方式有兩種方法，一種是利用Y型取樣管作弊，另一種是檢測室內檢測用分析儀的取樣管被掉包。

(2)柴油車

①真加載，假尾氣，采用替車檢測(即不合格車在檢測線上檢測，煙度計取得的是另一輛合格車的煙度數(shù)據(jù))。其方法是只需將檢測室內接入檢測系統(tǒng)的檢測用煙度計連線被另外一套同規(guī)格的煙度計及連線取代。

②煙度計風扇停轉，減少進入煙度計的煙氣流量，煙度減少。

3.測功機上作弊的方法

(1)汽油車

假加載，真尾氣，當不合格車在檢測線上檢測時，通過在測功機力傳感器上施加外力或通過某種手段不加載，以達到給被檢測車輛減少加載的目的，從而降低被檢測車輛的NOx數(shù)值。

(2)柴油車

假加載，真尾氣，不合格車在檢測線上檢測時，通過在測功機力傳感器上施加外力或通過某種手段不加載，以達到給被檢測車輛減少加載的目的，從而降低被檢測車輛的煙度數(shù)據(jù)。

4.取樣系統(tǒng)作弊的方法

(1)汽油車

在分析儀內人為制造泄露，造成檢測數(shù)值偏低。

(2)柴油車

①堵采樣管，使大部分煙氣不能進入煙度計，降低煙度測量值；

②把煙度計取樣管內壁弄濕，使大部分煙氣附著在取樣管內壁，不能進入煙度計，降低煙度測量值；

③斷開或虛接煙度計與采樣管之間的連接管路，使大部分煙氣不能進入煙度計，降低煙度值。

5.在檢測設備的計算機上作弊的方法

這種方法需要基于兩個條件，首先是檢測軟件的安全性能、保密性能不好；其次是操作的人要具備一定的電腦操作基礎。方法是斷網(wǎng)檢測，修改數(shù)據(jù)后聯(lián)網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)，改變加載值，使用錯誤或虛假環(huán)境站數(shù)據(jù)，影響修正結果。

6.檢測人員在檢測過程中人為操作油門影響檢測數(shù)據(jù)

(1)汽油車

檢測人員通過檢測時抖動油門踏板使車輛NOx數(shù)據(jù)達標。

(2)柴油車

①降低功率、轉速輸入?yún)?shù)，使限值降低。

②檢測時，檢測人員在功率允許范圍內(眼睛盯住曲線)，油門踏板不踩到底，以降低煙度的數(shù)據(jù)。

綜上所述，法規(guī)和標準制定后，其執(zhí)行情況將直接影響尾氣治理的成效，因此采用科學手段加強監(jiān)管，嚴厲懲處檢測作弊，才能真正發(fā)揮實施I/M制度的作用。