李先鋒

（運(yùn)城職業(yè)技術(shù)大學(xué)）

多年來汽車保有量增長的同時(shí)，汽車運(yùn)行帶來的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重，國家制定了越來越嚴(yán)格的汽車排放污染標(biāo)準(zhǔn)，倒逼汽車產(chǎn)業(yè)升級(jí)。2020年7月1日起《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國第六階段）》（GB 18352.6—2016）實(shí)施以來[1]，因尾氣超標(biāo)而年審不合格現(xiàn)象，給客戶造成了很大困擾。檢測(cè)數(shù)據(jù)的客觀公正性，使汽車檢測(cè)站對(duì)如何應(yīng)對(duì)超標(biāo)而感到困惑。要將超標(biāo)的尾氣治理合格，需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)理論和實(shí)踐操作有全面的了解。

1 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣生成的機(jī)理分析

1.1 汽車尾氣種類

汽車尾氣包括二氧化碳CO2、水蒸氣H2O、一氧化碳CO、氮氧化合物NOx、碳?xì)浠衔顲H、顆粒排放物PM等。其中完全燃燒產(chǎn)生的CO2和H2O對(duì)大氣無害，其余物質(zhì)均有害[2]。

1.2 有害成分的生成機(jī)理

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)各種有害成分的生成各有特點(diǎn)。

1.2.1 CO

CO是碳不完全燃燒的產(chǎn)物。當(dāng)過量空氣系數(shù)＜1時(shí)，因缺氧使汽油中的碳不能完全氧化成CO2，高溫下CO2因熱離解反應(yīng)再轉(zhuǎn)化成CO。

1.2.2 HC

HC也是一種不完全燃燒產(chǎn)物。高溫燃?xì)庥龅?00℃左右的氣缸壁，產(chǎn)生壁面淬熄效應(yīng)，使部分汽油未燃燒或未完全燃燒，即排出氣缸。特別是混合氣質(zhì)量不佳的發(fā)動(dòng)機(jī)，更易使碳?xì)浠衔锱欧懦瑯?biāo)。燃油系統(tǒng)泄露、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱中的機(jī)油蒸汽外泄，也都屬碳?xì)浠衔锱欧臶3]。

汽油品質(zhì)不好，如餾分較重會(huì)造成汽油揮發(fā)性變差，使進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的燃油與空氣不能充分混合，不易燃燒完全，也是HC生成的原因。

1.2.3 NOx

高溫、富氧是NOx生成的必要條件。NOx的主要成分是NO和NO2，NO排出燃燒室后，與空氣中O2再次發(fā)生氧化反應(yīng)，生成NO2。NO2和HC相遇后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成光化學(xué)煙霧，對(duì)人體健康影響較大。

1.2.4 顆粒排放物

不佳的汽油質(zhì)量，因不易汽化燃燒不完全容易產(chǎn)生碳微粒排放物；含鉛汽油產(chǎn)生鉛微粒排放物；進(jìn)入燃燒室的潤滑油因燃燒不完全，產(chǎn)生的碳微粒排放物。

1.3 影響汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車尾氣排放的因素

1.3.1 可燃混合氣形成

圖1示出CO、THC、NOx排放量，發(fā)動(dòng)機(jī)功率，隨混合氣濃度變化的規(guī)律。混合氣稀經(jīng)濟(jì)性變好，功率下降，NOx下降，但THC變高。功率最高時(shí)，CO、THC高，熱效率下降，油耗增加。

圖1 燃空當(dāng)量比

汽油蒸發(fā)性與汽油質(zhì)量、溫度、氣壓、進(jìn)氣質(zhì)量、汽油噴出速度等有關(guān)。

1）汽油質(zhì)量[4]。若蒸發(fā)性太差，既不能在氣缸中完全氣化，使功率下降，還會(huì)造成啟動(dòng)和加速困難。但蒸發(fā)性太強(qiáng)，則易形成氣阻，造成供油不足。反映蒸發(fā)性的主要指標(biāo)是餾程和飽和蒸氣壓。10%餾出溫度越低，表明汽油中所含低沸點(diǎn)餾分越多、蒸發(fā)性越強(qiáng)，有利于低溫啟動(dòng)；過低則易產(chǎn)生氣阻。50%餾出溫度低，常溫下能較好蒸發(fā)；過高，供油量急增時(shí)，汽油來不及完全氣化導(dǎo)致燃燒不完全。90%餾出溫度和終餾點(diǎn)表示汽油中所含重餾分的多少，該溫度過高，則汽油中重質(zhì)餾分過多，工作中不易完全蒸發(fā)燃燒，將使氣缸積炭增多，油耗上升；蒸發(fā)不完全的重質(zhì)部分會(huì)沿缸壁流入曲軸箱稀釋機(jī)油而加大磨損。

飽和蒸氣壓越大，蒸發(fā)性越強(qiáng)，易于冷啟動(dòng)；但產(chǎn)生氣阻傾向和蒸發(fā)損失增大。

2）溫度。溫度低，蒸發(fā)性下降，未蒸發(fā)的汽油難以燃燒，形成CO和碳微粒，未燃燒汽油排出，也會(huì)增大CH以及PM的排放。溫度過高，會(huì)增加NOx的生成。

3）進(jìn)氣質(zhì)量。進(jìn)氣過少，流速降低、進(jìn)氣歧管真空度降低，混合氣形成時(shí)間延長，CO、HC排放增加，排氣冒黑煙幾率增大。未經(jīng)計(jì)量的進(jìn)氣泄漏，使混合氣變稀，排放不正常。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣臟會(huì)加速磨損，也影響尾氣中微粒的排放。

4）進(jìn)氣歧管真空度。進(jìn)氣歧管真空度變化，會(huì)造成進(jìn)氣歧管內(nèi)絕對(duì)壓力變化。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV/T=c可知，c為常數(shù)，容積（V/m3）不變，壓力（P/Pa）變小使絕對(duì)溫度（T/K）下降，影響汽油蒸發(fā)性，進(jìn)而影響混合氣的形成。

5）汽油噴出速度。噴速大使汽油與空氣極速摩擦而粉碎，加速混合氣形成。噴出速度與系統(tǒng)壓力、進(jìn)氣歧管真空度、噴油器針閥閥孔狀態(tài)、噴油器開關(guān)特性等有關(guān)。

1.3.2 點(diǎn)火及燃燒過程

1）點(diǎn)火對(duì)尾氣排放的影響?；鸹ㄈg隙過大引起火弱，點(diǎn)火電壓低，都會(huì)使燃燒變慢，燃料不能完全燃燒，使HC超標(biāo)。

2）燃燒過程對(duì)尾氣排放的影響。缸壁、活塞及環(huán)等零件磨損，以及氣門密封不嚴(yán)，會(huì)造成氣缸壓縮壓力不足，燃速降低使部分混合氣泄漏到曲軸箱，或進(jìn)入排氣管，使HC排放增加，同時(shí)氧氣濃度也會(huì)稍高[5]。

1.3.3 排放控制系統(tǒng)對(duì)尾氣排放的影響

為滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，汽車上裝備了排放控制裝置，如表1所示[6]。

表1 汽車排放控制裝置影響示意圖

實(shí)踐中僅更換三元催化轉(zhuǎn)化器，使尾氣達(dá)標(biāo)，是臨時(shí)性的，行駛一定里程后排放又會(huì)超標(biāo)。

直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的分層充氣、均質(zhì)稀薄充氣和均質(zhì)充氣3種模式，實(shí)現(xiàn)了混合氣過量空氣系數(shù)在較大范圍（1～3）內(nèi)的調(diào)節(jié)，雖降低了CO、HC的排放，但增加NOx排放。

1.3.4 顆粒物排放

混合氣的不均、油品中的雜質(zhì)、燒機(jī)油，是汽車微粒與碳煙排放物的主要來源。

2 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放超標(biāo)的治理措施

結(jié)構(gòu)原理、混合氣形成與燃燒模式均較固定，其自我調(diào)節(jié)能力不足，實(shí)際不能以理想方式工作。即使加注高品質(zhì)汽油、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀況良好，也不能保證排放指標(biāo)總合格。

從使用、維護(hù)和維修等技術(shù)角度提出避免發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化的措施，盡量保持發(fā)動(dòng)機(jī)最佳的技術(shù)狀態(tài)，使其排放降到最低限度，這也是降低汽車尾氣排放的較好方向。

2.1 選擇正規(guī)加油站

汽油品質(zhì)的檢測(cè)需要專業(yè)設(shè)備和技術(shù)。車主可自主選擇正規(guī)加油站提供的產(chǎn)品，質(zhì)量有保障[6]。

年檢前加注高品質(zhì)的汽油，使發(fā)動(dòng)機(jī)在中高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行不少于20 min，以便將燃燒室積碳燃燒并排出，改善可燃混合氣形成的環(huán)境。

2.2 檢查和清潔進(jìn)氣系統(tǒng)

通過檢測(cè)進(jìn)氣歧管真空度，可檢查進(jìn)氣是否通暢、排氣管有無堵塞。真空表讀數(shù)擺幅大小、擺動(dòng)頻率快慢與氣缸密封性、進(jìn)排氣管通暢或泄漏程度、空燃比以及點(diǎn)火性能好壞有關(guān)。

若不合標(biāo)應(yīng)逐個(gè)排查，排除故障，直到怠速時(shí)進(jìn)氣歧管真空度符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 保持良好的溫度

發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒溫度與冷卻液溫度對(duì)尾氣排放影響也較大。燃燒溫度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷有關(guān)。冷卻液溫度除了與轉(zhuǎn)速、負(fù)荷有關(guān)外，還與冷卻系技術(shù)狀況有關(guān)[7]。

1）燃燒溫度由燃燒室內(nèi)燃燒狀況的好壞決定，與氣缸壓縮壓力、可燃混合氣形成速度和質(zhì)量、火花塞點(diǎn)火時(shí)刻和點(diǎn)火能量直接相關(guān)。在汽車檢測(cè)前，對(duì)這3方面進(jìn)行有效維護(hù)，可提高汽車檢測(cè)合格概率。

檢測(cè)氣缸壓縮壓力，使其符合標(biāo)準(zhǔn)要求；清洗噴油器，確保其在規(guī)定壓力下不漏、霧化良好、噴油量符合標(biāo)準(zhǔn)；檢測(cè)汽油供給系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力，使其壓力符合該車型標(biāo)準(zhǔn)；檢測(cè)該發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火波形，與標(biāo)準(zhǔn)波形對(duì)比，找到故障點(diǎn)進(jìn)行維修，使點(diǎn)火系統(tǒng)保持良好技術(shù)狀況。

2）冷卻液溫度的影響因素有：冷卻系統(tǒng)是否通暢無阻；水套內(nèi)壁是否有水垢；冷卻系統(tǒng)水循環(huán)量和循環(huán)速度；散熱器外部是否被臟物覆蓋；散熱器散熱片是否變形阻滯氣流流通；風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、集風(fēng)罩是否漏氣。

2.4 提高可燃混合氣生成的質(zhì)量

清洗噴油器，使噴油器單位時(shí)間內(nèi)噴油量符合標(biāo)準(zhǔn)，不堵不漏，霧化良好。使用噴油器清洗測(cè)試儀，進(jìn)行超聲波清洗、測(cè)試，不建議使用免拆清洗方式。若維護(hù)后仍不能達(dá)標(biāo)，則需更換。

測(cè)試汽油供給系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力。壓力不足會(huì)影響噴油速度和霧化質(zhì)量以及噴油量。壓力不足則檢查電動(dòng)泵或者燃油壓力調(diào)節(jié)器，以及管路有無折或堵的現(xiàn)象，予以對(duì)應(yīng)排除。

2.5 檢查各個(gè)氣缸的點(diǎn)火波形

取消波形測(cè)試采取更換火花塞來改善點(diǎn)火狀況，是盲目的。更換火花塞未必都能排除某缸點(diǎn)火波形不正確的故障，而通過更換或維修點(diǎn)火系統(tǒng)部件，并用點(diǎn)火波形來檢驗(yàn)更換部件帶來的維修效果，是極有效率的工作方式[8]。

2.6 其他輔助辦法

增加汽車降低排放的附加裝置，也是很好的辦法。但這種辦法無法通過外檢關(guān)。重視燃油箱及蓋、汽油供給系統(tǒng)管路及零件的外部檢視，可以降低HC的排放。往油箱內(nèi)填加汽油添加劑，也會(huì)對(duì)降低CO、CH等排放量起到一定的作用。

3 結(jié)論

采用汽車使用維修實(shí)踐與理論結(jié)合的方法，用理論做指導(dǎo)，用測(cè)試儀器檢測(cè)，結(jié)合檢測(cè)數(shù)據(jù)，提出改善和治理汽車尾氣超標(biāo)的措施。文章是在不改變汽車原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上提出的治理措施，雖經(jīng)治理維修可以改善汽車尾氣排放超標(biāo)的情況，但是受到汽車依據(jù)老標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)而落后的原因限制，仍然會(huì)有無法滿足嚴(yán)格的國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)，致使汽車無法檢驗(yàn)合格的情況出現(xiàn)。這些落后產(chǎn)品的淘汰與國家推出更加嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)的目的相契合，也是汽車行業(yè)發(fā)展的必要。