浅析机动车尾气排放检测方法及影响因素

王春林

摘 要：机动车的工具式普及极大方便了人们交通出行，但同时也带来更严峻的尾气污染治理局面。污染治理中，尾气排放检测是非常关键的环节。为此本文分析机动车尾气排放的检测方法，明确尾气排放的影响因素，以为机动车尾气污染治理方案优化制定提供一定理论参考。

关键词：机动车尾气;尾气污染;排放检测

中图分类号：U467.48 文献标识码：A

0 引言

机动车排放尾气中含有多类毒害性化学物质，进入大气后，除造成严重的汽车尾气污染，还会影响人的身体健康。近年来有关汽车尾气治理的工作不断深入，其排放检测方法也进一步升级。为提高尾气污染治理工作成效，有必要对排放检测方法及其影响因素做分析总结。

1 机动车尾气排放检测方法

1.1 双怠速法

双怠速法为一类较新的机动车尾气排放检测技术。以汽油车为例，对双怠速法的检测流程进行介绍。（1）检测前，需确保目标车辆处于厂家规定的正常状态，且车体已安装空气滤清器、排气消声器和排气后处理装置，检查车辆排气系统密闭性是否达标。另外，检测过程应确保发动机冷却液、润滑油的温度不低于80℃，或达到厂家规定的热状态。（2）启动发动机进行怠速运转，并逐渐加速至70%的额定转速或有关规定给出的暖机转速，连续运行30 s后回到怠速运转。将测试仪取样探头深入排气管400 mm以上深度并固定，采样15 s后读取测试仪在30 s内的平均数值。（3）测试过程中，若发现任何一氧化碳与二氧化碳浓度和低于0.6%的情况或发动机熄火，应停止测量并重新进行。但受检测原理所限制，无法测定高排放的NOX值，因此大部分地区已禁止/限制双怠速法来检测机动车尾气排放值。

1.2 工况法

相较于双怠速法，工况法检测的全面性更高。工况法包括稳态、瞬态和简易瞬态三类。其中，稳态工况检测需将机动车驱动轮停放在试验台上，待汽车加速至工况速度并穩定运行后，使用电气控制系统吸收装置进行功率调整，当机动车底盘测功机滚筒表面的总吸收功率达到检测标准值后，使用五气分析仪进行污染物排放浓度检测。也就是说，利用底盘测功机，监测机动车在25 km/h和40 km/h两个工况的尾气排放数据，测定结果显示为不同工况下的排放浓度。

瞬态工况检测由计算机和采样分析系统共同完成污染物检测，采样分析系统由底盘测功机、五气分析仪及气体流量分析仪组成[1]。检测过程将机动车固定在试验台上，使用定容取样法采集尾气样本，然后进行污染物浓度测定。

简易瞬态工况检测使用的仪器主要是底盘测功机、五气分析仪和气体流量分析仪，检测过程同样需将汽车驱动轮停放在底盘测功机上，将分析仪取样探头探入机动车排气管，要求探入深度不低于400 mm并将其固定。然后启动发动机使其怠速运转，持续40 s左右后循环，并进行尾气取样检测。

1.3 自由加速法

自由加速法主要被用于柴油车的尾气排放检测中。该检测方法针对整车进行，要求检测前车辆发动机未发生停机或长时间怠速运行。检测过程中，肉眼观察车辆排气系统是否出现泄漏问题，保证发动机在达到各自由加速循环开始点后均处于怠速状态，若目标车辆采用重型发动机，放开油门踏板后需停滞10 s。自由加速检测中，需在1 s内将油门踩到底，确保在最短时间内向系统提供最大油量。另外，各个自由加速测量油门踏板松开前，需保证发动机转速达到断油转速。若车辆安装变速箱，发动机转速应达到额定转速。最终取三次检测结果的平均值作为车辆尾气检测结果。

1.4 加载减速法

加载减速法同样适用于柴油发动机。检测过程中，启动发动机并调节至空挡，逐步提高油门踏板开度，并稳定在最大开度，记录此时发动机的最大转速，然后回到怠速状态。使用前进挡驱动检测车辆，在适当挡位开启油门踏板最大开度，要求此时测功机数值在70 km/h左右。获取车辆初始数据且系统判断达标后，切换底盘测功机为自动检测状态，系统自动完成检测并出具检测报告。

2 机动车尾气排放影响因素

2.1 模型设计

机动车排放污染物中，污染程度最高的为氮氧化合物和一氧化碳，选取492汽油发动机为代表，分析其尾中氮氧化合物及一氧化碳浓度的影响因素。假设机动车标准工况转速为1 000 r/min，过量空气系数为1.1，着重分析空燃比、压缩比、点火提前角对排放尾气中氮氧化合物及一氧化碳浓度的影响。

2.2 因素分析

2.2.1 空燃比

空燃比指的是混合气体中空气与燃料的质量比。例如，1 kg汽油完全燃烧需要消耗14.7 kg空气，因此有AF=14.7，该数值定义为理论空燃比。混合气浓度越高，空气量越少，因空气不足燃料发生不完全燃烧，此时一氧化氮的排放量较少，尾气中一氧化碳的浓度增加;混合气浓度越低，燃料燃烧越充分，导致一氧化氮排放量上升、一氧化碳排放量减少;混合气浓度低到一定程度，因燃烧反应速率降低，发生不稳定燃烧，一氧化氮与一氧化碳的排放量均会降低，但此时发动机运行稳定将受到显著影响，甚至发生熄火[2]。

（1）一氧化氮。分析发现，当空燃比接近理论空燃比时，尾气中一氧化氮的浓度达到峰值，空燃比低于该数值，火焰传播速度及燃烧温度降低，一氧化氮排放量降低;空燃比高于该数值，燃烧温度及氧气浓度降低，一氧化氮排放量也降低。该结论与理论结果一致。

（2）一氧化碳。尾气中一氧化碳的浓度与空燃比负相关，即混合气浓度越低，氧气越充分，发生充分燃烧导致一氧化碳排放量降低。空燃比接近理论空燃比时，一氧化碳生成量变化程度明显降低，在理论空燃比附近达到最小值，该结果恰好与一氧化氮相反。

2.2.2 压缩比

（1）一氧化氮。尾气中一氧化氮浓度与压缩比之间为明显的正相关，主要是由于当压缩比上升时，发动机燃烧室内压力限值及温度限值上升，导致一氧化氮排放量增加。

（2）一氧化碳。尾气中一氧化碳浓度与压缩比之间为负相关关系，主要是由于压缩比越高，燃料然燃烧越充分，导致一氧化碳生成量降低。

2.2.3 点火提前角

（1）一氧化氮。尾气中一氧化氮的浓度与点火提前角间为明显的正相关，主要是由于点火提前角越大，燃料燃烧越充分，气缸内温度升高，给一氧化氮的生成提供更有利条件，进而导致一氧化氮的排放量增加。但当点火提前角上升至一定程度后，因燃烧时间急剧缩短，一氧化氮的排放量将有所降低。从尾气污染治理的角度上看，似乎可通过推迟点火带达到降低一氧化氮排放量的目的，但需要注意，推遲点火会引发燃料燃烧不充分的现象，当燃烧膨胀开始后，仍有一氧化氮生成[3]。同时，推迟点火还会影响发动机运转效率，引发运行失稳的现象，反而增加尾气排放量。

（2）一氧化碳。一氧化碳排放量与点火提前角之间的相关性较低，即随着点火提前角的上升，尾气中一氧化碳浓度并不发生明显改变。但当点火提前角朝反方向变动，且降低到一定程度后，因一氧化碳氧化时间不足，会导致其排放量上升。

综合以上分析结果，机动车排放尾气中一氧化氮的浓度与压缩比和点火提前角正相关，当空燃比接近理论空燃比时，一氧化氮的生成量达到最高值。而一氧化碳的浓度与空燃比、压缩比和点火提前角负相关。其中，一氧化碳生成量受空燃比的影响幅度最大，当空燃比接近理论空燃比时，一氧化碳的生成量达到最低，而压缩比和点火提前角对一氧化碳的影响不明显。造成以上结果的原因主要是由于一氧化氮与一氧化碳的生成原理不同，分别为高温燃烧和不完全燃烧。两种气体同为机动车尾气排放检测的重点对象，在进行尾气污染治理时，还需平衡二者之间的关系，并考虑发动机的运行质量，设定最优的运行参数方案。

3 机动车尾气污染治理建议

3.1 源头治理

机动车尾气污染的形成与发动机原本的运行参数高度相关，因此尾气污染治理还要从源头开始，即从机动车产销环节入手。目前已有法律法规对机动车的生产及销售环节作出严格限制，确保流入市场机动车的尾气排放情况均达到有关指标的要求，减少尾气污染。除继续完善有关法规及标准、确保其充分落实外，还可对消费者的购买行为进行引导，鼓励其优先选择尾气排放达标、更具环保属性的机动车产品。同时，加强机动车产品质检工作，将不同的尾气检测方法相结合，对市场上各类机动车产品进行抽检，发现不达标产品立即给出相应处理措施，避免不达标机动车投入使用，以逐步削弱汽车尾气排放对控制质量的影响。

3.2 尾气监测

我国汽车尾气排放监测依照有关标准进行，并出台一系列指导性文件。然而在实际工作中，因诸多因素的影响导致尾气排放监测工作的开展成效并不十分理想，存在监测频率过低、覆盖面过窄、尾气监测与尾气污染治理相脱节等问题。因此建议有关部门结合区域机动车产品使用情况及空气污染现状，制定科学的尾气排放监测方案，合理选取尾气检测方法，并提高检测频率及覆盖面。

4 结论

机动车尾气排放检测方法包括双怠速法、工况法、自由加速法、加载减速法等，在机动车尾气治理过程中，同时做好源头管理及尾气监测工作，生产尾气排放充分达标的汽车产品，并对现有机动车销售、使用情况做严格检查，逐步改善尾气污染情况。

参考文献：

[1]孔华英.机动车尾气检测方法及比较研究[J].时代汽车，2020，17（03）：12-13.

[2]蔡雨璇.关于机动车尾气检测与治理措施研究[J].科技风，2019，32（35）：123.

[3]冯芒.机动车尾气检测方法与治理研究[J].时代汽车，2019，16（21）：24-25.