基于机动车环保检测的尾气治理分析与研究*

郭 超， 刘丹丹， 李先锋

（运城职业技术大学， 山西 运城 044000）

随着生态环境越来越恶劣， 中国对机动车环保检测要求越来越高， 依据生态环境部发布的国家标准GB 18285—2018 《汽油车污染物排放限值及测量方法》， 增添了机动车OBD检测和燃油蒸发检测等检验项目， 这样造成部分机动车环保检测不合格。 本文通过对环保检验不合格的车辆，对其检验结果进行分析， 利用不同方法进行修复， 对尾气治理分析与研究， 来减少机动车尾气对环境的污染。

1 汽油车尾气产生机理分析

汽油机在燃烧的过程中会产生一氧化碳 （CO）、 碳氢化合物 （HC） 和氮氧化合物 （NO） 3种污染物， 然后经过尾气后处理装置三元催化转化装置能将这3种污染物有效地转化为二氧化碳 （CO）、 氮气 （N） 和水 （HO）。 下面分别对3种污染物生产机理进行分析。

1.1 一氧化碳产生机理

汽油在气缸内正常燃烧将会产生CO， 由于燃烧不充分所致将会产生中间产物CO， 所以CO的产生是燃烧时氧气量不足所致， 燃油不能完成燃烧。

1.2 碳氢化合物产生机理

汽油是一种混合物， 主要成分是CH， HC是燃烧过程中燃油不完全燃烧所形成的产物， 或者是未燃烧的碳氢燃料。

1.3 氮氧化物产生机理

氮氧化物的生成主要跟发动机内高温和富氧有关， 在高温状态下， 氮气就容易和氧气反应生成有毒气体一氧化氮。 如果在缺氧的状态下， 即使燃烧室温度很高， 氮氧化物的生成也会降低， 所以氧气的浓度对氮氧化物产生起决定性作用。

2 发动机后处理装置损坏对排放的影响

2.1 三元催化转化器

三元催化转化器是汽车排放系统中最重要的废气转化装置， 安装在排气管消音器前面。 通常使用铂、 钯、 铱、铑作为催化剂， 附着在金属滤网上， 尾气通过时将一氧化碳、 碳氢化合物氧化成二氧化碳和水， 把氮氧化物还原成氮气。 发动机将空燃比控制在理论空燃比附近， 三元催化转化器转化效率最佳。 转化效率除了和空燃比还和温度有关， 催化器温度达到 400℃以上时， 净化率接近100%， 废气将得到有效净化。

三元催化转化器随着车辆使用年限的增长， 表面活性物质逐渐老化失效， 转化效率下降。 失效原因通常有两种：一是长期处在温度过高状态， 造成三元催化转化器表面烧结， 导致活性表面损坏； 二是三元催化转化器 “中毒”， 一些车主在不正规的加油站给车辆加油， 这样会造成燃油不纯净， 添加一些会损坏三元催化器的元素， 比如铅、 硫和磷等， 这些成分会覆盖三元催化器活性表面， 造成转化效率下降。

2.2 氧传感器

氧传感器分为前氧和后氧， 安装在三元催化器前后，检测排气管中氧的浓度， 同时前氧和后氧检测数值对比，可以判断三元催化器是否正常工作。 氧传感器失效将造成三元催化转化器无法正常工作。 失效原因和三元催化转化器一致， 主要是元件老化和中毒。 老化是因元件局部表面温度过高。 氧传感器的表面附着其他元素而失效称为中毒。氧传感器中毒主要指传感表面附着铅、 硅和磷几种元素，从而加重三元催化器的负载， 缩短三元催化器的使用寿命，增大尾气中有害气体的排放。

2.3 燃油蒸发控制系统

在汽车排气污染中， 由于燃油蒸发造成污染占污染总量的15%， 所以新国标GB 18285—2018在汽油车环保检验中增加了燃油蒸发系统检验项目， 检验燃油蒸发系统是否损坏， 能否有效地控制汽油从油箱中溢出， 对降低排气污染是一种有效措施。 当发动机怠速或停机时， 燃油蒸汽进入活性炭罐， 当发动机转速超过1500r/min时， ECU打开活性炭罐电磁阀， 让燃油蒸汽进入进气歧管进行燃烧。 所以燃油蒸发系统出现故障， 也会导致尾气排放超标。

3 根据环保检测结果对尾气治理分析

3.1 汽油车污染物排放限值要求

依据新国标GB 18285—2018 《汽油车污染物排放限值及测量方法》， 汽油车环保检验分为工况法和双怠速法两种检验方法， 环保检测超标一般是指检测到排气中的污染物含量超过国标规定的限值， 表1为稳态工况法对污染物排放限值， 表2为双怠速法对污染物排放限值。

表1 稳态工况法对污染物排放限值

表2 双怠速法对污染物排放限值

3.2 CO、HC、NO均轻微超标

这种情况车辆一般使用年限并不长， 但检测结果均轻微超标， 说明三元催化转化器并没有损坏， 而是进气、 燃油和排气三大系统过脏。 解决办法： 换高油号汽油或者加燃油添加剂， 然后让汽车发动机高速运转， 可以上高速行驶， 或者停车状态下空挡高转速运行， 这样有利于油道、气门、 气缸中的脏污冲刷出来， 让通道更顺畅。

3.3 CO、HC超标，NO合格

这种情况下， CO超标是因为进气系统供氧不足， 需要清洁进气系统， 更换空气滤清器。 HC超标是因为燃烧不充分， 可能出现火花微弱， 更换火花塞或缸线。

3.4 CO、HC 轻微超标，NO严重超标

这种情况下， 氧传感器故障检测到尾气氧含量不正确，导致混合气浓度偏稀， 气缸内处于富氧状态。 进气门和燃烧室出现大面积积炭现象， 混合气燃烧过程出现很多明火，致使缸内温度过高， N0出现严重超标， 三元催化转化器也失效， 转化率下降。 解决办法是清洁氧传感器和三元催化转化器， 若严重， 就需要进行更换。

4 尾气治理分析与研究

针对尾气检验不合格车辆的检验数据进行分析， 依据检验结果给出不同的修复办法， 现总结一套机动车尾气治理流程。 ①首先， 确认发动机是否正常工作。 通过取下火花塞， 可以判断发动机是否烧机油； ②其次， 确认发动机三大系统 （进气系统、 燃油系统、 排放系统） 是否过脏，以及气缸内是否积炭。 可以通过拉高速， 让管路变得顺畅；③然后， 确认三元催化转化器是否失效。 三元催化转化器失效可能因为加低油号汽油、 加油品较差的汽油或者汽油中含有硫、 磷或铅等杂质； ④最后， 确认氧传感器是否失效。 氧传感器是最容易让人忽视的， 一旦发生故障， 可能让混合气浓度调节不准确， 致使混合气过浓或过稀， 导致三元催化转化器净化能力下降。

5 结束语

本文通过分析几种后处理装置损坏对排放生成的结果，结合环保检验污染物排放限值， 针对环保检验不合格车辆的检验数据进行分析， 3种污染物与排放限值对比， 总结几种常见的检验结果， 利用不同方法进行修复， 对尾气治理分析与研究， 来减少机动车尾气对环境的污染。 希望给机动车环保检测和尾气治理提供一定的参考价值。