检测标准对控制机动车排放污染物的作用研究

2011-09-04林峰严瑾王凯

质量与标准化 2011年9期

文/林峰严瑾王凯

环境问题的关注度越来越高，每天的天气预报中都会报道一项重要指标——空气质量，这也说明我们赖以生存的大气环境正受到污染。伴随着改革开放的春风，我国经济迅猛发展，汽车工业也大踏步前进。目前，我国已经成为全球第三大汽车生产国和第二大汽车销售国，摩托车产量全球第一。汽车产业的发展直接导致了机动车尾气排放的增加，从而加剧大气污染，目前汽车尾气已经成为影响城市空气质量的主要污染物之一。为了改善人们生活的质量，限制汽车尾气的排放，使用科学的、可靠的汽车尾气排放检测方法和检测标准成为必须也是必然的趋势。

一、机动车排放污染物的危害

根据国家环保部最新发布信息，目前全国约五分之一的城市大气污染严重，113个重点城市中三分之一以上空气质量达不到国家二级标准，在城市重工业逐步外迁、高污染企业被关闭和改造的形势下，机动车尾气排放正成为部分大中城市大气污染的主要来源。

汽车尾气成分非常复杂，有100种以上，其主要污染物包括：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）等。有关研究表明，北京、上海、广州等大城市的机动车排放的CO、HC、NOx占城市大气污染的比例达到80%、75%、68%；美国洛杉矶市汽车等流动污染源排放的污染物已占大气污染物总量的90%，汽车尾气可谓大气污染的“元凶”。

由于机动车尾气低空排放，恰好处于人的呼吸带范围，对人体影响十分严重。尾气中的CO与血液中的血红蛋白结合，生成碳合血红蛋白，会导致人体的各部分组织缺氧；尾气中的NO在空气中很快被氧化成NO2，NO2是一种毒性很强的腐蚀剂，当空气中的NO2被吸入肺内，就会在肺泡内形成亚硝酸和硝酸，增加了肺毛细血管的通透性，导致胸闷、气喘、咳嗽甚至肺气肿等症状的疾病；含铅汽油燃烧后约85%的铅被排到大气中，汽车尾气排放的铅对大气污染的分担率或将达到80%～90%，铅能抑制儿童的智力发育。

此外，机动车尾气中的SO2还是酸雨形成的直接原因；HC和NOx在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，会产生一种复杂的光化学反应，生成一种新的污染物——光化学烟雾；汽车排放的CO2也是导致气候变暖的重要原因。据估算，机动车尾气所排放的污染在城市总污染中的比率每年还将以2%～3%速度增加，因此对机动车尾气排放的控制形势非常严峻。

二、国内外机动车排放污染物检测标准的发展过程

机动车是重要的现代交通工具，而环境质量又是构成生活质量的重要因素，如何在发展经济和保护环境中找到一个平衡点，世界各国纷纷采取措施，提高机动车尾气排放检测技术，以控制机动车的尾气排放污染。

西方发达国家对在用车排放的治理是与新车排放水平相辅相成的，因此国外普遍采用双怠速法测量。美国从1981年开始对装催化转化器的轿车和轻型车采用双怠速测量，以达到大幅度提高排放限制的要求。20世纪90年代以后，美国除采用双怠速测量外，还采用更准确且复杂的测量方法，如ASM加速模拟工况、IM240瞬态工况及遥感测试等。这4种测量方法中，具体实施哪种检测方法，由美国各州政府根据当地的空气质量状况等因素确定。一般情况是空气污染较严重的州采用IM240或ASM法，空气质量一般的州则采用怠速或双怠速法。除美国外，欧洲一些国家普遍采用双怠速方法。

机动车排放污染的不断加剧，使得我国对于机动车污染物排放的控制要求不断提高，从上世纪80年代开始，我国对机动车尾气排放检测已进行了20多年的发展。我国对机动车的排放污染物检测标准的发展过程和西方发达国家基本保持一致。1993年我国出台了机动车排放国标GB/T3845-1993《汽油车排气污染物的测量（怠速法）》，由于只规定测量HC、CO的排放浓度，所以无法适应新车发展的需要。为此，国家环保总局、科技部、国家机械工业局联合发布了环发[1999]134号文（“关于发布《机动车排放污染防治技术政策》的通知”），规定“对安装了闭环控制和三元催化净化系统，达到更加严格排放标准的车辆，应采用双怠速法控制，并逐步以简易工况法代替”。通知指出，2000年以后，新生产的轻型汽油车将逐步采用闭环电喷和三元催化净化等技术，目前的怠速检测方法难以满足这部分车辆进行排放检测的需要。2000年以后，应尽快采用双怠速法检测，并检测空燃比控制是否正常。为此，应尽早制定双怠速的测试方法和限值的国家标准。下一步应采用简易工况法对这部分车辆进行排放测试。2005年出台的国标GB 18285-2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法》对双怠速法、稳态工况法和简易瞬态工况法这3种检测方法做了规定，此后国家环保部发布文件要求各省根据实际情况从3种方法中选择合适的检测标准和方法。

三、机动车排放污染物检测方法介绍

1.怠速检测法

我国1993标准体系中，在用汽油车的排放标准为GB 14761.5-1993《汽车怠速污染物排气标准》，对应的机动车尾气检测方法是GB/T3845-1993。怠速工况是汽车多种工况的一种，指车辆变速箱位于空档、离合器为接合位置、发动机油门松开、低速空转的状态。在汽车启动后的稳定、暖机时，十字路口等红灯及交通堵车时，汽车为怠速工况。怠速检测只能反映车辆怠速状态下空负荷排气情况，不能全面反映出机动车的真实排气状况，带有很大的局限性。随着要求的提高，怠速法出现以下一些问题：

① 怠速法不能全面反映出机动车真实的排气状况；

② 怠速法检测时车辆无负荷，不能反映NOx的排气；

③ 给化油器车留下作弊机会。

2.双怠速检测法

从2005年7月1号开始，我国实施了新的标准GB 18285-2005，双怠速检测取代了怠速检测。GB 18285-2005中规定了不同时期生产的在用机动车的排放限值和基准。双怠速法分别检测车辆在高、低怠速状态下尾气排气浓度。增加了高怠速测试点后，增加了普通化油器型式车辆的污染物排放控制范围。双怠速检测法能够更好地发现化油器混合气供给系统中的故障，如怠速油量孔是否有磨损、空气量孔是否有堵塞、主供油量孔是否有磨损等。对于装有电喷和三元催化装置的车辆，用高怠速测试点的CO、HC和过量空气系数λ，综合分析与判断车辆的电控系统和催化装置工作是否正常，以便及时发现污染物排放控制部件的问题，以彻底排除故障，降低污染。

双怠速法虽然操作较简便，也不必配底盘测功机，但它还是一种无负荷检测，不能全面地反映机动车在道路上实际行驶时的排放情况。

3.简易工况法

为了克服怠速法、双怠速法和自由加速烟度法共有的不足——车辆无载荷，检测结果的代表性和真实性较差。国家新出了一个有载荷的检测方法：简易工况法。

方法如下：将机动车辆置于底盘测功机上，车辆按规定车速在底盘测功机上运行，驱动轮带动滚筒转动，底盘测功机按照检测标准事先设定向滚筒、驱动轮施加一定的负荷，来模拟汽车道路行驶阻力。车辆在这样的模拟情况下走完实验工况，同时测量尾气中污染物含量。

①稳态工况法（ASM）

图1 稳态工况运转循环图

稳态工况法是使用的比较多、出现比较早的一种简易工况法。它的特点是检测设备充分简化，操作与维护简单。ASM又分两种等速工况：一种是车速为25 km/h的ASM5025工况，它是在加速度为1.47 m/s2时负荷的50%对该工况进行加载；另一种是车速为40 km/h的ASM2540工况，在加速度为1.47 m/s2时负荷的25%对该工况进行加载。ASM的污染物采集分析是利用以下原理：CO、HC、CO2采用不分光红外法（NDIR）；NO和O2采用电化学法。结果用气体浓度表示。

ASM与美国的FTP相关性较差，尾气污染物分析原理与其他方法也不一样，所以ASM与新车试验的相关性较差，使得ASM的误判率偏高，尤其是对电喷十三元催化器的车。ASM还有一个缺陷就是测的是污染物浓度，而并不是污染物排放的质量。在浓度相同的情况下，排量小的机动车排放的质量少，而排量大的机动车排放的质量多。

② 瞬态工况法（IM240）

IM240是一种技术含量很高的检测方法，测试设备的工作原理和新车试验的要求一致，采用美国联邦FTP曲线前0 s～333 s的两个峰。底盘测功机因车辆要求变负荷变车速运行，故应配备多点载荷设定的功率吸收装置和惯性飞轮组，以模拟道路行驶阻力和车辆加速惯量。采样系统为定容稀释取样，CO用非分散型红外分析仪，HC用氢离子火焰分析仪，NOX用化学发光分析仪，测试结果用g/km表示。

虽然IM240与FTP相关性很好，错判率低，但是IM240设备昂贵，维护复杂，检测时间较长，人员要求高。

③ 简易瞬态工况法（VMAS）

目前国内的VMAS系统的硬件一般由底盘测功机、五气仪、流量计和主控计算机等4部分组成，如下图所示：

图2 VMAS的组成

VMAS的出现很好地解决了ASM和FTP相关性差、IM240费用太高的难题。VMAS是一种汽油车瞬态加载简易工况法，是目前检测技术水平最高的技术，必为未来我国检测机动车排放污染物的发展方向。

VMAS使用与IM240相同的底盘测功机，它吸取了IM240瞬态工况法测量稀释排放量最终可得出污染物排放质量的优点，也吸取了ASM直接利用简便式尾气分析仪就可对各个污染物浓度测试的长处，采用一个被称为“气体流量分析仪”的装置来测得汽车的排放流量（经稀释），经处理计算，最终也可得出每种污染物每公里的排放质量。VMAS具有以下主要特点：

a)试验循环包含了怠速、加速、匀速和减速各种工况，能反映车辆实际行驶时的排放特征；

b)由于是瞬态工况，若电喷车氧传感器有问题，造成空燃比失控，从而增加尾气排污，一般难以通过VMAS检测判定标准，但却可能通过ASM法；

c)与新车检测有高的相关性。准确率高，误判率仅为5%以下（以IM240准确率为100%计）；

d)能检测CO、CH和NOx 3种污染物，并以g/km表示，有利于归纳排放因子，估算和统计城市机动车污染物排放总量，对该城市制定机动车污染控制规划具有实际意义。

四、几种主流排放测试方法的对比

图3 不同方法的合格率对比

图4 电喷与化油器车的区别

五、浙江省对机动车排放污染物控制

由浙江省环境监测中心和杭州市环境保护局制定的DB33/660-2008《在用点燃式发动机轻型汽车简易瞬态工况法排气污染物排放限值》强制性省级地方标准，是首个由省人民政府批准发布的省级地方标准。

近期出台的《浙江省机动车排气污染防治实施方案》中，我省将根据不同的车型和检测条件，采取相应的机动车排气定期检测方法，并将在未来逐步改进。对轻型汽油车定期检测，在杭州市先行试点的基础上，从2010年10月起，宁波、温州、台州、湖州、嘉兴、绍兴等城市采用简易瞬态工况法，从2015年1月起，全省全面采用简易瞬态工况法。之前，各地必须采用双怠速法。同时实行道路抽测、停放地抽测，抽测不合格将被责令限期维修，期间不得上路。

根据该《方案》，浙江将禁止生产、销售和进口超过规定排放标准的机动车。污染物排放达不到国家阶段性排放标准的新车和转入该省车辆，公安机关不予注册登记或办理转入手续。县级政府可以按环保分类标志，对机动车采取相应的限制行使区域、时间或车型的交通管制措施。各地可因地制宜制定激励政策，鼓励高排放机动车提前报废。同时将建立超标排放机动车举报制度。

浙江省出台的一系列措施，在大气污染防治方面起到了十分重要的作用，能有效地遏制机动车尾气污染物的排放，对于高污染排放的机动车即时发现问题，解决问题，如果不能解决的予以报废。