工况法下单缸不点火故障对汽车尾气排放影响的对比分析*

万 霞

（深圳职业技术学院 汽车与交通学院，广东 深圳 518055）

工况法下单缸不点火故障对汽车尾气排放影响的对比分析*

万 霞

（深圳职业技术学院 汽车与交通学院，广东 深圳 518055）

利用稳态工况法和双怠速法，测试了迈腾和凯越2款试验车在正常情况下和单缸不点火故障时，尾气中HC、CO和NOx3种污染物排放值，对比分析结果显示：对于有缺火监测功能的车辆发动机，所测故障下尾气中CO、HC的含量相对于正常情况下小幅降低，而NOx含量大幅增加．对于传统发动机，所测故障下的CO、HC和NOx均较之于正常情况下的排放值有所增加．检测数据还显示稳态工况法汽车尾气检测的准确性高于双怠速法．

单缸不点火；排放；稳态工况法；双怠速法

深圳市机动车保有量2104年9月16日突破300万辆大关，汽车排放污染已经成为城市大气主要污染源①网上深圳交警：2014年交通管理相关数据 http://www.stc.gov.cn/ZWGK/TJSJ/TJXX/201501/t20150126_38584.html，严重影响人们的日常生活．控制汽车排放污染已成为城市所面临的重要难题．由于汽车发动机采用电子控制燃油喷射发动机、电控点火、三元催化转化、废气再循环、燃油蒸汽回收等先进技术，大大减少了CO，HC，NOx等主要污染物的排放量．但是当汽车发生故障后，车辆带故障运行，尾气排放污染会加剧．深圳市目前对在用车机动车尾气排放实行定期检测制度②深圳经济特区机动车排气污染防治条例.广东省深圳市人大常委会，2012-09-18，能够及时检测在用机动车的尾气排放情况，找出排放污染问题车辆，以进行维修．

单缸不点火故障在实际的车辆使用过程中经常出现，主要是由于火花塞故障，线束老化、接触不良，点火线圈老化损坏，点火信号缺失等引起．深圳市对在用小汽车的尾气检测方式为ASM（稳态工况法）检测法．而对于无法使用底盘测功机对驱动轮加载负荷的小汽车（如四驱车）必须使用双怠速法来检测尾气．本文通过对2台小汽车进行单缸不点火的故障设定，在双怠速和稳态工况检测法下检测其尾气排放中CO，HC和NOx的含量，并与正常情况下排放值进行比较，分析单缸不点火故障造成的汽车排放变化特征，为今后针对汽车尾气排放的检测/维修制度的实施提供依据．

1 测试方法和结果

1.1 ASM工况法和双怠速法试验模型

本试验采用ASM工况法和双怠速法对迈腾1.8TSI和别克凯越1.6两辆测试用车（具体参数见表1）进行尾气排放测试．ASM（Acceleration Simulation Mode）稳态工况法[1]，用ASM5025和 ASM2540两个典型的等速有负荷运行工况[2]．ASM5025工况为高负荷低速工况，即50%节气门开度，25 km/h；ASM2540工况为中负荷中速工况，即25%节气门开度，40km/h．

在用小汽车中有部分车辆无法使用底盘测功机进行加载负荷，此时政府规定采用双怠速法[3,4]代替ASM稳态工况法检测尾气排放．本文试验使用车辆在正常怠速下（无额外负荷）为低怠速，驾驶员空档脚踩车辆发动机到达1500 r/min为高怠速，持续时间15s后进行数据读取．

1.2 试验数据

被测车辆在正常和故障情况下的3种污染物排放原始数据见表2．

表1 测试车辆具体参数

表2 迈腾、别克凯越尾气测试3种气体含量

2 结果分析

2.1 ASM工况法下点火故障对车辆排放影响的对比

在相同车辆条件下利用双怠速法测量和ASM法测量所得到的尾气测试数据值差异较大，从表2可以看出，2种测试方法的测试数据变化趋势基本一致．

图1对比了被测车辆在ASM工况法下测得的CO排放．图1的左边显示了凯越车在设置了单缸不点火故障后，CO排放显著增加．ASM5025和ASM2540测试条件下CO排放分别增长了24.5倍和20.5倍．图的右边显示了迈腾车在设置了单缸不点火故障后CO排放显著降低，在ASM5025和ASM2540时测得在故障时CO排放为0．

图2对比了被测车辆在ASM工况法下测得的HC排放．图2的左边显示出凯越车在单缸不点火情况下HC的排放显著增加，在ASM5025和ASM2540两种测试条件下HC排放分别增长了2.66倍和2.52倍．图2的右边显示出迈腾车在单缸不点火情况下HC的排放减少了，在ASM5025和ASM2540两种测试条件下HC排放分别减少了74%和0.06%．

图3对比了被测车辆在ASM工况法下测得的NOx排放．图3的左边显示出凯越车在单缸不点火情况下NOx的排放也有增长，在ASM5025和ASM2540两种测试条件下NOx排放分别增长了2.33倍和1.67倍．图3的右边显示出迈腾车在单缸不点火情况下NOx的排放发生了显著增长，在ASM5025和ASM2540两种测试条件下NOx排放分别增长了85倍和200倍．

从以上对比可以看出，被测车辆发生不点火故障时，在ASM工况法下凯越的CO和HC排放较之正常情况下均有显著增长．迈腾车的CO和HC排放较之正常情况下均有减少．而在此故障下，在ASM工况法下测得的凯越NOx排放较之正常情况也有小幅增长，但迈腾车的NOx排放较之正常情况下测得的排放值显著增长．从双怠速法测得的数据也可以看出类似趋势．

针对发动机单缸不点火故障，传统发动机由于无法监控而继续喷油，未完全燃烧的燃油以HC和CO的形式排出．2005年的凯越车发动机属于传统发动机，在发生单缸不点火故障时，凯越车尾气中CO，HC的含量相对于正常值均大幅增加．另外由于一缸无法工作，导致发动机由于功率下降需要加大另外三缸的输出功率，因此发动机总的进气量、喷油量比正常状态下增加，从而造成CO，HC和NOx排放的增加．而2013年出厂的迈腾其发动机自诊断系统具有缺火监测功能．当监测到某个气缸缺火过度时，会断开该缸的喷油器电路．所以当发动机发生单缸不点火故障后，该发动机自动切断了该缸的喷油，所以可以理解为单缸不喷油故障．当测试时发动机由于功率下降需要加大另外三缸的喷油量和总的进气量．由于缺火气缸不喷油，该缸空气吸进排出不产生燃烧后的污染气体，尾气中总的空气量增多，即尾气富氧．虽然工作气缸混合气变浓，三缸工作的发动机排出的CO和HC量上升，但由于缺火缸空气的稀释作用，发动机总的CO与HC含量反而会有所下降．功率加大的正常工作的三气缸产生了大量的NOx，并由于发动机总的CO和HC排放含量降低，从而导致三元催化反应中NOx的转换率严重降低，从而导致迈腾发动机NOx排放在单缸不点火故障发生后比正常情况下大幅升高．

2.2 双怠速法和ASM工况法下排放数据对比

图4～6分别对比了被测车辆在2种测试方法下的CO，HC和NOx排放物含量．从图4中可以看出，对于凯越车和迈腾车，ASM测试法和双怠速法所测得的CO排放除了数值不一样外，变化趋势是一样的．即凯越车故障下CO排放测试结果比正常值高，迈腾车在故障下CO排放测试结果比正常值低．

图5显示凯越车在低怠速时测得在单缸不点火故障下CO排放降低了，呈现出与其它测试方法相反的变化，凯越车故障下HC排放测试结果比正常值高，迈腾车在故障下HC排放测试结果比正常值低．

图6可以看出2种测试方法下被测车辆NOx排放在故障情况下的变化规律基本趋同．双怠速法测得的NOx值明显偏小，大多时候测出的NOx值为0．这是因为双怠速法是在无负荷状态下检测，与车辆的真实运行状况有较大差距，由于NOx在大负荷的时候才能大量产生，而怠速和高怠速时负荷较小，双怠速法很难检测到NOx的含量．而稳态工况法属于有负荷检测方法，测试结果更能接近实际排放．

图1 测试车辆在ASM工况检测法下CO排放对比

图2 测试车辆在ASM工况检测法下HC排放对比

图3 测试车辆在ASM工况检测法下排放对比

图4 测试车辆在两种检测法下CO排放对比

图5 测试车辆在2种检测法下HC排放对比

3 结 论

1）针对发动机单缸不点火故障，传统发动机由于无法监控而继续喷油，同时另外三缸的负荷急剧增大，导致发动机的进气、喷油也显著增加，2种测试方法下尾气中CO，HC，NOx的含量相对于正常值均有所增加，特别是无法完全燃烧而形成的CO和HC的排放含量较之正常情况下的排放有较大幅度增加．

2）对有缺火监测功能的电控发动机，由于发生故障的气缸不喷油，此气缸正常进气排气但不产生燃烧后的废气，所以2种测试方法下尾气中CO，HC的含量由于被稀释而相对于正常值小幅降低．同样由于另外三缸的负荷急剧增大和尾气中参与三元催化的CO和HC的含量减少，使NOx的排放值相对于正常值大幅增加．

3）从检测数据分析可以看出，双怠速法对于汽车尾气检测的准确性要低于稳态工况法．特别是无负荷检测的双怠速法，很难检测到NOx的排放．稳态工况法属于有负荷检测方法，能够检测车辆NOx的排放，测试结果更接近实际排放．

图6 测试车辆在两种检测法下NOx排放对比

[1] 朱莉．ASM稳态工况法检测在用汽油车尾气排放[J]．黑龙江科技信息，2013（14）：73．

[2] 曹家喆，黄文伟，高谋荣，等．现代汽车检测诊断技术[M]．清华大学出版社，2009．

[3] 刘运年，李兰．浅谈机动车排气污染物的测量方法[J]．中国环境管理丛书，2007（1）：23-26．

[4] 江涛．机动车排放污染物检测方法分析[J]．福建质量信息，2008（9）：32-37．

Comparision and Analysis of the Influence of the Single Cylinder Misfire on Emission via Mode Test Method

WAN Xia
（School of Automobile and Transportation, Shenzhen Polytechnic, Shenzhen, Guangdong 518055, China）

Acceleration simulation mode (ASM) and two-speed idle mode emission tests are conducted for the two test cars: Magotan and Excelle which are in normal condition and in the single cylinder misfire condition. The HC, CO and NOxpollutant emission data of these testing cars are compared and analyzed. The results show that for cars with misfire detection function, the CO and HC emission decreased slightly and the NOxemission increased greatly in misfire condition compared with pollutant emission in normal condition. For the traditional engine without misfire detection function, the CO, HC and NOxemission all increased compared with that in normal condition. The result also shows that the acceleration simulation mode (ASM) has higher accuracy than the two-speed idle mode in the vehicle emission tests.

misfire condition; emission; acceleration simulation mode (ASM); two-speed idle mode

U46

A

1672-0318（2015）03-0025-04

10.13899/j.cnki.szptxb.2015.03.006

2015-03-23

*项目来源：深圳职业技术学院科技计划资助项目：深圳市LNG与油电混合动力公交大巴排放特性的研究（2213K3100003）

万霞（1981-），女，湖北应城人，讲师，硕士，主要研究方向：汽车排放．