檢測標準對控制機動車排放污染物的作用研究

文/林峰 嚴瑾 王凱

環(huán)境問題的關(guān)注度越來越高，每天的天氣預(yù)報中都會報道一項重要指標——空氣質(zhì)量，這也說明我們賴以生存的大氣環(huán)境正受到污染。伴隨著改革開放的春風(fēng)，我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展，汽車工業(yè)也大踏步前進。目前，我國已經(jīng)成為全球第三大汽車生產(chǎn)國和第二大汽車銷售國，摩托車產(chǎn)量全球第一。汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展直接導(dǎo)致了機動車尾氣排放的增加，從而加劇大氣污染，目前汽車尾氣已經(jīng)成為影響城市空氣質(zhì)量的主要污染物之一。為了改善人們生活的質(zhì)量，限制汽車尾氣的排放，使用科學(xué)的、可靠的汽車尾氣排放檢測方法和檢測標準成為必須也是必然的趨勢。

一、機動車排放污染物的危害

根據(jù)國家環(huán)保部最新發(fā)布信息，目前全國約五分之一的城市大氣污染嚴重，113個重點城市中三分之一以上空氣質(zhì)量達不到國家二級標準，在城市重工業(yè)逐步外遷、高污染企業(yè)被關(guān)閉和改造的形勢下，機動車尾氣排放正成為部分大中城市大氣污染的主要來源。

汽車尾氣成分非常復(fù)雜，有100種以上，其主要污染物包括：一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）等。有關(guān)研究表明，北京、上海、廣州等大城市的機動車排放的CO、HC、NOx占城市大氣污染的比例達到80%、75%、68%；美國洛杉磯市汽車等流動污染源排放的污染物已占大氣污染物總量的90%，汽車尾氣可謂大氣污染的“元兇”。

由于機動車尾氣低空排放，恰好處于人的呼吸帶范圍，對人體影響十分嚴重。尾氣中的CO與血液中的血紅蛋白結(jié)合，生成碳合血紅蛋白，會導(dǎo)致人體的各部分組織缺氧；尾氣中的NO在空氣中很快被氧化成NO2，NO2是一種毒性很強的腐蝕劑，當空氣中的NO2被吸入肺內(nèi)，就會在肺泡內(nèi)形成亞硝酸和硝酸，增加了肺毛細血管的通透性，導(dǎo)致胸悶、氣喘、咳嗽甚至肺氣腫等癥狀的疾病；含鉛汽油燃燒后約85%的鉛被排到大氣中，汽車尾氣排放的鉛對大氣污染的分擔率或?qū)⑦_到80%～90%，鉛能抑制兒童的智力發(fā)育。

此外，機動車尾氣中的SO2還是酸雨形成的直接原因；HC和NOx在大氣環(huán)境中受強烈太陽光紫外線照射后，會產(chǎn)生一種復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，生成一種新的污染物——光化學(xué)煙霧；汽車排放的CO2也是導(dǎo)致氣候變暖的重要原因。據(jù)估算，機動車尾氣所排放的污染在城市總污染中的比率每年還將以2%～3%速度增加，因此對機動車尾氣排放的控制形勢非常嚴峻。

二、國內(nèi)外機動車排放污染物檢測標準的發(fā)展過程

機動車是重要的現(xiàn)代交通工具，而環(huán)境質(zhì)量又是構(gòu)成生活質(zhì)量的重要因素，如何在發(fā)展經(jīng)濟和保護環(huán)境中找到一個平衡點，世界各國紛紛采取措施，提高機動車尾氣排放檢測技術(shù)，以控制機動車的尾氣排放污染。

西方發(fā)達國家對在用車排放的治理是與新車排放水平相輔相成的，因此國外普遍采用雙怠速法測量。美國從1981年開始對裝催化轉(zhuǎn)化器的轎車和輕型車采用雙怠速測量，以達到大幅度提高排放限制的要求。20世紀90年代以后，美國除采用雙怠速測量外，還采用更準確且復(fù)雜的測量方法，如ASM加速模擬工況、IM240瞬態(tài)工況及遙感測試等。這4種測量方法中，具體實施哪種檢測方法，由美國各州政府根據(jù)當?shù)氐目諝赓|(zhì)量狀況等因素確定。一般情況是空氣污染較嚴重的州采用IM240或ASM法，空氣質(zhì)量一般的州則采用怠速或雙怠速法。除美國外，歐洲一些國家普遍采用雙怠速方法。

機動車排放污染的不斷加劇，使得我國對于機動車污染物排放的控制要求不斷提高，從上世紀80年代開始，我國對機動車尾氣排放檢測已進行了20多年的發(fā)展。我國對機動車的排放污染物檢測標準的發(fā)展過程和西方發(fā)達國家基本保持一致。1993年我國出臺了機動車排放國標GB/T3845-1993《汽油車排氣污染物的測量（怠速法）》，由于只規(guī)定測量HC、CO的排放濃度，所以無法適應(yīng)新車發(fā)展的需要。為此，國家環(huán)保總局、科技部、國家機械工業(yè)局聯(lián)合發(fā)布了環(huán)發(fā)[1999]134號文（“關(guān)于發(fā)布《機動車排放污染防治技術(shù)政策》的通知”），規(guī)定“對安裝了閉環(huán)控制和三元催化凈化系統(tǒng)，達到更加嚴格排放標準的車輛，應(yīng)采用雙怠速法控制，并逐步以簡易工況法代替”。通知指出，2000年以后，新生產(chǎn)的輕型汽油車將逐步采用閉環(huán)電噴和三元催化凈化等技術(shù)，目前的怠速檢測方法難以滿足這部分車輛進行排放檢測的需要。2000年以后，應(yīng)盡快采用雙怠速法檢測，并檢測空燃比控制是否正常。為此，應(yīng)盡早制定雙怠速的測試方法和限值的國家標準。下一步應(yīng)采用簡易工況法對這部分車輛進行排放測試。2005年出臺的國標GB 18285-2005《點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法》對雙怠速法、穩(wěn)態(tài)工況法和簡易瞬態(tài)工況法這3種檢測方法做了規(guī)定，此后國家環(huán)保部發(fā)布文件要求各省根據(jù)實際情況從3種方法中選擇合適的檢測標準和方法。

三、機動車排放污染物檢測方法介紹

1.怠速檢測法

我國1993標準體系中，在用汽油車的排放標準為GB 14761.5-1993《汽車怠速污染物排氣標準》，對應(yīng)的機動車尾氣檢測方法是GB/T3845-1993。怠速工況是汽車多種工況的一種，指車輛變速箱位于空檔、離合器為接合位置、發(fā)動機油門松開、低速空轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在汽車啟動后的穩(wěn)定、暖機時，十字路口等紅燈及交通堵車時，汽車為怠速工況。怠速檢測只能反映車輛怠速狀態(tài)下空負荷排氣情況，不能全面反映出機動車的真實排氣狀況，帶有很大的局限性。隨著要求的提高，怠速法出現(xiàn)以下一些問題：

① 怠速法不能全面反映出機動車真實的排氣狀況；

② 怠速法檢測時車輛無負荷，不能反映NOx的排氣；

③ 給化油器車留下作弊機會。

2.雙怠速檢測法

從2005年7月1號開始，我國實施了新的標準GB 18285-2005，雙怠速檢測取代了怠速檢測。GB 18285-2005中規(guī)定了不同時期生產(chǎn)的在用機動車的排放限值和基準。雙怠速法分別檢測車輛在高、低怠速狀態(tài)下尾氣排氣濃度。增加了高怠速測試點后，增加了普通化油器型式車輛的污染物排放控制范圍。雙怠速檢測法能夠更好地發(fā)現(xiàn)化油器混合氣供給系統(tǒng)中的故障，如怠速油量孔是否有磨損、空氣量孔是否有堵塞、主供油量孔是否有磨損等。對于裝有電噴和三元催化裝置的車輛，用高怠速測試點的CO、HC和過量空氣系數(shù)λ，綜合分析與判斷車輛的電控系統(tǒng)和催化裝置工作是否正常，以便及時發(fā)現(xiàn)污染物排放控制部件的問題，以徹底排除故障，降低污染。

雙怠速法雖然操作較簡便，也不必配底盤測功機，但它還是一種無負荷檢測，不能全面地反映機動車在道路上實際行駛時的排放情況。

3.簡易工況法

為了克服怠速法、雙怠速法和自由加速煙度法共有的不足——車輛無載荷，檢測結(jié)果的代表性和真實性較差。國家新出了一個有載荷的檢測方法：簡易工況法。

方法如下：將機動車輛置于底盤測功機上，車輛按規(guī)定車速在底盤測功機上運行，驅(qū)動輪帶動滾筒轉(zhuǎn)動，底盤測功機按照檢測標準事先設(shè)定向滾筒、驅(qū)動輪施加一定的負荷，來模擬汽車道路行駛阻力。車輛在這樣的模擬情況下走完實驗工況，同時測量尾氣中污染物含量。

①穩(wěn)態(tài)工況法（ASM）

圖1 穩(wěn)態(tài)工況運轉(zhuǎn)循環(huán)圖

穩(wěn)態(tài)工況法是使用的比較多、出現(xiàn)比較早的一種簡易工況法。它的特點是檢測設(shè)備充分簡化，操作與維護簡單。ASM又分兩種等速工況：一種是車速為25 km/h的ASM5025工況，它是在加速度為1.47 m/s2時負荷的50%對該工況進行加載；另一種是車速為40 km/h的ASM2540工況，在加速度為1.47 m/s2時負荷的25%對該工況進行加載。ASM的污染物采集分析是利用以下原理：CO、HC、CO2采用不分光紅外法（NDIR）；NO和O2采用電化學(xué)法。結(jié)果用氣體濃度表示。

ASM與美國的FTP相關(guān)性較差，尾氣污染物分析原理與其他方法也不一樣，所以ASM與新車試驗的相關(guān)性較差，使得ASM的誤判率偏高，尤其是對電噴十三元催化器的車。ASM還有一個缺陷就是測的是污染物濃度，而并不是污染物排放的質(zhì)量。在濃度相同的情況下，排量小的機動車排放的質(zhì)量少，而排量大的機動車排放的質(zhì)量多。

② 瞬態(tài)工況法（IM240）

IM240是一種技術(shù)含量很高的檢測方法，測試設(shè)備的工作原理和新車試驗的要求一致，采用美國聯(lián)邦FTP曲線前0 s～333 s的兩個峰。底盤測功機因車輛要求變負荷變車速運行，故應(yīng)配備多點載荷設(shè)定的功率吸收裝置和慣性飛輪組，以模擬道路行駛阻力和車輛加速慣量。采樣系統(tǒng)為定容稀釋取樣，CO用非分散型紅外分析儀，HC用氫離子火焰分析儀，NOX用化學(xué)發(fā)光分析儀，測試結(jié)果用g/km表示。

雖然IM240與FTP相關(guān)性很好，錯判率低，但是IM240設(shè)備昂貴，維護復(fù)雜，檢測時間較長，人員要求高。

③ 簡易瞬態(tài)工況法（VMAS）

目前國內(nèi)的VMAS系統(tǒng)的硬件一般由底盤測功機、五氣儀、流量計和主控計算機等4部分組成，如下圖所示：

圖2 VMAS的組成

VMAS的出現(xiàn)很好地解決了ASM和FTP相關(guān)性差、IM240費用太高的難題。VMAS是一種汽油車瞬態(tài)加載簡易工況法，是目前檢測技術(shù)水平最高的技術(shù)，必為未來我國檢測機動車排放污染物的發(fā)展方向。

VMAS使用與IM240相同的底盤測功機，它吸取了IM240瞬態(tài)工況法測量稀釋排放量最終可得出污染物排放質(zhì)量的優(yōu)點，也吸取了ASM直接利用簡便式尾氣分析儀就可對各個污染物濃度測試的長處，采用一個被稱為“氣體流量分析儀”的裝置來測得汽車的排放流量（經(jīng)稀釋），經(jīng)處理計算，最終也可得出每種污染物每公里的排放質(zhì)量。VMAS具有以下主要特點：

a)試驗循環(huán)包含了怠速、加速、勻速和減速各種工況，能反映車輛實際行駛時的排放特征；

b)由于是瞬態(tài)工況，若電噴車氧傳感器有問題，造成空燃比失控，從而增加尾氣排污，一般難以通過VMAS檢測判定標準，但卻可能通過ASM法；

c)與新車檢測有高的相關(guān)性。準確率高，誤判率僅為5%以下（以IM240準確率為100%計）；

d)能檢測CO、CH和NOx 3種污染物，并以g/km表示，有利于歸納排放因子，估算和統(tǒng)計城市機動車污染物排放總量，對該城市制定機動車污染控制規(guī)劃具有實際意義。

四、幾種主流排放測試方法的對比

圖3 不同方法的合格率對比

圖4 電噴與化油器車的區(qū)別

五、浙江省對機動車排放污染物控制

由浙江省環(huán)境監(jiān)測中心和杭州市環(huán)境保護局制定的DB33/660-2008《在用點燃式發(fā)動機輕型汽車簡易瞬態(tài)工況法排氣污染物排放限值》強制性省級地方標準，是首個由省人民政府批準發(fā)布的省級地方標準。

近期出臺的《浙江省機動車排氣污染防治實施方案》中，我省將根據(jù)不同的車型和檢測條件，采取相應(yīng)的機動車排氣定期檢測方法，并將在未來逐步改進。對輕型汽油車定期檢測，在杭州市先行試點的基礎(chǔ)上，從2010年10月起，寧波、溫州、臺州、湖州、嘉興、紹興等城市采用簡易瞬態(tài)工況法，從2015年1月起，全省全面采用簡易瞬態(tài)工況法。之前，各地必須采用雙怠速法。同時實行道路抽測、停放地抽測，抽測不合格將被責令限期維修，期間不得上路。

根據(jù)該《方案》，浙江將禁止生產(chǎn)、銷售和進口超過規(guī)定排放標準的機動車。污染物排放達不到國家階段性排放標準的新車和轉(zhuǎn)入該省車輛，公安機關(guān)不予注冊登記或辦理轉(zhuǎn)入手續(xù)。縣級政府可以按環(huán)保分類標志，對機動車采取相應(yīng)的限制行使區(qū)域、時間或車型的交通管制措施。各地可因地制宜制定激勵政策，鼓勵高排放機動車提前報廢。同時將建立超標排放機動車舉報制度。

浙江省出臺的一系列措施，在大氣污染防治方面起到了十分重要的作用，能有效地遏制機動車尾氣污染物的排放，對于高污染排放的機動車即時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，如果不能解決的予以報廢。

六、結(jié)論

治理機動車排放污染，是一項長期而又艱巨的系統(tǒng)，過去二十年我國機動車排放法規(guī)建設(shè)發(fā)展很快，不斷提高機動車排放控制標準，引導(dǎo)促進車輛低碳減排，取得了一定成效。“十二五”期間將進一步健全汽車排放標準體系、加強機動車排放控制：

1.重點是提高機動車排放水平，嚴格實施國家機動車排放標準，完善新生產(chǎn)機動車環(huán)保制度，加速高污染汽車的淘汰進程；

2.要完善機動車環(huán)境管理制度，加強機動車環(huán)保定期檢驗，研究有利于機動車污染防止的稅費政策；

3.積極發(fā)展新能源汽車，從根本上解決機動車污染問題。

[1]劉青林.機動車排氣檢測實用手冊[M].河北:河北美術(shù)出版社,2007.

[2]趙靚.機動車尾氣污染及其減排措施[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2008,5:87-88.

[3]潘斌,張效剛.不同測試工況下在用車排放特性對比研究[J].交通環(huán)保,2003,5:26-28.

[4]韓應(yīng)健.我國在用汽車排氣污染物檢測方法及應(yīng)用進展[J].環(huán)境保護科學(xué),2007,5:8-11.