汽油發動機尾氣排放超標分析與治理措施*

李先鋒

（運城職業技術大學）

多年來汽車保有量增長的同時，汽車運行帶來的環境污染也日益嚴重，國家制定了越來越嚴格的汽車排放污染標準，倒逼汽車產業升級。2020年7月1日起《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB 18352.6—2016）實施以來[1]，因尾氣超標而年審不合格現象，給客戶造成了很大困擾。檢測數據的客觀公正性，使汽車檢測站對如何應對超標而感到困惑。要將超標的尾氣治理合格，需對發動機理論和實踐操作有全面的了解。

1 汽油發動機尾氣生成的機理分析

1.1 汽車尾氣種類

汽車尾氣包括二氧化碳CO2、水蒸氣H2O、一氧化碳CO、氮氧化合物NOx、碳氫化合物CH、顆粒排放物PM等。其中完全燃燒產生的CO2和H2O對大氣無害，其余物質均有害[2]。

1.2 有害成分的生成機理

汽油發動機各種有害成分的生成各有特點。

1.2.1 CO

CO是碳不完全燃燒的產物。當過量空氣系數＜1時，因缺氧使汽油中的碳不能完全氧化成CO2，高溫下CO2因熱離解反應再轉化成CO。

1.2.2 HC

HC也是一種不完全燃燒產物。高溫燃氣遇到300℃左右的氣缸壁，產生壁面淬熄效應，使部分汽油未燃燒或未完全燃燒，即排出氣缸。特別是混合氣質量不佳的發動機，更易使碳氫化合物排放超標。燃油系統泄露、發動機曲軸箱中的機油蒸汽外泄，也都屬碳氫化合物排放[3]。

汽油品質不好，如餾分較重會造成汽油揮發性變差，使進入發動機燃燒室的燃油與空氣不能充分混合，不易燃燒完全，也是HC生成的原因。

1.2.3 NOx

高溫、富氧是NOx生成的必要條件。NOx的主要成分是NO和NO2，NO排出燃燒室后，與空氣中O2再次發生氧化反應，生成NO2。NO2和HC相遇后，發生化學反應形成光化學煙霧，對人體健康影響較大。

1.2.4 顆粒排放物

不佳的汽油質量，因不易汽化燃燒不完全容易產生碳微粒排放物；含鉛汽油產生鉛微粒排放物；進入燃燒室的潤滑油因燃燒不完全，產生的碳微粒排放物。

1.3 影響汽油發動機汽車尾氣排放的因素

1.3.1 可燃混合氣形成

圖1示出CO、THC、NOx排放量，發動機功率，隨混合氣濃度變化的規律?；旌蠚庀〗洕宰兒茫β氏陆?，NOx下降，但THC變高。功率最高時，CO、THC高，熱效率下降，油耗增加。

圖1 燃空當量比

汽油蒸發性與汽油質量、溫度、氣壓、進氣質量、汽油噴出速度等有關。

1）汽油質量[4]。若蒸發性太差，既不能在氣缸中完全氣化，使功率下降，還會造成啟動和加速困難。但蒸發性太強，則易形成氣阻，造成供油不足。反映蒸發性的主要指標是餾程和飽和蒸氣壓。10%餾出溫度越低，表明汽油中所含低沸點餾分越多、蒸發性越強，有利于低溫啟動；過低則易產生氣阻。50%餾出溫度低，常溫下能較好蒸發；過高，供油量急增時，汽油來不及完全氣化導致燃燒不完全。90%餾出溫度和終餾點表示汽油中所含重餾分的多少，該溫度過高，則汽油中重質餾分過多，工作中不易完全蒸發燃燒，將使氣缸積炭增多，油耗上升；蒸發不完全的重質部分會沿缸壁流入曲軸箱稀釋機油而加大磨損。

飽和蒸氣壓越大，蒸發性越強，易于冷啟動；但產生氣阻傾向和蒸發損失增大。

2）溫度。溫度低，蒸發性下降，未蒸發的汽油難以燃燒，形成CO和碳微粒，未燃燒汽油排出，也會增大CH以及PM的排放。溫度過高，會增加NOx的生成。

3）進氣質量。進氣過少，流速降低、進氣歧管真空度降低，混合氣形成時間延長，CO、HC排放增加，排氣冒黑煙幾率增大。未經計量的進氣泄漏，使混合氣變稀，排放不正常。發動機進氣臟會加速磨損，也影響尾氣中微粒的排放。

4）進氣歧管真空度。進氣歧管真空度變化，會造成進氣歧管內絕對壓力變化。根據理想氣體狀態方程PV/T=c可知，c為常數，容積（V/m3）不變，壓力（P/Pa）變小使絕對溫度（T/K）下降，影響汽油蒸發性，進而影響混合氣的形成。

5）汽油噴出速度。噴速大使汽油與空氣極速摩擦而粉碎，加速混合氣形成。噴出速度與系統壓力、進氣歧管真空度、噴油器針閥閥孔狀態、噴油器開關特性等有關。

1.3.2 點火及燃燒過程

1）點火對尾氣排放的影響?；鸹ㄈg隙過大引起火弱，點火電壓低，都會使燃燒變慢，燃料不能完全燃燒，使HC超標。

2）燃燒過程對尾氣排放的影響。缸壁、活塞及環等零件磨損，以及氣門密封不嚴，會造成氣缸壓縮壓力不足，燃速降低使部分混合氣泄漏到曲軸箱，或進入排氣管，使HC排放增加，同時氧氣濃度也會稍高[5]。

1.3.3 排放控制系統對尾氣排放的影響

為滿足嚴格的排放標準，汽車上裝備了排放控制裝置，如表1所示[6]。

表1 汽車排放控制裝置影響示意圖

實踐中僅更換三元催化轉化器，使尾氣達標，是臨時性的，行駛一定里程后排放又會超標。

直噴發動機的分層充氣、均質稀薄充氣和均質充氣3種模式，實現了混合氣過量空氣系數在較大范圍（1～3）內的調節，雖降低了CO、HC的排放，但增加NOx排放。

1.3.4 顆粒物排放

混合氣的不均、油品中的雜質、燒機油，是汽車微粒與碳煙排放物的主要來源。

2 汽油發動機尾氣排放超標的治理措施

結構原理、混合氣形成與燃燒模式均較固定，其自我調節能力不足，實際不能以理想方式工作。即使加注高品質汽油、發動機技術狀況良好，也不能保證排放指標總合格。

從使用、維護和維修等技術角度提出避免發動機性能惡化的措施，盡量保持發動機最佳的技術狀態，使其排放降到最低限度，這也是降低汽車尾氣排放的較好方向。

2.1 選擇正規加油站

汽油品質的檢測需要專業設備和技術。車主可自主選擇正規加油站提供的產品，質量有保障[6]。

年檢前加注高品質的汽油，使發動機在中高轉速下運行不少于20 min，以便將燃燒室積碳燃燒并排出，改善可燃混合氣形成的環境。

2.2 檢查和清潔進氣系統

通過檢測進氣歧管真空度，可檢查進氣是否通暢、排氣管有無堵塞。真空表讀數擺幅大小、擺動頻率快慢與氣缸密封性、進排氣管通暢或泄漏程度、空燃比以及點火性能好壞有關。

若不合標應逐個排查，排除故障，直到怠速時進氣歧管真空度符合標準。

2.3 保持良好的溫度

發動機燃燒溫度與冷卻液溫度對尾氣排放影響也較大。燃燒溫度與發動機轉速、負荷有關。冷卻液溫度除了與轉速、負荷有關外，還與冷卻系技術狀況有關[7]。

1）燃燒溫度由燃燒室內燃燒狀況的好壞決定，與氣缸壓縮壓力、可燃混合氣形成速度和質量、火花塞點火時刻和點火能量直接相關。在汽車檢測前，對這3方面進行有效維護，可提高汽車檢測合格概率。

檢測氣缸壓縮壓力，使其符合標準要求；清洗噴油器，確保其在規定壓力下不漏、霧化良好、噴油量符合標準；檢測汽油供給系統的系統壓力，使其壓力符合該車型標準；檢測該發動機的點火波形，與標準波形對比，找到故障點進行維修，使點火系統保持良好技術狀況。

2）冷卻液溫度的影響因素有：冷卻系統是否通暢無阻；水套內壁是否有水垢；冷卻系統水循環量和循環速度；散熱器外部是否被臟物覆蓋；散熱器散熱片是否變形阻滯氣流流通；風扇轉速、集風罩是否漏氣。

2.4 提高可燃混合氣生成的質量

清洗噴油器，使噴油器單位時間內噴油量符合標準，不堵不漏，霧化良好。使用噴油器清洗測試儀，進行超聲波清洗、測試，不建議使用免拆清洗方式。若維護后仍不能達標，則需更換。

測試汽油供給系統的系統壓力。壓力不足會影響噴油速度和霧化質量以及噴油量。壓力不足則檢查電動泵或者燃油壓力調節器，以及管路有無折或堵的現象，予以對應排除。

2.5 檢查各個氣缸的點火波形

取消波形測試采取更換火花塞來改善點火狀況，是盲目的。更換火花塞未必都能排除某缸點火波形不正確的故障，而通過更換或維修點火系統部件，并用點火波形來檢驗更換部件帶來的維修效果，是極有效率的工作方式[8]。

2.6 其他輔助辦法

增加汽車降低排放的附加裝置，也是很好的辦法。但這種辦法無法通過外檢關。重視燃油箱及蓋、汽油供給系統管路及零件的外部檢視，可以降低HC的排放。往油箱內填加汽油添加劑，也會對降低CO、CH等排放量起到一定的作用。

3 結論

采用汽車使用維修實踐與理論結合的方法，用理論做指導，用測試儀器檢測，結合檢測數據，提出改善和治理汽車尾氣超標的措施。文章是在不改變汽車原有設計的基礎上提出的治理措施，雖經治理維修可以改善汽車尾氣排放超標的情況，但是受到汽車依據老標準設計而落后的原因限制，仍然會有無法滿足嚴格的國Ⅵ標準，致使汽車無法檢驗合格的情況出現。這些落后產品的淘汰與國家推出更加嚴苛的排放標準的目的相契合，也是汽車行業發展的必要。