汽車排放超標(biāo)的原因分析與修復(fù)上

1、汽車排放超標(biāo)的原因分析與修復(fù)(上)文/廣東王囤一、點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)類點(diǎn)燃 式 發(fā) 動(dòng)機(jī) 一 般 使 用 汽油 、液 化 石 油氣 (lpg)、壓縮天然氣(cng)、液化天然氣(lng)等不同 類型的燃料，這些燃料的主要成分都是hc化合物，與 空氣混合并發(fā)生燃燒時(shí)，主要與空氣中的o2進(jìn)行化學(xué) 反應(yīng)，這種化學(xué)反應(yīng)的條件與狀態(tài)不同，所產(chǎn)生的廢 氣成分就會(huì)有所不同，其中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害的污染物主要是co(一氧化碳，屬于有毒氣體)、hc和nox。(一)點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的產(chǎn)生機(jī)理1co的生成機(jī)理co的生成主要與混合汽的濃度有關(guān)。當(dāng)混合汽 較稀時(shí)，o2比較充足，燃料中的c(碳)與o2可以進(jìn)行充 分反應(yīng)，即進(jìn)

2、行完全燃燒，所產(chǎn)生的廢氣為co2(二氧 化碳，屬于無毒氣體)；當(dāng)混合汽較濃時(shí)，o2不夠充足， 燃料中的c與o2的反應(yīng)不夠充分，即燃燒不完全，所產(chǎn) 生的廢氣為co?？梢?，co主要是由于缺氧而造成燃料不完全燃 燒所產(chǎn)生的，因此，凡是引起燃料在缺氧條件下進(jìn)行 燃燒的因素都會(huì)造成co排放的升高，例如：混合汽過 濃、燃料與空氣混合不均勻(局部混合汽過濃)等。壓縮壓力對(duì)co的形成也有一定的影響，壓縮壓 力高時(shí)，c與o2可以“親密接觸”，有利于完全燃燒；反 之，壓縮壓力不足，c與o2 “遠(yuǎn)距離牽手”，不利于完 全燃燒，co排放會(huì)隨之升高。另外，殘余廢氣對(duì)co的形成也有一定的影響，殘 余廢氣過多，c與o2的“

3、親密接觸”被干擾，不利于完 全燃燒，co排放會(huì)隨之升高；反之，殘余廢氣較少，c 與o2“親密接觸”比較容易，利于完全燃燒，co排放 會(huì)隨之降低。因此，對(duì)于點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)而言，co排放過高的原 因包括：噴油量過大、噴油霧化不良、進(jìn)氣不暢、點(diǎn)火 過遲(造成燃燒時(shí)間不足)、排氣不暢(造成燃燒室內(nèi)殘 余廢氣過多)、三元催化器失效(co未被轉(zhuǎn)化就排入大 氣)、壓縮壓力不足、殘余廢氣過多、燃油蒸汽回收系 統(tǒng)故障(燃油蒸汽量過大，造成混合汽過濃)等。2hc的生成機(jī)理燃料沒有參加燃燒，或沒有充分參加燃燒就排入 大氣，就會(huì)造成hc排放增大?？梢姡琱c排放與co排 放的機(jī)理有所不同。co排放機(jī)理是燃料燃燒了，但燃

4、燒進(jìn)行得不徹底；hc排放機(jī)理則是燃料根本就沒有燃燒，或一部分燃料燃燒了，而另有一部分卻沒有燃燒。由此可見，hc排放過高的原因要比co的復(fù)雜，大 致包括以下幾個(gè)方面?；鹧娌环€(wěn)定，在傳播過程中發(fā)生了熄滅現(xiàn)象， 原因包括：混合汽過濃或過稀、混合汽中殘余廢氣過 多、汽缸壓力過低、淬滅效應(yīng)等。由于燃燒室表面溫度遠(yuǎn)低于火焰溫度，造成火焰 無法到達(dá)燃燒室表面0.1 0.7mm范圍內(nèi)，在燃燒室表 面形成薄薄的一層沒有燃燒“氣膜”，同時(shí)，火焰也無 法到達(dá)活塞與汽缸之間的間隙之中，這些區(qū)域都稱為 淬滅區(qū)，其中包含大量沒有燃燒的hc化合物，這就是 淬火效應(yīng)。如圖1所示，這部分氣體隨廢氣排出，造成 hc排放的升高。一

5、般來講，燃燒室溫度越低(如發(fā)動(dòng) 機(jī)較冷)，淬滅區(qū)越大，hc排放也越高。點(diǎn)火失敗，原因包括：沒有點(diǎn)火火花、火花過 弱(如點(diǎn)火系統(tǒng)漏電或其他故障、火花塞間隙不當(dāng)或火 花塞不良)、混合汽過濃或過稀、混合汽中殘余廢氣過 多、汽缸壓力過低等。汽缸壓力不足，壓縮壓力高時(shí)，燃料與o2可以 “親密接觸”，有利于完全燃燒，hc排放較少；反之， 壓縮壓力不足，燃料與o2“遠(yuǎn)距離牽手”，不利于完全 燃燒，hc排放會(huì)隨之升高。進(jìn)排氣門重疊區(qū)，新鮮混合汽泄漏到排氣管中 (如配氣正時(shí)不當(dāng))。機(jī)油竄入燃燒室，未能參加燃燒而隨廢氣排出(如 曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)阻塞，造成曲軸箱壓力升高；活塞環(huán)裝 反或磨損，產(chǎn)生“泵油作用”等)。曲軸

6、箱竄氣直接排入大氣(曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)泄漏)。王囤(本刊專家委員會(huì)委員) 副教 授，高 級(jí) 企 業(yè) 培訓(xùn) 師，西 安 公 路 交 通 大 學(xué) 汽車運(yùn)用工程專業(yè)碩士，1963年生。廣州市汽車摩 托車維修行業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì) 長兼技術(shù)質(zhì)量專委會(huì)主 任 ；廣州 市 交 通 技 師 學(xué) 院高級(jí)培訓(xùn)指導(dǎo)師；廣州 市職 業(yè)技能教學(xué)研究會(huì) 機(jī)動(dòng)車專委會(huì)副主任；廣 東省職 業(yè)教育與培訓(xùn)協(xié) 會(huì)專家委員會(huì)委員。未燃燒圖1 淬滅效應(yīng)與淬滅區(qū)淬火層未完全 燃燒混 合汽混合汽汽缸壁 活塞間隙 淬火維修技巧maintenance skill欄目編輯：姜曼 jm 燃料蒸汽直接排入大氣，或活性炭罐飽和(燃料蒸汽回收系統(tǒng)失效)。3nox的

7、生成及原因no x的生成與燃料沒有直接關(guān)系，主 要是空氣在高溫條件下，其中的n2(氮?dú)?會(huì) 與o2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成nox。溫度越高， 高溫持續(xù)時(shí)間越長，生成的nox越多。只不 過發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)部具有這樣的高溫條件，從而造成了nox排放的產(chǎn)生。 點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒溫度遠(yuǎn)高于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，因此，點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的n o x排 放遠(yuǎn)大于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。正因如此，排放法 規(guī)中對(duì)nox排放的限制也主要針對(duì)點(diǎn)燃式 發(fā)動(dòng)機(jī)，但隨著排放法規(guī)的不斷嚴(yán)格，在歐 iv、歐v標(biāo)準(zhǔn)中，已經(jīng)開始對(duì)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī) 的nox排放進(jìn)行了限制。點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒為預(yù)混式(即燃料與空氣預(yù)先混合后再開始燃燒)，其特點(diǎn)是 藍(lán)色火焰?zhèn)鞑ナ剑{(lán)

8、色火焰溫度較高，相當(dāng) 于煤氣灶的火焰為藍(lán)色時(shí)，溫度較高，燒水 很快；壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒為擴(kuò)散式(即燃 料在向空氣中擴(kuò)散時(shí)，僅在與空氣的交界、 混合區(qū)域發(fā)生燃燒)，其特點(diǎn)為黃色火苗“噴 射式”(即燃燒開始后，噴油器看起來像噴 出一個(gè)或幾個(gè)黃色火苗，這種火苗的溫度較 低，而且會(huì)產(chǎn)生炭煙，相當(dāng)于煤氣灶的火焰 為黃色時(shí)，溫度較低，燒水較慢，且很快在 鍋底形成炭黑)。部分汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用了egr系統(tǒng)(廢氣 再循環(huán)系統(tǒng))，其目的就是通過降低燃燒溫度 的方法來降低nox排放，即以犧牲動(dòng)力性、經(jīng) 濟(jì)性為代價(jià)，來換取nox排放性能的改善。廢氣再循環(huán)對(duì)n o x排放的影響如圖2所示。可以看出，egr量越大，nox排

9、放越 少。在理論混合汽附近(燃空當(dāng)量比或過量 空氣系數(shù)等于1附近)，10的egr，nox排 放可以減少30；20的egr，no x排放 可以減少55。由以上分析可以看出，凡是引起燃燒室 內(nèi)溫度過高的原因，都會(huì)造成nox排放的增 大。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫過高、因燃燒室積碳而 造成壓縮比過高、點(diǎn)火過早、燃油牌號(hào)選擇 不當(dāng)(牌號(hào)過低會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)爆震，導(dǎo)致燃燒 室內(nèi)溫度升高)、混合汽濃度不當(dāng)?shù)取?二)點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物生成的影響因素點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中有害氣體的產(chǎn)生 與混合汽濃度、點(diǎn)火時(shí)刻、節(jié)氣門開度、發(fā)動(dòng) 機(jī)負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。在發(fā)動(dòng) 機(jī)結(jié)構(gòu)既定的情況下，混合汽濃度和點(diǎn)火時(shí) 刻的影響最大。1

10、混合汽濃度的影響co的排放量基本上完全取決于混合汽 濃度(見圖3)，而其他因素的影響都是次要 的。混合汽越稀，co的排放量越?。环粗?， 則co的排放量越大。hc與co不同，在一定范圍內(nèi)，混合汽 越稀，hc的排放量越少，但混合汽過稀時(shí) (空燃比a/f超過18時(shí))，hc的排放量會(huì)大幅 上升，因?yàn)榇藭r(shí)火焰?zhèn)鞑ケ容^困難，甚至?xí)?發(fā)生斷火現(xiàn)象?；旌掀^濃時(shí)，hc排放也會(huì) 升高，這是由于燃料的不充分燃燒導(dǎo)致的?；旌掀麧舛葘?duì)nox的排放也會(huì)產(chǎn)生巨 大影響，當(dāng)混合汽濃度在理論值附近且稍微 偏小一些時(shí)，雖然燃燒溫度不是最高的，但 氧氣相對(duì)充足，利于nox的形成，因而nox排放也最高?；旌掀麧舛绕x該區(qū)域，由于燃

11、燒溫度下降，nox排放也隨之降低。2點(diǎn)火時(shí)間的影響推遲點(diǎn)火時(shí)間，hc的排放量將減少， 這是因?yàn)辄c(diǎn)火時(shí)間被推遲后，在燃燒室內(nèi)的 燃燒時(shí)間將縮短，未燃燃料進(jìn)入排氣管后繼 續(xù)燃燒，使排氣溫度上升，促進(jìn)了hc在排 氣管中的后氧化。雖然推遲點(diǎn)火時(shí)間可以使 hc的排放量有所下降，但這種下降會(huì)使發(fā) 動(dòng)機(jī)功率降低，燃油消耗量也隨之增加。一般情況下，點(diǎn)火時(shí)刻對(duì)co排放影響 不大，但是點(diǎn)火過遲，co排放也會(huì)有所升 高，這是由于燃料燃燒時(shí)間過短，氧化反應(yīng) 不夠充分所致。點(diǎn)火時(shí)間提前，燃燒溫度會(huì) 上升，因此，加大點(diǎn)火提前角會(huì)使nox的排 放量增加。另一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)因素(如 壓縮比、燃燒室形狀等)由汽車制造廠在設(shè)

12、 計(jì)過程中考慮，我們暫時(shí)不予討論。3節(jié)氣門開度的影響怠速時(shí)，節(jié)氣門幾乎完全關(guān)閉，進(jìn)氣量 很小，燃燒室中殘余廢氣所占的比例較大， 為了維持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，ecu系統(tǒng)所提供圖2 egr對(duì)nox排放的影響x10 50007x5圖3 混合汽濃度對(duì)排放污染物的影響的新鮮混合汽濃度一般偏大， 因此，co排放量較高。同時(shí)，由于火焰的穩(wěn)定性較差， hc排放濃度也較高；但由于怠速時(shí)的燃燒 溫度較低，因而nox排放的濃度也較低。節(jié)氣門開度由怠速位置逐步增大時(shí)，燃燒室中殘余廢氣所占的比例逐步變小，ecu 系統(tǒng)所提供的混合汽逐步變稀，co、hc排 放的濃度隨著燃燒情況的逐步改善而逐步 下降，nox排放的濃度則隨燃燒溫

13、度的逐步 上升而逐步增大，三種有害氣體的排放總量 則都隨排氣量的逐步增大而增多。當(dāng)節(jié)氣門開度超過80左右時(shí)，ecu 系統(tǒng)所提供的混合汽濃度會(huì)增大，燃燒溫度 也會(huì)進(jìn)一步升高，因此，co、hc、no x的 排放濃度及總量都會(huì)進(jìn)一步升高。4發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的影響在相同轉(zhuǎn)速下，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的大小不 同，所對(duì)應(yīng)的節(jié)氣門開度、進(jìn)氣總量及混合 汽的濃度都會(huì)有所不同。空載或輕載時(shí)，較 小的節(jié)氣門開度和進(jìn)氣總量就可以維持這 樣的轉(zhuǎn)速，co、hc、nox排放的總量也就 相對(duì)較??；重載或滿載時(shí)，維持這樣的轉(zhuǎn)速 則需要較大的節(jié)氣門開度和進(jìn)氣總量，co、 hc、nox排放的總量也就相對(duì)較大。2012/10·汽車維修與

14、保養(yǎng)45有害氣體排出量nox濃度，ppmco no% ppm濃稀9hc8 4000ppm6 3000co3004 200020032 1000100110 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22nohc40003000200010006004002001006040稀濃0.91.01.11.2 燃空當(dāng)量比維修技巧maintenance skill欄目編輯：姜曼 jm 5加減速的影響急加速時(shí)，ecu系統(tǒng)所提供的混合汽濃 度會(huì)短時(shí)增大，co、hc、nox排放的總量也 會(huì)隨之短時(shí)增多；急減速時(shí)，ecu系統(tǒng)一般 會(huì)短時(shí)切斷燃料供給，co、hc、nox排放會(huì) 短時(shí)下降。緩

15、慢加減速則不會(huì)產(chǎn)生上述效果， co、hc、nox排放的變化規(guī)律則符合“節(jié)氣 門開度的影響”和“發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的影響”。6水溫的影響水溫的高低會(huì)對(duì)混合汽濃度產(chǎn)生直接 的影響，因而會(huì)對(duì)co、hc排放產(chǎn)生間接影 響。水溫過低時(shí)，ecu系統(tǒng)所提供的混合汽 濃度增大，co、hc排放都會(huì)增多；水溫過 高時(shí)，燃燒溫度的上升則會(huì)導(dǎo)致no x排放 的升高；水溫在正常范圍以內(nèi)時(shí)，co、hc、 nox排放的變化規(guī)律則符合上述“混合汽濃 度的影響”、“點(diǎn)火時(shí)間的影響”、“節(jié)氣門 開度的影響”、“加減速的影響”和“發(fā)動(dòng)機(jī) 負(fù)荷的影響”等。7殘余廢氣的影響殘余廢氣 過多，co 、h c 排放都會(huì) 增 大，但n o x 排放會(huì)

16、 相應(yīng) 減少；殘余廢氣 較 少，co、hc排放都會(huì)較少，但n o x排放會(huì) 相應(yīng)增大。8壓縮壓力的影響壓縮壓力增大，co 、h c 排放都會(huì)減 少，但nox排放會(huì)相應(yīng)增大；壓縮壓力不足， co、hc排放都會(huì)增大，但nox排放會(huì)相應(yīng) 減少。(三)檢測方法對(duì)檢測結(jié)果的影響怠速法、雙怠速法是在怠速及高怠速 條 件下 檢 測 co 、h c 的 排 放 濃 度(此時(shí) 的 nox排放較少，對(duì)其檢測沒有意義，因此不 需要檢測nox排放的濃度)，而濃度值并不 能代表其排放的總量，即使此時(shí)它們的排放 濃度較大，但由于排氣總量較小，加上汽車 在運(yùn)行狀態(tài)下，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間未必很長， co、hc排放的總量未必較大，

17、所以，怠速 法、雙怠速法的檢測結(jié)果并不能反映汽車在 運(yùn)行狀態(tài)下真實(shí)的排放情況。另外，怠速法、雙怠速法是在發(fā)動(dòng)機(jī)空 載狀態(tài)下進(jìn)行檢測的，而在汽車運(yùn)行過程 中，絕大多數(shù)情況下發(fā)動(dòng)機(jī)都處于加載狀 態(tài)，因此，怠速法、雙怠速法的檢測結(jié)果與汽車真實(shí)的排放情況沒有可比性或可比性較差。 簡易工況法是在模擬汽車真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)情況下進(jìn)行的檢測，其檢測的過程囊括了 幾種加載載荷情況下的加速、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)、減 速等多種工況，而且檢測的結(jié)果已經(jīng)換算成 排放的總量，檢測的內(nèi)容也納入了nox，因此，檢測結(jié)果與汽車真實(shí)運(yùn)行條件下的排放情況具有一定的可比性。 通過以上分析可以看出，用怠速法、雙怠速法檢測合格的車輛，用簡易工況法檢 測

18、，其結(jié)果未必合格；反之，用簡易工況法檢 測合格的車輛，用怠速法、雙怠速法檢測，其 結(jié)果也未必合格。因此，對(duì)于用簡易工況法檢 測不合格的車輛進(jìn)行修復(fù)后，不能通過怠速 法、雙怠速法檢測來驗(yàn)證其修復(fù)的效果。由于采用簡易工況法進(jìn)行檢測所需的 檢測設(shè)備比較昂貴(需要底盤測功機(jī)、排氣 流量分析儀、配套計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件等)，占 用的場地面積也較大，一般的汽車修理廠不 具備這樣的條件，因此，以前采用怠速法、 雙怠速法進(jìn)行檢測，只是一種權(quán)宜之計(jì)，并 不符合科學(xué)的汽車排放控制思想。隨著國家 排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，簡易工況法的采用也 是大勢所趨，而且符合世界發(fā)達(dá)國家的通用 做法。 (四)點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排放超標(biāo)的原因及修

19、復(fù)1co的排放量過大(1) co 排放量過 大，主要應(yīng) 從混合汽 過濃的角度進(jìn)行考慮，同時(shí)兼顧壓縮壓力問 題，其原因可能包括以下一個(gè)或幾個(gè)方面。燃油壓力過高(燃油壓力調(diào)節(jié)器故障 或真空管漏氣)，檢測方法：測試油壓；噴油器及其控制電路故障，檢測方 法：檢查噴油器電路，用噴油器清洗檢測試 驗(yàn)臺(tái)清洗、檢測噴油器(含噴油量、各缸均勻 性、密封性等)；輸入傳感器有故障，檢測方法：測試 相關(guān)傳感器數(shù)據(jù)；燃油蒸汽回收系統(tǒng)故障，檢測方法： 檢查燃油蒸汽回收系統(tǒng)；進(jìn)氣系統(tǒng)漏氣(對(duì)于采用進(jìn)氣壓力傳 感器的d型電噴系統(tǒng))，檢測方法：檢查進(jìn)氣系統(tǒng)漏氣情況；空氣濾清器臟污或渦輪增壓器不良，檢測方法：檢查空氣濾清器及渦輪增壓器， 必要時(shí)更換；排氣系統(tǒng)阻塞(排氣不暢引起燃燒室 殘余廢氣過多)，檢測方法：檢查、清潔排氣 系統(tǒng)；壓縮壓力不足，檢測方法：檢查缸壓；催化轉(zhuǎn)化器有故障