車輛尾氣排放

汽車尾氣中排放的污染物有一氧化碳（CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化合物(NOX）以及對人體產生不良影響的其他一些固體顆粒，尤其是含鉛汽油，對人體的危害更大。鉛在廢氣中呈微粒狀態，隨風擴散。汽油主要由碳和氫組成，汽油正常燃燒時生成二氧化碳、水蒸氣和過量的氧等物質。但由於燃料中含有其他雜質和添加劑，且燃料常常不能完全燃燒，常排出一些有害物質。汽車尾氣成分非常複雜，有100種以上，其主要污染物包括一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)和氮氧化合物(NOX)。 ^[2] 

汽車尾氣排出的污染,給人類健康造成了嚴重的威脅。 因此，汽車尾氣污染可總結為以下三點：

（1）城市温度急劇增高 ：二氧化碳氣體被稱為温室氣體，一旦進入空氣中，一方面可產生温室效應，促進氣温升高；另一方面破壞地球的保護層-臭氧層，讓陽光直接照射地球表面，加速氣温升高。

（2）危害人體健康 ：氮氧化物、鉛化物進入肺部和血液，極大地損害了呼吸系統，造成各種疾病，對人們的身體健康構成危害。

（3）地球氣候不正常 ：出現酸雨、黑雨等現象，影響各地區的氣候。

據世界權威組織的一項調查研究。機動車尾氣是最大的空氣污染源．大氣中6種污染物質中有4種來自機動車尾氣．這些尾氣嚴重損害大眾的健康、甚至兒童的智力發育。據國家環保總局提供的數據，我國機動車年消耗油料4500萬噸，尾氣排放除產生CO、碳氫化合物和氮氧化物外．柴油車還排放有致癌作用的細微顆粒物，如PM2．5等。預計到2020年，CO和氮氧化物的排放量將分別達到8 000萬噸和900萬噸，與60年代美國光化學煙霧時的污染水平相當。

汽油是汽車發動機的主要燃料，在汽油機的工作過程中，要求其燃料供給系統在一個極短時間裏，將汽油和空氣充分混合並配製成合適比例的可燃混合氣。保證汽油機能在各種條件下可靠起動、平穩運轉、正常燃燒，充分發揮汽油機的使用性能。

1、辛烷值的影響

辛烷值是表示點燃式發動機燃料爆抗性的一個約定數值。在規定條件下的標準發動機試驗中，通過與標準燃料進行比較來測試，採用和被測燃料具有相同抗爆性的標準燃料中異辛烷的體積百分數表示。汽油的辛烷值不僅對汽油機的排放有一定的影響，而且還直接關係到是否發生爆燃。辛烷值是表示汽油抗爆的指標。在汽油機燃燒中，隨着壓縮比及氣缸內氣體温度的不斷升高，可能出現一種不正常的自燃現象，稱謂爆燃。汽油的辛烷值越高，則抗爆燃的能力越強，辛烷值低則易產生爆燃，並增加NOX排放量，特別在較稀混合氣的情況下更加顯著。事實上，由於爆燃對發動機有破壞作用，所以引起NOX劇增的強爆燃情況是在實際使用中不允許發生的,從另外一方面來看，較低的辛烷值限制了發動機的壓縮比，導致燃油消耗率上升，總污染物排放量也隨之上升，對環境危害也有所增加。 眾所周知，在許多情況下烯烴是汽油提高辛烷值的理想成分，但是由於烯烴的熱穩定較差，導致它容易產生膠質，並沉積在進氣系統中，影響燃燒效果，增加排放。活潑烯烴是光化學煙霧的前體物，蒸發排放到大氣中將會產生光化學反應，從而引起光化學污染。我國許多城市在夏秋季都發生過空氣臭氧濃度超標的光化學煙霧型空氣污染，與使用高烯烴汽油有着密切的關係，因此也應引起重視。

2、硫含量的影響

硫（S）天然存在於原油中，如果在煉油過程未進行脱硫處理，汽油就會受其污染。硫可降低三元催化器的效率，對氧傳感器也有不利影響，進而使汽車使用的汽油機排放增加，不論其發動機技術水平和狀態如何，汽油中硫的質量分數從10-4降到10-5數量時，尾氣中的HC、CO、NOX等均有顯著下降，高硫汽油會引起車載診斷系統的混亂和誤報。

3、添加劑的影響 車用汽油中的可能加入多種類型的添加劑：防止汽油爆燃的抗爆劑，如四乙基鉛、MMT等；抑制烯烴聚合的抗氧劑，如氨基酚、烷基酚等。 無鉛汽油還添加一些高辛烷值的含氧有機化合物，如MTBE和乙醇等。汽油自身還有的氧有助於氧化汽油的不完全燃燒物CO和HC，並降低它們的排放，當用無反饋控制的供油系統時，從純烴燃料改用含氧燃料表示着混合氣變稀，也會是CO和HC的排放下降。

HC是可燃混合氣不完全燃燒或裂解的碳氫化合物及少量的氧化反應的中間產物。CO主要來自在空氣不足的情況下可燃混合氣的不完全燃燒，是汽油機尾氣中有害成分濃度最大的物質。CO2是可燃混合氣燃燒的產物，它能夠反映出燃燒的效率。 隨着空燃比的增加，CO的排放濃度逐漸下降，HC的排放濃度兩頭高、中間低，CO2的排放濃度中間高、兩頭低。當空燃比小於14.7:1時，混合氣變濃，由於空氣量不足引起不完全燃燒，CO、HC的排放量增大。空燃比越接近理論空燃比14.7:1，燃燒越完全，HC、CO的值越低，O2越接近於零，而CO2的值越高。而當混合氣空燃比超過16.2:1時，混合氣變稀，由於燃料成分過少，用通常的燃燒方式已不能正常着火，產生失火，使未燃HC大量排出。在理論空燃比附近，CO曲線有一個拐點，當A/F減少時，可燃混合氣過濃，燃油無法充分燃燒，CO生成物便急劇增加；當A/F增大時，氧含量充足，燃油可以充分燃燒，使CO生成量減少，而且比較穩定。

點火提前角對CO的排放沒有太大影響，但對HC和NOX的影響較大，過分推遲點火會使CO沒有時間完全氧化而引起CO排放量增加，但適度推遲點火可減小CO排放。實際上當點火時間推遲時，為了維持輸出功率不變需要開大節氣門，這時CO排放明顯增加。隨着點火提前角的推遲，HC的含量降低，主要是因為增高了排氣温度，促進了 CO和 HC的氧化，也由於減小了燃燒室內的激冷麪積。火提前角對CO的生成量影響不大，但對HC和NOX的影響較大。 隨着點火提前角的增大，HC和NOX生成物都會急劇增加，其原因與燃燒時的速度、壓力、温度等有關，當點火提前角增大到一定值後，由於燃燒時間過短，HC和NOX生成量便有所下降。當然，正確的調整點火正時是非常必要的，過遲的點火提前角會使發動機動力下降，油耗增大，工作不穩。

發動機在怠速、減速和低速小負荷時的混合氣較濃，發動機工作循環的氣體壓力與温度不高，混合氣的燃燒速度減慢，引起不完全燃燒，從而產生CO。轉速的變化對CO的排放沒有太大的影響，這是由於在排氣系統中的CO被氧化，在正常的排氣温度下，並不受混合氣的限制，而是取決於化學反應的速度。提高怠速轉速，對降低怠速時的CO有一定的好處，這是由於隨着怠速轉速的提高，進氣節流減少，進入的空氣量增加。於是殘留氣體的稀釋程度有所減小，使得燃燒改善。 發動機轉速升高時，HC的排放有明顯的降低。原因在於轉速升高增加了汽缸中的擾流混合與渦流擴散，又增加了排氣中擾流與混合，前者增加了氣缸內的燃燒，增加了激冷層的後氧化反應。但是高速時為了克服較高的發動機阻力，需要加大排氣容積的流量，使其排氣系統停的時間縮短。因此HC排放量降低且小於按濃度改變預計的結果。同時適當的提高發動機怠速轉速，對降低HC成分有好處。 對於不同混合比的混合氣，轉速對NOX生成速度有着不同的影響。對於燃燒慢的較稀混合氣，在轉速提高時，由於着火落後期對於轉速的影響較小，在點火時間一定的情況下，燃燒的大部分將在膨脹過程和温度較低時進行，使得NOX的生成速度降低。對於燃燒速度較慢的濃混合氣提高其轉速時，由於加強了氣體在汽缸中的擾動，加大了火焰傳播的速度，同時也減少了熱損失，使得NOX的生成速度相對增大。

發動機負荷可以用與節氣門開度相關的進氣管壓力來表示，進氣管壓力越大（即進氣管真空度越低），發動機負荷也就越大。

對CO來説，空燃比不變，功率輸出的大小對CO排放沒有影響，CO的排放量隨功率的輸出及空氣的消耗量的增加而增大，發動機在小負荷及大負荷工作時，所供給的混合氣均較濃，在兩種情況下CO排放均比較高。例如，最大功率時，節氣門全開，供給較濃的混合氣，因此CO的排放較高。 當空燃比和轉速保持不變，並按最大功率調節點火提前角時改變負荷對HC的排放影響不大。這是因為影響HC排放的因素有的使HC降低，有的使它增加，結果作用恰恰相互抵消。當進氣管壓力在30.5kPa～81.0kPa範圍內時，因供給的混合氣較稀，所以HC排放降至很低，當進氣管壓力超過81.0kPa時，接近全負荷時混合氣加濃。此時HC排放量理應上升，但由於全負荷時，排氣温度相應增大，這時排氣後反應對HC排放的消除作用加強了，從而限制了HC的排放。小負荷時進氣管壓力低，由於缸壁激冷作用的增強，混合氣又較濃，若進氣管壓力低於20kPa，時還可能發生火焰傳播不完全，結果使HC排放明顯升高。例如在汽車突然關閉節氣門時，進氣管內液體燃料的瞬時蒸發，造成高進氣真空下的混合氣的額外加濃，也會出現這種情況。

發動機負荷小時（進氣管壓力低），可使NOX排放濃度下降。負荷減小進氣壓力降低，發動機温度低，殘餘廢氣增加，導致着火落後期變大及火焰傳播速度減慢，這兩個因素均使燃燒時間加長，若在此時點火時間不變，則燃燒過程將更多的膨脹行程延伸，這樣就會使循環最高温度降低而使排氣中的NOX濃度下降。

目前汽油車常用的尾氣檢測方法主要有：單怠速法、雙怠速法、穩態工況檢測法和簡易瞬態工況法。單怠速法由於操作簡單，檢測數據限值較高已被淘汰；雙怠速法存在檢測達標標準相對較寬；僅檢測一氧化碳和碳氫化合物兩種污染物，檢測數據準確率低；檢測數據容易篡改，造成不公正等三大弊端。“穩態工況檢測法”從運轉循環來看只有較低速度的等速運動，和實際情況還有較大的差異，比如不能反應減速、怠速、加速等工況下的排放情況，而測量結果的表示和“雙怠速法”也相同，排量大的車排放的污染物總質量要比排量小的車大，對環境的污染也越嚴重。因此，汽車的排放是否合格在一定程度上有失公正。“簡易瞬態工況法”，比“雙怠速法”和“穩態工況檢測法”更具科學性，檢測數據更真實，是目前世界上最先進的機動車尾氣檢測技術。

1、雙怠速檢測方法

雙怠速檢測是指汽車在空擋條件下，加油至高速和低速時檢測污染物的方法。根據兩個工況的排放狀況能夠基本反映車輛排放狀況，根據高怠速時的過量空氣係數能夠基本判斷燃料控制情況。而且，國家標準中有相關的完整規定。 若為多排氣管時，取各排氣管測量結果的算術平均值作為測量結果。 若車輛排氣管長度小於測量深度時，應使用排氣加長管。 對於單一燃料汽車，僅按燃用氣體燃料進行排放檢測；對於兩用燃料汽車，要求對兩種燃料分別進行排放檢測。

2、簡易瞬態工況法

簡易瞬態工況法的設備主要包括：底盤測功機、排氣取樣系統、五氣分析儀、氣體流量分析儀和自動檢測控制系統。

（1）簡易瞬態法是一種帶負荷的測試方法，其檢測結果能良好地反映車輛在道路上的實際排放狀況，是科學、先進、實用的檢測方法。與上述的雙怠速檢測方法相比，具有誤判率較低，能有效防止調校作弊行為，同時也能對汽車的氮氧化物排放進行檢測，可為在用車監管提供更加科學、客觀的依據 （2）簡易瞬態法的測量結果為汽車單位行駛里程的污染物排放量（測量結果單位為g/km），有利於機動車排放因子的計算，以及建立機動車排放清單，有利於對機動車排氣污染物實施總量控制。 （3）“簡易工況法”檢測是模擬汽車上路時有負荷的檢測，涵蓋加速、減速、等速、怠速等各種工況過程，如實反映車輛實際行駛時的尾氣排放特徵；由於瞬態工況能夠克服其它檢測方法不能檢測電噴車氧傳感器故障，從而增加了尾氣排污缺陷的檢測；能檢測一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化物三種污染物。“簡易工況法”的實行，使機動車尾氣由靜態檢測上升為動態檢測，可以保證機動車尾氣排放始終處於合理的水平，從而有效地控制機動車尾氣污染，加速淘汰尾氣嚴重 超標的老舊車輛。同時，可以及時發現尾氣排放狀況不佳的車輛，使其相關部件得到維修、清洗、更換或正確調整，從而使車輛恢復正常工作狀態，更加有效地控制機動車對環境的污染。

九十年代初期，我國所執行的在“用柴油車排放標準為GB14761.6－1993《柴油車自由加速煙度排放標準》”，相應的測試方法為“GB/T3846－1993《柴油車自由加速煙度的測量（濾紙煙度法）》”。現行的國家標準是由國家環境保護總局2005年3月2日批准，2005年5月30日發佈，2005年7月1日實施的GB3847-2005《車用壓燃式發動機和壓燃式發動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》。新實施的國家標準對使用各類壓燃式發動的機動車排放規定了新要求和限值，為上路機動車合格排放提供了有效有力的依據。 當前柴油車尾氣排放的檢測方法主要有：自由加速法、柴油車加載減速 LUGDOWN法等。自由加速法包括“濾紙煙度法”和“不透光煙度法”。

1、濾紙煙度法

濾紙式煙度法指柴油發動機處於怠速、將油門迅速踏到底，維持4s後鬆開。在該工況下，從排氣管抽取規定長度的排氣柱所含的碳煙，用光電法確定清潔濾紙染黑的程度。 “濾紙煙度法”適應於自1995年7月1日起至2001年9月30日期間生產的在用汽車，所測得的煙度值應不大於4.5Rb。

2、不透光煙度法

不透光煙度法是指被測氣體封閉在一個內表面不反光的容器內。不透光煙度計的顯示儀表有兩種計量單位，一種為絕對光吸收係數單位，從0 到趨於∞（m-1）；另一種為不透光度的線性分度單位，從0 到100%。兩種計量單位的量程，均應以光全通過時為0，全遮擋時為滿量程。 “不透光煙度法” 適應於自2001年10月1日起至GB3847-2005實施之日生產的汽車，按要求進行自由加速試驗，所測得的排氣光吸收係數不應大於以下數值：――自然吸氣式：2.5m-1；――渦輪增壓式：3.0 m-1。

3、自由加速法的利弊端

（1）自由加速煙度測試優點是該方法具有檢測操作簡便易行、測試儀器價格便宜和便於攜帶、以及檢測時間短等優點，廣泛應用與柴油車的年檢、路檢。 （2） 濾紙式煙度計的靈敏度不高,只能檢測採樣時間內排氣煙度的平均值,煙度中的水分不能太大,不能檢測藍煙、白煙及油霧等 （3）自由加速法在操作時，“將油門踏板迅速踏到底”中速度與力度的掌握不同，“維持4s後鬆開”中時間長短的掌握，使得測量的不確定性較大，重複性差。 （4） 自由加速不帶負荷，不是汽車行駛的真實工況，也不是汽車短時間停駛維持怠速的工況。 （5） 有時會出現冒黑煙和抽氣泵開始抽氣的時間不同步的現象，這時測不到最大煙度值。

根據調查，在機動車中有10%一15%尾氣排放超標的車輛，其尾氣排放量佔整個地區在用機動車污染排放量的50%-60%。況排放檢測裝置就是要準確地找出這10%-15%的超標排放車輛，然後採取有效措施使其恢復到接近出廠時的排放水平。僅治理超標排放機動車一項，就能達到削減佔排放總量50%-60%的污染物，達到了事半功倍的效果。 ^[1] 

尾氣評價是指對機動車尾氣管排放的有害物質進行定量、定性的分析。評價主要是針對制定排放法規、檢驗排放法規實施效果、預測排放趨勢、改善空氣質量、治理交通環境進行的。排放評價的內容包括:計算廣域(尾氣排放宏觀分析的空間範圍,如省、全國) 排放清單;計算狹域(尾氣排放中觀分析的空間範圍,如某居民區) 排放清單;改善交通措施評價;分析交叉口/ 交通走廊(高速公路及與高速公路平行的幹道及支道) 的排放量。

根據不同的使用需求與功能範疇,將排放評價分為宏觀、中觀、微觀三個層次。

宏觀尾氣評價的基礎是基於平均速度的排放因子,使用集計的分析方法得到廣域內的排放狀況。根據排放因子和車輛行駛參數可得排放總量。宏觀評價有兩個基本組成部分:宏觀排放清單和宏觀排放因子。宏觀排放清單通過輸入車輛行駛參數、車組特性(車輛自身屬性和車組分佈特徵) 、氣象情況、燃料排放的特性等,建立廣域內各污染物的排放清單。宏觀排放因子的計算使用集計的方法評估按污染物、車型等分類的排放因子,併為排放總量的計算提供相應的數據。典型的宏觀模型包括MOBILE、EMFAC、CORPERT 等。

宏觀評價的結果是廣域的排放總量,常常用於全國、省、市的宏觀規劃、尾氣分析中。

中觀尾氣評價是指狹域內的尾氣排放分析,空間單位來自標準交通需求模型中的車道、交通分析區(交通設施具有代表性的小區) 參數。中觀評價不排除使用宏觀模型進行必要車道、交通分析區排放分析。此外,中觀分析需要考慮車輛具體行駛工況的排放量,分析基於普查信息(某區域裏的人口、郵政編碼等信息) 、城市土地使用佈局、狹域車輛行駛特徵和車組時空變化特徵。典型的中觀尾氣排放模型包括MEASURE、INTEGRATION 等。

中觀評價的結果是狹域的排放總量。中觀分析側重於評價交通改善情況,儘管這種分析也包含在微觀分析中,但在交通規劃實施效果評估以及相應預算分析中,仍需建立中觀的聯繫和分析。

微觀尾氣評價是對特定交通走廊或交叉口的排放分析。微觀模型的特點是能夠評價以秒為單位的瞬間尾氣排放量。微觀尾氣評價需要輸入每一車輛的瞬間行駛工況參數,如瞬時的行駛速度及加速度等。典型的微觀尾氣模型有CMEM、ONROAD 等。微觀評價則是對特定走廊和交叉口排放評價,適用於交通的改善情況和工程水平的評價。

微觀尾氣評價與中觀尾氣評價的主要區別在於,微觀評價分析的對象是一個特定走廊或交叉口,中觀則分析這些具體特徵點組成的空間、時間上範圍內的尾氣排放量。 ^[3] 

我國在用車輛排放控制狀況

我圍從1983年開始陸續頒佈汽車排放標準，目前已經頒佈執行了22項。主要參考歐洲體系，基本上覆蓋了機動年排放控制的主要方面。

由於受多方面因素影響，當前我國在用車輛尾氣排放控制方面存在一些難點。汽車排放的機內外淨化，涉及汽車設計、製造和使用等問題。對於各種定型車輛產品來説，其同有的技術參數，包括排放指標，是相互制約的，對其進行改進，有一系列繁雜的程序，須經反覆試驗，在取得可靠試驗依據並經有關部門批准後實施。我國在用汽車的服務對象多樣，使用環境複雜，各地政策和環境不盡相同，超載，以修代保，拼設備等現象還不時出現，這些將對汽車排放控制帶來困難：對在用車排放指標進行控制，不論採取何種途徑和方案，都涉及到車主的經濟負擔問題。而運輸市場競爭激烈，多數企業盈利較低，要讓他們主動改造車輛難，但全靠政府投資也是難以做到的。

在用車輛排放控制的技術對策

首先，車用燃料的改進要與車輛品質的提高相適應，這是控制在用車輛排放污染重要途徑之一。其次是推廣應用汽車環保節能產品，如高能點火+氧化型催化轉化器、化油器濃混合氣+高能點火+閉環補氣+效催化轉化器、換閉環電噴發動機十三效催化轉化器，在電噴車上加裝三效催化轉化器、改機械式雙燃料或燃氣汽車、改電控式三效催化雙燃料或燃氣汽車等等。

另外將在用汽車改成兩用燃料汽車也是一種行之有效的方法。一些經改裝的車輛確實減少了HC、CO的排放 ，但對NO化合物的排放量沒起到抑制的作用，這項技術有一定的侷限性。並有動力下降的現象。而且改裝後的車輛在點火能量、點火角度、燃燒系統等系列參數要合理匹配，才能保證降低排放。這只是一種過渡措施，燃氣汽車最終應成為匹配專用淨化裝置使用單一燃料的汽車。

汽車排放污染的內在原因是多方面的，須對車輛認真檢測，恢復其正常工作狀態消除因參數變化造成的排放超標。僅對車輛油路、電路參數簡單調整是難以奏效的，須對整車技術參數、發動機各種工況和技術參數進行全面診斷維修，車輛排放才能正常。為此，須建立嚴格的技術管理制度。

加強排放法規建設

我國於1982年頒佈了大氣質量標準，從1983年開始陸續制定頒佈了汽車排放標準。隨後20多年對各項標準進行了修訂，並陸續頒佈了多項新的排放標準。2004年7月1日我國在全國範圍內開始實施相當於歐2標準的國標GB1835.2，標誌着我國機動車污染防治進入了一個新階段。

對於未來機動車排放控制應加強基礎研究工作，制定汽車排放控制的長期規劃。在技術經濟分析基礎上，根據具體情況制訂排放標準。

排放控制的管理對策

現有的一些措施諸如公交優先、空車限行、限時通行、增加忙時段，區段税費等，對減少排放有一定作用，但卻與國家發展交通，鼓勵汽車業發展及拉動消費的政策相互矛盾。為此我們提出如下建議。

1．通過制定車輛油耗、行駛里程，年限、排放等的淘汰標準來規範車輛淘汰。

2．一個是税率隨着車齡增長而增長，還可給予購買高技術環保車輛者補貼的方式，或實施燃油税，也可通過檢測給予排放好的車輛給予補貼等方法鼓勵減少排放。

3．對排氣污染的控制不能只侷限於車本身，加強城市規劃和交通管理，往往能在改善重點地區的空氣質量方面效果更好。

在用車輛尾氣排放控制要從我國國情出發，從環保、能源結構、城市和道路情況以及汽車工業發展等方面入手，統籌使用清潔燃料、先進車輛技術，完善的車輛維護以及可持續的城市和道路系統建設與完善的交通管理措施，並注意提高人們的環保意識，提高駕駛員素質，實現對在用車輛尾氣排放的控制。 ^[2]