向立立，张 涛，朱治钢

（四川经准检验检测集团股份有限公司，四川 广安 638000）

机动车为人们的日常出行带来方便，但随着机动车数量的不断增加，尾气污染状况也日益严重，已经从区域性的污染发展为备受全球关注的公共危机，空气污染类型也从传统的烟尘污染转为如今的烟尘与机动车尾气混合污染。新时期下，机动车尾气排放已经成为大气环境的主要污染源，尤其是尾气中的一氧化碳、碳氢化合物，对人类健康与空气质量的危害不容小觑。环境保护部报告显示：在经济发达的一线城市，机动车尾气污染占到大气污染指数的60%以上。由此可见，机动车尾气污染的监测与治理迫在眉睫。

1 机动车尾气的污染成分与危害性

机动车尾气包含气体化合物、固体颗粒2部分，主要源自燃油机动车的燃烧汽油、柴油等石化燃料。机动车尾气在低空环境中排放，扩散难度大，很容易聚集在大气中成为污染源，给空气环境造成污染，继而危害人体健康与城市环境。

1.1 一氧化碳（CO）

CO是机动车尾气中的主要气体化合物，CO的产生与汽车燃油燃烧不充分密切相关。CO与人体血红蛋白的亲和力较强，吸入CO后，血红蛋白会与之发生化学反应，形成会损伤血红蛋白携氧能力的碳氧血红蛋白，从而使人体血液中的氧气含量大幅度下降，血液失去正常的氧气交换能力，最终危害人体健康。即使吸入少量的CO，也会伴有头痛、乏力、恶心、眩晕和犯困等症状，长时间吸入CO，会严重损害神经系统，降低记忆力，如果在短时间内吸入大量的CO，还会致人于昏迷状态，甚至窒息死亡[1]。

1.2 碳氢化合物（HC）

油箱泄漏、燃烧室的燃油燃烧不充分及燃油挥发是产生HC的主要原因。机动车尾气的HC含量与车辆的发动、运转情况有关。如果车辆的发动机处于高速运转状态，燃油的燃烧非常充分，则HC就会较低。反之，如果车辆刚刚启动，或者处于怠速状态，燃油未充分燃烧，则HC含量便会提高。机动车尾气中的HC主要由多环芳烃、甲烷、乙炔、丙烯、苯类及相关衍生物、丁二烯和醛类等物质组成，以上物质均会不同程度地危害人体健康与空气质量，尤其是甲烷，已经被认定为引起温室效应的“元凶”，其他HC的成分都有一定的刺激性，在日照或者其他特定条件下会产生光化学反应，形成对人体有毒有害的光化学烟雾。短时间内吸入HC，便会危害人的呼吸系统与眼结膜，从而出现恶心、头晕等症状。长时间的大量吸入HC，会对机体的免疫系统、神经系统造成严重危害，引起中毒反应，甚至有癌变风险。

1.3 氮氧化合物（NOx）与硫氧化合物（SOx）

燃油燃烧过程中产生的副产物中，含有大量NOx。NOx是一氧化氮（NO）与二氧化氮（NO2）的混合物，其主要成分还是NO，约为NO2的9倍。NO与CO对人体造成危害的原理基本相同，2者都会和血红蛋白结合，并影响人体正常的血氧循环。由于NO具有一定的刺激性，吸入后，会对呼吸道黏膜、肺部和支气管黏膜产生刺激，继而引起炎症。但NO在空气中的稳定性远不如CO，与氧气结合后，NO会被氧化为NO2。SOx主要以SO2为主，燃油中的硫（S）经过燃烧后，和氧气（O2）发生反应，继而形成SO2，这也是引起酸雨的“元凶”，会严重危害农作物、植物和土壤环境。机动车尾气净化装置的催化剂表面往往堆积了大量SO2，导致催化剂和尾气的接触不够充分，最终对机动车尾气净化装置功能造成损害[2]。

1.4 铅（Pb）污染

汽油、柴油是机动车不可或缺的重要燃油，2者的物理化学稳定性较差，易燃易爆易挥发。为了增强汽油、柴油的稳定性，通常会在燃油中加入浓度为0.2%~0.5%的四乙基铅。发动机发动后，四乙基铅在燃烧室内随着燃烧而产生氧化铅，然后形成积灰。大量积灰会增加发动机内部的摩擦力，提高燃烧室温度，加速燃烧室的磨损。因此，燃油中需要加入导出剂，让Pb转化为Pb的挥发物，并随着尾气的排放进入大气。Pb已经被纳入5种有毒重金属，人体吸入Pb后，会对血红素的形成造成严重抑制，使人出现贫血症状，Pb还会随着血液的循环进入重要脏器，危害免疫系统、中枢神经系统，甚至还会引起铅型肾病。

1.5 颗粒物污染

机动车尾气排放的可吸入性的固体颗粒物，直径约为0.03~0.50μm，其主要成分有高分子化合物、含碳颗粒物等。而高分子化合物有会吸附大气中的各种病毒、细菌和具有挥发性的重金属等物质。人吸入这些有毒有害的颗粒物后，会直接损伤呼吸系统，引起呼吸道、肺部的急性炎症，甚至还可能造成肺细胞损伤与肺水肿。尾气中的颗粒物不仅会长时间潴留于人的肺部，而且还会随着血液循环进入其他脏器，附着在颗粒物上的细菌病毒、重金属等有害物质会严重损伤脏器功能[3]。

2 机动车尾气污染监测技术

2.1 自由加速

柴油机动车通常采用自由加速的方式监测尾气污染，这是一种比较环保对车辆影响较小的监测技术，正式进行排放测量前，应采用3次自由加速过程或其他等效方法吹拂排气系统，在发动机怠速下，迅速但不猛烈地踩下加速踏板，使喷油泵供给最大油量。在发动机达到允许的最大转速前，保持此位置。一旦达到最大转速，立即松开加速踏板，使发动机恢复至怠速。往复进行3次，以清扫排气系统中的残留污染物。然后接入取样管，直接在1 s时间内将油门踏板踩到底，让发动机达到断油转速的状态，然后松开油门，连续3个循环工况即为自由加速。在机动车尾气浓度的检测中可应用透光衰减率，尾气经负压传送到实验室，烟度计中的平行光会穿透实验室中尾气烟碳微粒，使光能衰减，光能转换器的电信号就会变弱。透光衰减率检测操作方便、流程简单，几乎不会受到外界环境的影响，在实验室内检测或者在野外检测均可。自有加速法相对于加载减速法来说，其检验效率较高，但检测参数较少，无法测出车辆功率及氮氧化合物值，检测结果的准确性不高。

2.2 室外遥感

该技术需要用到激光与红外线光谱，通过可调谐半导体激光吸收光谱TDLAS技术来检测机动车尾气中的CO、CO2，用差分光谱DOAS技术检测NO、HC，用绿激光透光率技术检测烟度与光吸收系数以及尾气中各成分的所占比。应用室外遥感技术，能够在机动车行驶过程中检测尾气污染情况，检测效率与自动化水平较高。但技术的应用环境受到一定限制，检测设备对交通状况有特殊要求，多用于道路监察，检测的数据只能作为参考。

2.3 双怠速法

这是一种无负荷检测技术，检测时，机动车需要保持“低怠速”或者“高怠速”的状态，还需要将转速传感器、油温仪安装在发动机上，在进行排放测量时，发动机冷却液或润滑油温度应不低于80℃，或者达到汽车使用说明书规定的热机状态，然后再测量发动机的转速。根据GB 18285—2018《汽油车污染物排放限值及测量方法(双怠速法及简易工况法)》标准要求，机动车的怠速提升至额定转速的70%或者规范要求的暖机转速，并维持30 s后降至低怠速状态，插入取样探头，深度不少于400 mm，并固定在排气管上，然后维持高怠速状态15 s，使用排放监测仪读取30 s内机动车排放的平均值，得到高怠速污染物测量结果，并计算过量空气系数，然后从高怠速降至怠速状态15 s后，用排放监测仪再次读取30 s内的平均值，该值即为怠速污染物测量结果。双怠速法的应用局限性在于只能检测机动车尾气中CO与HC浓度的平均值。

2.4 基于底盘测功机的检测技术

2.4.1 稳态工况（ASM）

ASM主要适用于汽油机动车的尾气污染检测，是一种负荷检测方式。根据检测结果，可准确评估机动车尾气对空气的污染情况，且检测准确性较高，与实际的尾气排放含量比较一致。高排放机动车在行驶过程中，可采用ASM技术检测，尤其是双怠速法中应用该技术，可进一步提高检测结果的准确性，还能显示出尾气中氮氧化物的实际排放量。“稳态”由ASM5025、ASM2540这2个工况共同组成，指的是机动车症状底盘测功机上行驶所要保持的恒定车速，在25 km/h、40 km/h的时速下，根据机动车的基准质量施加扭矩，分析尾气浓度。AMS操作简单、成本低且技术完善，可相对准确地反映尾气污染等级[4]。

2.4.2 瞬态工况（MAS）

该方法主要用来检测机动车尾气中的氮氧化物，全流式定容取样稀释系统、测功机系统和气体排放测量系统共同组成了瞬态工况检测系统。通过瞬态工况检测，能够精准地模拟出机动车的怠速、换挡、等速和减速等不同的行驶状态，检测结果的准确性高。机动车尾气的检测中，可适应普通状态下车辆尾气流量的条件，与新车认证的检测结果密切相关。但瞬态工况检测的成本较高，普及难度大，设备的维修比较复杂，通常只适合专业检测机构，或者汽车厂家进行整车测试。

2.4.3 简易瞬态工况（VMAS）

底盘测功机、流量计和气体分析仪等共同构成了VMAS系统，其整个检测时长为195 s，检测循环包含等速、怠速、减速和加速等多种工况。使用气体流量分析仪检测机动车每秒所排放的尾气量，然后将检测结果与排放尾气浓度、排放尾气流量相乘，最终计算出规定时间内尾气排放指标，真实呈现机动车行驶过程中的尾气排放情况。VMAS也是介于ASM与MAS之间的一种检测技术。

2.4.4 加载减速工况

该方法主要用于使用柴油的机动车尾气检测，驾驶员使用前进挡驱动车辆，逐渐加档并将油门踏板置于全开位置，选择最接近70 km/h的低挡位，但不能超过100 km/h，通过扫描机动车的输出功率来检测车辆的最大轮边功率，最终得出转鼓线的速度，主要用来测量机动车100%、80%转鼓线速度稳定状态下的烟度值，然后计算出80%转鼓线速度稳定时的氮氧化物数值，最后根据规范标准评估机动车尾气排放情况。

3 机动车尾气污染净化技术

机动车尾气污染具有排放分担率高、单车排放量大及污染物排放集中等特点。要想更好地处理机动车尾气，只采用单一的净化技术显然是不现实的，随着尾气净化技术的发展，采用多种净化技术相结合的方法成了目前机动车尾气后处理装置的主流，所以，要根据机动车的燃料类型和现实条件选择对应的净化技术，并保证技术应用的全面性。

3.1 优化机动车燃油

3.1.1 用添加剂改变燃料成分

加入含量不超过15%的甲醇汽油燃料，或者使用含水量为10%的汽油燃料，都可以减轻CO、NOx、HC、铅尘等污染。在汽油中加入30%~40%的甲醇，能够有效减少机动车尾气的排污量。

3.1.2 使用绿色燃料

研究显示，豆油、烧碱和甲醇相互混合后，能够去除甘油，得到大豆柴油。以3∶7的比例混合大豆柴油和普通柴油，作为柴油机动车的燃料，可以大量减少发动机运行状态下所排放的HC、CO、烟尘和硫化物。

3.1.3 车用乙醇汽油

用乙醇替代汽油，既提高了陈粮的利用率，又能节约汽油资源。以1∶9的比例混合乙醇与汽油，大约20万t的乙醇，就能配出200万t的乙醇汽油。而20万t乙醇所需要的陈粮只有7万t。研发机动车专用的乙醇汽油，可以有效解决陈粮问题，缓解国内原油资源紧张状态。与单纯的汽油相比，乙醇汽油可以使机动车尾气排放的CO量减少1/3，CH减少13.4%。

3.1.4 机械摩擦改进剂

按照一定比例（3%~5%）在机油中加入固体添加剂，比如石墨、聚四氟乙烯粉末和二硫化钼等，然后将机油装入引擎机油箱内，能够节约5%左右的发动机燃油。加入固体添加剂后，还能改善机动车发动机气缸的密封性，增加气缸压力，使之充分燃烧，以减少尾气中CO与HC的含量，减轻对大气造成的污染。

3.1.5 使用多种燃料

可将太阳能、压缩的天然气体、生态燃料蓄电池、新汽油和电力等能源作为机动车燃料，利用计算机控制点火系统，让发动机在不同工况下迅速作出反应，降低尾气污染。

3.2 机内净化技术

这是一种针对初期污染的治理技术，根据尾气污染物的形成原理，对机动车发动机的内部构造采取优化措施，严格控制燃料的燃烧条件，提高燃料利用率，减少有毒有害物质。常用的机内净化技术有3种：①废气再循环系统（EGR）：收集一部分发动机的尾气，和新鲜的混合气一起输入发动机的气缸，以稀释原先的混合气，有效降低氧浓度。混合气被吸收后，燃烧时的最低温度明显下降，能够减少NOx含量。②燃油蒸发控制系统（EVAP）：收集汽油蒸汽，并将其输送到发动机内，燃烧过程中能够提高燃油的经济性，减轻油气造成的大气污染。③曲轴箱强制通风系统（PCV）：回收一部分漏气，输送到发动机的汽缸内继续燃烧，可大量减少尾气中的污染物。除此之外，还可以采用进气喷水蒸汽、推迟喷油提前角及缸内喷水等方式降低燃烧温度；通过窄角直喷、预喷射和多段喷射技术实现分层燃烧，减少氮氧化物的生成量；采用进排气系统、高压喷射与增压等措施，大量减少尾气中的颗粒物[5]。

3.3 机外净化技术

仅采用机内净化技术还无法让机动车尾气排放达到国V标准，因此需要结合机外净化技术，以提高节能减排效果。机外净化技术主要是将净化设备安装在机动车的尾气排放系统中，通过物理吸附、化学催化等方式收集尾气中的有毒有害物质，或者将这些污染物转化成对环境无害的物质，以达到减轻尾气污染的目的。常用的尾气净化装置有柴油氧化催化器（DOC）、氮氧化物催化器（LNC）、颗粒捕集器（DPF）、NOx存储还原催化器（NSR）、颗粒物氧化催化器（POC）、吸附还原催化器（LNT）及选择性催化还原器（SCR）等。综合考虑机动车尾气的污染成分、排放特点及机外净化技术原理等因素，在处理机动车尾气的过程中，很可能会出现催化剂中毒、补给器堵塞等问题，严重影响设备功能。所以，机外净化技术的关键在于，要使用更加高效、经济的催化剂，利用先进的技术手段实现催化剂的再生。

4 结束语

综上所述，机动车尾气的超标排放对大气环境、城市环境造成严重污染，受到我国相关部门的高度重视。近年来，机动车尾气污染监测越来越严格，尾气排放标准也在不断提高。了解机动车尾气污染的类型及危害性，因地制宜采用科学的检测与净化技术，能够大幅度减少尾气排放，减轻尾气污染，改善空气质量，促进现代化城市的可持续发展。