淺論尾氣分析在汽油發(fā)動機故

www.guilinhy.com 來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：huangfgl 類別：汽車構(gòu)造維修時間：2008-08-07

【論文摘要】：目前，在許多汽車維修企業(yè)，尾氣分析儀只是作為車輛年檢前調(diào)整尾氣、測試簡單參數(shù)的普通設(shè)備，沒有嘗試在汽車故障診斷中的作用。根據(jù)發(fā)動機燃燒理論和汽油機廢氣形成理論,尾氣成分與發(fā)動機的工況有最直接的聯(lián)系，因此通過汽車尾氣的檢測可分析發(fā)動機的工作狀況、性能好壞，可以檢查包括燃燒情況、點火能量、進氣效果、供油情況、機械情況等諸多方面。本文詳細分析了汽車廢氣排放物的影響因素，發(fā)動機各部分技術(shù)狀況與尾氣成分間的關(guān)系尾氣成分異常的原因分析等試圖闡釋尾氣分析儀檢測數(shù)據(jù)是如何反映汽車發(fā)動機實際性能的；通過故障診斷案例介紹分析了如何利用尾氣分析儀快速有效地找到汽油機的故障原因,介紹了分析儀的智能化功能及網(wǎng)絡(luò)化,從而說明尾氣分析儀在發(fā)動機故障診斷中有很好的發(fā)展空間
【關(guān)鍵詞】尾氣分析儀  尾氣成分  汽油發(fā)動機  故障診斷
在汽車發(fā)展的早期，人們主要是通過有經(jīng)驗的維修人員發(fā)現(xiàn)汽車的故障并作有針對性的修理。即過去人們常講的“望” 〔眼看)、“聞” (耳聽)、“切”(手摸)方式。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步，特別是隨著計算機技術(shù)的進步，汽車檢測技術(shù)也飛速發(fā)展。基于這幾年對本地區(qū)汽車維修企業(yè)和維修人員的調(diào)查,目前人們已能依靠各種先進的儀器設(shè)備，如汽車故障診斷儀、示波器、紅外線測溫儀等設(shè)備對汽車進行不解體檢測，而且安全、迅速、準確。但是將汽車尾氣分析儀應(yīng)用于汽車的維修上還是很少，尾氣分析儀大都還是環(huán)保部門做檢查環(huán)保，對修理廠修車用的不是很多。然而這種儀器的運用是對車的動力、經(jīng)濟和排放整體的一個綜合檢測，對它的檢測結(jié)果分析可知汽車總體性能和技術(shù)狀況。對汽車維修必定會起到很大的作用。下面就汽車尾氣分析儀應(yīng)用的有關(guān)理論：汽車廢氣排放物的影響因素，發(fā)動機各部分技術(shù)狀況與尾氣成分間的關(guān)系以及尾氣成分異常的原因分析和實際應(yīng)用作一闡述
1　汽車排放尾氣的成份分析：
根據(jù)燃燒理論，進入汽車燃燒室的成分是空氣和燃油，汽車發(fā)動機可燃混合氣在燃燒過程中產(chǎn)生汽車排放尾氣中含有一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫、鋁、碳微粒和其他雜質(zhì)粉塵等，這些物質(zhì)對人類和整個生態(tài)環(huán)境危害極大，另外含有CO2、H20、O2等氣體。由于尾氣成分與發(fā)動機的工況有最直接的聯(lián)系，所以通過汽車尾氣的檢測可初步分析發(fā)動機的工作狀況、性能好壞，可以檢查包括燃燒情況、點火能量、進氣效果、供油情況、機械情況等諸多方面。更為重要的是，當(dāng)發(fā)動機各系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，尾氣中某種成分必然偏離正常值，通過檢測發(fā)動機不同工況下尾氣中不同氣體成分的含量，可判斷發(fā)動機故障所在的部位。尾氣分析主要內(nèi)容有混合氣空燃比、點火正時及催化器轉(zhuǎn)化效率等，主要分析的參數(shù)有CO、HC、CO2和氧（O2），還有空燃比（A/F）或相對空燃比（λ）。
2　汽車廢氣排放物的影響因素
　　汽車廢氣中CO、HC和NOx三種有害氣體的影響因素比較多，主要為可燃混合氣的空燃比，點火提前角、發(fā)動機的負荷和轉(zhuǎn)速以及發(fā)動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。
2.1　空燃比對尾氣成分的影響
HC是未燃燃料、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(yīng)的中間產(chǎn)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(zhì)。CO2是可燃混合氣燃燒的產(chǎn)物，它能夠反映出燃燒的效率。隨著空燃比的增加，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(dāng)空燃比小于14.7:1時（混合氣變濃），由于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越接近于零，而CO2的值越高（最大值在13.5%~14.8%之間）。而當(dāng)混合氣空燃比超過16.2:1時（混合氣變稀），由于燃料成分過少，用通常的燃燒方式已不能正常著火，產(chǎn)生失火，使未燃HC大量排出。混合氣過濃將產(chǎn)生空燃比(A/F)對CO、HC和NOx的影響見圖1。在理論空燃比附近，CO曲線有一個拐點，當(dāng)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(dāng)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(wěn)定。

圖1　
圖1 HC曲線在A/F為17～18附近有一個拐點，此時廢氣中的HC含量最低。除此之外，HC的生成量都有所增加。其原因是當(dāng)A/F少于17時，混合氣過濃，燃燒不徹底，當(dāng)A/F大于18時，混合氣過稀，燃燒速度緩慢同樣會出現(xiàn)燃燒不徹底現(xiàn)象，HC都會增加。
　　NO曲線在A/F為15～16附近有一個波峰，此時生成的NO量最多，除此之外，過濃或過稀的空燃比都會降低燃燒速度和燃燒溫度，使NO的生成量都有所下降。
2.2　點火正時對尾氣成分的影響
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(dāng)點火時間推遲時，為了維持輸出功率不變需要開大節(jié)氣門，這時CO排放明顯增加。隨著點火提前角的推遲，HC的含量降低，主要是因為增高了排氣溫度，促進了 CO和 HC的氧化，也由于減小了燃燒室內(nèi)的激冷面積。
   點火提前角對CO的生成量影響不大，但對HC和NOx的影響較大，其結(jié)果分別見圖2和圖3。

圖2　點火提前角對HC的影響          圖3　點火提前角對NOx的影響
　　由圖2和圖3可看出，隨著點火提前角的增大，HC和NOx生成物都會急劇增加，其原因與燃燒時的速度、壓力、溫度等有關(guān)，當(dāng)點火提前角增大到一定值后，由于燃燒時間過短，HC和NOx生成量便有所下降。當(dāng)然，正確的調(diào)整點火正時是非常必要的，過遲的點火提前角會使發(fā)動機動力下降，油耗增大，工作不穩(wěn)。
2.3　發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷的影響
由于NOx是高溫燃燒時的生成物，當(dāng)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷提高時，使氣缸的燃燒溫度升高，NOx生成量隨之增大，CO和HC的生成量稍有增加，但影響較小。
  3. 尾氣分析的基本結(jié)論
  通過尾氣分析，可以檢測到以下幾個主要方面的故障：混合氣過濃或過稀、二次空氣噴射系統(tǒng)失靈、噴油器故障、進氣歧管真空泄漏、空氣泵故障、汽缸蓋襯墊損壞、EGR閥故障、排氣系統(tǒng)泄漏、點火系統(tǒng)提前角過大等。
     HC的讀數(shù)高，說明燃油沒有充分燃燒。偏高的原因是：混合氣過稀：氣缸壓力不足、發(fā)動機溫度過低、混合氣由燃燒室向曲軸箱泄漏、燃油管泄漏、燃油壓力調(diào)節(jié)器損壞。混合氣過濃：箱中油氣蒸發(fā)、燃油回油管堵塞燃油壓力調(diào)節(jié)器損壞。點火時不準確、點火間歇性不跳火、溫度傳感器不良、噴油嘴漏油或堵塞、油壓過高或過低等因素都將導(dǎo)致HC讀數(shù)過高。
     CO的讀數(shù)是零或接近零，則說明混合氣充分燃燒。C0的含量過高，表明燃油供給過多、空氣供給過少，燃油供給系統(tǒng)和空氣供給系統(tǒng)有故障，如噴油嘴漏油、燃油壓力過高、空氣濾清器不潔凈。其它問題，如活塞環(huán)膠結(jié)阻塞、曲軸箱K制通風(fēng)系統(tǒng)受阻、點火提前角過大或水溫傳感器和空氣流量計有故障等。C0的含量過低，則表明混合氣過稀，故障原因有：燃油油壓過低、噴油嘴堵塞、真空泄漏、EGR閥泄漏等。
     CO2是可燃混合氣燃燒的產(chǎn)物，其高低反映出混合氣燃燒的好壞，即燃燒效率。可燃混合氣燃燒越完全，CO2的讀數(shù)就越高，混合氣充分燃燒時尾氣中CO2的含量達到峰值13~16%。當(dāng)發(fā)動機混合氣出現(xiàn)過濃或過稀時，CO2的含量都將降低。當(dāng)排氣管尾部的CO2低于12%時，要根據(jù)其他排放物的濃度來確定發(fā)動機混合氣的濃或稀。燃油濾芯太臟、燃油油壓低、噴油嘴堵塞、真空泄漏、EGR閥泄漏等將造成混合氣過稀。而空氣濾清器阻塞、燃油壓力過高，都可能導(dǎo)致混合氣過濃。
     O2的含量是反映混合氣空燃比的最好指標，是最有用的診斷數(shù)據(jù)之一。可燃混合氣燃燒越完全，CO2的讀數(shù)就越高；與此相反，燃燒正常時，只有少量未燃燒的O2通過汽缸，尾氣中O2的含量應(yīng)為1～2%。O2的讀數(shù)小于1%，說明混合氣過濃；O2的讀數(shù)大于2%，表示混合氣太稀。導(dǎo)致混合氣過稀的原因有很多，如燃油濾芯太臟、燃油油壓低、噴油嘴堵塞、真空泄漏、EGR閥泄漏等。而空氣濾清器阻塞、燃油壓力過高等都可能導(dǎo)致混合氣過濃。
     當(dāng)CO、HC濃度高，CO2、O2濃度低時，表明發(fā)動機混合氣很濃。HC和O2的讀數(shù)高，則表明點火系統(tǒng)工作不良、混合氣過稀，而引起失火。
氮氧化物含量，在平常溫度下，在三四百度以下，它不燃燒，但是它的再高溫下，1000度以上，它非常活躍，它就想找氧反應(yīng)形成氮氧化物。所以它的產(chǎn)生第一個你要有足夠高的溫度，第二個你要有高壓，足夠大的壓力，第三個多余的氧才能反應(yīng)，這三個條件任何一個不滿足都不會產(chǎn)生氮氧化物。降低氮氧化物含量，如果氮氧化物超標，可能性最大的原因EGR閥，或者是氣缸里面有沒有熾熱點造成爆燃現(xiàn)象。
  4. 實例分析
     一輛豐田凌志ES300，怠速時有輕微抖動，且加速遲緩，無故障碼輸出。進行數(shù)據(jù)流和點火波形檢測，運行參數(shù)正常，點火波形也基本正常。用四氣分析儀進行尾氣檢測，CO為0.4%、O2為2.12%、CO2為14.1%、HC在260×10-6～500×10-6間變化。初步分析是混合氣過稀，導(dǎo)致失火。首先檢修燃油供給部分，各部件工作正常。清洗噴油器后，HC值雖然有所下降但仍較高。再檢查空氣供給系統(tǒng)，無漏氣現(xiàn)象。至此，混合氣過稀而導(dǎo)致失火的可能性被排除，可能是點火系統(tǒng)的故障。進一步檢查電子點火系統(tǒng)，當(dāng)檢查到右側(cè)汽缸的高壓線和火花塞時，發(fā)現(xiàn)一個缸的高壓線短路，火花塞電極間隙過小。更換高壓線，調(diào)整火花塞電極間隙，啟動發(fā)動機，故障消失，尾氣檢測值完全在標準范圍之內(nèi)。
5. 尾氣檢測注意事項
    對于裝有催化轉(zhuǎn)化器的汽車，如果催化劑工作正常，會使CO和HC減少。因此，將取樣探頭插到催化轉(zhuǎn)化器之前測量未經(jīng)轉(zhuǎn)換的排氣或在EGR閥的排氣口檢測。必要時，使空氣泵和二次空氣噴射系統(tǒng)停止工作。讀取測量數(shù)據(jù)前，不要讓發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時間過長。在發(fā)動機暖機后，才能使用尾氣分析儀進行尾氣檢測。在進行變工況測試中，要讓加速踏板穩(wěn)住后再讀取測量數(shù)據(jù)。
    6. 結(jié)束語
     目前，在許多汽車維修企業(yè)，尾氣分析儀只是作為車輛年檢前調(diào)整尾氣、測試簡單參數(shù)的普通設(shè)備，沒有發(fā)揮出它在汽車故障診斷中的作用，由此造成了資金的浪費和設(shè)備的閑置。隨著汽車檢測設(shè)備智能化和汽車檢測管理網(wǎng)絡(luò)化及技術(shù)和管理的進步，今后汽車檢測站將實現(xiàn)真正的網(wǎng)絡(luò)化(局域網(wǎng))，從而做到信息資源共享、硬件資源共享、軟件資源共享。因此，結(jié)合我國當(dāng)前的技術(shù)水平和以后的發(fā)展，很有必要進行推廣應(yīng)用尾氣分析儀在汽車故障診斷中的應(yīng)用。