汽车尾气检测与故障诊断

汽车尾气检测与故障诊断 - I - - II - 目录 摘要……………………………………………………………………………………………I 绪论……………………………………………………………………………………………1 1.1 引言 .......................................................................................................................................1 1.2 汽车排放污染物及危害 .......................................................................................................1 1.2.1 一氧化碳(CO) ....................................................................................................................1 1.2.2 碳氢化合物(CH) ................................................................................................................2 1.2.3 氮氧化物(NOx)..................................................................................................................2 1.2.4 光化学烟雾 ........................................................................................................................3 1.2.5 微粒 ....................................................................................................................................3 2 汽车尾气的排放机理………………………………………………………………………5 2.1 一氧化碳的生成机理 ...........................................................................................................5 2.2 碳氢化合物的生成机理 .......................................................................................................6 2.3 氮氧化物的生成机理 ...........................................................................................................7 2.4 微粒的生成机理 ...................................................................................................................9 3 汽车尾气排放检测…………………………………………………………………………12 3.1 汽车排放测试 .....................................................................................................................12 3.1.1 汽车排放污染物取样 ......................................................................................................12 3.1.2 排气成分分析仪 ..............................................................................................................13 3.2 汽车发动机的排放特性 .....................................................................................................13 3.2.1 发动机的稳态排放特性 ..................................................................................................13 3.2.2 发动机的瞬态排放特性 ..................................................................................................15 4 利用尾气排放参数判断发动机的工作状况………………………………………………18 4.1 尾气排放参数的分析 .........................................................................................................18 4.1.1 空燃比对尾气成分的影响 ..............................................................................................18 4.1.2 点火正时对尾气成分的影响 ..........................................................................................19 4.2 尾气分析的基本结论 .........................................................................................................19 4.2.1 发动机各部分技术状况与尾气成分间的关系 ..............................................................19 4.2.2 尾气成分异常的原因分析 ..............................................................................................20 4.3 实例分析 .............................................................................................................................20 4.3.1 北京现代索纳塔2.O .......................................................................................................21 - III - 4.3.2 桑塔纳2000Gsi ...............................................................................................................22 结论……………………………………………………………………………………………22 致谢……………………………………………………………………………………………23 参考文献………………………………………………………………………………………24 IV - - 1 绪论 1.1 引言 在现代文明的今天，汽车已经成为人类不可缺少的交通运输工具。自从1886年第一辆汽车诞生以来，它给人们的生活和工作带来了极大的便利，也已经发展成为近现代物质文明的支柱之一。但是，我们也应该看到，在汽车产业高速发展、汽车产量和保有量不断增加的同时，汽车也带来了大气污染，即汽车尾气污染。 电控发动机在现代汽车上的使用已经普及，使用电控发动机的目的之一是为了对排放污染物进行控制，以满足越来越严格的汽车排放法规;之二是为了提高发动机的功率。发动机各系统正常工作时，其排放污染物会在一个规定的范围- 1-1 不同浓度CO对人体健康的影响 1.2.2 碳氢化合物(CH) 碳氢化合物HC(也称烃)包括末燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化物。如苯、醛、酮、烯、多环芳香族碳氢化物等200多种复杂成分。饱和烃一般危害不入，甲烷气体无毒性，乙烯、丙烯和乙炔主要会对植物造成伤害。但是，不饱和烃却有很大的危害性。苯是无色类似汽油味的气体，可引起食欲不振、体重减轻、易倦、头晕、头痛、呕吐、失眠、粘膜出血等症状(也可引起血液变化，红血球减少，出现贫血，还可导致白血病。而甲醛，丙烯醛等醛类气体也会对眼、呼吸道和皮肤有强刺激作用，超过一定浓度，会引起头晕、恶心、红血球减少、贫血和急性中毒。应当引起特别注意的是带更多环的多环芳香烃，如苯并[a]芘及硝基烯都是强致癌物。同时，烃类成分还是引起光化学烟雾的重要物质。 1.2.3 氮氧化物(NOx) 氮氧化物NOx是NO及NO2的总称。汽车尾气中氮氧化物的排放量取决于气缸- 1.2.4 光化学烟雾 光化学烟雾是排入大气的氮氧化物和碳氢化合物受太阳紫外线作用产生的一种具有刺激性的浅蓝色烟雾。它包含有臭氧(O3)、醛类、硝酸酯类(PAN)等多种复杂化合物。这些化合物都是光化学反应生成的二次污染物。当遇到低温或不利于扩散的气象条件时，烟雾会积聚不散，造成大气污染事件。这种污染事件最早出现在美国洛杉矶，所以又称洛杉矶光化学烟雾。近年来，光化学烟雾不仅在美国出现，而且在日本的东京、大阪、川崎市、澳大利亚的悉尼、意大利的热那亚和印度的孟买等许多汽车众多的城市先后出现过。 在光化学反应中，O3约占85%以上。日光辐射强度是形成光化学烟雾的重要条件，因此每年夏季是光化学烟雾的高发季节;在一天中，下午2点钟前后是光化学烟雾达到峰值的时刻。在汽车排气污染严重的城市，大气中臭氧浓度的增高，可视为光化学烟雾形成的信号。 光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜，引起眼睛红肿和喉炎，这可能与产生的醛类等二次污染物的刺激有关。光化学烟雾对人体的另一些危害则与臭氧浓度有关。当大气中臭氧的浓度达到200~1000μg/m3时，会引起哮喘发作，导致上呼吸道疾病恶化，同时也刺激眼睛，使视觉敏感度和视力降低;浓度在400~1600 μg/m3时，只要接触2h就会出现气管刺激症状，引起胸骨下疼痛和肺通透性降低，使机体缺氧;浓度在高，就会出现头痛，并使肺部气道变窄，出现肺气肿。接触时间过长，还会损害中枢神经，导致思维紊乱或引起肺水肿等，如下表。臭氧还可引起潜在性的全身影响，如诱发淋巴细胞染色体畸变，损害酶的活性和溶血反应，影响甲状腺功能，使骨骼早期钙化等。所以，我们必须采取一系列综合性的措施来预防和减轻光化学烟雾给人类造成的损害。 表1-3不同浓度 O3对人体健康的影响 1.2.5 微粒 微粒物对人体健康的影响，取决于颗粒物的浓度和其在空气中暴露的时间。研究数据表明，因上呼吸道感染、心脏病、支气管炎、气喘、肺炎、肺气肿等疾病到医院就诊人数的增加与大气中颗粒物浓度的增加是相关的。 颗粒的粒径大小是危害人体健康的另一重要因素，它主要表现在两个方面: (1)颗粒越小，越不易沉积，长期漂浮在大气中容易被吸入体- 部。一般粒径在100μm以上的微粒会很快在大气中沉降;100μm以上的尘粒可以滞留在呼吸道中;5~10μm的尘粒大部分会在呼吸道沉积，被分泌的黏液吸附，可以随痰排除;小于5μm的微粒能深入肺部;0.01~0.1μm的尘粒，50%以上将沉积在肺腔中，引起各种尘肺病。 (2)粒径越小，粉尘比表面积越大，物理、化学活性越高，加剧了生理效应的发生和发展。此外，尘粒的表面可以吸附空气中的各种有害气体及其他污染物，而成为它们的载体，如可以承载强致癌物质苯并[α]芘及细菌等。 - 4 - 2 汽车尾气的排放机理 2.1 一氧化碳的生成机理 汽车尾气中CO的产生是燃烧不充分所致，是氧气不足而生成的中间产物。 一般烃燃料的燃烧反应有以下过程: 2CmHn+mO2 ? 2mCO+nH2 燃气中的氧足够时有: 2H2+O2 ? 2H2O 2CO+O2 ? 2CO2】 同时CO还在与生成的水蒸气作用，生成氢和二氧化碳。 可见，如果燃气中的氧气量充足时，理论上燃料燃烧后不会生成CO。但当氧气量不足时，就会有部分燃料不能完全燃烧而生成CO。 在非分层燃烧的汽油机中，可燃混合气基本上是均匀的，其CO排放量几乎完全取决于可燃混合气的空燃比α或过量空气系数φa。下图所示为11种H/C比值不同的燃料在汽油机中燃烧后，排气中CO的摩尔分数Xco与α或φa的关系。 在浓混合气中(Φa <1)时 ，因缺氧引起不完全燃烧，CO的排放量随Φa的减小而增加。在稀混合气中(Φa >1)时 ，CO的排放量都很小。只有在Φa =1.0,1.1时，CO的排放量才随Φa有较复杂的变化。 在膨胀和排气过程中，汽缸- 量才急剧增加。由于柴油机燃料与空气混合不均匀，其燃烧空间总有局部缺氧和低温的地方，以及反应物在燃烧区停留时间较短，不足以彻底完成燃烧过程而生成CO排放，这就可以解释下图在小负荷时尽管很大，CO排放量反而上升。类似的情况也发生在柴油机起动后的暖机阶段和怠速工况中。 2.2 碳氢化合物的生成机理 车用柴油机的中未燃HC都是在缸- 3)润滑油膜对燃油蒸汽的吸附和解吸 进气过程中，润滑油膜溶解和吸收了进入汽缸的碳氢化合物，这种溶解和吸收过程在压缩和燃烧过程中的较高压力下继续进行。在燃烧过程中，当燃烧室燃气中的HC浓度由于燃烧而下降至很低时，油膜中的HC开始已燃气解吸，此过程将持续到膨胀和排气过程。一部分解吸的燃油蒸气与高温燃烧产物混合并被氧化;其余部分与较低温度的燃气混合，因不能氧化而成为HC的排放源。 4)燃烧室- 反应式主要发生在非常浓的混合气中，NO在火焰的前锋面和离开火焰的已燃气体中生成。汽油机的燃烧在高压下进行，并且燃烧过程进行的很快，反应层很薄且反应时间很短。早期燃烧产物受到压缩而温度上升，使得已然气体温度高于刚结束燃烧的火焰带的温度，因此除了混合气很稀的区域外，大部分NO在离开火焰带的已然气体中产生，只有很少部分NO产生在火焰带中。也就是说，燃烧和NO的产生是彼此分离的，应主要考虑已然气体中NO的生成。 NO的生成主要与温度和过量空气系数有关。左 图表示正辛烷与空气的均匀混合气在4mpa压力下等 压燃烧时，计算得到的燃烧生成的NO平衡摩尔分 数xnoe与温度t及过量空气系数 的关系。从途中 可以看出:在 >1的稀混合气区， 随温度的升 高而迅速增大;在一定的温度下， 随混合气的加 浓而减少。当 <1以后，由于氧不足， 随 的 减少而急剧下降。因此可以得出一下结论:在稀混 合气区NO的生成主要是温度起作用;在浓混合气 区主要是氧浓度起作用。 左图中的虚线表示对应绝热火焰温度下的NO 平衡摩尔分数。绝热温度指混合气燃烧后释放的全 部热量减去音自身加热和组成变化所消耗的热量而 达到的温度。它是过程中可能达到的最高燃烧温度。一般情况下，绝热火焰温度在稍浓混合气时达到最高值，但由于此时缺氧，故NO盘防止不是最高，所以 最大值出现在稍稀的混合气中。若混合气过稀，火焰温度大大下降。使NO排放减低。; 生成NO的过程中，达到NO的平衡摩尔分数需要较长时间。图2-9表示在不同的温度下NO生成的总量化学反应式N2+O2 ? 2NO的进展快慢，用NO摩尔分数的瞬 时值XNO与其平衡值XNOE之比表 示。从图中可以看出，反应温度越低， 则达到平衡摩尔分数所需时间越长，并 且NO的生成反应比发动机中的燃烧反 应慢，可见温度越高，氧浓度越高反应 时间越长，NO的生成量越多，所以对 NO的主要控制方法就是降低最高燃烧 温度。发动机在运转中因燃烧经历时间 极短，温度的上升和下降都很迅速，故 NO的生成不能达到平衡状态，且分解 所需时间也不足，所以在膨胀过程初期 反应就冻结，是NO以不平衡状态时的 - 8 - 浓度被排出。从燃烧过程看，最初燃烧部分生成的NO约占其最大浓度的50%;随后燃烧的部分所成的NO浓度很小且几乎不再分解，因此NO的排放不能按平衡浓度的方法计算， 只能由局部的燃烧温度及其持续时间决定。 2、NO2的生成机理 汽油机排气中的NO2的浓度与NO浓度相比可忽略不计，但在柴油机中NO2可占到排气中总NOX的10%-30%。反应机理如下NO + HO2 ? NO2 + OH然后NO2又通过下述反应式转化为NO+NO2 ? NO + O2 只有在NO2生成后，火焰被冷的空气所激冷。NO2才能保存下来，因此汽油机长期怠速会产生大量NO2。柴油机在小负荷运转时，燃烧室中存在很多低温区域，可以抑止NO2向NO的再转化而使NO2的浓度增大。NO2也会再去爱低速下在排气管中生成，因为此时排气在有氧条件下停留较长时间。 2.4 微粒的生成机理 1、汽油机微粒的生成机理 汽油机中的排气微粒有三种来源:含铅汽油中的铅、有机微粒。来自汽油中的硫所产生的硫酸盐。 车用汽油机用含铅量0.15g/l的含铅汽油运转时，微粒排放量在100-150mg/km范围。这种微粒是由排气中的铅盐冷凝而成的。 硫酸盐排放主要涉及排气系统中有氧化催化剂的车用发动机。汽油中的硫在燃烧中转化为SO2后，与水结合生成硫酸雾。因此，汽油机硫酸盐的排放量直接取决于汽油中的硫含量。 此外当发动机技术不良时导致润滑油消耗很大时，会使排气冒蓝烟，这是未燃烧润滑油微粒构成的气溶胶。此时发动机性能明显恶化，需立即检修。 2、柴油机微粒的生成机理 1)柴油机排气微粒由很多原生微球的聚集体而成，总体结构为团絮状或链状。柴油机排气微粒的组成取决于柴油机的运转工况，尤其是排气唯独。当排气温度超过500?，排气微粒基本上是很多碳质微球的聚集体，称之碳烟:当排气温度低于500?时，烟粒会吸附和凝聚多钟有机物，称为有机可容成分。这些有机物在一定温度下可以发挥，而且绝大部分能溶解于一定的有机溶剂中。它在微粒中含量变化范围很广，可从10%-90%，其含量决定于燃油性质、发动机类型和工况。 柴油机微粒排放包括包括白烟、蓝烟、黑烟。其中白烟、蓝烟中较高的H/C，其主要成分为未燃的燃料微粒，蓝烟中还有窜入燃烧室的润滑油成分。白烟和黑烟没本质区别，只是由于微粒大小不同，使光照显色有异。 2)烟粒的生成机理 柴油机排放的烟粒主要由燃油中的碳生成，并受燃油种类、燃油分子中的碳原子数 - 9 - 及氢原子比的影响。柴油机烟粒的生成和长大过程一般可分为两个阶段: (1)烟粒生成阶段:这是一个诱导期，期间燃料分子经过其氧化中间产物或热解产物萌生凝聚相。特别是乙炔及其较高阶的同系物CnH2n-2和PAH，这类分子已被认为是火焰中形成碳烟微粒子最可能的先兆物。 (2)烟粒长大阶段:包括表面生长和聚集两种形式。表面生长指烟粒表面粘住来自气相的物质使其质量增大，同时还发生脱氧反应，但不会改变烟粒数量。在柴油机中，烟粒聚集过程常与烟粒在空气中的氧化过程同时发生，即在燃烧早期生成的碳烟微粒，在温度高于碳反应温度的富氧区和扰流火焰出现的地放，在燃烧后期可能和氧混合而完全燃烧。烟粒排放量取决于烟粒生成反应和氧化反应之间的平衡情况。对于烟粒的开始生成可燃混合气的碳氧原子比是重要的影响因素，其当量反应式为(c、h、o分别表示 C、H、O的原子数): CcHh + 0.5oO2 ? oC2 + 0.5hH2 + (c - o)CS式中，当c>0，即c/0>1时碳烟CS>0,此时开始生成烟粒。 图2-14表示碳氢化合物在燃烧器条件下，预混合火焰中生成烟粒的温度和过量空气系数的关系，烟粒在极浓的混合气中生成，且在1600,1700K温度范围- 吸附是未燃的碳氢化合物或未完全燃烧的有机物分子通过化学键力或物理力粘在碳烟粒子便面上，当排气的稀释比增大的时候、温度下降时，烟粒表面活性吸附点的增加起主要作用，使SOF在增加。当温度下降过多时，吸附质分压力减小SOF下降。 凝结发生在烟粒周围的气体有机物的蒸汽压力超过其饱和蒸汽压时。增大稀释比会减小气体有机物的浓度，因而降低其蒸汽压。此外，降低温度也会使饱和气压降低。最容易凝结的是排气中的低发挥性的有机物，其来源为为燃烧燃油中的重馏份，已经热解但未燃烧的不完全燃烧有机物及窜入燃烧室的润滑油微粒。若柴油机排气中未解HC浓度高，则冷凝作用强烈。 - 11 - 3 汽车尾气排放检测 3.1 汽车排放测试 汽车排放污染物的测试是废气净化研究的重要方面。正确测试汽车有害排放物的含量是研究汽车有害排放物的形成及其控制技术和装置的重要前提。随着各国汽车排放标准的日趋严格，其排放测试技术也在不断地完善。 汽车排放污染物的浓度一般都低，在排气过程中的废气成分因互相影响而不稳定，采样测量时样气在进入测试仪器前的管路中，有凝聚和吸附现象等。因此，为得到正确的测量结果，就必须要有合理的采集排气样气的取样系统，以及具有良好的抗干扰性能和高灵敏度的测试仪器。 3.1.1 汽车排放污染物取样 取样是汽车排放测试的第一环节，在不同条件下，需要不同的取样技术。取样方法不同，取样系统也有所不同。取样系统的功能在于使样气经过预处理，以便按一定要求送入分析系统。取样的正确与否对测量结果的正确性关系极大。 按取样方法分，目前常采用的取样系统有直接取样系统、稀释取样系统和定容取样系统。 1、 直接取样系统 直接取样法，是将取样探头插入发动机的排气管中，用取样泵连续抽取一定量气体不经稀释直接送入分析系统进行分析。由于直接取样法设备简单，操作方便，被广泛用于许多国家和地区的各种用途发动机的排放测量中。 发动机在测功机台架上稳定运行，分析用样气直接从发动机的排气管抽取。因为未经稀释的排气污染物浓度越高，保证了较高的测量精度。 取样探头一般为一端封闭、多孔、平直的不锈钢探头，垂直插入排气管- 3.1.2 排气成分分析仪 1.尾气检测仪 汽车尾气检测仪适应于执法机构对行驶中机动车污染排放进行实路检;本仪器可帮助汽车维修厂通过对机动车尾气的测量分析，将发动机调节最佳工作状态。带 RS232通讯接口，允许数据在计算机上登陆处理;或与打印机相关打印数据。 2.尾气检测注意事项 对于装有催化转化器的汽车，如果催化剂工作正常，会使CO和HC减少。因此，将取样探头插到催化转化器之前测量未经转换的排气或在EGR阀的排气口检测。必要时，使空气泵和二次空气喷射系统停止工作。读取测量数据前，不要让发动机怠速运转时间过长。在发动机暖机后，才能使用尾气分析仪进行尾气检测。在进行变工况测试中，要让加速踏板稳住后再读取测量数据。 3.2 汽车发动机的排放特性 发动机排放污染物的浓度是随发动机的工况(负荷与转速)变化的，各种排气污染物(CO、HC等)的排放量随发动机运转工况参数如转速N、平均有效压力Pme等的变化规律，称为发动机的排放特性。在环保法规日益严格的今天，对发动机的排放要求越来越高，掌握了发动机的排放特性，对于我们按照低排放要求正确使用发动机有着重要的知道意义。根据发动机的排放特性，可以找出其运转时排放最严重的工况区，从而为低排放改造指出方向。 3.2.1 发动机的稳态排放特性 图3-1、图3-2和图3-3分别为一台比较有代表性的排量为2L的4气门现代车用进气道电子喷射汽油机的CO、HC和NOx稳态排放特性图。 由图3-1可见，为了满足三效催化转化器高效率工作的要求，现代车用汽油机在常用的部分负荷区将过量空气系数Φa控制在1.0左右，所以CO的排放较低，而在负荷很小时，为了保证燃烧的稳定，混合气被适当加浓，从而导致了CO的排气略有上升。当工作负荷接近全负荷时，为了使发动机能发出较大的功率和转矩，混合气被显著加浓，从图中可以看到，CO的比排放量BSCO开始急剧升高，而绝对排放浓度和质量则 - 13 - 上升更快。 图 3-1 汽油机CO比排放特性图 图3-2表示了车用汽油机未燃HC排放量的变化趋势。从图中可见HC的变化趋势和CO比较相似，中等负荷时比排放量较小，大负荷和小负时想对增加。但有两个不同之处:一是HC在全负荷时其排放没有像CO那样显著增加，只是稍有增加，基本和中等负荷时保持同一水平;二是小负荷时HC比排放量BSHC随负荷的减小增加的程度更加明显。CO和HC生成机理不同可以解释造成这两种情况的原因。在大负荷时采用过浓的混合气以得到更大的功率和转矩，这时氧气相对较少，燃料不可能完全氧化，从而生成大量的CO，而HC的排放主要由于淬熄等多种因素所致，每循环绝对排放量的变化是不大的，当汽油机转速一定时，随着负荷增加，空燃比增大，混合气变稀，排气中HC比排放量下降。若进一步加大负荷，混合气变浓，特别是全负荷时排气中严重缺氧，未燃的HC无法完全氧化，其比排放量又会增加。在低速小负荷时，缸- 区，随着负荷的增大，由于燃烧温度提高了，NOx绝对排放量增加，但NOx 的增加与负荷是不成正比的，因而NOx 比排放量却是逐渐下降的。在大负荷时，由于混合气过浓，氧气不足，不利于NOx的生成，NOx绝对排放量下降，比排放量下降更快。从图中还可以看出，当负荷一定时，随着转速的增加，NO x的比排放量增加，其绝对排放量显著增加。 图 3-3 汽油机NOx比排放特性 3.2.2 发动机的瞬态排放特性 1. 起动工况 图3-5 汽油机常温起动时CO、HC和NOX随时间的变化 - 15 - 图3-6 汽油机热起动时CO、HC和NOX随时间的变化 图3-5和图3-6分别表示了某型汽油机常温起动和热起动时CO、HC、和NOx随时间的变化。在常温起动时汽油机的转速、进气系统和汽缸温度较低，空气流动速度也低，汽油很难完全蒸发，较多的汽油沉积在进气系统和汽缸壁面上，形成油膜，导致汽油雾化差，混合气质量欠佳，燃油壁流现象严重，各缸混合气分配不均匀。在低温下，汽油的饱和蒸气压力下降，难以形成在着火界限可燃的混合气。为了顺利起动，须向汽油机提供很浓的混合气，浓混合气、低的压缩温度和壁面温度等，都使得燃烧不完全，CO和HC的排放浓度增加。另一方面，起动时混合气过浓及气体温度低、氧气的缺乏使得NOx排放浓度低，但呈上升趋势，这可能是由于机体温度升高造成的。汽油机热起动时由于其较常温起动时进气量少，混合气浓，CO的峰值高，HC排放低，同时热起动发动机汽缸- 减少，对改善燃烧、降低CO及HC的排放有利。 汽油机起动后，其构成燃烧室的主要零件以及润滑系、冷却系是不能立即达到正常工作温度的，需要一个暖机的过程，属于怠速运转。这时采用浓混合气来弥补汽油在进气道和汽缸壁面上的冷凝，保证燃烧的稳定。因此，CO和HC排放浓度高，但因燃烧温度不高，故NOx排放浓度不高。 表3-1 发动机在不同工况下尾气排放浓度值正常范围 - 17 - 4 利用尾气排放参数判断发动机的工作状况 4.1 尾气排放参数的分析 汽车发动机可燃混合气在燃烧过程中会产生HC、CO、NOX等有害气体和CO2、H20、O2等无害气体。由于尾气成分与发动机的工况有最直接的联系，所以通过汽车尾气的检测可初步分析发动机的工作状况、性能好坏，可以检查包括燃烧情况、点火能量、进气效果、供油情况、机械情况等诸多方面。更为重要的是，当发动机各系统出现故障时，尾气中某种成分必然偏离正常值，通过检测发动机不同工况下尾气中不同气体成分的含量，可判断发动机故障所在的部位。尾气分析主要- 4.1.2 点火正时对尾气成分的影响 图4-2 点火提前角与燃油消耗率、尾气成分的关系曲线 如图4-2所示，点火提前角对CO的排放没有太大影响，过分推迟点火会使CO没有时间完全氧化而引起CO排放量增加，但适度推迟点火可减小CO排放。实际上当点火时间推迟时，为了维持输出功率不变需要开大节气门，这时CO排放明显增加。随着点火提前角的推迟，HC的含量降低，主要是因为增高了排气温度，促进了CO和HC的氧化，也由于减小了燃烧室 空气流量、温度、节气门位置、转速传感器信号及ECU等影响喷油压力和喷油时间的因素，喷油器、进气温度、进气管- 气喷射系统失灵、喷油器故障、进气歧管真空泄漏、空气泵故障、汽缸盖衬垫损坏、EGR阀故障、排气系统泄漏、点火系统提前角过大等 4.2.2 尾气成分异常的原因分析 HC的读数高，说明燃油没有充分燃烧。汽缸压力不足、发动机温度过低、油箱中油气蒸发、混合气由燃烧室向曲轴箱泄漏、混合气过浓或过稀、点火正时不准确、点火间歇性不跳火、温度传感器不良、喷油嘴漏油或堵塞、油压过高或过低等因素都将导致HC读数过高。 CO的读数是零或接近零，则说明混合气充分燃烧。C0的含量过高，表明燃油供给过多、空气供给过少，燃油供给系统和空气供给系统有故障，如喷油嘴漏油、燃油压力过高、空气滤清器不洁净。其它问题，如活塞环胶结阻塞、曲轴箱强制通风系统受阻、点火提前角过大或水温传感器有故障等。C0的含量过低，则表明混合气过稀，故障原因有:燃油油压过低、喷油嘴堵塞、真空泄漏、EGR阀泄漏等。 CO2是可燃混合气燃烧的产物，其高低反映出混合气燃烧的好坏，即燃烧效率。可 燃混合气燃烧越完全，CO2的读数就越高，混合气充分燃烧时尾气中CO2的含量达到峰 值 13,16%。当发动机混合气出现过浓或过稀时，CO2的含量都将降低。当排气管尾部的 CO2低于12%时，要根据其他排放物的浓度来确定发动机混合气的浓或稀。燃油滤芯太脏、燃油油压低、喷油嘴堵塞、真空泄漏、EGR阀泄漏等将造成混合气过稀。而空气滤清器阻塞、燃油压力过高，都可能导致混合气过浓。 O2的含量是反映混合气空燃比的最好指标，是最有用的诊断数据之一。可燃混合气 燃烧越完全，CO2的读数就越高;与此相反，燃烧正常时，只有少量未燃烧的O2通过汽 缸，尾气中O2的含量应为1,2%。O2的读数小于1%，说明混合气过浓;O2的读数大于 2%，表示混合气太稀。导致混合气过稀的原因有很多，如燃油滤芯太脏、燃油油压低、喷油嘴堵塞、真空泄漏、EGR阀泄漏等。而空气滤清器阻塞、燃油压力过高等都可能导致混合气过浓。 当CO、HC浓度高，CO2、O2浓度低时，表明发动机混合气很浓。HC和O2的读数高， 则表明点火系统工作不良、混合气过稀，而引起失火。 利用功率平衡试验和尾气分析仪的读数，可以知道每个缸的工作状况。如果每个气缸CO、CO2的读数都下降，HC、O2的读数都上升，且上升和下降的量都一样，表明各缸 都工作正常。如果只有一个缸的变化很小，而其它缸都一样，则表明这个气缸点火或燃烧不正常。另外，当四缸发动机中有一个缸不工作时，其浓度将上升到4.75,7.25%;若有两缸不工作，则会上升到9.5,12.5%。 4.3 实例分析 过去人们常讲的“望” (眼看)、“闻” (耳听)、“切”(手摸)方式。随着现代科学技术的进步，特别是随着计算机技术的进步，汽车检测技术也飞速发展。基于这几年对本地区汽车维修企业和维修人员的调查,目前人们已能依靠各种先进的仪器设备，如汽车故 - 20 - 障诊断仪、示波器、红外线测温仪等设备对汽车进行不解体检测，而且安全、迅速、准确。但是将汽车尾气分析仪应用于汽车的维修上还是很少，尾气分析仪大都还是环保部门做检查环保，对修理厂修车用的不是很多。然而这种仪器的运用是对车的动力、经济和排放整体的一个综合检测，对它的检测结果分析可知汽车总体性能和技术状况。 4.3.1 北京现代06款伊兰特 故障现象:一辆2006年款伊兰特轿车，装备VVT发动机。用户反映发动机故障灯点亮，发动机怠速时抖动。 检查分析:使用北京现代智能检测仪检测，调取发动机故障码为P0304(检测到发动机第4缸缺火)，查看发动机缺火数据帧为:发动机转速724r/min，总点火次数391次，发动机4缸缺火次数4次。 对发动机进行基本检查，但是没有发现问题。替换了点火线圈、火花塞以及喷油器等部件，但是依然显示发动机缺火。怀疑发动机进排气系统有问题，测量气缸压力，测得1缸、2缸以及3缸的缸压接近1.4MPa，4缸的压力1.2MPa，虽然比其他3个缸的缸压小0.2MPa，但也在正常相差范围- 器，发动机工作恢复正常，冷机启动迅速、热机工作稳定、加速有力，尾气中HC下降至150×10-6。本例是由于喷油器堵塞，使实际喷入1、4缸的燃油量偏少，从而造成两缸混合气过稀而失火，致使发动机工作失常。 4.3.3 桑塔纳2000Gsi 一辆桑塔纳2000GSi，发动机怠速不稳，经常熄火。 调取故障代码，显示为00525，表明氧传感器有故障。对氧传感器进行检测，信号电压在0,0.3V和0.7,1.0V之间变化,且变化频率达到8Hz以上，这说明氧传感器正常。用四气尾气分析仪进行检测，HC、CO、CO2、O2分别为250×10-6、0.43%、14.6%、2.54%。由此看出HC和O2都较高，这是空燃比严重偏离正常值的一个重要特征。CO值较低而CO2在最大值，说明可燃混合气已充分燃烧，点火系统正常。综合分析表明，该车发动机工作时混合气偏稀，因此应从空气供给系和燃油供给系着手检修。 检查燃油供给系统，一切正常。检查空气供给系统时，发现空气流量计后面的进气软管有破损、裂纹。更换进气软管，启动发动机，一切恢复正常。再次用尾气分析仪进行检测，结果HC为50×10-6、CO为0.23%、CO2为14.5%、O2为1.33%，数据正常，故障排除。本例是由于进气管漏气，使额外的空气进入汽缸，造成混合气过稀，发动机怠速不稳，经常熄火。这部分未经过ECU检测的空气经发动机燃烧后，造成排气中剩余大量氧气，氧传感器将此信号反馈给ECU，ECU根据这一信号进行相应地加浓。由于氧传感器一直输出要求加浓的信号，自诊断系统则认为氧传感器有故障，便输出相应的故障码。 - 22 - 结论 目前，在许多汽车维修企业，尾气分析仪只是作为车辆年检前调整尾气、测试简单参数的普通设备，没有发挥出它在汽车故障诊断中的作用，由此造成了资金的浪费和设备的闲置。根据发动机燃烧理论和汽油机废气形成理论,尾气成分与发动机的工况有最直接的联系，因此通过汽车尾气的检测可分析发动机的工作状况、性能好坏，可以检查包括燃烧情况、点火能量、进气效果、供油情况、机械情况等诸多方面。汽车排放与汽车发动机的技术状况有密切关系，根据汽车尾气中各种气体含量，可以帮助汽车维修人员判断汽车发动机故障。因此，加强尾气分析在汽车故障诊断中的应用研究很有必要。 - 23 - 致谢 本课题承蒙无锡东方北京现代资助，特致殷切谢意。 衷心感谢导师熊金凤老师和汽车工程系其他各位老师对本人的精心指导。他们的言传身教将使我终生受益。在北京现代进行合作研究期间，承蒙王卫华工程师热心指导与帮助，不胜感激。 感谢汽车工程系老师和同窗们的关心和支持～感谢所有帮助过我的人们～ - 24 - 参考文献 [1] 龚金科，黄景宇. 汽车排放及控制技术. 第1版. 北京:人民交通出版社, 2007. [2] 王遂双，李建文，董宏国. 汽车电子控制系统的原理与检修[M]. 北京:北京理工大学出版社， 1995. [3] 陈培陵. 汽车发动机原理[M]. 北京: 人民交通出版社， 1999 [4] 马春阳. 汽车尾气分析与发动机故障诊断. 《客车技术》, 2007年4期，48. [5] 刘龚俊. -