.汽车尾气分析

汽车发动机可燃混合气在燃烧流程中会造成HC、CO、NOX等有损害气体和CO2、H20、O2等无害气体。因为尾气成分与发动机的工况有最直接的联络，理所当然通过汽车尾气的检查可初步分析发动机的工作状况、性能好坏，可以检测包含燃烧状况、点火能量、进气效果、供油状况、机械状况等诸多方面。关键在于的是，当发动机各系统出现故障问题时，尾气中某种成分必定偏离正常值，通过检查发动机不相同工况下尾气中不相同气体成分的含量，可判断发动机故障问题所在的地方位置。尾气分析关键内容有混合气空燃比、点火正时及催化器转化效率等，关键分析的主要参数有CO、HC、CO2和氧（O2），还有空燃比（A/F）或同比空燃比（λ）。NOX时常发生在高温大负荷的状况下，在沒有底盘测功机时只能靠路试去测量，在此不作分析。
1. 空燃比和点火正时对尾气成分的影响
HC是未燃燃料、可燃混合气不完全燃烧或裂解的碳氢化合物及少量的氧化反应的中间产物。CO关键来源于在空气不足的状况下可燃混合气的不完全燃烧，是汽油机尾气中有损害成分浓度最大的物质。CO2是可燃混合气燃烧的产物，它能够反映出燃烧的效率。
随着空燃比的添加，CO的排放浓度逐渐降低，HC的排放浓度两头高、中间低，CO2的排放浓度中间高、两头低。当空燃比小于14.7:1时（混合气变浓），因为空气量不足导致不完全燃烧，CO、HC的排放量增大。空燃比越接近理论空燃比14.7:1，燃烧越完全，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%之间）。而当混合气空燃比超过16.2:1时（混合气变稀），因为燃料成分过少，用一般情况下的燃烧方式已不可以正常着火，造成失火，使未燃HC大剂量排出。混合气过浓将造成大剂量的CO、HC，混合气过稀将导致失火而生成过多的HC。
，点火提前角对CO的排放沒有太大影响，过分推迟点火会使CO沒有时间完全氧化而导致CO排放量添加，但适度推迟点火可减小CO排放。实际上当点火时间推迟时，出于维持输出功率不变需要开大节气门，这个时候CO排放显著添加。随着点火提前角的推迟，HC的含量下降，关键是由于增高了排气溫度，促进了 CO和 HC的氧化，也因为减小了燃烧室内的激冷面积。
发动机在不相同工况下尾气排放浓度值正常范围见表1。
2. 实验设备与实验方法
实验设备：大众桑塔纳两千GSi AJR发动机故障问题实验台，美国SPX OTC3995发动机综合分析仪，美国SPX OTC3995-2五气体分析模块（与发动机综合分析仪配套）。AJR发动机是直列式4冲程4缸8气门电喷发动机，使用了德国博世（Bosch）公司先进的M3.8.2电子调节顺序多点燃油喷射系统。点火系统使用两个点火线圈，为双火花点火系统。OTC3995发动机分析仪功能强大，可对发动机电器系统、燃油系统、点火系统和机械部分实行全方位的诊断测试。发动机高速转动时，高精密度示波器可随时获取不对信号，与此同时实行蓄电池电压与电流、初级和次级点火信号、一缸同步信号、正时信号和真空度的检查。
实验方法：设置空气供给系统、燃油供给系统、电子点火系统和调节系统的模拟故障问题，检查不相同系统、不相同故障问题的尾气成分。按照尾气检查结果，分析研究发动机各部分故障问题与尾气成分变化间的联系。实行故障问题模拟的方法一般有以下几种：阻塞空气供给系统模拟混合气过浓的故障问题；断开某缸喷油器调节线路模拟喷油器不喷油的故障问题；阻塞某缸喷油器模拟喷油器喷油不畅的故障问题；使用间隙过大、过小的火花塞或漏电的高压线模拟点火系统故障问题；使用已损坏失效的传感器、执行器模拟调节系统的故障问题；拔去某缸火花塞模拟某缸不工作的故障问题等。
实验时，为反映发动机排放的真实状况，将五气体分析仪的取样探头插入三元催化器前面排气管上的一个专用废气物检查插头中，插入深度为400mm。出于避免气流滞后效应对测量结果的影响，在起动发动机10s后开始读数，读取30s内尾气排放的平均值。若将三元催化器前后的测量值实行比较，还可以判断三元催化器的转化效率是不是正常。
3. 尾气分析的一般结论
（1） 发动机各部分技术状况与尾气成分间的联系
进排气门、汽缸衬垫的密封性，活塞、活塞环、缸套的磨损与密封性等因素，与之有关的尾气成分有HC、CO。有关的检查项目有汽缸压力、汽缸漏气率和进气真空度。
空气流量、溫度、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、进气溫度、进气管内壁状况等影响喷油雾化质量的因素，与之有关的尾气成分有HC、CO。有关的检查项目有燃油压力、空燃比（A/F）、有关电路信号、空气流量计信号（L型）、进气压力传感器信号（D型）、转速信号、溫度信号、负荷信号、氧传感器信号等。
点火线圈初级绕组电流、点火初级电路电阻、电容器等影响点火能量的因素，断电器、离心及真空提前装置、点火模块、与点火有关的传感器信号等影响点火正时的因素，火花塞、高压线、分电器等影响失火率的因素，与之有关的尾气成分有HC。有关的检查项目有点火波形、漏电试验、导通试验。
曲轴箱强制通风装置、燃汽车油箱蒸发调节装置的工作状况与HC的生成有关，二次空气喷射、进气预热的工作状况与HC、CO有关，催化转化器的工作溫度、转化效率、使用周期则影响HC、CO、NOX的生成。
通过尾气分析，可以检查到以下几个关键方面的故障问题：混合气过浓或过稀、二次空气喷射系统失灵、喷油器故障问题、进气歧管真空泄漏、空气泵故障问题、汽缸盖衬垫损坏、EGR阀故障问题、排气系统泄漏、点火系统提前角过大等。
（2） 尾气成分不正常的原因分析
HC的读数高，就说明燃油沒有充分燃烧。汽缸压力不足、发动机溫度过低、汽车油箱中油气蒸发、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、溫度传感器不良、喷油嘴漏油或堵塞、油压太高或过低等因素基本都将影响到HC读数太高。
CO的读数是零或接近零，则就说明混合气充分燃烧。C0的含量太高，说明燃油供给过多、空气供给过少，燃油供给系统和空气供给系统有故障问题，如喷油嘴漏油、燃油压力太高、空气滤清器不清洁。其它问題，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问题等。C0的含量过低，则说明混合气过稀，故障问题原因有：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的含量到了峰值13~16%。当发动机混合气出现过浓或过稀时，CO2的含量基本都将下降。当排气管尾部的CO2低于12%时，要按照其他的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阀泄漏等将引起混合气过稀。而空气滤清器阻塞、燃油压力太高，基本都可能影响到混合气过浓。
O2的含量是反映混合气空燃比的最好是指标，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%，就说明混合气过浓；O2的读数大于2%，代表混合气太稀。影响到混合气过稀的原因有非常多，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、燃油压力太高等基本都可能影响到混合气过浓。
当CO、HC浓度高，CO2、O2浓度低时，说明发动机混合气很浓。HC和O2的读数高，则说明点火系统工作不良、混合气过稀，而导致失火。
借助于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。假如每个缸CO、CO2的读数基本都降低，HC、O2的读数基本都升高，且升高和降低的量基本都相同，说明各缸基本都工作正常。假如只有一个缸的变化很小，而其它缸基本都相同，则说明这一缸点火或燃烧不正常。除此之外，当四缸发动机中有一缸不工作时，其浓度将升高到4.75～7.25%；若有两缸不工作，则会升高到9.5～12.5%。
4. 实例分析
实例1
一辆丰田凌志ES300，怠速时有轻微发抖震动，且加速迟缓，无故障问题码输出。实行数据流和点火波形检查，运转主要参数正常，点火波形也一般正常。用四气分析仪实行尾气检查，CO为0.4%、O2为2.12%、CO2为14.1%、HC在260×10-6～500×10-6间变化。初步分析是混合气过稀，影响到失火。首要任务是检修燃油供给部分，各部件工作正常。清洗喷油器后，HC值虽然有所降低但仍较高。在检测空气供给系统，无漏气现象。至此，混合气过稀而影响到失火的可能性被排除，可能是点火系统的故障问题。进一步检测电子点火系统，当检测到右侧汽缸的高压线和火花塞时，发觉一个缸的高压线短路，火花塞电极间隙过小。更换高压线，调整火花塞电极间隙，起动发动机，故障问题消失，尾气检查值完全在标准范围之内。
实例2
一辆北京现代索纳塔2.O，冷机起动困难，随着溫度的上升发动机出现发抖震动现象，驾驶时加速无力。读取故障问题代码和数据流，一切正常。但用尾气分析仪检测，CO为0.23%，HC高达1100×10-6，CO2为13.2%、O2为2.35%。HC、O2的数值偏高，大多数是由点火不良或混合气过稀失火而导致的。对点火系统部件实行全方位检测，未发觉不正常。于是，重点检测供油系。首要任务是检查燃油压力，检查结果正常；逐缸实行断油试验，将1、4缸断油时，发动机转速无显著降低，推断1、4缸喷油器可能处于堵塞状态。换上两个新的喷油器，发动机工作恢复正常，冷机起动迅速、热机工作稳定、加速有力，尾气中HC降低至150×10-6。本例是因为喷油器堵塞，使实际喷入1、4缸的燃油量偏少，那么就会引起两缸混合气过稀而失火，致使发动机工作失常。
实例3
一辆桑塔纳两千GSi，发动机怠速不稳，经常熄火。调取故障问题代码，显示为00525，说明氧传感器有故障问题。对氧传感器实行检查，信号电压在0~0.3V和0.7~1.0V之间变化,且变化頻率到了8Hz以上，这就说明氧传感器正常。用四气尾气分析仪实行检查，HC、CO、CO2、O2分别为250×10-6、0.43%、14.6%、2.54%。由此看出HC和O2基本都较高，这是空燃比严重偏离正常值的一个至关重要特征。CO值较低而CO2在最大值，就说明可燃混合气已充分燃烧，点火系统正常。综合分析说明，该车发动机工作时混合气偏稀，因而应从空气供给系和燃油供给系着手检修。
检测燃油供给系统，一切正常。检测空气供给系统时，发觉空气流量计后面的进气软管有破损、裂纹。更换进气软管，起动发动机，一切恢复正常。在次用尾气分析仪实行检查，结果HC为50×10-6、CO为0.23%、CO2为14.5%、O2为1.33%，数据正常，故障问题排除。本例是因为进气管漏气，使额外的空气进到汽缸，引起混合气过稀，发动机怠速不稳，经常熄火。这部分未经过ECU检查的空气经发动机燃烧后，引起排气中还剩大剂量氧气，氧传感器将此信号反馈给ECU，ECU按照这一信号实行相应地加浓。因为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问题，便输出相应的故障问题码。
5. 尾气检查注意些什么
对装有催化转化器的汽车，假如催化剂工作正常，会使CO和HC降低。因而，将取样探头插到催化转化器以前测量未经转换的排气或在EGR阀的排气口检查。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，一定不要让发动机怠速转动时间太长。在发动机暖机后，才能使用尾气分析仪实行尾气检查。在实行变工况测试中，要让加速踏板稳住后在读取测量数据。
6. 结束语
现在，在非常多汽车修理企业，尾气分析仪仅仅是做为车辆年审前调整尾气、测试简单主要参数的普通设备，沒有发挥出它在汽车故障问题诊断中的作用，由此引起了资金的浪费和设备的闲置。因而，加强尾气分析在汽车故障问题诊断中的应用研究很必需要