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1、第一章第一章 绪绪 论论 1.11.1 尾气分析的基本概念尾气分析的基本概念尾气分析是在发动机不同工作状况下，通过检测废气中不同成分气体的含量来判断发动机各系统故障的方法。其目的是对发动机的燃烧状况进行综合评价。1.21.2 尾气分析在汽车发动机故障诊断中应用的背景尾气分析在汽车发动机故障诊断中应用的背景在汽车发展的早期，人们主要是通过有经验的维修人员发现汽车的故障并作有针对性的修理。即过去人们常讲的“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
2、靠各种先进的仪器设备，如汽车故障诊断仪、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应用于汽车发动机故障诊断中上还是很少，尾气分析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。然而这种方法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。尾气分析不仅是检查排放污染物治理效果的唯一途径，而且还是对发动机工作状况及性能判定的重要手段。 第二章第二章 尾气分析概述尾气分析概述2.12.1 尾气的主要成分及尾气分析参数尾气的主要成分及尾气分析参数 根据燃烧理论，进入汽车燃烧室的成分是空气和燃油，汽车发动机
3、可燃混合气在燃烧过程中产生汽车排放尾气中含有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫、铝、碳微粒和其他杂质粉尘等，这些物质对人类和整个生态环境危害极大，另外含有CO2、H20、O2 等气体。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。尾气分析主要内容有混合气空燃比、点火正时及催化器转化效率等，主要分析的参数有
4、 CO、HC、CO2 和氧（O2） ，还有空燃比（A/F）或相对空燃比（） 。2.22.2汽车尾气排放物的影响因素汽车尾气排放物的影响因素 汽车尾气中 CO、HC 和 NOx 三种有害气体的影响因素比较多，主要为可燃混合气的空燃比，点火提前角、发动机的负荷和转速以及发动机的内部结构等。 2.2.12.2.1 空燃比对尾气成分的影响空燃比对尾气成分的影响 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 主要来自在空气不足的情况下可燃混合气的不完全燃烧，是汽油机尾气中有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
5、比的增加，CO 的排放浓度逐渐下降，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） ，由于空气量不足引起不完全燃烧，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） ，由于燃料成分过少，用通常的燃烧方式已不能正常着火，产生失火，使未燃 HC 大量排出。在理论空燃比附近，CO 曲线有一个拐点，当 A/F 减少时，可燃混合气过浓，燃油无法充分燃烧，CO 生
6、成物便急剧增加；当 A/F 增大时，氧含量充足，燃油可以充分燃烧，使 CO 生成量减少，而且比较稳定。2.2.22.2.2 点火正时对尾气成分的影响点火正时对尾气成分的影响 点火提前角对 CO 的排放没有太大影响，但对 HC 和 NOx 的影响较大，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内的激冷面积。火提前角对 CO 的生成量影响不大，
7、但对 HC和 NOx 的影响较大。随着点火提前角的增大，HC 和 NOx 生成物都会急剧增加，其原因与燃烧时的速度、压力、温度等有关，当点火提前角增大到一定值后，由于燃烧时间过短，HC 和 NOx 生成量便有所下降。当然，正确的调整点火正时是非常必要的，过迟的点火提前角会使发动机动力下降，油耗增大，工作不稳。 2.2.32.2.3 发动机负荷对尾气成分的影响发动机负荷对尾气成分的影响 发动机负荷可以用与节气门开度相关的进气管压力来表示，进气管压力越大（即进气管真空度越低） ，发动机负荷也就越大。 对 CO 来说，空燃比不变，功率输出的大小对 CO 排放没有影响，CO 的排放量随功率的输出及空气
8、的消耗量的增加而增大，发动机在小负荷及大负荷工作时，所供给的混合气均较浓，在两种情况下 CO 排放均比较高。例如，最大功率时，节气门全开，供给较浓的混合气，因此 CO 的排放较高。 当空燃比和转速保持不变，并按最大功率调节点火提前角时改变负荷对 HC 的排放影响不大。这是因为影响 HC 排放的因素有的使 HC 降低，有的使它增加，结果作用恰恰相互抵消。当进气管压力在 30.5kPa81.0kPa 范围内时，因供给的混合气较稀，所以 HC排放降至很低，当进气管压力超过 81.0kPa 时，接近全负荷时混合气加浓。此时 HC 排放量理应上升，但由于全负荷时，排气温度相应增大，这时排气后反应对 HC
9、 排放的消除作用加强了，从而限制了 HC 的排放。小负荷时进气管压力低，由于缸壁激冷作用的增强，混合气又较浓，若进气管压力低于 20KPA，时还可能发生火焰传播不完全，结果使 HC 排放明显升高。例如在汽车突然关闭节气门时，进气管内液体燃料的瞬时蒸发，造成高进气真空下的混合气的额外加浓，也会出现这种情况。发动机负荷小时（进气管压力低） ，可使 NOx 排放浓度下降。负荷减小进气压力降低，发动机温度低，残余废气增加，导致着火落后期变大及火焰传播速度减慢，这两个因素均使燃烧时间加长，若在此时点火时间不变，则燃烧过程将更多的膨胀行程延伸，这样就会使循环最高温度降低而使排气中的 NOx 浓度下降。第三
10、章第三章 尾气与发动机故障之间的关系尾气与发动机故障之间的关系3.13.1 发动机不同工况下发动机尾气排放浓度值发动机不同工况下发动机尾气排放浓度值3.23.2 发动机各部分技术状况与尾气成分间的关系发动机各部分技术状况与尾气成分间的关系 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。相关的检测项目有汽缸压力、汽缸漏气率和进气真空度。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。相关的检测项目有燃油压力、空燃
11、比（A/F） 、相关电路信号、空气流量计信号（L 型） 、进气压力传感器信号（D 型） 、转速信号、温度信号、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。相关的检测项目有点火波形、漏电试验、导通试验。曲轴箱强制通风装置、燃油箱蒸发控制装置的工作状况与 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，催化转化器的工作温度、转化效率、使用寿命则影响 HC、CO、NOX 的生成
12、。通过尾气分析，可以检测到以下几个主要方面的故障：混合气过浓或过稀、二次空气喷射系统失灵、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。3.33.3 尾气分析的基本结论尾气分析的基本结论 通过尾气分析，可以检测到以下几个主要方面的故障：混合气过浓或过稀、二次空气喷射系统失灵、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。 HC 的读数高，说明燃油没有充分燃烧。偏高的原因是：混合气过稀：气缸压力不足、发动机温度过低、混合气由燃烧室向曲轴箱泄漏、燃油管泄漏、燃油压力调节器损坏
13、。混合气过浓：箱中油气蒸发、燃油回油管堵塞燃油压力调节器损坏。点火时不准确、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 K 制通风系统受阻、点火提前角过大或水温传感器和空气流量计有故障等。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
14、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1316%。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
15、的含量应为 12%。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。CO 值较低而 CO2 在最大值，说明可燃混合气已充分燃烧，点火系统正常氮氧化物含量，在平常温度下，在三四百度以下，它不燃烧，但是它的再高温下，1000 度以上，它非常活跃，它就想找氧反应形成氮氧化物。所
16、以它的产生第一个要有足够高的温度，第二个要有高压，足够大的压力，第三个多余的氧才能反应，这三个条件任何一个不满足都不会产生氮氧化物。降低氮氧化物含量，如果氮氧化物超标，可能性最大的原因 EGR 阀，或者是气缸里面有没有炽热点造成爆燃现象。 第四章第四章 尾气分析在发动机故障诊断中应用的实例分析尾气分析在发动机故障诊断中应用的实例分析 4.14.1 实例实例 1 1一辆丰田凌志 ES300，怠速时有轻微抖动，且加速迟缓，无故障码输出。进行数据流和点火波形检测，运行参数正常，点火波形也基本正常。用四气分析仪进行尾气检测，CO 为 0.4%、O2 为 2.12%、CO2 为 14.1%、HC 在 26010-650010-6 间变化。初步分析是混合气过稀，导致失火。首先检修燃油供给部分，各部件工作正常。清洗喷油器后，HC 值虽然有所下降但仍较高。再检查空气供给系统，无漏气现象。至此，混合气过稀
