尾氣分析在故障診斷中的應(yīng)用

尾氣分析在發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷中的應(yīng)用第一節(jié)尾氣污染物的形成與影響因素1、一氧化碳COCO是碳?xì)浠衔锶剂先紵闹虚g產(chǎn)物。2CnHm+nO2=2nCO+mH2當(dāng)空氣充足時(shí)2H2+O2=2H2O2CO+O2=2CO2同時(shí)，CO與水蒸氣H2O也會(huì)發(fā)生反應(yīng)：CO+H2O=CO2+H2故空氣充足時(shí)，理論上CO=0，但是，實(shí)際燃燒與理論有區(qū)別：⑴分布不均勻⑵高溫分解⑶燃燒時(shí)間短，達(dá)不到平衡濃度一汽車尾氣污染物的形成2、碳?xì)浠衔颒C汽車尾氣中的HC來源有三部分：未燃燒的燃料燃燒不完全的產(chǎn)物部分被分解后的產(chǎn)物原因：⑴氣缸激冷面?；旌蠚馊紵炕鹧?zhèn)鞑ミM(jìn)行，當(dāng)火焰?zhèn)鞯礁妆?.05～0.5mm時(shí)就不能燃燒，火焰在寬度小于1.0mm縫中也不能傳播，這些少量的混合氣不經(jīng)過燃燒就進(jìn)入了排氣管（也可能高溫分解）。⑵不完全燃燒?；旌蠚膺^濃過稀，殘余氣體過多，使火焰?zhèn)鞑ゲ煌耆?/p>

甚至斷火。此外點(diǎn)火系工況不好，充氣溫度過低和混合均勻性差等等，

都影響燃燒過程，會(huì)形成不完全燃燒。⑶二沖程掃氣。由于掃氣作用，一部分可燃混合氣不經(jīng)過燃燒就排入排

氣管（也可能高溫分解）。一汽車尾氣污染物的形成3、氮氧化合物NOxNOx的形成機(jī)理尚太不清楚，當(dāng)前通常認(rèn)為高溫（﹥1800℃）會(huì)產(chǎn)生NOx：O2=2O（1）xO+2N2=2NOx+2N（2）2N+(x+1)O2=2NOx+2O（3）⑴式高溫下氧氣分解成氧原子。⑵式氧原子碰撞N2生成NOx,此氧O由1式供給大部分,3式供給小部分⑶式⑵式中氮原子與氧氣結(jié)合成NOx，⑵⑶式生成NOx的量差不多尾氣中的NOx中95%是NO，NOx不可能直接在燃燒區(qū)內(nèi)形成，只能在已燃的氣體中形成，它的平衡濃度與溫度壓力有密切關(guān)系，通常燃燒溫度高時(shí)，生成的NOx濃度高。燃燒后壓力高的，生成的NOx濃度也較高。一汽車尾氣污染物的形成4、柴油機(jī)的碳煙柴油機(jī)排煙白煙：φ＜1μm微粒，汽車怠速排出的液滴顆粒，水霧+燃油。藍(lán)煙：φ＜0.4μm微粒，液態(tài)微粒，燃油+潤(rùn)滑油。黑煙：高溫缺氧，易于裂解，聚合成碳煙C，還有O2、H2。碳煙對(duì)人體直接影響不大，但其附著的SO2及多環(huán)芳香烴、苯脂可致癌。碳煙形成的三種說法：⑴燃料分子脫氫發(fā)生分解，再凝集成固體碳。⑵火焰之初，多個(gè)燃料分子聚合成大分子式液滴，再脫氫成粒。⑶產(chǎn)生引起部分分解及脫氫中間物，再一邊聚合一邊脫氫逐漸變成固體碳粒。一汽車尾氣污染物的形成1、負(fù)荷的影響負(fù)荷→空燃比→影響有害物生成⑴怠速（節(jié)氣門全閉）α=0.60～0.88HC↑CO↑2）小負(fù)荷（節(jié)氣門0～25%開度）α=0.8～0.9HC↑CO↑3）中負(fù)荷（節(jié)氣門25～80%開度）α=0.9～1.1HC↓CO↓NOx↑4）接近滿負(fù)荷（節(jié)氣門80～100%開度）α=0.8～0.9HC↑CO↑NOx↓二排氣中有害物濃度的影響因素2、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響轉(zhuǎn)速→進(jìn)氣、混合氣形成、燃燒→排放轉(zhuǎn)速↑CO↓HC↓NOx↑3、發(fā)動(dòng)機(jī)熱工況冷卻水溫度提高→缸壁溫度↑→HC↓供油泵溫度提高→氣阻→HC↑罩下溫度提高→充氣系數(shù)↓→HC↑CO↑氣溫低→起動(dòng)困難→HC↑隨溫度↑→NOx↑CO↓二排氣中有害物濃度的影響因素4、汽車技術(shù)狀況的影響⑴供油系故障怠速不穩(wěn)，HC↑CO↑噴油器關(guān)閉不嚴(yán)，HC↑CO↑空濾器堵塞，CO↑HC↑供油提前角↓，HC↓NOx↓點(diǎn)火提前角↑，NOx↑點(diǎn)火提前角↓，NOx↓高壓線漏電，點(diǎn)火能量不足，⑵點(diǎn)火系故障⑶配氣相位⑷積炭HC↑CO↑二排氣中有害物濃度的影響因素第二節(jié)

尾氣分析在發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷中的應(yīng)用尾氣分析：是在發(fā)動(dòng)機(jī)不同工作狀況下，通過檢測(cè)廢氣中不同成分氣體的含量來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)故障的方法，其目的是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。尾氣分析不僅是檢查排放污染物治理效果的途徑，而且還是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況及性能判定的重要手段。尾氣分析的主要參數(shù)：

COHCCO2O2NOx空燃比（A/F）或相對(duì)空燃比λ主要的分析內(nèi)容：

混合氣空燃比、點(diǎn)火正時(shí)、催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化效率等一尾氣分析1、碳?xì)浠衔?HC)含量高說明燃油沒有充分燃燒或未燃燒原因：汽缸壓力不足、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過低、油箱中油氣蒸發(fā)、混合氣由燃燒室向曲軸箱泄漏、混合氣過濃或過稀、點(diǎn)火正時(shí)不準(zhǔn)確、點(diǎn)火間歇性不跳火、溫度傳感器不良、噴油嘴漏油或堵塞、油壓過高或過低等等。發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)（A/F=14.7）HC＜200PPM（經(jīng)過后處理濃度還要低）二尾氣分析的基本規(guī)則二尾氣分析的基本規(guī)則2、一氧化碳(CO）含量高說明燃油沒有充分燃燒原因：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、曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)受阻、點(diǎn)火提前角過大或水溫傳感器有故障等。發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)（A/F=14.7）CO=0.5～1.0%（經(jīng)過后處理濃度還要低）3、二氧化碳(CO2）含量低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(shí)尾氣中CO2的含量達(dá)到峰值13～15％。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣出現(xiàn)過濃或過稀時(shí)，CO2的含量都將降低。當(dāng)排氣管尾部的CO2低于12％時(shí)，要根據(jù)其他排放物的濃度來確定發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的濃或稀。二尾氣分析的基本規(guī)則4、氧氣(O2）含量高O2的含量是反映混合氣空燃比的最好指標(biāo)，是最有用的診斷數(shù)據(jù)之一。燃燒正常時(shí)，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％，過高過低都有問題。5、氮氧化合物NOx含量高目前解釋原因?yàn)椋喝紵覝囟冗^熱二尾氣分析的基本規(guī)則一輛桑塔納2000GSI，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)，經(jīng)常熄火。用VAG1552調(diào)取故障代碼，顯示為00525，氧傳感器有故障。三應(yīng)用實(shí)例首先對(duì)氧傳感器進(jìn)行檢測(cè)，氧傳感器數(shù)據(jù)流電壓信號(hào)在０.2V～０.9V之間變化，且變化頻率達(dá)到0.８Hz左右，這說明氧傳感器正常。用四氣尾氣分析儀進(jìn)行檢測(cè)，HC、CO、CO2、O２分別為250×10-6、0.43%、14.6%、2.54%。由此看出HC和O２含量都較高，這是空燃比嚴(yán)重偏離正常值的一個(gè)重要特征。CO值較低而CO2在最大值，說明可燃混合氣已充分燃燒，點(diǎn)火系統(tǒng)正常。三應(yīng)用實(shí)例桑塔納2000故障案例分析綜合分析表明，該車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)混合氣偏稀，應(yīng)從空氣供給系和燃油供給系著手檢修。檢查燃油供給系統(tǒng)，一切正常。檢查空氣供給系統(tǒng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)空氣流量計(jì)后面的進(jìn)氣軟管有破損裂紋。更換進(jìn)氣軟管，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，一切恢復(fù)正常。再次用尾氣分析儀進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果HC、CO、CO2、O２分別為55×10-6、0.23%、14.5%、1.33%。數(shù)據(jù)正常，故障排除。三應(yīng)用實(shí)例桑塔納2000故障案例分析本例是由于進(jìn)氣管漏氣，使額外的空氣進(jìn)入汽缸，造成混合氣過稀，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)，經(jīng)常熄火。這部分未經(jīng)過ECU檢測(cè)的空氣經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后，造成排氣中剩余大量氧氣，氧傳感器將此信號(hào)反饋給ECU，ECU根據(jù)這一信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)地加濃。由于氧傳感器一直輸出要求加濃的信號(hào)，自診斷系統(tǒng)則認(rèn)為氧傳感器有故障，便輸出相應(yīng)的故障碼。三應(yīng)用實(shí)例桑塔納2000故障案例分析奧迪A6轎車V62.8L電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)有輕微抖動(dòng)，加速遲緩。用VAG1552檢查，無故障代碼輸出。用VAG1552進(jìn)行數(shù)據(jù)流檢測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊運(yùn)行參數(shù)正常。點(diǎn)火波形基本正常，但稍有不穩(wěn)。尾氣測(cè)量結(jié)果：CO約0.3%～0.5%，HC為200～500×10

-6，且在此范圍內(nèi)波動(dòng)。三應(yīng)用實(shí)例檢測(cè)結(jié)果分析：

CO值正常，HC值偏高，但該車裝有氧傳感器和三元催化轉(zhuǎn)化器，其CO值應(yīng)低于0.5%，HC100×10-6。而檢測(cè)結(jié)果表明該車HC值卻應(yīng)低于高于此標(biāo)準(zhǔn)且有波動(dòng)，根據(jù)出廠標(biāo)準(zhǔn)考慮為不正常。因此考慮發(fā)動(dòng)機(jī)可能有失火缺缸現(xiàn)象,應(yīng)進(jìn)一步檢查點(diǎn)火系統(tǒng)是否有輕微斷路或短路，特別是短路故障。三應(yīng)用實(shí)例奧迪A6轎車故障案例分析經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：有一個(gè)缸的高壓線嚴(yán)重老化，有輕微短路(漏電)現(xiàn)象，為此更換此高壓線。因火花塞間隙偏大且已使用3萬km，也同時(shí)更換。保險(xiǎn)考慮，將該車其它高壓線和火花塞都進(jìn)行了更換，并清洗了節(jié)氣門和噴油嘴。復(fù)檢發(fā)現(xiàn)故障解除，發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常，檢測(cè)尾氣中HC含量為105×10

-6。三應(yīng)用實(shí)例奧迪A6轎車故障案例分析豐田佳美5S-FE轎車怠速不穩(wěn)，用尾氣分析儀檢測(cè)結(jié)果如下：HCCOCO2O2RPMTEMPλ2560.4614.62.56820801.12三應(yīng)用實(shí)例檢測(cè)結(jié)果分析：HC和O2都較高，這是空燃比失衡的一個(gè)重要特征CO值較低，而CO2在峰值，這說明可燃混合氣已充分燃燒，點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)該不會(huì)有什么問題；λ較高綜合分析表明，該車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的混合氣偏稀因此,應(yīng)從進(jìn)氣系統(tǒng)和供油系統(tǒng)著手故障檢查。三應(yīng)用實(shí)例豐田佳美5S-FE轎車怠速不穩(wěn)故障案例分析檢測(cè)發(fā)現(xiàn)真空管無漏氣、錯(cuò)插現(xiàn)象，PCV閥密封良好，機(jī)油尺插口良好。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，用化油器清洗劑在進(jìn)氣管墊和EGR閥周圍噴灑，檢查EGR閥時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著轉(zhuǎn)速上升，怠速逐漸均勻。取下EGR閥，發(fā)現(xiàn)針閥周圍有少量積炭、EGR閥通道上有很多積炭,使針閥不能落入閥座，致使進(jìn)氣歧管的混合氣被廢氣稀釋，從而怠速不穩(wěn)，發(fā)動(dòng)機(jī)容易熄火。經(jīng)對(duì)EGR閥進(jìn)行徹底清洗，并換上新墊，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，一切恢復(fù)正常。三應(yīng)用實(shí)例豐田佳美5S-FE轎車怠速不穩(wěn)故障案例分析從這三個(gè)故障的檢修過程可以看出，尾氣分析在發(fā)動(dòng)機(jī)故障的排除過程中，可以明確檢修的方向，省去了一些檢修環(huán)節(jié)，使排故的過程更加有條理性有針對(duì)性。三應(yīng)用實(shí)例第三節(jié)常見尾氣污染控制的方法

為了控制汽車排放污染物，世界各國(guó)針對(duì)汽車排放問題相繼制定了法律條例來控制汽車尾氣排放。當(dāng)然，汽車環(huán)保的關(guān)鍵是通過相關(guān)技術(shù)來控制好尾氣排放，下面列舉幾種有效的控制尾氣污染的系統(tǒng)和方法。三元催化轉(zhuǎn)化器是一個(gè)圓筒形的陶瓷體，中間有許多細(xì)長(zhǎng)通道用來增加陶瓷載體的內(nèi)部表面積,載體有陶瓷單體和不銹鋼金屬兩種,其降低有害排放物的效果主要取決于催化劑涂層技術(shù)，催化劑常用鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)等貴金屬,氧化原理就是利用催化劑來降低尾氣中的HC,CO和SOF等的化學(xué)反應(yīng)性能,使之與尾氣中的氧氣在較低的溫度下進(jìn)行氧化反應(yīng),轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。1.三元催化轉(zhuǎn)化器右圖中虛線為未加三元催化轉(zhuǎn)化器時(shí)，CO、HC和NOx排放濃度與空燃比的關(guān)系。實(shí)線為采用三元催化轉(zhuǎn)化器后CO、HC和NOx與空燃比的關(guān)系。從圖中可看出采用三元催化轉(zhuǎn)化器時(shí)當(dāng)空燃比在理論空燃比附近很窄范圍內(nèi)HC、CO和NOx排出濃度均較小。裝有電控汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)采用閉環(huán)控制方式，才能使混合氣空燃比嚴(yán)格控制在14.7附近很窄的范圍內(nèi)，使三元催化轉(zhuǎn)化器凈化效率最高，因此三元催化反應(yīng)器必須與氧傳感器配對(duì)使用，否則容易使三元催化反應(yīng)器中毒，堵塞，過早報(bào)廢。1.三元催化轉(zhuǎn)化器排氣溫度和燃油中硫含量對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器的性能影響最大,硫含量高易造成催化劑硫中毒,減少氧化催化器的耐久性；排氣溫度過高(500℃以上),則將大大增加尾氣中SOx和燃油中的硫轉(zhuǎn)化成硫酸鹽的量,導(dǎo)致微粒排放中硫酸鹽比例增大,降低了氧化SOF的效果,甚至可能使微粒排放增加。因此。三元催化轉(zhuǎn)化器要求使用低硫分汽油（一般含硫量要小于0.05%，甚而低至0.01%）。柴油機(jī)工作在富氧環(huán)境,不適宜采用三元催化器,較常采用氧化催化器。1.三元催化轉(zhuǎn)化器在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)，由于混合氣濃度相對(duì)較濃，因此在排氣中會(huì)有較多的HC，對(duì)環(huán)境不利。二次空氣系統(tǒng)可以將額外的經(jīng)空氣濾清器濾清的新鮮空氣引入到排氣管中，使廢氣中未燃燒的有害物質(zhì)一氧化碳(CO)以及碳?xì)浠衔?HC)在高溫環(huán)境下再次燃燒，這樣做可以達(dá)到兩個(gè)效果，一是有利于環(huán)保，二是可以幫助氧傳感器和三元催化器盡早參與工作。因?yàn)槎呔?00度以上才可以正常工作。2.二次空氣供給系統(tǒng)1、進(jìn)氣口2、泵本體3、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元4、繼電器5、電磁閥6、組合閥2.二次空氣供給系統(tǒng)二次空氣系統(tǒng)只是部分時(shí)間內(nèi)起作用，具體在以下兩種工況下工作見下表：狀態(tài)冷起動(dòng)冷卻液溫度+5—33℃工作時(shí)間100秒熱起動(dòng)怠速時(shí)直至最高96℃10秒2.二次空氣供給系統(tǒng)為了減少排氣中的氮氧化合物。直噴系統(tǒng)的缸內(nèi)溫度相對(duì)較高，而且發(fā)動(dòng)機(jī)工作在富氧的環(huán)境下，因此排氣中生產(chǎn)大量的氮氧化合物。部分的排氣通過EGR閥與新鮮空氣混合進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣缸內(nèi)混合氣的含氧量就降低，從而降低氮氧化合物排放。3.EGR廢氣再循環(huán)3.EGR廢氣再循環(huán)EGR的控制策略：增加EGR率可以使NOx排出物降低，但同時(shí)會(huì)HC排出物和燃油消耗增加。因此在各種工況采用的EGR率必須是對(duì)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的綜合考慮。試驗(yàn)結(jié)果說明：當(dāng)EGR率小于10%時(shí)，燃油消耗量基本上不增加，當(dāng)EGR率大于20%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不穩(wěn)定，工作粗暴，HC排放物將增加10%。因此通常將EGR率控制在10%～20%范圍內(nèi)較合適。3.EGR廢氣再循環(huán)隨著負(fù)荷增加EGR率允許值也增加（見上圖陰影部分）。（1）怠速和低負(fù)荷時(shí)，NOx排放濃度低，為了保證穩(wěn)定燃燒，不進(jìn)行EGR。（2）只有熱態(tài)下進(jìn)行EGR。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低時(shí)，NOx排濃度也較低，為了保證正常燃燒，冷機(jī)時(shí)不進(jìn)EGR。（3）大負(fù)荷、高速時(shí)，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)有較好的動(dòng)力性，此時(shí)混合氣較濃，NOx排放生成物較少，可不進(jìn)行EGR或減少EGR率。（4）廢氣再循環(huán)量對(duì)NOx排放和油耗的影響還受到空燃比、點(diǎn)火提前角等因素的影響。因此在EGR率進(jìn)行控制時(shí)，同時(shí)對(duì)點(diǎn)火等進(jìn)行綜合控制，就能得到較好的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。3.EGR廢氣再循環(huán)為了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，電控發(fā)動(dòng)機(jī)采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)被碳罐中的活性碳所吸附，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，依靠進(jìn)氣管中的真空度將燃油蒸汽吸入發(fā)動(dòng)機(jī)中。電子控制單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況通過電磁閥控制真空度的通或斷達(dá)到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可減少大氣中的碳?xì)浠衔锖凸?jié)約燃料。4.燃油蒸汽收集裝置燃油蒸汽收集裝置4.燃油蒸汽收集裝置重型汽車上常用尿素SCR技術(shù),其主要還原劑是氨(NH3)"尿素溶液在排氣熱量下分解產(chǎn)生氨使NOx還原:CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2CO(NH2)2→2NH2+CO4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O經(jīng)過優(yōu)化后的SCR系統(tǒng),在瞬態(tài)工況和穩(wěn)態(tài)工況下都具有很好的排放性能,其凈化率可達(dá)90%以上，使用SCR技術(shù)不僅可以使NOx達(dá)