尾气分析在故障诊断中的应用

一 汽车尾气污染物的形成
4、柴油机的碳烟
柴油机排烟
白烟：φ＜1μm微粒，汽车怠速排出的液滴颗粒，水雾+燃油。
蓝烟：φ＜0.4μm微粒，液态微粒，燃油+润滑油。 黑烟：高温缺氧，易于裂解，聚合成碳烟C，还有O2、H2 。 碳烟对人体直接影响不大，但其附着的SO2及多环芳香烃、苯脂可致癌。 碳烟形成的三种说法： ⑴燃料分子脱氢发生分解，再凝集成固体碳。 ⑵火焰之初，多个燃料分子聚合成大分子式液滴，再脱氢成粒。 ⑶产生引起部分分解及脱氢中间物，再一边聚合一边脱氢逐渐变成 固体碳粒。
1. 三元催化转化器
在发动机冷起动时，由于混合气浓度相对较浓， 因此在排气中会有较多的HC，对环境不利。二次 空气系统可以将额外的经空气滤清器滤清的新鲜 空气引入到排气管中，使废气中未燃烧的有害物 质一氧化碳(CO)以及碳氢化合物(HC)在高温环境 下再次燃烧，这样做可以达到两个效果，一是有 利于环保，二是可以帮助氧传感器和三元催化器 尽早参与工作。因为二者均在300度以上才可以正 常工作 。
一 尾气分析
1、碳氢化合物(HC)含量高
说明燃油没有充分燃烧或未燃烧 原因：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 等等。 发动机正常工作时（A/F=14.7） HC＜200PPM （经过后处理浓度还要低）
尾气分析 在发动机故障诊断中的应用
第一节 尾气污染物的形成与影响因素
1、一氧化碳CO
CO是碳氢化合物燃料燃烧的中间产物。 2CnHm+nO2=2nCO+mH2 当空气充足时 2H2+O2=2H2O 2CO+O2=2CO2 同时，CO与水蒸气H2O也会发生反应：CO+H2O=CO2+H2 故空气充足时，理论上CO=0，但是，实际燃烧与理论有区别： ⑴ 分布不均匀 ⑵ 高温分解 ⑶ 燃烧时间短，达不到平衡浓度
二 排气中有害物浓度的影响因素
2、发动机转速的影响
转速→进气、混合气形成、燃烧→排放
转速↑ CO↓ HC↓ NOx ↑
3、发动机热工况
冷却水温度提高→缸壁温度↑ → HC↓ 供油泵温度提高→气阻→ HC↑ 气温低→起动困难→ HC↑ 罩下温度提高→充气系数↓ → HC↑ CO↑
随温度↑ → NOx ↑CO↓
二 排气中有害物浓度的影响因素
4、汽车技术状况的影响 ⑴供油系故障 怠速不稳，HC↑ CO↑ 喷油器关闭不严，HC↑ CO↑ 空滤器堵塞，CO↑ HC↑ 供油提前角↓，HC↓ NOx↓ 点火提前角↑ ， NOx ↑ 点火提前角↓ ， NOx↓ 高压线漏电，点火能量不足，
⑵点火系故障
⑶配气相位
⑷积炭
三 应用实例
丰田佳美5S-FE轿车怠速不稳故障案例分析
检测发现真空管无漏气、错插现象，PCV阀密封良好，机油 尺插口良好。 起动发动机，用化油器清洗剂在进气管垫和EGR阀周围喷洒， 检查EGR阀时，发现随着转速上升，怠速逐渐均匀。 取下EGR阀，发现针阀周围有少量积炭、EGR阀通道上有很 多积炭,使针阀不能落入阀座，致使进气歧管的混合气被废气 稀释，从而怠速不稳，发动机容易熄火。 经对EGR阀进行彻底清洗，并换上新垫，起动发动机，一切 恢复正常。
一 汽车尾气污染物的形成
3、氮氧化合物NOx
NOx的形成机理尚太不清楚，当前通常认为高温（﹥1800℃）会产生NOx ：
O2 =2O （1） xO+2N2 = 2NOx+ 2N （2） 2N+(x+1)O2 =2NOx+ 2O（3）
⑴式 高温下氧气分解成氧原子。 ⑵式 氧原子碰撞N2生成NOx,此氧O由1式供给大部分,3式供给小部分 ⑶式 ⑵式中氮原子与氧气结合成NOx ，⑵⑶式生成NOx的量差不多 尾气中的NOx中95%是NO，NOx不可能直接在燃烧区内形成，只能在已 燃的气体中形成，它的平衡浓度与温度压力有密切关系，通常燃烧温度高 时，生成的NOx浓度高。燃烧后压力高的，生成的NOx浓度也较高。
一 汽车尾气污染物的形成
1、负荷的影响
负荷→空燃比→影响有害物生成 ⑴怠速（节气门全闭） α=0.60～0.88 HC↑ CO↑ 2）小负荷（节气门0～25%开度） α = 0.8～0.9 HC↑ CO↑ 3）中负荷（节气门25～80%开度） α = 0.9～1.1 HC↓ CO↓ NOx↑ 4）接近满负荷 （节气门80 ～100 %开度） α = 0.8～0.9HC↑ CO↑ NOx↓
第三节 常见尾气污染控制的方法
三元催化转化器是一个圆筒 形的陶瓷体，中间有许多细长 通道用来增加陶瓷载体的内部 表面积,载体有陶瓷单体和不 锈钢金属两种,其降低有害排 放物的效果主 要取决于催化剂涂层技术，催 化剂常用铂(Pt)、钯(Pd)、铑 (Rh)等贵金属,氧化原理就是 利用催化剂来降低尾气中的 HC,CO和SOF等的化学反应性 能,使之与尾气中的氧气在较 低的温度下进行氧化反应,转 化为二氧化碳和水。
三 应用实例
奥迪A6轿车故障案例分析
经检查发现： 有一个缸的高压线严重老化，有轻微短路 (漏电)现象，为此更换此高压线。因火花塞间 隙偏大且已使用3万km，也同时更换。保险 考虑，将该车其它高压线和火花塞都进行了 更换，并清洗了节气门和喷油嘴。 复检发现故障解除，发动机工作正常，检测
尾气中HC含量为105×10 -6。
三 应用实例
桑塔纳2000故障案例分析
综合分析表明，该车发动机工作时混合气偏稀， 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、CO、CO2 、O２分别为 55×10-6、0.23%、 14.5%、1.33%。数据正常，故障排除。
1. 三元催化转化器
排气温度和燃油中硫含量对三元催化转化器的 性能影响最大,硫含量高易造成催化剂硫中毒,减 少氧化催化器的耐久性；排气温度过高(500℃以 上),则将大大增加尾气中SOx和燃油中的硫转化成 硫酸盐的量,导致微粒排放中硫酸盐比例增大,降 低了氧化SOF的效果,甚至可能使微粒排放增加。 因此。三元催化转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%）。 柴油机工作在富氧环境,不适宜采用三元催化器, 较常采用氧化催化器。
三 应用实例
丰田佳美5S-FE轿车怠速不稳故障案例分析
从这三个故障的检修过程可以看出，尾 气分析在发动机故障的排除过程中，可以明 确检修的方向，省去了一些检修环节，使排 故的过程更加有条理性有针对性。
三 应用实例
为了控制汽车排放污染物，世界各国针对汽车排放问题相继制定了法 律条例来控制汽车尾气排放。当然，汽车环保的关键是通过相关技术来控 制好尾气排放，下面列举几种有效的控制尾气污染的系统和方法。
HC↑ CO↑
二 排气中有害物浓度的影响因素
第二节
尾气分析在发动机故障诊断中的应用
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。 尾气分析不仅 是检查排放污染物治理效果的途径，而且还是对发动机工作 状况及性能判定的重要手段。 尾气分析的主要参数： CO HC CO2 O2 NOx 空燃比（A/F）或相对空燃比λ 主要的分析内容： 混合气空燃比、点火正时、催化转化器转化效率等
三 应用实例
桑塔纳2000故障案例分析
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。
一 车尾气污染物的形成
2、碳氢化合物HC
汽车尾气中的HC来源有三部分：未燃烧的燃料 燃烧不完全的产物 部分被分解后的产物 原 因： ⑴气缸激冷面。混合气燃烧要靠火焰传播进行，当火焰传到缸壁0.05 ～0.5mm时就不能燃烧，火焰在宽度小于1.0mm缝中也不能传播，这 些少量的混合气不经过燃烧就进入了排气管（也可能高温分解）。 ⑵不完全燃烧。混合气过浓过稀，残余气体过多，使火焰传播不完 全， 甚至断火。此外点火系工况不好，充气温度过低和混合均匀性差等等， 都影响燃烧过程，会形成不完全燃烧。 ⑶二冲程扫气。由于扫气作用，一部分可燃混合气不经过燃烧就排入排 气管（也可能高温分解） 。
三 应用实例
检测结果分析： CO值正常，HC值偏高，但该车装有氧传感器和三 元催化转化器，其CO值应低于0.5%，HC 100×10-6。 而检测结果表明该车HC值却应低于高于此标准且有 波动，根据出厂标准考虑为不正常。 因此考虑发动机可能有失火缺缸现象,应进一步检 查点火系统是否有轻微断路或短路，特别是短路故 障。
三 应用实例
桑塔纳2000故障案例分析
奥迪A6轿车V6 2.8L电控发动机怠速时有轻 微抖动，加速迟缓。 用VAG1552检查，无故障代码输出。用 VAG1552进行数据流检测，发动机控制模块 运行参数正常。点火波形基本正常，但稍有 不稳。尾气测量结果：CO约0.3%～0.5%， HC为200～500×10 -6，且在此范围内波动。
二 尾气分析的基本规则
3、二氧化碳(CO2 ）含量低
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 13～15％ 。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。