基于尾氣分析的發(fā)動機故障診斷

徐 斌

(涪陵區(qū)機動車安全技術檢測站，重慶 涪陵 408000)

科學分析發(fā)現(xiàn)，汽車排放的尾氣中含有上千種化學物質(zhì).燃料在汽車發(fā)動機中燃燒不完全的主要產(chǎn)物是CO、CO2和H2O，汽車尾氣中的有害物質(zhì)主要為碳氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOx).發(fā)動機尾氣成分直接反映發(fā)動機的工作狀況，HC、CO、CO2、O2和空燃比(APF)是尾氣分析的主要參數(shù).發(fā)動機系統(tǒng)有故障的情況下，尾氣中的上述化學物質(zhì)將表現(xiàn)異常[1-3].因此，檢測汽車發(fā)動機在不同工作狀態(tài)下的尾氣成分，就能對發(fā)動機故障進行初步判斷，從而實現(xiàn)對汽車的快速排障.

1 發(fā)動機警尾氣成分的空燃比效應

HC是不完全燃燒條件下碳氫化合物裂解的化學產(chǎn)物；CO是發(fā)動機尾氣成分中有害物質(zhì)濃度最高化學產(chǎn)物，主要由可燃混合氣的不完全燃燒產(chǎn)生；混合氣完全燃燒的終產(chǎn)物是CO2，CO2含量反映可燃混合氣的燃燒效率；O2是體現(xiàn)混合氣燃燒效率的良好指標，它是發(fā)動機吸入的未燃燒的空氣成分.隨著空燃比的增加,CO的排放濃度逐漸下降，HC和CO2的排放濃度分別呈高-低-高和低-高-低變化趨勢.當空燃比小于臨界值，HC、CO在不完全燃燒條件的含量增加.HC和CO含量隨空燃比增大而降低，CO2濃度增高.當因燃料成分含量過低而混合氣稀少時，燃燒方式無法正常進行，發(fā)動機熄火，燃料燃燒不完全，大量HC產(chǎn)生.

2 發(fā)動機技術狀況對汽車尾氣成分的影響

發(fā)動機有多而復雜的技術構件，其工作效率是各技術構件協(xié)同作用的體現(xiàn)，發(fā)動機技術狀況直接影響尾氣成分組成及其含量.實驗研究表明，CO、NOx、 HC產(chǎn)生及含量除與催化轉化器的轉化效率相關外，發(fā)動機氣缸密封性以及噴油壓力、時間和霧化質(zhì)量均對尾氣成分中的HC、CO有直接和(或)間接效應，在實踐中通常涉及空氣流量計信號、進氣壓力傳感器信號、電路信號、進氣真空度、氣缸壓力、空燃比(APF)的檢測項目.尾氣成分中的HC含量也與電容器等點火能量因子以及斷電器等點火正時因子相關，涉及點火波形、漏電試驗和導通試驗等檢測項目.據(jù)此，基于尾氣成分分析，可檢測到排氣系統(tǒng)、EGR閥、二次空氣噴射系統(tǒng)、點火系統(tǒng)提前角、噴油器、進氣歧管、空氣泵、氣缸蓋襯墊等故障.

表1 發(fā)動機尾氣含量與其系統(tǒng)故障的對應關系

注：--、-、-+、+、++和+++分別表示成分含量很低、低、變化、高和很高.

3 尾氣濃度與系統(tǒng)故障的關系

如上所述，發(fā)動機的工作狀態(tài)對尾氣成分的生成及含量有直接和間接效應，發(fā)動機各技術構件的相應故障將反映出尾氣的組成及其含量異常.檢測與分析發(fā)動機尾氣中不同化學成分的含量，可為發(fā)動機故障判斷提供依據(jù).根據(jù)實踐經(jīng)驗，結合有關資料的分析[4-6]，把尾氣含量與各系統(tǒng)故障的關系列于表1.

4 汽車尾氣成分異常的原因

混合氣空燃比(APF)主要影響尾氣中O2成分的含量，O2含量是最有效的發(fā)動機故障診斷資料.可燃混合氣正常燃燒時，由于僅有少量未燃O2排出，一般尾氣中的O2濃度低.如前所述，若因發(fā)動機系統(tǒng)故障而導致混合氣濃度異常，則出現(xiàn)O2讀數(shù)偏離正常值.碳氫化合物(HC)反映燃油燃燒程度.在通常情況下，高濃度HC主要由混合氣濃度不宜、氣缸封閉性差、點火正時不準、點火能量不足、油壓不穩(wěn)、混合氣泄漏、催化轉換器異常、噴油嘴漏油、溫度傳感器性能不良等因素造成.二氧化碳(CO2)作為混合氣燃燒反應的終產(chǎn)物，其含量直接體現(xiàn)可燃混合氣的燃燒效率，尾氣中CO2濃度與混合氣燃燒程度正相關，在混合氣充分燃燒條件下CO2含量達最大值.噴油嘴、燃油油壓、燃油濾芯和EGR閥是影響混合氣濃度的主要因子，而混合氣濃度的高低又影響到CO2的含量.混合氣燃燒充分則一氧化碳(CO)含量低，噴油嘴漏油、燃油壓力大、空氣濾清器阻塞往往產(chǎn)生空氣供給系統(tǒng)和燃油供給系統(tǒng)故障，導致燃油供給和空氣供給失調(diào)，產(chǎn)生高濃度CO.

5 基于尾氣成分的故障排查

汽車發(fā)動機故障帶來尾氣成分異常[7-9].基于上述分析，若出現(xiàn)尾氣中的CO偏低、O2偏高現(xiàn)象，則可能是控制系統(tǒng)故障、燃油壓力低、真空泄漏、噴油器堵塞、二次空氣噴射控制系統(tǒng)有故障、EGR閥泄漏、排氣系統(tǒng)密封性差等原因造成的混合氣過稀.相反，若出現(xiàn)尾氣中的CO偏高、O2偏低現(xiàn)象，其可能原因是混合氣過濃，應主要檢查發(fā)動機控制模塊、噴油器、燃油壓力調(diào)節(jié)器、曲軸箱通風系統(tǒng)以及與燃油噴射系統(tǒng)有關的傳感器等技術構件.在實踐中，尾氣分析儀讀數(shù)，可對發(fā)動機各個缸的工作均勻性作出判斷，若CO2和CO的讀數(shù)同時下降，而O2和HC的讀數(shù)同時升高，且升降幅度相同，則說明發(fā)動機各缸工作正常.

實際操作中還需注意：就一些裝有催化轉化器的機動車而言，CO和HC含量因催化劑的作用而降低，從而影響發(fā)動機的故障排查.此時，需采集未經(jīng)催化轉化器轉換的尾氣成分，或者關閉空氣泵和二次空氣噴射系統(tǒng)，使尾氣成分的讀取不受催化轉化器的影響.此外，讀取測量數(shù)據(jù)前，發(fā)動機不宜長時間怠速運轉，待發(fā)動機升溫后讀取數(shù)據(jù).

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