尾氣分析在發動機故障診斷中的應用第一節尾氣污染物的形成與影響因素1、一氧化碳COCO是碳氫化合物燃料燃燒的中間產物。2CnHm+nO2=2nCO+mH2當空氣充足時2H2+O2=2H2O2CO+O2=2CO2同時，CO與水蒸氣H2O也會發生反應：CO+H2O=CO2+H2故空氣充足時，理論上CO=0，但是，實際燃燒與理論有區別：⑴分布不均勻⑵高溫分解⑶燃燒時間短，達不到平衡濃度一汽車尾氣污染物的形成2、碳氫化合物HC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物部分被分解后的產物原因：⑴氣缸激冷面?；旌蠚馊紵炕鹧鎮鞑ミM行，當火焰傳到缸壁0.05～0.5mm時就不能燃燒，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過燃燒就進入了排氣管（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，使火焰傳播不完全，

甚至斷火。此外點火系工況不好，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的形成機理尚太不清楚，當前通常認為高溫（﹥1800℃）會產生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內形成，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系，通常燃燒溫度高時，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、柴油機的碳煙柴油機排煙白煙：φ＜1μm微粒，汽車怠速排出的液滴顆粒，水霧+燃油。藍煙：φ＜0.4μm微粒，液態微粒，燃油+潤滑油。黑煙：高溫缺氧，易于裂解，聚合成碳煙C，還有O2、H2。碳煙對人體直接影響不大，但其附著的SO2及多環芳香烴、苯脂可致癌。碳煙形成的三種說法：⑴燃料分子脫氫發生分解，再凝集成固體碳。⑵火焰之初，多個燃料分子聚合成大分子式液滴，再脫氫成粒。⑶產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、負荷的影響負荷→空燃比→影響有害物生成⑴怠速（節氣門全閉）α=0.60～0.88HC↑CO↑2）小負荷（節氣門0～25%開度）α=0.8～0.9HC↑CO↑3）中負荷（節氣門25～80%開度）α=0.9～1.1HC↓CO↓NOx↑4）接近滿負荷（節氣門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、發動機轉速的影響轉速→進氣、混合氣形成、燃燒→排放轉速↑CO↓HC↓NOx↑3、發動機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↓→HC↑CO↑氣溫低→起動困難→HC↑隨溫度↑→NOx↑CO↓二排氣中有害物濃度的影響因素4、汽車技術狀況的影響⑴供油系故障怠速不穩，HC↑CO↑噴油器關閉不嚴，HC↑CO↑空濾器堵塞，CO↑HC↑供油提前角↓，HC↓NOx↓點火提前角↑，NOx↑點火提前角↓，NOx↓高壓線漏電，點火能量不足，⑵點火系故障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

尾氣分析在發動機故障診斷中的應用尾氣分析：是在發動機不同工作狀況下，通過檢測廢氣中不同成分氣體的含量來判斷發動機各系統故障的方法，其目的是對發動機的燃燒狀況進行綜合評價。尾氣分析不僅是檢查排放污染物治理效果的途徑，而且還是對發動機工作狀況及性能判定的重要手段。尾氣分析的主要參數：

COHCCO2O2NOx空燃比（A/F）或相對空燃比λ主要的分析內容：

混合氣空燃比、點火正時、催化轉化器轉化效率等一尾氣分析1、碳氫化合物(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、發動機溫度過低、油箱中油氣蒸發、混合氣由燃燒室向曲軸箱泄漏、混合氣過濃或過稀、點火正時不準確、點火間歇性不跳火、溫度傳感器不良、噴油嘴漏油或堵塞、油壓過高或過低等等。發動機正常工作時（A/F=14.7）HC＜200PPM（經過后處理濃度還要低）二尾氣分析的基本規則二尾氣分析的基本規則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，燃油供給系統和空氣供給系統有故障，如噴油嘴漏油、燃油壓力過高、空氣濾清器不潔凈。其它問題，如活塞環膠結阻塞、曲軸箱強制通風系統受阻、點火提前角過大或水溫傳感器有故障等。發動機正常工作時（A/F=14.7）CO=0.5～1.0%（經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物，其高低反映出混合氣燃燒的好壞，即燃燒效率?？扇蓟旌蠚馊紵酵耆珻O2的讀數就越高，混合氣充分燃燒時尾氣中CO2的含量達到峰值13～15％。當發動機混合氣出現過濃或過稀時，CO2的含量都將降低。當排氣管尾部的CO2低于12％時，要根據其他排放物的濃度來確定發動機混合氣的濃或稀。二尾氣分析的基本規則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，是最有用的診斷數據之一。燃燒正常時，只有少量未燃燒的O2通過汽缸，尾氣中O2的含量應為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為：燃燒室溫度過熱二尾氣分析的基本規則一輛桑塔納2000GSI，發動機怠速不穩，經常熄火。用VAG1552調取故障代碼，顯示為00525，氧傳感器有故障。三應用實例首先對氧傳感器進行檢測，氧傳感器數據流電壓信號在０.2V～０.9V之間變化，且變化頻率達到0.８Hz左右，這說明氧傳感器正常。用四氣尾氣分析儀進行檢測，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，這是空燃比嚴重偏離正常值的一個重要特征。CO值較低而CO2在最大值，說明可燃混合氣已充分燃燒，點火系統正常。三應用實例桑塔納2000故障案例分析綜合分析表明，該車發動機工作時混合氣偏稀，應從空氣供給系和燃油供給系著手檢修。檢查燃油供給系統，一切正常。檢查空氣供給系統時，發現空氣流量計后面的進氣軟管有破損裂紋。更換進氣軟管，啟動發動機，一切恢復正常。再次用尾氣分析儀進行檢測，結果HC、CO、CO2、O２分別為55×10-6、0.23%、14.5%、1.33%。數據正常，故障排除。三應用實例桑塔納2000故障案例分析本例是由于進氣管漏氣，使額外的空氣進入汽缸，造成混合氣過稀，發動機怠速不穩，經常熄火。這部分未經過ECU檢測的空氣經發動機燃燒后，造成排氣中剩余大量氧氣，氧傳感器將此信號反饋給ECU，ECU根據這一信號進行相應地加濃。由于氧傳感器一直輸出要求加濃的信號，自診斷系統則認為氧傳感器有故障，便輸出相應的故障碼。三應用實例桑塔納2000故障案例分析奧迪A6轎車V62.8L電控發動機怠速時有輕微抖動，加速遲緩。用VAG1552檢查，無故障代碼輸出。用VAG1552進行數據流檢測，發動機控制模塊運行參數正常。點火波形基本正常，但稍有不穩。尾氣測量結果：CO約0.3%～0.5%，HC為200～500×10

-6，且在此范圍內波動。三應用實例檢測結果分析：

CO值正常，HC值偏高，但該車裝有氧傳感器和三元催化轉化器，其CO值應低于0.5%，HC100×10-6。而檢測結果表明該車HC值卻應低于高于此標準且有波動，根據出廠標準考慮為不正常。因此考慮發動機可能有失火缺缸現象,應進一步檢查點火系統是否有輕微斷路或短路，特別是短路故障。三應用實例奧迪A6轎車故障案例分析經檢查發現：有一個缸的高壓線嚴重老化，有輕微短路(漏電)現象，為此更換此高壓線。因火花塞間隙偏大且已使用3萬km，也同時更換。保險考慮，將該車其它高壓線和火花塞都進行了更換，并清洗了節氣門和噴油嘴。復檢發現故障解除，發動機工作正常，檢測尾氣中HC含量為105×10

-6。三應用實例奧迪A6轎車故障案例分析豐田佳美5S-FE轎車怠速不穩，用尾氣分析儀檢測結果如下：HCCOCO2O2RPMTEMPλ2560.4614.62.56820801.12三應用實例檢測結果分析：HC和O2都較高，這是空燃比失衡的一個重要特征CO值較低，而CO2在峰值，這說明可燃混合氣已充分燃燒，點火系統應該不會有什么問題；λ較高綜合分析表明，該車發動機工作時的混合氣偏稀因此,應從進氣系統和供油系統著手故障檢查。三應用實例豐田佳美5S-FE轎車怠速不穩故障案例分析檢測發現真空管無漏氣、錯插現象，PCV閥密封良好，機油尺插口良好。起動發動機，用化油器清洗劑在進氣管墊和EGR閥周圍噴灑，檢查EGR閥時，發現隨著轉速上升，怠速逐漸均勻。取下EGR閥，發現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，致使進氣歧管的混合氣被廢氣稀釋，從而怠速不穩，發動機容易熄火。經對EGR閥進行徹底清洗，并換上新墊，起動發動機，一切恢復正常。三應用實例豐田佳美5S-FE轎車怠速不穩故障案例分析從這三個故障的檢修過程可以看出，尾氣分析在發動機故障的排除過程中，可以明確檢修的方向，省去了一些檢修環節，使排故的過程更加有條理性有針對性。三應用實例第三節常見尾氣污染控制的方法

為了控制汽車排放污染物，世界各國針對汽車排放問題相繼制定了法律條例來控制汽車尾氣排放。當然，汽車環保的關鍵是通過相關技術來控制好尾氣排放，下面列舉幾種有效的控制尾氣污染的系統和方法。三元催化轉化器是一個圓筒形的陶瓷體，中間有許多細長通道用來增加陶瓷載體的內部表面積,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，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等的化學反應性能,使之與尾氣中的氧氣在較低的溫度下進行氧化反應,轉化為二氧化碳和水。1.三元催化轉化器右圖中虛線為未加三元催化轉化器時，CO、HC和NOx排放濃度與空燃比的關系。實線為采用三元催化轉化器后CO、HC和NOx與空燃比的關系。從圖中可看出采用三元催化轉化器時當空燃比在理論空燃比附近很窄范圍內HC、CO和NOx排出濃度均較小。裝有電控汽油噴射發動機采用閉環控制方式，才能使混合氣空燃比嚴格控制在14.7附近很窄的范圍內，使三元催化轉化器凈化效率最高，因此三元催化反應器必須與氧傳感器配對使用，否則容易使三元催化反應器中毒，堵塞，過早報廢。1.三元催化轉化器排氣溫度和燃油中硫含量對三元催化轉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和燃油中的硫轉化成硫酸鹽的量,導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%）。柴油機工作在富氧環境,不適宜采用三元催化器,較常采用氧化催化器。1.三元催化轉化器在發動機冷起動時，由于混合氣濃度相對較濃，因此在排氣中會有較多的HC，對環境不利。二次空氣系統可以將額外的經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一氧化碳(CO)以及碳氫化合物(HC)在高溫環境下再次燃燒，這樣做可以達到兩個效果，一是有利于環保，二是可以幫助氧傳感器和三元催化器盡早參與工作。因為二者均在300度以上才可以正常工作。2.二次空氣供給系統1、進氣口2、泵本體3、發動機控制單元4、繼電器5、電磁閥6、組合閥2.二次空氣供給系統二次空氣系統只是部分時間內起作用，具體在以下兩種工況下工作見下表：狀態冷起動冷卻液溫度+5—33℃工作時間100秒熱起動怠速時直至最高96℃10秒2.二次空氣供給系統為了減少排氣中的氮氧化合物。直噴系統的缸內溫度相對較高，而且發動機工作在富氧的環境下，因此排氣中生產大量的氮氧化合物。部分的排氣通過EGR閥與新鮮空氣混合進入發動機，這樣缸內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3.EGR廢氣再循環EGR的控制策略：增加EGR率可以使NOx排出物降低，但同時會HC排出物和燃油消耗增加。因此在各種工況采用的EGR率必須是對動力性、經濟性和排放性能的綜合考慮。試驗結果說明：當EGR率小于10%時，燃油消耗量基本上不增加，當EGR率大于20%時，發動機燃燒不穩定，工作粗暴，HC排放物將增加10%。因此通常將EGR率控制在10%～20%范圍內較合適。3.EGR廢氣再循環隨著負荷增加EGR率允許值也增加（見上圖陰影部分）。（1）怠速和低負荷時，NOx排放濃度低，為了保證穩定燃燒，不進行EGR。（2）只有熱態下進行EGR。發動機溫度低時，NOx排濃度也較低，為了保證正常燃燒，冷機時不進EGR。（3）大負荷、高速時，為了保證發動機有較好的動力性，此時混合氣較濃，NOx排放生成物較少，可不進行EGR或減少EGR率。（4）廢氣再循環量對NOx排放和油耗的影響還受到空燃比、點火提前角等因素的影響。因此在EGR率進行控制時，同時對點火等進行綜合控制，就能得到較好的發動機性能。3.EGR廢氣再循環為了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，電控發動機采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在發動機不運轉時被碳罐中的活性碳所吸附，當發動機運轉時，依靠進氣管中的真空度將燃油蒸汽吸入發動機中。電子控制單元根據發動機的工況通過電磁閥控制真空度的通或斷達到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可減少大氣中的碳氫化合物和節約燃料。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,其主要還原劑是氨(NH3)"尿素溶液在排氣熱量下分解產生氨使NOx還原:CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2CO(NH2)2→2NH2+CO4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O經過優化后的SCR系統,在瞬態工況和穩態工況下都具有很好的排放性能,其凈化率可達90%以上，使用SCR技術不僅可以使NOx達