尾气分析在故障诊断中的应用

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COCO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=2H2O2CO+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，达不到平衡浓度一汽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）。一汽车尾气污染物的形成3、氮氧化合物NOxNOx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。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=0.60～0.88HC↑CO↑2）小负荷（节气门0～25%开度）α=0.8～0.9HC↑CO↑3）中负荷（节气门25～80%开度）α=0.9～1.1HC↓CO↓NOx↑4）接近满负荷（节气门80～100%开度）α=0.8～0.9HC↑CO↑NOx↓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↑罩下温度提高→充气系数↓→HC↑CO↑气温低→起动困难→HC↑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：

COHCCO2O2NOx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）二尾气分析的基本规则二尾气分析的基本规则2、一氧化碳(CO）含量高说明燃油没有充分燃烧原因：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、曲轴箱强制通风系统受阻、点火提前角过大或水温传感器有故障等。发动机正常工作时（A/F=14.7）CO=0.5～1.0%（经过后处理浓度还要低）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。二尾气分析的基本规则4、氧气(O2）含量高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。燃烧正常时，只有少量未燃烧的O2通过汽缸，尾气中O2的含量应为１～２％，过高过低都有问题。5、氮氧化合物NOx含量高目前解释原因为：燃烧室温度过热二尾气分析的基本规则一辆桑塔纳2000GSI，发动机怠速不稳，经常熄火。用VAG1552调取故障代码，显示为00525，氧传感器有故障。三应用实例首先对氧传感器进行检测，氧传感器数据流电压信号在０.2V～０.9V之间变化，且变化频率达到0.８Hz左右，这说明氧传感器正常。用四气尾气分析仪进行检测，HC、CO、CO2、O２分别为250×10-6、0.43%、14.6%、2.54%。由此看出HC和O２含量都较高，这是空燃比严重偏离正常值的一个重要特征。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。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。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。三应用实例桑塔纳2000故障案例分析奥迪A6轿车V62.8L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。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%，HC100×10-6。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。三应用实例奥迪A6轿车故障案例分析丰田佳美5S-FE轿车怠速不稳，用尾气分析仪检测结果如下：HCCOCO2O2RPMTEMPλ2560.4614.62.56820801.12三应用实例检测结果分析：HC和O2都较高，这是空燃比失衡的一个重要特征CO值较低，而CO2在峰值，这说明可燃混合气已充分燃烧，点火系统应该不会有什么问题；λ较高综合分析表明，该车发动机工作时的混合气偏稀因此,应从进气系统和供油系统着手故障检查。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。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。三应用实例第三节常见尾气污染控制的方法

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。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。1.三元催化转化器右图中虚线为未加三元催化转化器时，CO、HC和NOx排放浓度与空燃比的关系。实线为采用三元催化转化器后CO、HC和NOx与空燃比的关系。从图中可看出采用三元催化转化器时当空燃比在理论空燃比附近很窄范围内HC、CO和NOx排出浓度均较小。装有电控汽油喷射发动机采用闭环控制方式，才能使混合气空燃比严格控制在14.7附近很窄的范围内，使三元催化转化器净化效率最高，因此三元催化反应器必须与氧传感器配对使用，否则容易使三元催化反应器中毒，堵塞，过早报废。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。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。2.二次空气供给系统1、进气口2、泵本体3、发动机控制单元4、继电器5、电磁阀6、组合阀2.二次空气供给系统二次空气系统只是部分时间内起作用，具体在以下两种工况下工作见下表：状态冷起动冷却液温度+5—33℃工作时间100秒热起动怠速时直至最高96℃10秒2.二次空气供给系统为了减少排气中的氮氧化合物。直喷系统的缸内温度相对较高，而且发动机工作在富氧的环境下，因此排气中生产大量的氮氧化合物。部分的排气通过EGR阀与新鲜空气混合进入发动机，这样缸内混合气的含氧量就降低，从而降低氮氧化合物排放。3.EGR废气再循环3.EGR废气再循环EGR的控制策略：增加EGR率可以使NOx排出物降低，但同时会HC排出物和燃油消耗增加。因此在各种工况采用的EGR率必须是对动力性、经济性和排放性能的综合考虑。试验结果说明：当EGR率小于10%时，燃油消耗量基本上不增加，当EGR率大于20%时，发动机燃烧不稳定，工作粗暴，HC排放物将增加10%。因此通常将EGR率控制在10%～20%范围内较合适。3.EGR废气再循环随着负荷增加EGR率允许值也增加（见上图阴影部分）。（1）怠速和低负荷时，NOx排放浓度低，为了保证稳定燃烧，不进行EGR。（2）只有热态下进行EGR。发动机温度低时，NOx排浓度也较低，为了保证正常燃烧，冷机时不进EGR。（3）大负荷、高速时，为了保证发动机有较好的动力性，此时混合气较浓，NOx排放生成物较少，可不进行EGR或减少EGR率。（4）废气再循环量对NOx排放和油耗的影响还受到空燃比、点火提前角等因素的影响。因此在EGR率进行控制时，同时对点火等进行综合控制，就能得到较好的发动机性能。3.EGR废气再循环为了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，电控发动机采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在发动机不运转时被碳罐中的活性碳所吸附，当发动机运转时，依靠进气管中的真空度将燃油蒸汽吸入发动机中。电子控制单元根据发动机的工况通过电磁阀控制真空度的通或断达到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可减少大气中的碳氢化合物和节约燃料。4.燃油蒸汽收集装置燃油蒸汽收集装置4.燃油蒸汽收集装置重型汽车上常用尿素SCR技术,其主要还原剂是氨(NH3)"尿素溶液在排气热量下分解产生氨使NOx还原:CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2CO(NH2)2→2NH2+CO4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O经过优化后的SCR系统,在瞬态工况和稳态工况下都具有很好的排放性能,其净化率可达90%以上，使用SCR技术不仅可以使NOx达