淺論尾氣分析在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)故
互聯(lián)網(wǎng) huangfgl 汽車(chē)構(gòu)造維修 2008-08-07
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【論文摘要】：目前，在許多汽車(chē)維修企業(yè)，尾氣分析儀只是作為車(chē)輛年檢前調(diào)整尾氣、測(cè)試簡(jiǎn)單參數(shù)的普通設(shè)備，沒(méi)有嘗試在汽車(chē)故障診斷中的作用。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒理論和汽油機(jī)廢氣形成理論,尾氣成分與發(fā)動(dòng)機(jī)的工況有最直接的聯(lián)系，因此通過(guò)汽車(chē)尾氣的檢測(cè)可分析發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況、性能好壞，可以檢查包括燃燒情況、點(diǎn)火能量、進(jìn)氣效果、供油情況、機(jī)械情況等諸多方面。本文詳細(xì)分析了汽車(chē)廢氣排放物的影響因素，發(fā)動(dòng)機(jī)各部分技術(shù)狀況與尾氣成分間的關(guān)系尾氣成分異常的原因分析等試圖闡釋尾氣分析儀檢測(cè)數(shù)據(jù)是如何反映汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際性能的；通過(guò)故障診斷案例介紹分析了如何利用尾氣分析儀快速有效地找到汽油機(jī)的故障原因,介紹了分析儀的智能化功能及網(wǎng)絡(luò)化,從而說(shuō)明尾氣分析儀在發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷中有很好的發(fā)展空間 【關(guān)鍵詞】尾氣分析儀 尾氣成分 汽油發(fā)動(dòng)機(jī) 故障診斷 在汽車(chē)發(fā)展的早期，人們主要是通過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的維修人員發(fā)現(xiàn)汽車(chē)的故障并作有針對(duì)性的修理。即過(guò)去人們常講的“望” 〔眼看)、“聞” (耳聽(tīng))、“切”(手摸)方式。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，汽車(chē)檢測(cè)技術(shù)也飛速發(fā)展�；谶@幾年對(duì)本地區(qū)汽車(chē)維修企業(yè)和維修人員的調(diào)查,目前人們已能依靠各種先進(jìn)的儀器設(shè)備，如汽車(chē)故障診斷儀、示波器、紅外線測(cè)溫儀等設(shè)備對(duì)汽車(chē)進(jìn)行不解體檢測(cè)，而且安全、迅速、準(zhǔn)確。但是將汽車(chē)尾氣分析儀應(yīng)用于汽車(chē)的維修上還是很少，尾氣分析儀大都還是環(huán)保部門(mén)做檢查環(huán)保，對(duì)修理廠修車(chē)用的不是很多。然而這種儀器的運(yùn)用是對(duì)車(chē)的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)和排放整體的一個(gè)綜合檢測(cè)，對(duì)它的檢測(cè)結(jié)果分析可知汽車(chē)總體性能和技術(shù)狀況。對(duì)汽車(chē)維修必定會(huì)起到很大的作用。下面就汽車(chē)尾氣分析儀應(yīng)用的有關(guān)理論：汽車(chē)廢氣排放物的影響因素，發(fā)動(dòng)機(jī)各部分技術(shù)狀況與尾氣成分間的關(guān)系以及尾氣成分異常的原因分析和實(shí)際應(yīng)用作一闡述 1 汽車(chē)排放尾氣的成份分析： 根據(jù)燃燒理論，進(jìn)入汽車(chē)燃燒室的成分是空氣和燃油，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)可燃混合氣在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生汽車(chē)排放尾氣中含有一氧化碳、碳?xì)浠衔�、氮氧化合�?NOx)、二氧化硫、鋁、碳微粒和其他雜質(zhì)粉塵等，這些物質(zhì)對(duì)人類(lèi)和整個(gè)生態(tài)環(huán)境危害極大，另外含有CO2、H20、O2等氣體。由于尾氣成分與發(fā)動(dòng)機(jī)的工況有最直接的聯(lián)系，所以通過(guò)汽車(chē)尾氣的檢測(cè)可初步分析發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況、性能好壞，可以檢查包括燃燒情況、點(diǎn)火能量、進(jìn)氣效果、供油情況、機(jī)械情況等諸多方面。更為重要的是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，尾氣中某種成分必然偏離正常值，通過(guò)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下尾氣中不同氣體成分的含量，可判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障所在的部位。尾氣分析主要內(nèi)容有混合氣空燃比、點(diǎn)火正時(shí)及催化器轉(zhuǎn)化效率等，主要分析的參數(shù)有CO、HC、CO2和氧（O2），還有空燃比（A/F）或相對(duì)空燃比（λ）。 2 汽車(chē)廢氣排放物的影響因素 汽車(chē)廢氣中CO、HC和NOx三種有害氣體的影響因素比較多，主要為可燃混合氣的空燃比，點(diǎn)火提前角、發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速以及發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。 2.1 空燃比對(duì)尾氣成分的影響 HC是未燃燃料、可燃混合氣不完全燃燒或裂解的碳?xì)浠衔锛吧倭康难趸磻?yīng)的中間產(chǎn)物。CO主要來(lái)自在空氣不足的情況下可燃混合氣的不完全燃燒，是汽油機(jī)尾氣中有害成分濃度最大的物質(zhì)。CO2是可燃混合氣燃燒的產(chǎn)物，它能夠反映出燃燒的效率。 隨著空燃比的增加，CO的排放濃度逐漸下降，HC的排放濃度兩頭高、中間低，CO2的排放濃度中間高、兩頭低。當(dāng)空燃比小于14.7:1時(shí)（混合氣變濃），由于空氣量不足引起不完全燃燒，CO、HC的排放量增大�？杖急仍浇咏碚摽杖急�14.7:1，燃燒越完全，HC、CO的值越低，O2越接近于零，而CO2的值越高（最大值在13.5%~14.8%之間）。而當(dāng)混合氣空燃比超過(guò)16.2:1時(shí)（混合氣變�。捎谌剂铣煞诌^(guò)少，用通常的燃燒方式已不能正常著火，產(chǎn)生失火，使未燃HC大量排出�；旌蠚膺^(guò)濃將產(chǎn)生空燃比(A/F)對(duì)CO、HC和NOx的影響見(jiàn)圖1。在理論空燃比附近，CO曲線有一個(gè)拐點(diǎn)，當(dāng)A/F減少時(shí)，可燃混合氣過(guò)濃，燃油無(wú)法充分燃燒，CO生成物便急劇增加；當(dāng)A/F增大時(shí)，氧含量充足，燃油可以充分燃燒，使CO生成量減少，而且比較穩(wěn)定。 圖1 圖1 HC曲線在A/F為17～18附近有一個(gè)拐點(diǎn)，此時(shí)廢氣中的HC含量最低。除此之外，HC的生成量都有所增加。其原因是當(dāng)A/F少于17時(shí)，混合氣過(guò)濃，燃燒不徹底，當(dāng)A/F大于18時(shí)，混合氣過(guò)稀，燃燒速度緩慢同樣會(huì)出現(xiàn)燃燒不徹底現(xiàn)象，HC都會(huì)增加。 NO曲線在A/F為15～16附近有一個(gè)波峰，此時(shí)生成的NO量最多，除此之外，過(guò)濃或過(guò)稀的空燃比都會(huì)降低燃燒速度和燃燒溫度，使NO的生成量都有所下降。 2.2 點(diǎn)火正時(shí)對(duì)尾氣成分的影響 點(diǎn)火提前角對(duì)CO的排放沒(méi)有太大影響，但對(duì)HC和NOx的影響較大，過(guò)分推遲點(diǎn)火會(huì)使CO沒(méi)有時(shí)間完全氧化而引起CO排放量增加，但適度推遲點(diǎn)火可減小CO排放。實(shí)際上當(dāng)點(diǎn)火時(shí)間推遲時(shí)，為了維持輸出功率不變需要開(kāi)大節(jié)氣門(mén)，這時(shí)CO排放明顯增加。隨著點(diǎn)火提前角的推遲，HC的含量降低，主要是因?yàn)樵龈吡?a href=http://www.zjytjd.com/huanye_htm/hyfenlei43.html target=_blank>排氣溫度，促進(jìn)了 CO和 HC的氧化，也由于減小了燃燒室內(nèi)的激冷面積。 點(diǎn)火提前角對(duì)CO的生成量影響不大，但對(duì)HC和NOx的影響較大，其結(jié)果分別見(jiàn)圖2和圖3。 圖2 點(diǎn)火提前角對(duì)HC的影響 圖3 點(diǎn)火提前角對(duì)NOx的影響 由圖2和圖3可看出，隨著點(diǎn)火提前角的增大，HC和NOx生成物都會(huì)急劇增加，其原因與燃燒時(shí)的速度、壓力、溫度等有關(guān)，當(dāng)點(diǎn)火提前角增大到一定值后，由于燃燒時(shí)間過(guò)短，HC和NOx生成量便有所下降。當(dāng)然，正確的調(diào)整點(diǎn)火正時(shí)是非常必要的，過(guò)遲的點(diǎn)火提前角會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降，油耗增大，工作不穩(wěn)。 2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的影響 由于NOx是高溫燃燒時(shí)的生成物，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷提高時(shí)，使氣缸的燃燒溫度升高，NOx生成量隨之增大，CO和HC的生成量稍有增加，但影響較小。 3. 尾氣分析的基本結(jié)論 通過(guò)尾氣分析，可以檢測(cè)到以下幾個(gè)主要方面的故障：混合氣過(guò)濃或過(guò)稀、二次空氣噴射系統(tǒng)失靈、噴油器故障、進(jìn)氣歧管真空泄漏、空氣泵故障、汽缸蓋襯墊損壞、EGR閥故障、排氣系統(tǒng)泄漏、點(diǎn)火系統(tǒng)提前角過(guò)大等。 HC的讀數(shù)高，說(shuō)明燃油沒(méi)有充分燃燒。偏高的原因是：混合氣過(guò)�。�氣缸壓力不足、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)低、混合氣由燃燒室向曲軸箱泄漏、燃油管泄漏、燃油壓力調(diào)節(jié)器損壞�；旌蠚膺^(guò)濃：箱中油氣蒸發(fā)、燃油回油管堵塞燃油壓力調(diào)節(jié)器損壞。點(diǎn)火時(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(guò)高或過(guò)低等因素都將導(dǎo)致HC讀數(shù)過(guò)高。 CO的讀數(shù)是零或接近零，則說(shuō)明混合氣充分燃燒。C0的含量過(guò)高，表明燃油供給過(guò)多、空氣供給過(guò)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(guò)高、空氣濾清器不潔凈。其它問(wèn)題，如活塞環(huán)膠結(jié)阻塞、曲軸箱K制通風(fēng)系統(tǒng)受阻、點(diǎn)火提前角過(guò)大或水溫傳感器和空氣流量計(jì)有故障等。C0的含量過(guò)低，則表明混合氣過(guò)稀，故障原因有：燃油油壓過(guò)低、噴油嘴堵塞、真空泄漏、EGR閥泄漏等。 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13~16%。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣出現(xiàn)過(guò)濃或過(guò)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(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的濃或稀。燃油濾芯太臟、燃油油壓低、噴油嘴堵塞、真空泄漏、EGR閥泄漏等將造成混合氣過(guò)稀。而空氣濾清器阻塞、燃油壓力過(guò)高，都可能導(dǎo)致混合氣過(guò)濃。 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�？扇蓟旌蠚馊紵酵耆珻O2的讀數(shù)就越高；與此相反，燃燒正常時(shí)，只有少量未燃燒的O2通過(guò)汽缸，尾氣中O2的含量應(yīng)為1～2%。O2的讀數(shù)小于1%，說(shuō)明混合氣過(guò)濃；O2的讀數(shù)大于2%，表示混合氣太稀。導(dǎo)致混合氣過(guò)稀的原因有很多，如燃油濾芯太臟、燃油油壓低、噴油嘴堵塞、真空泄漏、EGR閥泄漏等。而空氣濾清器阻塞、燃油壓力過(guò)高等都可能導(dǎo)致混合氣過(guò)濃。 當(dāng)CO、HC濃度高，CO2、O2濃度低時(shí)，表明發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣很濃。HC和O2的讀數(shù)高，則表明點(diǎn)火系統(tǒng)工作不良、混合氣過(guò)稀，而引起失火。 氮氧化物含量，在平常溫度下，在三四百度以下，它不燃燒，但是它的再高溫下，1000度以上，它非�；钴S，它就想找氧反應(yīng)形成氮氧化物。所以它的產(chǎn)生第一個(gè)你要有足夠高的溫度，第二個(gè)你要有高壓，足夠大的壓力，第三個(gè)多余的氧才能反應(yīng)，這三個(gè)條件任何一個(gè)不滿足都不會(huì)產(chǎn)生氮氧化物。降低氮氧化物含量，如果氮氧化物超標(biāo)，可能性最大的原因EGR閥，或者是氣缸里面有沒(méi)有熾熱點(diǎn)造成爆燃現(xiàn)象。 4. 實(shí)例分析 一輛豐田凌志ES300，怠速時(shí)有輕微抖動(dòng)，且加速遲緩，無(wú)故障碼輸出。進(jìn)行數(shù)據(jù)流和點(diǎn)火波形檢測(cè)，運(yùn)行參數(shù)正常，點(diǎn)火波形也基本正常。用四氣分析儀進(jìn)行尾氣檢測(cè)，CO為0.4%、O2為2.12%、CO2為14.1%、HC在260×10-6～500×10-6間變化。初步分析是混合氣過(guò)稀，導(dǎo)致失火。首先檢修燃油供給部分，各部件工作正常。清洗噴油器后，HC值雖然有所下降但仍較高。再檢查空氣供給系統(tǒng)，無(wú)漏氣現(xiàn)象。至此，混合氣過(guò)稀而導(dǎo)致失火的可能性被排除，可能是點(diǎn)火系統(tǒng)的故障。進(jìn)一步檢查電子點(diǎn)火系統(tǒng)，當(dāng)檢查到右側(cè)汽缸的高壓線和火花塞時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)缸的高壓線短路，火花塞電極間隙過(guò)小。更換高壓線，調(diào)整火花塞電極間隙，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，故障消失，尾氣檢測(cè)值完全在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。 5. 尾氣檢測(cè)注意事項(xiàng) 對(duì)于裝有催化轉(zhuǎn)化器的汽車(chē)，如果催化劑工作正常，會(huì)使CO和HC減少。因此，將取樣探頭插到催化轉(zhuǎn)化器之前測(cè)量未經(jīng)轉(zhuǎn)換的排氣或在EGR閥的排氣口檢測(cè)。必要時(shí)，使空氣泵和二次空氣噴射系統(tǒng)停止工作。讀取測(cè)量數(shù)據(jù)前，不要讓發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)后，才能使用尾氣分析儀進(jìn)行尾氣檢測(cè)。在進(jìn)行變工況測(cè)試中，要讓加速踏板穩(wěn)住后再讀取測(cè)量數(shù)據(jù)。 6. 結(jié)束語(yǔ) 目前，在許多汽車(chē)維修企業(yè)，尾氣分析儀只是作為車(chē)輛年檢前調(diào)整尾氣、測(cè)試簡(jiǎn)單參數(shù)的普通設(shè)備，沒(méi)有發(fā)揮出它在汽車(chē)故障診斷中的作用，由此造成了資金的浪費(fèi)和設(shè)備的閑置。隨著汽車(chē)檢測(cè)設(shè)備智能化和汽車(chē)檢測(cè)管理網(wǎng)絡(luò)化及技術(shù)和管理的進(jìn)步，今后汽車(chē)檢測(cè)站將實(shí)現(xiàn)真正的網(wǎng)絡(luò)化(局域網(wǎng))，從而做到信息資源共享、硬件資源共享、軟件資源共享。因此，結(jié)合我國(guó)當(dāng)前的技術(shù)水平和以后的發(fā)展，很有必要進(jìn)行推廣應(yīng)用尾氣分析儀在汽車(chē)故障診斷中的應(yīng)用。 |
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