熊陆平 郧阳科技学校 湖北 十堰 442000
摘 要：在汽车产业高速发展的同时，汽车也带来了大气污染。燃油在不完全燃烧时，排出的一些有害物质对环境及人体的污染和破坏，已严重影响到我们生活。汽车尾气成分与汽车工况有最直接的关系。通过检测汽车不同工况下尾气中不同气体成分的含量，可判断汽车的故障部位。
关键词：尾气分析 故障诊断 措施
一、汽车尾气成份及危害
汽车排放污染物的主要途径有: 排气管排出的废气、曲轴箱窜气和从油箱以及油管接头等处蒸发的汽油蒸气。汽车尾气的成分及危害如下: 一氧化碳是汽油烃类成分燃烧的中间产物。CO是一种无色、无刺激的气体，是汽车及内燃机排气中有害浓度最大的成分。人体吸入的CO很容易和血红蛋白结合并输送到体内，阻碍血红素带氧，造成体内缺氧引起窒息。碳氢化合物是排气中的HC由未燃烧的燃料烃、不完全氧化物以及燃烧过程中部分被分解的产物所组成的。碳氢化合物总称烃类，是发动机未燃尽的燃料分解产生的气体，单独的HC只在浓度相当高的情况下才会对人体产生影响，一般情况下作用不大，但它却是产生光化学烟雾的重要成分。
NOX 氮氧化合物一般是指NO和NO2，NOX由排气管排出。高浓度的NO能引起神经中枢的障碍，并容易氧化成剧毒的NO2，NO2有特殊的刺激性臭味，严重时会引起肺气肿。HC和NO2的混合气在紫外线作用下进行光化学反应产生臭氧(O3)，该现象称为“光化学烟雾”。在大气中产生臭氧等过氧化物，对人的眼、鼻和咽喉黏膜有较强的刺激性作用，引起结膜炎、鼻炎、支气管炎等症状，并伴随有难闻的臭味，严重时可致癌。汽车尾气中硫氧化物的主要成分为二氧化硫(SO2)。当汽车使用催化净化装置时，就算很少量的SO2也会逐渐在催化剂表面堆积，造成所谓催化剂中毒，不但危害催化剂的使用寿命，还危害人体健康，且SO2还是造成酸雨的主要物质。
二、汽车尾气故障分析与排除
在影响汽车废气排放中有害物质含量超标的主要使用故障中，供油系故障占30%、点火系故障占28%、底盘传动系故障占16%。因此，若要限制汽车的排气污染，主要应对汽车进行正确调整和及时维修。
1.气缸压力不正常。气缸压力过低会使燃烧不良，不仅燃油经济性下降，而且HC和CO的排放量增加。当检测气缸压力低时，应逐项查明原因，并予以排除，按技术要求装配和更换零部件，保证发动机起动容易，功率充足，燃油燃烧完全。正常的发动机气缸压力应达到原厂的规定。使用过程中虽允许比原厂规定略有降低，但不得低于标准10%，各缸压力差不得大于5%，并及时清除活塞顶、燃烧室积碳，以减轻排气污染。
2.点火系故障。调节火花塞电极间隙，保证火花塞电极间隙合适，工作良好。HC的排放浓度常随火花塞电极间隙增加而减少。CO的排放浓度则随火花塞电极间隙的增大而增加，但当火花塞电极间隙继续增大时，CO的排放浓度则又随之降低。点火不可靠是废气中HC增多的重要原因。准确的点火时间，能获得足够能量的电火花，使燃油燃烧完全。适当延迟点火可提高排气温度，使HC在排气中的浓度降低。
3.怠速装置故障。怠速调整时首先要保证气缸压缩压力、点火系、供油系及配气机构正常且发动机冷却水温度不低于60℃。当发动机以500r/min怠速运转时，CO的浓度最高。随着发动机转速的增高，CO的浓度逐渐下降。如果调整后仍达不到规定的要求，则还可适当推迟点火提前角。因为，减小点火提前角，可以提高排气温度，使CO和HC在排气过程中能继续氧化。当排放中只有HC含量超标，适当推迟点火时刻。如果此法无效，则应考虑正时是否正确，触点是否烧蚀，间隙是否在0.45mm内，点火能量是否强，真空提前装置是否起作用，配气相位是否正确，气门间隙是否正确等。在调试中CO的含量很低，而HC的含量很高。若推迟点火时刻后，HC的含量还是没有降下来，那么应采取提高混合气浓度降低怠速来降低HC的生成量。
4.氧传感器故障。氧传感器的作用是和ECU组成闭环控制，ECU根据氧传感器的测量信号判断混和气的浓稀状态，从而相应地实时调整喷油量，将可燃混合气的比例控制在接近14.7∶1的很小范围内，使催化转化器能更高效地转化废气中的HC、CO和NOX，从而降低尾气的排放。氧传感器发生故障后会直接导致错误控制反馈，无法保证混合气中油气比例，进而导致排放超标，引发怠速不良、加速不良、尾气超标、油耗增加等故障。
5.汽油品质不佳。汽油中硫的存在会引起催化转化器中毒，直接影响催化转化器转化效率。控制汽油中的硫含量可使催化净化器中催化剂的活性保持在较高水平，保证净化作用有效发挥。铁、铜、锰等金属添加剂往往也有提高发动机抗爆性的功能。但这类添加剂所引起的副作用和铅、硫类似，有的会造成催化器中毒、发动机沉积物形成、颗粒物排放增加，有些沉积物会引起发动机部件严重磨损，有的直接对人体产生危害。汽油的蒸发性好，有利于可燃混合气形成，更容易燃烧完全，不完全燃烧产物相对较低。但汽油的蒸发性好，在供油系统中形成的蒸气过多，会产生气阻，导致发动机供油不畅，反而会影响燃烧质量，造成排放变差; 同时，蒸发性过强，会使油箱中汽油的蒸发量增加，燃油蒸发损失加大，增加碳氢化合物排放，造成环境、大气污染。
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三、尾气分析在汽车发动机故障诊断中的应用
1.实验设备与实验方法：（1）实验设备: 大众桑塔纳2000GSi AJR发动机故障实验台、金德KT600汽车发动机综合分析仪、汽车专用万用表、天津圣威SV-5QT全触控屏尾气分析仪等。（2）实验方法: 设置空气供给系统、燃油供给系统、电子点火系统和控制系统的模拟故障，检测不同系统、不同故障的尾气成分。根据尾气检测结果，分析研究发动机各部分故障与尾气成分变化间的关系。进行故障模拟的方法主要有以下几种: 阻塞空气供给系统，模拟混合气过浓的故障; 断开某缸喷油器控制线路，模拟喷油器不喷油故障; 阻塞某缸喷油器，模拟喷油器喷油不畅的故障; 使用间隙过大、过小的火花塞或漏电的高压线，模拟点火系统故障; 使用已损坏失效的传感器、执行器，模拟控制系统故障;拔去某缸火花塞，模拟某缸不工作故障等。
2.发动机各部分技术状况与尾气成分间的关系：（1）与HC和CO排放有关的因素：①进排气门、汽缸衬垫的密封性，活塞、活塞环、缸套的磨损与密封性等因素。相关的检测项目: 汽缸压力、汽缸漏气率和进气真空度。②空气流量、温度、节气门位置、转速传感器信号及ECU等影响喷油压力和喷油时间的因素，喷油器、进气温度、进气管内壁状况等影响喷油雾化质量的因素。相关的检测项目: 燃油压力、空燃比(A/F) 、相关电路信号、空气流量计信号(L型) 、进气压力传感器信号(D型) 、转速信号、温度信号、负荷信号、氧传感器信号等。（2）影响HC排放的因素：点火线圈初级绕组电流、点火初级电路电阻、电容器等影响点火能量的因素，断电器、离心及真空提前装置、点火模块、与点火有关的传感器信号等影响点火正时的因素，火花塞、高压线、分电器等影响失火率的因素。相关的检测项目有点火波形、漏电试验、导通试验。
3.与尾气生成有关的因素。曲轴箱强制通风装置、燃油箱蒸发控制装置的工作状况与HC的生成有关，二次空气喷射、进气预热的工作状况与HC、CO有关，催化转化器的工作温度、转化效率、使用寿命则影响HC、CO、NOX的生成。
4.尾气成分可以反映出的故障。通过尾气分析，可以检测到以下几个主要方面的故障: 混合气过浓或过稀、二次空气喷射系统失灵、喷油器故障、进气歧管真空泄漏、空气泵故障、汽缸盖衬垫损坏、EGR阀故障、排气系统泄漏、点火系统提前角过大等。
四、案例分析
案例一：一辆桑塔纳2000 GSi，发动机怠速不稳，经常熄火。用解码仪检测显示氧传感器无信号。对氧传感器进行检测，信号电压在0～0.3V和0.7～1.0V之间变化，且变化频率达到8Hz以上，氧传感器正常。用尾气分析仪进行检测， HC、CO、COX、O2分别为250×10-6、0.43%、14.6%、2.54%。HC和O2都较高，空燃比严重偏离正常值。因CO值较低并且CO2在最大值，说明可燃混合气已充分燃烧，点火系统正常。经分析该车可能是因混合气偏稀造成的故障。因此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。更换进气软管后起动发动机，用尾气分析仪进行检测，结果HC为50×10-6、CO为0.23%、CO2为14.5%、O2为1.33%，数据正常，故障排除。因进气管漏气，造成混合气过稀，发动机怠速不稳，经常熄火。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的加浓。因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，便输出相应的障码。
案例二：一辆一汽捷达冷车时不易启动，热车启动正常。读取故障代码和数据流，一切正常。但是用尾气分析仪检查其排气污染物浓度，CO为0.4%、O2为2.12%、CO2为14.1%、HC为260×10-6，HC和O2的读数偏高，一般是由混合气过稀失火引起的。混合气稀主要是因为进气多了或者进油少了。该车热车启动正常，进气系统故障基本可以排除，重点检查燃油供给系统故障。引起供油量少的原因主要有：燃油压力过低，喷油器线路插接器或连接线接触不良，喷油器电磁线圈短路、断路导致某一喷油器不喷油，喷油器工作电压低致使喷油量少，喷油器针阀口积污使得喷油量少或者雾不良，燃油控制系统中冷却液温度传感器和空气流量计反映的温度和空气流量信号失准等。首先检查该车的燃油压力，对系统进行释压，连接专用压力表，起动发动机，使发动机怠速运转，其燃油压力为260KPa；拔下油压调节器的真空软管，其压力上升到300KPa，因此，燃油压力符合标准。然后检查喷油器。检查喷油器线路，发现线路正常，无短路和断路故障；断开点火开关，拔下喷油器插头，用万用表测量喷油器线圈的电阻值，符合要求。最后重点检查喷油控制电源，经检测发现喷油器供电电压为6V，与标准电压12V相差较大，因此冷启动困难的原因是喷油器供电电压过低。现在查找控制电路，对发动机的点火线圈、控制单元等元件、点火开关进行检查，经过查找分析确定是由于点火开关内部触点接触不良而使电阻增大，导致冷车状态下电压下降，启动电压过低，致使该车冷车不易启动。
汽车尾气成分与汽车的工况有最直接的关系，可通过汽车尾气成分的检测，分析汽车发动机的工作状况、性能好坏。通过实验的手段，采集充分的数据，检测汽车不同工况下尾气中气体成分的含量，逐渐地摸索确立了尾气分析在汽车故障诊断中的应用，判断汽车发动机的故障部位。最后通过案例，体现汽车尾气成分分析以及故障诊断在汽车维修中的实际意义。
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论文作者:熊陆平
论文发表刊物:《教育学文摘》2018年2月总第255期
论文发表时间:2018/1/29
标签：喷油器论文; 尾气论文; 故障论文; 发动机论文; 燃油论文; 传感器论文; 信号论文; 《教育学文摘》2018年2月总第255期论文;