尾氣在故障診斷中的應用

1、尾氣分析 在發(fā)動機故障診斷中的應用1、一氧化碳、一氧化碳COCO是碳氫化合物燃料燃燒的中間產物。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(fā)生反應：也會發(fā)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(qū)別： 分布不均勻 高溫分解 燃燒時間短，達不到平衡濃度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：氣缸激冷面。混合氣燃燒要靠火焰?zhèn)鞑ミM行，當火焰?zhèn)鞯礁妆?.050.5mm時就不能燃燒，火焰

2、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）。不完全燃燒。混合氣過濃過稀，殘余氣體過多，使火焰?zhèn)鞑ゲ煌?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。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） 。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）式 高溫下氧氣分解成氧原子。式 氧原子碰撞N2生成N

3、Ox,此氧O由1式供給大部分,3式供給小部分式 式中氮原子與氧氣結合成NOx ，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(qū)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。4、柴油機的碳煙柴油機排煙白煙：1m微粒，汽車怠速排出的液滴顆粒，水霧+燃油。藍煙：0.4m微粒，液態(tài)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(huán)芳香烴、苯脂可致癌。碳煙形成的三種說法：燃料分子脫氫發(fā)生分解，再凝集成固

4、體碳?；鹧嬷酰鄠€燃料分子聚合成大分子式液滴，再脫氫成粒。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。1、負荷的影響負荷空燃比影響有害物生成怠速（節(jié)氣門全閉）=0.600.88 HC CO2）小負荷（節(jié)氣門025%開度） = 0.80.9 HC CO3）中負荷（節(jié)氣門2580%開度） = 0.91.1 HC CO NOx4）接近滿負荷（節(jié)氣門80 100 %開度）開度） = 0.80.9HC CO NOx2、發(fā)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(fā)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(shù)

5、HC CO氣溫低起動困難 HC隨溫度 NOx CO4、汽車技術狀況的影響、汽車技術狀況的影響供油系故障怠速不穩(wěn)，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，點火系故障配氣相位積炭HC CO尾氣分析： 是在發(fā)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(fā)動機各系統(tǒng)故障的方法，其目的是對發(fā)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(fā)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(shù)： CO HC CO2 O2 NOx 空燃比（A/F

6、）或相對空燃比主要的分析內容： 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(fā)動機溫度過低、油箱中油氣蒸發(fā)、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(fā)動機正常工作時（A/F=14.7） HC200PPM（經過后處理濃度還要低）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(tǒng)和空氣供給系統(tǒng)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(huán)膠結阻塞、曲軸箱強

7、制通風系統(tǒng)受阻、點火提前角過大或水溫傳感器有故障等。 發(fā)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(shù)就越高，混合氣充分燃燒時尾氣中CO2的含量達到峰值 1315 。當發(fā)動機混合氣出現(xiàn)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(jù)其他排放物的濃度來確定發(fā)動機混合氣的濃或稀。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(shù)據(jù)之一。燃燒正常時，只有少量未燃燒的 O2

8、通過汽缸，尾氣中O2的含量應為 ，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 一輛桑塔納2000GSI，發(fā)動機怠速不穩(wěn)，經常熄火。用VAG1552調取故障代碼，顯示為00525，氧傳感器有故障。 首先對氧傳感器進行檢測，氧傳感器數(shù)據(jù)流電壓信號在.2V.9V之間變化，且變化頻率達到0.Hz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 、O分別為25010-6、0.43%、14.6%、2.54%。 由此看出HC和 O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(tǒng)正常。

9、桑塔納2000故障案例分析 綜合分析表明，該車發(fā)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(tǒng)，一切正常。 檢查空氣供給系統(tǒng)時，發(fā)現(xiàn)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(fā)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 、O分別為 5510-6、0.23%、14.5%、1.33%。數(shù)據(jù)正常，故障排除。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(fā)動機怠速不穩(wěn)，經常熄火。這部分未經過 ECU 檢測的空氣經發(fā)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(jù)這一

10、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(tǒng)則認為氧傳感器有故障，便輸出相應的故障碼。桑塔納2000故障案例分析 奧迪A6轎車V6 2.8L電控發(fā)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(shù)據(jù)流檢測，發(fā)動機控制模塊運行參數(shù)正常。點火波形基本正常，但稍有不穩(wěn)。尾氣測量結果：CO約0.3%0.5%，HC為20050010 -6，且在此范圍內波動。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%，HC 10010-6。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(jù)出廠標

11、準考慮為不正常。 因此考慮發(fā)動機可能有失火缺缸現(xiàn)象,應進一步檢查點火系統(tǒng)是否有輕微斷路或短路，特別是短路故障。奧迪A6轎車故障案例分析經檢查發(fā)現(xiàn)： 有一個缸的高壓線嚴重老化，有輕微短路(漏電)現(xiàn)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(jié)氣門和噴油嘴。復檢發(fā)現(xiàn)故障解除，發(fā)動機工作正常，檢測尾氣中HC含量為10510 -6。奧迪A6轎車故障案例分析豐田佳美5S-FE轎車怠速不穩(wěn)，用尾氣分析儀檢測結果如下：HCCOCO2O2RPM TEMP256 0.46 14.6 2.56 820801.12檢測結果分析：HC和O

12、2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(tǒng)應該不會有什么問題；較高綜合分析表明，該車發(fā)動機工作時的混合氣偏稀因此,應從進氣系統(tǒng)和供油系統(tǒng)著手故障檢查。豐田佳美5S-FE轎車怠速不穩(wěn)故障案例分析 檢測發(fā)現(xiàn)真空管無漏氣、錯插現(xiàn)象，PCV閥密封良好，機油尺插口良好。 起動發(fā)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(fā)現(xiàn)隨著轉速上升，怠速逐漸均勻。 取下EGR閥，發(fā)現(xiàn)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(wěn)，發(fā)動機容易熄火。 經對EGR閥進行徹底清洗

13、，并換上新墊，起動發(fā)動機，一切恢復正常。豐田佳美5S-FE轎車怠速不穩(wěn)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(fā)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(huán)節(jié)，使排故的過程更加有條理性有針對性。 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。 右圖中虛線為未加

14、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(fā)動機采用閉環(huán)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。 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

15、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(huán)境,不適宜采用三元催化器,較常采用氧化催化器。 在發(fā)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(huán)境不利。二次空氣系統(tǒng)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(huán)境下再次燃燒，這樣做可以達到兩個效果，一是有利于環(huán)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

16、才可以正常工作 。1、進氣口、進氣口 2、泵本體、泵本體3、發(fā)動機控制單元、發(fā)動機控制單元 4、繼電器、繼電器 5、電磁閥、電磁閥6、組合閥、組合閥二次空氣系統(tǒng)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(tài)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9610秒 為了減少排氣中的氮氧化合物。直噴系統(tǒng)的缸內溫度相對較高，而且發(fā)動機工作在富氧的環(huán)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(fā)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。EGR的控制策略：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

17、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(fā)動機燃燒不穩(wěn)定，工作粗暴，HC排放物將增加10%。因此通常將通常將EGR率率控制在控制在10%20%范圍內較合適。范圍內較合適。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(wěn)定燃燒，不進行EGR。（2）只有熱態(tài)下進行EGR。發(fā)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(fā)動機有較好的動力性，此時混合氣較濃，NOx排

18、放生成物較少，可不進行EGR或減少EGR率。（4）廢氣再循環(huán)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(fā)動機性能。 為了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，電控發(fā)動機采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在發(fā)動機不運轉時被碳罐中的活性碳所吸附，當發(fā)動機運轉時，依靠進氣管中的真空度將燃油蒸汽吸入發(fā)動機中。電子控制單元根據(jù)發(fā)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(jié)約燃料。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+H2O2NH3+CO2CO(NH2)2 2NH2+CO4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2 3N2+6H2O經過優(yōu)化后的SCR系統(tǒng),在瞬態(tài)工況和穩(wěn)態(tài)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達標,同時還