基于尾气分析的发动机故障诊断研究

王培玲

(湖北理工学院 机电工程学院，湖北 黄石 435003)

基于尾气分析的发动机故障诊断研究

王培玲

(湖北理工学院 机电工程学院，湖北 黄石 435003)

尾气分析法是以汽车尾气中的CO、HC、CO2、O2和NOx的排放成分作为主要分析参数来对发动机故障进行诊断的一种方法。汽车尾气与可燃混合气浓度、点火时间、发动机的技术状况和工况等因素相关，因此当发动机系统出现故障时，排放的尾气中必然有一些气体的浓度偏离正常值，在不同工况下对发动机尾气成分浓度进行分析，可初步判断发动机故障所在的位置。废气分析仪不仅是检测汽车尾气的重要工具，而且是汽车检测与诊断的重要设备。

尾气分析；发动机故障；检测诊断

0 引言

汽车给人类生活提供了极大的方便，同时也排出了大量污染人类环境的有害气体，严重影响着人们的生活与健康。检测并控制汽车排放污染物，对改善人类的生存环境具有重要意义。汽车尾气分析仪用来检测汽车尾气中CO、HC、CO2、O2和NOx等气体的浓度，通过对机动车的排放进行检测，判断其排放是否超标。因此，目前汽车检测站和一些维修人员利用废气分析仪进行环保检测[1-2]。

通过对发动机排放的污染物进行检测，得到不同工况下尾气中不同气体成分的含量，可以检测并诊断发动机的技术状况，特别是燃油供给系统和点火系统的技术状况，通过进一步分析可判断发动机故障所在的具体部位。因此，应拓展尾气分析仪在发动机燃烧状况诊断中的应用[3-4]。

1 尾气分析基本理论

1.1利用尾气中O2的浓度判断发动机故障

可燃混合气浓度用空燃比和过量空气系数来表示，空燃比的大小对汽油机尾气中O2的排放量会产生影响。装有催化转换器的发动机所排出废气中O2的正常含量应在1.0%～2.0%之间，因此通过测定废气中O2的含量可判断空燃比的大小，进而判断电喷发动机燃油供给系统的技术状况。

当O2的含量低于1.0%时，说明空燃比太小，混合气太浓，以致燃油与空气混合比失调，燃烧时严重缺氧，燃烧不完全。造成这种现象的原因有很多，如空气滤清器堵塞；喷油器针阀胶结、喷油器针阀密封不严，导致喷油器滴油而造成供油量过多；发动机ECU及燃油控制系统故障，使喷油信号失准，导致发动机供油量过多；氧传感器存在故障；油压调节器工作不良，使得油压过高；回油管堵塞，使得喷油器内压力过高等。

当O2的含量高于2.0%时，说明空燃比太大，混合气过稀，易于导致缺火。造成这种现象的原因有很多，如燃油滤芯太脏、燃油油压低、喷油器堵塞、真空泄漏、EGR阀泄漏等都可能导致混合气过稀[5-6]。

1.2利用尾气中CO的浓度判断发动机故障

汽车排放的CO是燃料不完全燃烧的产物，当发动机混合气过浓或者燃烧质量不佳时，易生成CO，汽车尾气中CO正常数值应不超过0．5%。CO的含量过高，主要是由于燃油供给过多或者空气供给过少而导致混合气过浓，因此，应重点检查燃油供给系统和空气供给系统相关部件是否出现故障。

1.3利用尾气中HC化合物的浓度判断发动机故障

无论汽油机在任何工况下运转，排气中总会含有一定数量HC。HC既是未燃的燃料，也是燃料不完全燃烧的产物和部分燃料被分解的产物。发动机工作正常时HC数值应不超过55×10-6。燃油供给系统和空气供给系统相关部件出现故障，导致混合气过浓或者过稀，均会使HC化合物的排放浓度增加；另外火花塞积炭、气门积炭或烧蚀会使发动机某缸工作不正常，排气中的HC浓度也会增大。

1.4利用尾气中CO2的浓度判断发动机故障

CO2是可燃混合气完全燃烧的产物，其浓度高低反映出混合气燃烧的好坏。CO2的读数越高，则可燃混合气燃烧越完全。混合气充分燃烧时尾气中CO2的含量一般在13%～16%之间。当发动机混合气过浓或过稀时，CO2的含量都将降低。因此所有引起HC和CO排放不正常的原因都有可能导致CO2含量偏低。

1.5利用尾气中氮氧化合物的浓度判断发动机故障

氮氧化合物是燃料完全燃烧的产物。燃烧废气的温度越高，燃烧后残留的O2浓度越高，高温持续的时间越长，氮氧化合物的生成量就越多。尾气中氮氧化合物的浓度主要和催化转化器及点火时间有关，点火越提前，氮氧化合物的排放量就越高。

1.6诊断缺缸

在发动机故障诊断过程中，缺缸是一常见故障，对缺缸的发动机尾气检测时，O2和HC的含量会明显偏高或者只有O2的含量偏高[7-8]。断油或者断火是造成发动机缺缸的两大主要原因。若是由于某缸喷油器不喷油造成的缺缸， HC、CO等排放量正常，但O2含量会过高。若是由于点火系统原因(火花塞间隙不正常、电极烧蚀、电极积碳过多及电路故障等)造成的缺缸，此时检测到的HC和O2含量均会明显偏高。因此，在实际诊断中可以利用HC和O2的排放量来诊断发动机是否出现某缸断火或断油现象，再进一步查找断火或断油的具体原因。

通过以上分析可以看出，一种污染物的排放可由几种故障引起，一种故障也会引起尾气中几种排放物的排放量偏离正常值。因此，在使用废气分析仪对汽车故障进行检查前，应明确这其中内在的联系。

2 尾气分析在汽车故障检测诊断中的应用实例

1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化不良，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[9-11]。

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260 kPa；拔下油压调节器的真空软管，其压力上升到300 kPa，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6 V，与标准电压12 V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。

3 结束语

通过以上分析可以看出，对汽车尾气进行检测可以初步分析发动机的工作状况及性能，初步诊断混合气是否充分燃烧、点火时间是否正确、空气供给系统及燃油供给系统等是否出现故障。

尾气分析仪作为一种辅助诊断设备，方便、快捷，因此很有必要推广应用。但是目前借助尾气分析仪来诊断发动机故障的案例还是很少，尾气分析仪大多还仅仅应用于汽车安全检测中的环保检测。这种方法的运用是对汽车动力性、燃油经济性和燃油排放性的综合检测，根据检测结果可知汽车总体性能和技术状况，是汽车检测中的一个重要手段，应进一步加强其在车检及维修中的运用。

[1] 赵英勋.汽车检测与诊断技术[M].北京：机械工业出版社，2008:320-321.

[2] 曹红兵，陈汉生.尾气分析在汽车故障诊断中的实验研究[J].实验室研究与探索，2007，26(4):33-36.

[3] 刘顶超.如何利用尾气分析仪进行故障诊断[J].技术创新，2012(8)：97-98.

[4] 朱双华.喷油器不喷油对发动机排放特性影响研究[J].公路与汽运，2010(3)：26-27.

[5] 吴凯，张莉．发动机废气分析仪测试结果故障与分析[J].交通科技与经济，2009(1)：39-41.

[6] 姚天国.从尾气排放分析汽车发动机的故障[J].科技创新导报，2011(4)：74.

[7] 张智华.基于排放检测的电喷汽油发动机故障诊断与维修实验研究[J].科技创新导报，2010(22)：115-116.

[8] 谢锐波.尾气分析在电喷汽油发动机故障诊断中的应用[J].韶关学院学报(自然科学版)，2011，32(8)：42-45.

[9] 骆美富.废气分析仪在汽油发动机故障诊断中的应用[J].湖州技术学院学报，2004(4)：82-84.

[10] 周玉明.内燃机排放及控制技术[M].北京：人民交通出版社，2001：100-205.

[11] 曹红兵.尾气分析在汽车发动机故障诊断中的应用[J].汽车维修与保养，2006(10)：88-90.

(责任编辑桂堤)

Research of Engine Fault Diagnosis Based on Exhaust Analysis

WangPeiling

(School of Mechanical and Electronic Engineering,Hubei Polytechnic Univesity,Huangshi Hubei 435003)

The exhaust analysis takes automobile exhaust emissions of CO、HC、CO2、O2and NOxas the main parameters to diagnose the engine fault.Automobile exhaust is related to concentration of mixed inflammable gas,ignition timing,and the working conditions of engine and so on,so when the engine system fails,some gas density must deviate from the normal value.By analyzing exhaust concentration under different conditions the preliminary judgment about the location of the engine fault can be made.Accordingly exhaust gas analyzer is not only an exhaust detection tool,but also an important device for automobile detection and diagnosis.

exhaust analysis;engine fault;detection diagnosis

2013-09-10

王培玲(1982— )，女，讲师，硕士。

10.3969/j.issn.2095-4565.2014.01.004

U472.9

A

2095-4565(2014)01-0013-03