从尾气成分判断电控发动机故障

杨萌萌

（韶关市技师学院，广东 韶关 510025）

1　汽车尾气排放物的影响因素

1.1　空燃比对尾气成分的影响

当空燃比小于14.7:1时，混合气变浓，由于空气量不足而引起不完全燃烧，CO、HC的排放量增大。空燃比越接近理论空燃比14.7:1时，燃烧越完全，HC、CO的值越低，02越接近于零，CO2的值也越高。如图1所示。

1.2　点火正时对尾气成分的影响

随着点火提前角的推迟，HC的含量降低，主要是因为排气温度增高，促使 CO和HC的氧化。点火提前角对CO的生成量影响不大，但对HC和NOx的影响较大。随着点火提前角的增大，HC和NOx生成物都会急剧增加，其原因与燃烧时的速度、压力、温度等有关，当点火提前角增大到一定值的后，由于燃烧时间过短，HC和NOx生成量便会有所下降。正确调整点火正时是必需的，点火提前角过迟会使发动机动力下降，油耗增大，工作不稳。如图2所示。

图1　空燃比与尾气成分的关系

图2　点火正时与尾气成分的关系

1.3　发动机负荷对尾气成分的影响

发动机负荷可以用与节气门开度相关的进气管压力来表示，进气管压力越大，即进气管真空度越低，发动机负荷也就越大。发动机在小负荷及大负荷工况工作时，所供给的混合气均较浓，在这两种情况下CO排放量均比较高。最大功率时，节气门全开，供给较浓的混合气，因此CO的排放较高。接近全负荷工况时混合气加浓，此时HC排放量理应上升，但由于全负荷时，排气温度相应增大，这时排气后的结果对HC排放的消除作用加强了，从而限制了HC的排放。小负荷时进气管压力较低，混合气又比较浓，若进气管压力低于20kPa，这时还有可能发生火焰传播不完全，结果使HC排放明显升高。发动机负荷较小时，进气管压力较低， NOx排放浓度下降。

2　尾气成分异常对发动机的影响

2.1　CO的形成

CO是燃烧期间燃料不完全燃烧的产物之一，CO的生成量与混合气的空燃比关系密切。如果CO和02的排放值都很低，那么说明发动机效率很高。CO排放值高是混合气过浓的缘故，在发动机上会造成故障的原因有：喷油压力过高；喷入燃油量增加；曲轴箱受到污染； PCV阀堵塞；EVAP系统故障等。

2.2　HC的形成

汽油机在燃烧过程中，一些HC未燃烧便被排气系统排出。从排气管排出HC表明存在未燃烧的燃料。正常运转工况下，HC排放值一般低于250ppm。汽车排放的HC中有20%来自燃油蒸发控制系统。在着火期间，火焰将穿越整个燃烧室，当火焰前锋到达汽缸壁时，混合气中的燃油会冷却而使火焰前锋熄灭，导致部分HC未能燃烧便从排气管中排出。HC排放量增加的原因有：发动机缺火；燃油系统故障；点火过早；气缸压缩压值；真空泄露等。

2.3　O2的形成

发动机缺火会导致02排放值升高，这是因为在排气行程中未燃烧的混合气被排出燃烧室。此外，当 02排放值高于2.5%时，这意味着混合气开始变得太稀。在达到缺火之前，随着混合气的变稀，02排放值会成比例增加。达到缺火点时，02排放值会急剧增加，因此，02是混合气浓稀的一种很好标志。在四冲程发动机中，如果CO和02相等，并在0.2%～1.5%之间，证明发动机正常运转。另外，排气管中的02排放值不会受到催化转化的影响，使02排放值成为一个很有意义的读数。如果系统有二次空气喷射，02排放值可能会比较高，达到8%。二次空气喷射或排气系统出现泄露能稀释废气样本，使02排放值升高。

2.4　NOx的形成

NOx是可燃混合气中 N2分子和 02分子在温度高于 1 357.1时的产物，在装有完好催化转化器的汽车上，NOx的排放要低于500ppm。造成NOx排放过高的原因有：真空泄漏，混合气过稀；燃油供给系统故障，喷油器过赃，喷油器积污堵塞；发动机过热；EGR系统故障；燃烧室内积碳；点火过早；催化转化器有故障等。

2.5　CO2的形成

CO2是完全燃烧的产物之一，是燃烧效率高低的标志。燃烧后CO2的排放值应在 13%～15%之间，排放值越高，发动机的运转效率越高。按照理论上的理想燃烧化学方程式，CO2的排放值应为 15.5%。对于装有高效催化转化器的高效率发动机，CO2的排放值实际上接近于16%，因为催化剂将CO和HC转化成了CO2。缺火会使CO2的排放值下降，而02的排放值会上升。任何时候只要燃烧效率受到影响，比如空燃比或点火时间不当，都会使得CO2排放下降。二次空气喷射以及废气泄露都会使空气稀释废气，从而也会导致CO2排放值降低，同时伴随02排放值增加。

3　尾气分析仪在检测中的应用

SV-5Q型汽车五尾气检测仪，可双怠速，多组份测量，每半小时自动提示调零。在-5℃至40℃范围，采用不分光红外吸收原理，通过微电脑分析测量汽车尾气中的HC、CO、CO2的浓度；采用电化学原理测量尾气中的NOx、02浓度，并可根据测得的CO、CO2、HC和02的浓度计算出过量空气系数λ。这将大大提高汽车故障检测诊断的准确性，简化维修工序，加快检修速度。

4　故障检测案例

一辆2013年1月生产的广汽丰田凯美瑞轿车，发动机型号2AZ-FE，行驶里程5.6万km，起动发动机，发现加速无力，怠速不稳。

（1）五尾气分析仪检测结果如表1：

表1　

（2）检测结果分析：HC含量比较高，02含量高于2.5，CO含量较低，CO2含量也较高，说明可燃混合气燃烧充分，判断点火系统没有问题；但是λ值较高，说明发动机工作时可燃混合气偏稀，因此，可以从进气系统以及燃油供给系统来检查故障。

（3）故障检修：检查空气流量计和进气温度传感器无异常，检测点火正时，没有异常；检查火花塞和EVAP系统没有故障，检查进气岐管真空度，真空度偏低，然后对真空管进行检查，发现有两根真空管在喷油器处有漏气现象，取下喷油器发现密封圈有老化现象，更换新的密封圈，起动发动机，进行试车，恢复正常，故障排除后再次对尾气进行检测，结果如表2：

表2　

[1] 戈国鹏,赵龙等.汽车故障诊断技术（新编版）.[M].人民交通出版社,2011,(4）.

[2] 蒋鸣雷.汽车故障诊断技术发展趋势[J].中国新技术新产品,2013,（9）:102.