基于尾气分析的发动机故障诊断

徐 斌

(涪陵区机动车安全技术检测站，重庆 涪陵 408000)

科学分析发现，汽车排放的尾气中含有上千种化学物质.燃料在汽车发动机中燃烧不完全的主要产物是CO、CO2和H2O，汽车尾气中的有害物质主要为碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOx).发动机尾气成分直接反映发动机的工作状况，HC、CO、CO2、O2和空燃比(APF)是尾气分析的主要参数.发动机系统有故障的情况下，尾气中的上述化学物质将表现异常[1-3].因此，检测汽车发动机在不同工作状态下的尾气成分，就能对发动机故障进行初步判断，从而实现对汽车的快速排障.

1 发动机警尾气成分的空燃比效应

HC是不完全燃烧条件下碳氢化合物裂解的化学产物；CO是发动机尾气成分中有害物质浓度最高化学产物，主要由可燃混合气的不完全燃烧产生；混合气完全燃烧的终产物是CO2，CO2含量反映可燃混合气的燃烧效率；O2是体现混合气燃烧效率的良好指标，它是发动机吸入的未燃烧的空气成分.随着空燃比的增加,CO的排放浓度逐渐下降，HC和CO2的排放浓度分别呈高-低-高和低-高-低变化趋势.当空燃比小于临界值，HC、CO在不完全燃烧条件的含量增加.HC和CO含量随空燃比增大而降低，CO2浓度增高.当因燃料成分含量过低而混合气稀少时，燃烧方式无法正常进行，发动机熄火，燃料燃烧不完全，大量HC产生.

2 发动机技术状况对汽车尾气成分的影响

发动机有多而复杂的技术构件，其工作效率是各技术构件协同作用的体现，发动机技术状况直接影响尾气成分组成及其含量.实验研究表明，CO、NOx、 HC产生及含量除与催化转化器的转化效率相关外，发动机气缸密封性以及喷油压力、时间和雾化质量均对尾气成分中的HC、CO有直接和(或)间接效应，在实践中通常涉及空气流量计信号、进气压力传感器信号、电路信号、进气真空度、气缸压力、空燃比(APF)的检测项目.尾气成分中的HC含量也与电容器等点火能量因子以及断电器等点火正时因子相关，涉及点火波形、漏电试验和导通试验等检测项目.据此，基于尾气成分分析，可检测到排气系统、EGR阀、二次空气喷射系统、点火系统提前角、喷油器、进气歧管、空气泵、气缸盖衬垫等故障.

表1 发动机尾气含量与其系统故障的对应关系

注：--、-、-+、+、++和+++分别表示成分含量很低、低、变化、高和很高.

3 尾气浓度与系统故障的关系

如上所述，发动机的工作状态对尾气成分的生成及含量有直接和间接效应，发动机各技术构件的相应故障将反映出尾气的组成及其含量异常.检测与分析发动机尾气中不同化学成分的含量，可为发动机故障判断提供依据.根据实践经验，结合有关资料的分析[4-6]，把尾气含量与各系统故障的关系列于表1.

4 汽车尾气成分异常的原因

混合气空燃比(APF)主要影响尾气中O2成分的含量，O2含量是最有效的发动机故障诊断资料.可燃混合气正常燃烧时，由于仅有少量未燃O2排出，一般尾气中的O2浓度低.如前所述，若因发动机系统故障而导致混合气浓度异常，则出现O2读数偏离正常值.碳氢化合物(HC)反映燃油燃烧程度.在通常情况下，高浓度HC主要由混合气浓度不宜、气缸封闭性差、点火正时不准、点火能量不足、油压不稳、混合气泄漏、催化转换器异常、喷油嘴漏油、温度传感器性能不良等因素造成.二氧化碳(CO2)作为混合气燃烧反应的终产物，其含量直接体现可燃混合气的燃烧效率，尾气中CO2浓度与混合气燃烧程度正相关，在混合气充分燃烧条件下CO2含量达最大值.喷油嘴、燃油油压、燃油滤芯和EGR阀是影响混合气浓度的主要因子，而混合气浓度的高低又影响到CO2的含量.混合气燃烧充分则一氧化碳(CO)含量低，喷油嘴漏油、燃油压力大、空气滤清器阻塞往往产生空气供给系统和燃油供给系统故障，导致燃油供给和空气供给失调，产生高浓度CO.

5 基于尾气成分的故障排查

汽车发动机故障带来尾气成分异常[7-9].基于上述分析，若出现尾气中的CO偏低、O2偏高现象，则可能是控制系统故障、燃油压力低、真空泄漏、喷油器堵塞、二次空气喷射控制系统有故障、EGR阀泄漏、排气系统密封性差等原因造成的混合气过稀.相反，若出现尾气中的CO偏高、O2偏低现象，其可能原因是混合气过浓，应主要检查发动机控制模块、喷油器、燃油压力调节器、曲轴箱通风系统以及与燃油喷射系统有关的传感器等技术构件.在实践中，尾气分析仪读数，可对发动机各个缸的工作均匀性作出判断，若CO2和CO的读数同时下降，而O2和HC的读数同时升高，且升降幅度相同，则说明发动机各缸工作正常.

实际操作中还需注意：就一些装有催化转化器的机动车而言，CO和HC含量因催化剂的作用而降低，从而影响发动机的故障排查.此时，需采集未经催化转化器转换的尾气成分，或者关闭空气泵和二次空气喷射系统，使尾气成分的读取不受催化转化器的影响.此外，读取测量数据前，发动机不宜长时间怠速运转，待发动机升温后读取数据.

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