汽车排放超标的原因分析与修复 (中)

文/广东 王囤

(接上期)

2.HC排放量过大

(1)HC排放量过大的原因

①点火系统缺火，可能是有缺陷的火花塞、高压线、点火线圈及分电器盖或分火头等引起的。需要注意的是，如果发动机长期缺火，氧传感器会持续输出低电压信号，使ECU误认为混合汽太稀而不断对系统进行加浓，从而引起CO和HC排放双重超标。

②点火提前角调整不当，可能是由点火时间太早引起的，应适当推迟点火时间。

③混合汽过稀、过浓，或混合汽严重不均匀，检测方法：检查所有可能引起混合汽过稀或过浓的因素(包括电控系统)，检查喷油器喷雾情况、各缸喷油的均匀性及喷油器滴漏情况。

④汽缸压力偏低，检测方法：检查所有可能引起汽缸压力偏低的因素，如汽缸垫漏气、气门密封不严、活塞和汽缸壁的间隙过大以及活塞环的磨损等。

⑤残余废气过多，检测方法：检查排气系统是否阻塞、配气正时是否正确。

⑥机油进入汽缸，检测方法：检查曲轴箱通风系统是否阻塞，活塞环选择是否错误、活塞环是否装反等。

⑦催化转化器有故障，将导致排气中的HC没有经过转化就直接排到大气。检测方法：检查、检测或更换催化转化器。

⑧ECU故障，一般情况下ECU不容易损坏，但有时候也要结合其他故障现象对ECU做进一步的诊断。

(2)建议检修程序

①用故障诊断仪读取故障码，根据故障码，进行针对性维修。

②用故障诊断仪读取数据流，相关数据包括：空气流量或进气压力、水温、气温、节气门位置、主氧传感器、副氧传感器、喷油脉宽、点火时刻、混合汽浓度等，进行针对性维修。

③用故障诊断仪进行执行元件测试，包括点火器、喷油器、怠速阀、蒸汽回收阀、油泵继电器等，进行针对性维修(有些项目可能多余，但不会花费太多时间，却可以发现潜在故障)。

④检查是否存在缺火情况及点火正时是否正确，进行有针对性维修。特别注意的是，在对点火系统进行检查时，应首选示波器、发动机综合分析仪或其他专用仪器，或外接火花塞测试(预先拔下相应汽缸喷油器插头，以避免未燃气体进入排气管而烧坏三元催化装置)，严禁使用“吊火法”。

⑤检查曲轴箱通风(PCV)系统是否阻塞，进行有针对性维修。

⑥检查燃油蒸汽回收系统是否不能关闭，进行有针对性维修。

⑦测量油压，进行有针对性维修(包括清洁燃油系统，如油路、滤清器、喷油器、调压器及其真空管等)，用喷油器清洗检测试验台、检测喷油器(含各缸均匀性、滴漏等情况)。

⑧清洁进排气系统，检修催化转化器。

⑨测量缸压，进行有针对性维修。

⑩检查配气正时，进行有针对性维修。

3.NOX排放量过大

(1)NOX排放量过大的原因

①EGR系统工作不正常，应注意EGR主要工作于发动机中等负荷工况，而在怠速、大负荷时，一般不工作。

②发动机工作时发生爆震现象，主要是由点火提前角太大、使用的汽油标号过低、爆震传感器扭紧力矩不够(传感器不够灵敏，检测不到爆震信号)或爆震传感器线路接触不良等引起的。

③压缩比过高(燃烧室积炭过多)。

④发动机水温过高，主要是由冷却系统故障、排气系统阻塞等引起的。

⑤催化转化器失效，主要是由NOX没有经过转化就排入大气引起的。

⑥混合汽偏浓，喷油量偏大，主要是由油压过高、喷油器滴漏、相关传感器信号漂移等引起的。

⑦涡轮增压器不良，主要是增压压力过大引起的。

(2)建议检修程序

①询问所用汽油牌号，确保汽油牌号不至于过低。

②用故障诊断仪读取故障码，根据故障码，进行有针对性维修。

③用故障诊断仪读取数据流，相关数据包括：空气流量或进气压力、水温、气温、节气门位置、主氧传感器、副氧传感器、喷油脉宽、点火时刻、混合汽浓度等，要特别注意空气流量或进气压力、水温、气温、节气门位置、主氧传感器等相关传感器的信号漂移情况，进行有针对性维修。

④用故障诊断仪进行执行元件测试，包括点火器、喷油器、怠速阀、蒸汽回收阀、油泵继电器等，进行有针对性维修。

⑤检查EGR系统，进行有针对性维修。

⑥检查爆震传感器的扭紧力矩，进行有针对性维修。

⑦检查发动机水温，进行有针对性维修(包括清洁排气系统)。

⑧检查点火提前角，进行有针对性维修。

⑨检查燃油压力调节器(包括其真空管)，测量油压，进行有针对性维修。检查喷油器滴漏情况(可以在测量油压的过程中判断，也可以用喷油器清洗检测实验台进行检测)。

⑩测量汽缸压力，如果压力高于标准值，则清除燃烧室积炭。

4.HC和NOX同时排放量过大

(1)主要考虑混合汽过浓、缺火、催化转化器失效、EGR系统失效及温度过高等。

(2)建议检修程序

①用故障诊断仪读取故障码，根据故障码，进行有针对性维修。

②用故障诊断仪读取数据流，相关数据包括：空气流量或进气压力、水温、气温、节气门位置、主氧传感器、副氧传感器、喷油脉宽、点火时刻、混合汽浓度等，进行有针对性维修。

③用故障诊断仪进行执行元件测试，包括点火器、喷油器、怠速阀、蒸汽回收阀、油泵继电器等，进行有针对性维修。

④检查是否存在缺火情况，进行有针对性维修。

⑤询问所用汽油牌号。

⑥检查EGR系统，进行有针对性维修。

⑦检查爆震传感器的扭紧力矩，进行有针对性维修。

⑧检查曲轴箱通风(PCV)系统，进行有针对性维修。

⑨检查发动机水温，进行有针对性维修。

⑩检查点火提前角，进行有针对性维修。

(五)三元催化装置故障诊断

1.三元催化装置的工作原理

三元催化装置是控制一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOX)最可靠的技术方法之一，其基本原理是：利用某些金属(如铂、铑、钯)的催化剂特性，将有害的CO、HC、NOX气体进行氧化、还原反应，使它们在排入大气之前转化成CO2、H2O、N2等无害物质，过程如下：

氧化反应：2CO+O2→2CO2

4HC+5O2→4CO2+2H2O

还原反应：2NO+2CO→2CO2+N2

10NO+4HC→ 5N2+4CO2+2H2O

2.三元催化装置的工作特点

(1)三元催化装置正常工作温度范围为300℃～850℃，最佳工作温度范围为400℃～600℃。对于点燃式发动机而言，除启动初期排气温度较低外，其他工况下排气温度均在300℃～850℃范围内，且在常用工况范围内，排气温度也是正好处于400℃～600℃范围。

(2)在空燃比AF=14.7±0.3范围内(即混合汽浓度在理论值附近)，上述氧化、还原反应效果即三种有害气体的转化效果都达到最好。AF值超过14.7，即混合汽变稀后，CO、HC转化效率变化不大，但NOX的转化效率却急剧下降(见图5)。正因如此，发动机ECU需要利用氧传感器信号对混合汽浓度进行精确的闭环控制，以达到满意的排放控制效果。

3.三元催化装置的结构

三元催化装置安装在汽车底部排气管上，位于前排气管和中排气管之间(见图6)，其结构包括金属壳体、蜂窝陶瓷载体、活性物质(铂、铑、钯等催化剂)和隔温层。其中蜂窝陶瓷载体作为活性物质的附着结构，是由许多薄壁、平行的小通道构成的一个整体(见图7)。

4.三元催化装置的故障及其原因

三元催化装置的主要故障是氧化、还原作用失效，主要原因有：受外力冲击造成的机械损坏；过热或热老化而造成的失效；铅中毒，主要表现为载体表面形成沉积铅，使催化剂失去活性；慢性中毒，主要表现为硫、锌、磷、碳在载体表面沉积，使催化剂逐渐失去活性。

特别要注意的是，进行断缸检查时，不要拨下高压线，否则未燃混合汽进入三元催化装置后会发生剧烈燃烧，会严重损坏三元催化装置。

5.三元催化装置故障判断方法

(1)首先确定三元催化装置载体是否破碎。观察三元催化装置有无明显磕碰，出现明显凹坑时，会造成载体碎裂，可以拍打三元催化装置，若声音异常，说明已经因外力冲击而损坏。在发动机工作时，观察排气中是否有碎末、三元催化装置和消声器是否有异常声音。

(2)常温下三元催化装置不具备催化转化能力，必须加热到一定温度后才可以，经催化转化后的气体温度会上升。用红外线测温仪测三元催化装置两端的温度，出口温度应高出进口温度10℃左右，否则，可以判定三元催化装置老化、失效、催化转化效率下降。

(3)一般情况下，原车配带的三元催化装置质量较好，可正常使用8～10万km左右。若车辆行驶5～8万km以下，CO、HC和NOX排放量(或某一项)高出标准限值，而车辆又不存在其他方面的故障，则说明三元催化装置已经老化。

(4)若用工况法检测，CO、HC排放较低，而NOX超标，说明该催化装置不是三元催化装置，而是二元催化装置，其中只有氧化反应，没有还原反应。

(5)燃料中含有的杂质、燃烧后产生的胶质物以及铅、硫氧化物等物质的沉积，会造成三元催化装置孔隙的堵塞，此时排气背压会明显增高。如果发动机油耗明显增加、功率明显下降、启动变得困难，应检查三元催化装置是否堵塞。

(6)对于带有第二代车载诊断系统(OBD-II)的车辆，当三元催化装置转化效率降低时，会点亮故障指示灯进行提示，可根据故障码内容进行有针对性维修。

6.三元催化装置过热故障原因分析

所谓三元催化装置过热是指三元催化装置内部温度超过850℃，使载体和涂层以及上面的催化剂(铂、锗、钯等贵金属)因高温而烧损或脱落，造成化学反应无法正常进行而失效。

正常工况时，进入三元催化装置的排气温度一般在300℃～850℃范围内，但当由于某种原因造成发动机缺火(如个别汽缸点火失效)、点火过迟、混合汽过浓，或长期在大负荷工况下工作，会导致燃料在燃烧室内燃烧不完全，随废气进入三元催化装置后进一步燃烧，从而造成三元催化装置内部温度过高。

造成发动机缺火和混合汽过浓的主要原因有：

(1)喷油器故障，如密封不严、滴油、通道堵塞、表面积炭、损坏等。

(2)点火故障，如火花塞不跳火、电极间隙过大或过小、点火能量不足、表面积炭过多、高压线接触不良、高压线脱落、点火过迟等。

(3)传感器故障，将造成ECU不能正常调整喷油量，致使发动机以应急状态工作。

(4)供油系故障，如燃油箱油面过低、汽油泵有故障、汽油滤清器堵塞、油管堵塞、燃油压力调节器故障等。

(5)冷启动故障，如冷启动时供油过多。(6)长期在大负荷工况下超载工作，使混合汽长期过浓。

7.驾驶带有三元催化装置汽车的注意事项

(1)一定要使用无铅汽油，以防氧传感器及三元催化装置铅中毒。

(2)避免超载运行。

(3)使用空调时，应适当减载，防止发动机长期大负荷工作。

(4)发动机启动困难或运转不平稳，一定要查出故障后排除，不要强行运行。

(5)按规定到有资质的企业做定期维护。

(六)排放超标检修方案的制定与案例分析

1.检修方案的制定

检修之前，查阅车辆排放检测报告，仔细对相关检测数据进行分析，重点对照合格项、不合格项与标准值的差距，并横向分析各项数据之间的关系，从而初步判断问题的性质(如属于混合汽过稀或过浓、雾化不良或点火不良等)，再由问题的性质确定检修路线，这样才可以提高检修效率，避免走弯路，同时还可以提高复检的通过率。

如“CO”超出标准很多，而“HC+NOX”却基本合格。“CO”超出标准很多，说明燃料是在极度缺氧的情况下进行燃烧；“HC+NOX”基本合格，说明火焰没有发生熄灭现象(因HC排放少)，而且燃烧室温度也不是很高(因NOX排放少)。

这种情况说明，混合汽浓度较大，且燃料与空气混合比较均匀(否则会发生火焰熄灭现象，造成HC排放增多)，点火系统没有发生断火现象(否则HC排放会大大增大)，因此，不存在喷油器雾化不良、点火不良现象，而应该从混合汽过浓的角度来制定检查与维修方案，如喷油压力是否过高、进气是否不畅、进气系统是否漏气(D型电喷发动机)等。此时去检修点火系统、清洗喷油器不会产生明显的效果，是没有必要的，属于做无用功。以上逻辑分析过程如图8所示。

2.实际检测与检修案例

车型：桑塔纳，燃料：LPG(液化石油气)/汽油，车辆登记日期：2007年4月，具体数据见表1。

表1 桑塔纳排放检测数据表

数据分析：CO严重超标，说明加载时混合汽非常浓，HC超标也是由于混合汽过浓所引起的连锁反应。怠速时，混合汽过稀，引起火焰不稳定，造成怠速HC超标。

方案：适当调低LPG主压力，增加怠速燃料量。(未完待续)