浅谈利用汽车废气分析发动机的故障

钟建国

摘要：汽车尾气排放的物体，主要是一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOX）、二氧化碳（CO2）、氧气（O2）等。通过用废气分析仪检测到的数据与正常值进行对比，在不同工况下对尾气进行分析，可以初步判断发动机的故障，有利于一些无法读取故障码的故障排除。利用废气分析是汽车检测与诊断的重要指标。

关键词：发动机故障；废气分析；故障诊断

中图分类号：U464 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）16-0084-02

一、引言

汽车是人类发展的必然产物，随着汽车工业的发展和汽车保有量的急剧增加，汽车排放的污染物是严重的社会问题，影响着人类的生活和健康。检测并控制汽车排气污染物，已成为汽车检测中重要的检测项目。检测人员通过用尾气分析仪来检测汽车尾气CO、HC、NOX、CO2、O2等浓度，判断是否符合环保要求[1]。

汽车发动机的有些故障不能通过诊断仪器检测出来，但是可以通过尾气找出故障所在。通过尾气分析仪可以得到不同工况下的尾气浓度，可以通过这些数据来检测和诊断发动机的技术状况，从而找出发动机的基本故障点。

二、利用汽车废气排放值分析发动机故障

汽车尾气排放一般采用双怠速测量法测量、怠速工况测量和高怠速工况测量，高怠速工况转速是0.5倍发动机额定转速，正常发动机尾气排放标准值见表1。

1.尾气中CO含量异常分析。汽车CO的产生是混合气不完全燃烧导致的，发动机混合气过浓或者燃烧的质量不佳，容易生成CO，按照标准汽车尾气中的CO含量不超过0.1%。导致混合气太浓的主要故障有燃油压力过高、喷油嘴漏油、空气滤清器堵塞、点火提前角过大等。我们可以用燃油压力表检查燃油的压力，用喷油器检测仪检查喷油器的漏油情况和喷油量，更换空气滤清器、调整点火提前角等措施来解决发动机故障所引起的CO含量异常。

2.尾气中CO2含量异常分析。汽车CO2是可燃混合气燃烧的正常产物，其含量的高低反映混合气燃烧效率。当发动机混合气出现过浓或者过稀时，CO2的浓度都将降低，一般不在13%～16%范围里面。所以通过这个基本理论可知，导致CO2含量降低的原因有EGR阀泄漏，燃油压力过高或者过低，喷油器的堵塞、滤清器的堵塞、燃油滤清器的堵塞、真空泄漏等。通过对这些故障点的排查，基本可以找出引起CO2含量降低的发动机故障。

3.尾气中氮氧化合物含量异常分析。汽车NOX的产生是发动机工作过程中空气中N2燃烧所得，混合气燃烧越充分，所产生的NOX越多。燃烧废气的温度越高，燃烧后燃烧室内过剩的氧气，高温度持续的时间越长，氮氧化合物的生成就越多。所以尾气中氮氧化合物的含量主要和三元催化器及点火时间有关，催化器失效或者点火越提前，氮氧化合物的含量就越高。

4.尾气中HC化合物含量异常分析。汽油机在任何工况条件下运转，或多或少有HC化合物的存在。HC化合物是混合气不完全燃烧的产物，当氧气充足时HC化合物的含量就低于标准值，而当氧气不足，HC化合物的含量远远大于标准值，对大气污染很严重。发动机正常工作时HC化合物数值应不超过50ppm（50×10-6）。造成混合气过浓的故障很多，主要是燃料供给系统和空气供给系统相关部件的故障，还有点火系统的点火正时不正确、配气相位不准、气门和火花塞积炭严重等都是造成HC含量偏高的原因。

5.尾气中O2含量异常分析。理论混合气可以用过量空气系数和空燃比来表示，当过量空气系数为1或者空燃比为14.7的混合气是理论混合气。当混合气是理论混合气时，发动机的动力性、经济性和排放都会较好。空燃比和过量空气系数的大小对汽车发动机中O2的排放量会产生影响，一般正常发动机O2含量在1%～2%之间，通过测量尾气中氧气含量可以判断过量空气系数和空燃比，也可以判断发动机的基本工作状况[2]。

当汽车尾气中O2的含量大于2.0%时，说明过量空气系数和空燃比太大，混合气过稀，易于导致点火困难，发动机缺火。造成这种现象的原因有很多，如燃油滤清器堵塞、燃油压力过低、喷油器堵塞、喷油器线束损坏、真空管路泄漏、EGR阀泄漏等都可能导致混合气过稀。可以通过对各个环节的检测与排查找到发动机的故障点。

当汽车尾气中O2的含量小于1.0%时，说明过量空气系数和空燃比太小，混合气太浓，以致燃油与空气混合比失调，实际空燃比远远小于理论空燃比，发动机燃烧时严重缺氧，燃烧不充分。造成这种现象的原因有很多，如节气门积炭严重，空气滤清器堵塞，喷油器漏油导致的喷油量过多，氧传感器反馈信号不正常导致发动机ECU大量喷油，燃油压力调节器不正常导致燃油压力过高，发动机控制单元ECU故障使得燃油控制量不准等[3]。

三、检测结果总结分析

在汽油发动机尾气分析中，一般是对CO、HC、CO2、O2四种成分进行分析。根据尾气成分形成机理，尾气测量值与发动机系统故障判断分析通则如表2，其读数具有以下规律[4]。

1.HC和O2的读数高，是燃油不尽和过稀的混合气失火而引起的。

2.CO和HC读数高，CO2和O2读数低，表明发动机工作混合气浓。如果燃烧室中有足够的氧气保证正常燃烧，通常情况下，燃烧越完全，CO2读数就越高，其最大值应该为14.8%～16%，此时CO的读数接近或等于零。

3.O2的读数是最有用的诊断数据之一，O2的读数和其他三个读数一起，能帮助找出诊断问题的难点。通常，装有三元催化器的汽车O2的读数应该是1%～2%，说明发动机燃烧好，如果偏离了这个数值，发动机就会有故障产生。

4.利用功率平衡试验和尾气分析仪的读数，可以指出每个缸的工作状况。

5.如果每个缸CO和CO2的读数都下降，HC和O2读数都上升，且上升和下降的量都一样，则证明每个缸都工作正常；如果只有一个缸的变化很小，而其他缸都一样，则表明这个缸点火和燃烧不正常。

6.当发动机中有一个缸不工作时，尾气含量将上升到4.759%～7.259%，若有两个缸不工作时，则会上升到9.5%～12.5%.

四、结语

通过上述的分析，我们可以通过汽车尾气分析仪检测出尾气中各成分的含量，通过对比可以初步分析出发动机的工作状况和性能，并且可以通过数据的分析，初步找到大致故障点的位置，对这些怀疑的部件进行检测与维修就可以解决发动机的故障了。现代汽车运用尾气分析仪作为诊断设备是越来越普遍了，因为现在有的发动机故障通过诊断仪器是无法判断的，所以利用废气分析发动机的故障在汽车维修与检测中运用在逐步的加强。

参考文献：

[1]娄云，杨洪庆.汽车检测与诊断技术[M].北京大学出版社，2010：274-275.

[2]谈黎虹.汽车发动机构造与检修[M].杭州：浙江大学出版社，2011：143-144.

[3]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.

[4]谢剑.汽车检测与诊断技术[M].长沙：国防科技大学出版社，2011：196-197.endprint