汽车数据流分析法（四）

宁波技师学院 高 吉

10 尾气分析在发动机故障诊断中的应用

尾气分析是发动机故障诊断中较为复杂的一种诊断方式，通过分析尾气可以了解发动机进气系统、燃烧室、排气系统及废气再循环系统等的工作情况。用尾气分析仪对尾气成分的测试一般包括一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、二氧化碳（CO2）和氧气（O2）。空燃比越接近理论空燃比（14.7∶1），燃烧就越充分，尾气中CO、HC和O2的含量就越低，CO2的含量就越高（一般最大值为13.5%～14.8%）；可燃混合气过浓或过稀都会导致发动机燃烧不良，同时产生大量的有害气体。

10.1 汽车尾气产生机理

发动机既是动力发生源，也是能量转换器，能把燃料中的化学能转变成热能，再由热能转化为机械能。在化学能转变成热能的能量转换过程中，燃烧需要用一定量的空气作为氧化剂。在尾气中除了2种最终氧化物（CO2和H2O）以外，还有CO、HC及燃烧时高温产生的NOx等有害气体。

10.2 尾气测试中一氧化碳（CO）含量的分析

一般情况下，进入闭环控制后，氧传感器和三元催化转化器正常时，CO的体积分数为0.5%～1%；采用二次空气喷射系统的CO的体积分数为0%～0.3%。CO含量的高低与燃烧室温度、O2有关。汽油中的碳和氢与空气中的氧组成的可燃混合气在燃烧室燃烧时，其主要产物是CO2和H2O，CO是燃烧的副产品。在O2不足的情况下，可燃混合气不完全燃烧，产生的尾气中含有大量CO。CO是尾气排放中有害成分浓度最大的污染物。CO和血红蛋白有很强的亲合力，它的亲合力比氧强几十倍，亲合后生成碳氧血红蛋白，从而消弱血液向各组织输送氧的功能，造成感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，重者危害血液循环系统，导致生命危险。在保证燃烧的前提下，可燃混合气越稀，尾气中CO的含量就越低。

CO2是可燃混合气燃烧的产物，CO2的含量越高，表明CO的转化率越好，可燃混合气越接近理论空燃比，可燃混合气在燃烧室和三元催化转化器内转化的效果越好。但CO是借助O2转化为CO2，CO2含量越高，O2的含量就越低。如果O2和CO2含量都高，就可能是氧传感器前端的排气系统发生泄漏或二次空气喷射系统的电磁阀密封不良。

如果浓度超过理论空燃比，即使是可燃混合气稍微有些浓，尾气中CO含量也会明显增加。导致可燃混合气过浓的原因主要有以下8个方面。

（1）冷却液温度传感器或进气温度传感器的计量温度低。发动机冷却液温度传感器在各种温度下的电阻都大于标准值，是由于控制单元误认为发动机处于低温状态，热机后仍进行暖机控制，使可燃混合气过浓。常用的检测方法有以下2种。

1）在厂家规定的不同温度下检测传感器的电阻，查看电阻是否与厂家规定相符。

2）读取数据流与红外线测温仪实际测量相结合，如果数据流和实测的发动机冷却液温度不符，说明冷却液温度传感器信号失准。

进气温度传感器进入失效保护后，一般控制单元会按照进气温度为19.8 ℃进行控制，热天就会导致可燃混合气过浓，造成行驶中发动机熄火，且熄火后无法重新起动。

（2）空气流量传感器或进气歧管压力传感器信号偏高。空气流量传感器信号偏高，实际进气量少于空气流量传感器检测到的进气量，会造成可燃混合气偏浓，发动机CO和HC的排放超标。对于使用进气歧管压力传感器的进气系统，如果发生泄漏，会造成混合气过浓、氧传感器输出电压过高。另外，进气歧管压力传感器的真空软管被积炭堵塞，造成真空度低，控制单元会误认为进气量较大，为此加大喷油脉宽，供给浓的可燃混合气，导致氧传感器输出电压信号过高，同时自诊断系统可能存储与可燃混合气空燃比、氧传感器等相关的故障代码。

（3）燃油系统压力过高。可燃混合气的浓度是由喷油脉宽和燃油压力两部分控制的，所以燃油压力过高会造成可燃混合气过浓。燃油压力调节器真空软管堵塞，在怠速和中小负荷时燃油压力调节器无法感受到进气系统的真空吸力，燃油压力调节器没有回油，导致燃油压力过高；大负荷时燃油压力调节器原本就没有回油，所以大负荷时燃油压力正常。

（4）喷油器滴油。喷油器滴油属于额外供油，不仅增大可燃混合气浓度，而且雾化不好，所以容易引起排气管冒黑烟。进行喷油器喷油试验时，30 s内各喷油器滴油不得超过1滴，否则必须清洗或更换喷油器。

（5）氧传感器信号电压偏低。氧传感器的加热器损坏或氧传感器对搭铁短路导致氧传感器输出的信号电压过低时，控制单元会误认为可燃混合气过稀，从而加大喷油脉宽，导致可燃混合气过浓。另外，氧传感器上游的排气管发生泄漏，会使大量新鲜空气进入排气管，导致氧传感器输出信号电压持续偏低，控制单元逐步将喷油脉宽调到最大，造成可燃混合气过浓。氧传感器出现故障时，有的车型对氧传感器比较敏感，会点亮发动机故障灯，并存储与氧传感器相关的故障代码，但有些车型却会存储与空气流量传感器相关的故障代码，还有的车型对氧传感器不敏感，不会点亮发动机故障灯，也不会存储故障代码。在熄火状态下断开氧传感器导线连接器，然后重新起动发动机，如果热车后排气管不再冒黑烟，表明可燃混合气过浓是因为氧传感器有故障。

（6）在进气系统方面，空气滤清器堵塞会使充气系数降低，导致可燃混合气过浓。

（7）曲轴箱强制通风装置堵塞在一定程度上也会使可燃混合气变浓。

（8）燃油箱加注燃油过多，导致部分燃油进入活性炭罐内，急加速时活性炭罐电磁阀开启，可燃混合气本身就较浓，再加上炭罐内的部分燃油未经喷油器就直接进入燃烧室，导致急加速时排气管冒黑烟，严重时急加速熄火。另外，活性炭罐通风口堵塞也会导致混合气过浓。