畢業(yè)論文_尾氣分析在汽車發(fā)動機(jī)故障診斷中的應(yīng)用

1、目 錄 摘要2 第一章 緒 論3 1.1 尾氣分析的基本概念31.2 尾氣分析在汽車發(fā)動機(jī)故障診斷中應(yīng)用的背景3第二章 尾氣分析概述32.1 尾氣的主要成分及尾氣分析參數(shù)32.2 汽車尾氣排放物的影響因素 42.2.1 空燃比對尾氣成分的影響42.2.2 點火正時對尾氣成分的影響42.2.3 發(fā)動機(jī)負(fù)荷對尾氣成分的影響5第三章尾氣與發(fā)動機(jī)故障之間的關(guān)系63.1 發(fā)動機(jī)不同工況下發(fā)動機(jī)尾氣排放濃度值63.2 發(fā)動機(jī)各部分技術(shù)狀況與尾氣成分間的關(guān)系63.3 尾氣分析的基本結(jié)論7第四章 尾氣分析在發(fā)動機(jī)故障診斷中應(yīng)用的實例分析84.1實例1 84.2 實例284.3 實例394.4 實例49結(jié)束語1

2、0參考文獻(xiàn)11 摘 要論文題目： 尾氣分析在汽車發(fā)動機(jī)故障診斷中的應(yīng)用汽車尾氣成分與發(fā)動機(jī)的工況有著密切聯(lián)系，所以通過汽車尾氣的檢測可初步分析發(fā)動機(jī)的工作狀況、性能好壞。更為重要的是，當(dāng)發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，尾氣中某種成分必然偏離正常值，通過檢測發(fā)動機(jī)不同工況下尾氣中不同氣體成分的含量，可判斷發(fā)動機(jī)故障所在的部位。在多種排放成分中HC是未燃燃料、可燃混合氣不完全燃燒或裂解的碳?xì)浠衔锛吧倭康难趸磻?yīng)的中間產(chǎn)物。CO主要來自在空氣不足的情況下可燃混合氣的不完全燃燒，是汽油機(jī)尾氣中有害成分濃度最大的物質(zhì)。CO2是可燃混合氣燃燒的產(chǎn)物，它能夠反映出燃燒的效率。尾氣分析法就是通過對汽車尾氣中的CO，

3、HC，CO2和O2等排放成分作為主要分析參數(shù)來對發(fā)動機(jī)故障進(jìn)行診斷的一種方法。關(guān)鍵詞： 尾氣 分析 故障 診斷 第一章 緒 論 1.1 尾氣分析的基本概念尾氣分析是在發(fā)動機(jī)不同工作狀況下，通過檢測廢氣中不同成分氣體的含量來判斷發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)故障的方法。其目的是對發(fā)動機(jī)的燃燒狀況進(jìn)行綜合評價。1.2 尾氣分析在汽車發(fā)動機(jī)故障診斷中應(yīng)用的背景在汽車發(fā)展的早期，人們主要是通過有經(jīng)驗的維修人員發(fā)現(xiàn)汽車的故障并作有針對性的修理。即過去人們常講的“望” 眼看)、“聞” (耳聽)、“切”(手摸)方式。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是隨著計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，汽車檢測技術(shù)也飛速發(fā)展。基于這幾年對本地區(qū)汽車維修企業(yè)和維

4、修人員的調(diào)查,目前人們已能依靠各種先進(jìn)的儀器設(shè)備，如汽車故障診斷儀、示波器、紅外線測溫儀等設(shè)備對汽車進(jìn)行不解體檢測，而且安全、迅速、準(zhǔn)確。但是將汽車尾氣分析應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)故障診斷中上還是很少，尾氣分析大都還是環(huán)保部門做檢查環(huán)保，對修理廠修車用的不是很多。然而這種方法的運用是對車的動力、經(jīng)濟(jì)和排放整體的一個綜合檢測，對它的檢測結(jié)果分析可知汽車總體性能和技術(shù)狀況。尾氣分析不僅是檢查排放污染物治理效果的唯一途徑，而且還是對發(fā)動機(jī)工作狀況及性能判定的重要手段。 第二章 尾氣分析概述2.1 尾氣的主要成分及尾氣分析參數(shù) 根據(jù)燃燒理論，進(jìn)入汽車燃燒室的成分是空氣和燃油，汽車發(fā)動機(jī)可燃混合氣在燃燒過程中產(chǎn)

5、生汽車排放尾氣中含有一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔?NOx)、二氧化硫、鋁、碳微粒和其他雜質(zhì)粉塵等，這些物質(zhì)對人類和整個生態(tài)環(huán)境危害極大，另外含有CO2、H20、O2等氣體。由于尾氣成分與發(fā)動機(jī)的工況有最直接的聯(lián)系，所以通過汽車尾氣的檢測可初步分析發(fā)動機(jī)的工作狀況、性能好壞，可以檢查包括燃燒情況、點火能量、進(jìn)氣效果、供油情況、機(jī)械情況等諸多方面。更為重要的是，當(dāng)發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，尾氣中某種成分必然偏離正常值，通過檢測發(fā)動機(jī)不同工況下尾氣中不同氣體成分的含量，可判斷發(fā)動機(jī)故障所在的部位。尾氣分析主要內(nèi)容有混合氣空燃比、點火正時及催化器轉(zhuǎn)化效率等，主要分析的參數(shù)有CO、HC、CO2和氧（O

6、2），還有空燃比（A/F）或相對空燃比（）。2.2 汽車尾氣排放物的影響因素 汽車尾氣中CO、HC和NOx三種有害氣體的影響因素比較多，主要為可燃混合氣的空燃比，點火提前角、發(fā)動機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速以及發(fā)動機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。 2.2.1 空燃比對尾氣成分的影響 HC是未燃燃料、可燃混合氣不完全燃燒或裂解的碳?xì)浠衔锛吧倭康难趸磻?yīng)的中間產(chǎn)物。CO主要來自在空氣不足的情況下可燃混合氣的不完全燃燒，是汽油機(jī)尾氣中有害成分濃度最大的物質(zhì)。CO2是可燃混合氣燃燒的產(chǎn)物，它能夠反映出燃燒的效率。 隨著空燃比的增加，CO的排放濃度逐漸下降，HC的排放濃度兩頭高、中間低，CO2的排放濃度中間高、兩頭低。當(dāng)空燃比小于

7、14.7:1時（混合氣變濃），由于空氣量不足引起不完全燃燒，CO、HC的排放量增大?？杖急仍浇咏碚摽杖急?4.7:1，燃燒越完全，HC、CO的值越低，O2越接近于零，而CO2的值越高（最大值在13.5%14.8%之間）。而當(dāng)混合氣空燃比超過16.2:1時（混合氣變?。?，由于燃料成分過少，用通常的燃燒方式已不能正常著火，產(chǎn)生失火，使未燃HC大量排出。在理論空燃比附近，CO曲線有一個拐點，當(dāng)A/F減少時，可燃混合氣過濃，燃油無法充分燃燒，CO生成物便急劇增加；當(dāng)A/F增大時，氧含量充足，燃油可以充分燃燒，使CO生成量減少，而且比較穩(wěn)定。 2.2.2 點火正時對尾氣成分的影響 點火提前角對CO的排

8、放沒有太大影響，但對HC和NOx的影響較大，過分推遲點火會使CO沒有時間完全氧化而引起CO排放量增加，但適度推遲點火可減小CO排放。實際上當(dāng)點火時間推遲時，為了維持輸出功率不變需要開大節(jié)氣門，這時CO排放明顯增加。隨著點火提前角的推遲，HC的含量降低，主要是因為增高了排氣溫度，促進(jìn)了 CO和 HC的氧化，也由于減小了燃燒室內(nèi)的激冷面積?；鹛崆敖菍O的生成量影響不大，但對HC和NOx的影響較大。隨著點火提前角的增大，HC和NOx生成物都會急劇增加，其原因與燃燒時的速度、壓力、溫度等有關(guān)，當(dāng)點火提前角增大到一定值后，由于燃燒時間過短，HC和NOx生成量便有所下降。當(dāng)然，正確的調(diào)整點火正時是非常必

9、要的，過遲的點火提前角會使發(fā)動機(jī)動力下降，油耗增大，工作不穩(wěn)。 2.2.3 發(fā)動機(jī)負(fù)荷對尾氣成分的影響 發(fā)動機(jī)負(fù)荷可以用與節(jié)氣門開度相關(guān)的進(jìn)氣管壓力來表示，進(jìn)氣管壓力越大（即進(jìn)氣管真空度越低），發(fā)動機(jī)負(fù)荷也就越大。 對CO來說，空燃比不變，功率輸出的大小對CO排放沒有影響，CO的排放量隨功率的輸出及空氣的消耗量的增加而增大，發(fā)動機(jī)在小負(fù)荷及大負(fù)荷工作時，所供給的混合氣均較濃，在兩種情況下CO排放均比較高。例如，最大功率時，節(jié)氣門全開，供給較濃的混合氣，因此CO的排放較高。 當(dāng)空燃比和轉(zhuǎn)速保持不變，并按最大功率調(diào)節(jié)點火提前角時改變負(fù)荷對HC的排放影響不大。這是因為影響HC排放的因素有的使HC降低

10、，有的使它增加，結(jié)果作用恰恰相互抵消。當(dāng)進(jìn)氣管壓力在30.5kPa81.0kPa范圍內(nèi)時，因供給的混合氣較稀，所以HC排放降至很低，當(dāng)進(jìn)氣管壓力超過81.0kPa時，接近全負(fù)荷時混合氣加濃。此時HC排放量理應(yīng)上升，但由于全負(fù)荷時，排氣溫度相應(yīng)增大，這時排氣后反應(yīng)對HC排放的消除作用加強了，從而限制了HC的排放。小負(fù)荷時進(jìn)氣管壓力低，由于缸壁激冷作用的增強，混合氣又較濃，若進(jìn)氣管壓力低于20KPA，時還可能發(fā)生火焰?zhèn)鞑ゲ煌耆?，結(jié)果使HC排放明顯升高。例如在汽車突然關(guān)閉節(jié)氣門時，進(jìn)氣管內(nèi)液體燃料的瞬時蒸發(fā)，造成高進(jìn)氣真空下的混合氣的額外加濃，也會出現(xiàn)這種情況。發(fā)動機(jī)負(fù)荷小時（進(jìn)氣管壓力低），可使N

11、Ox排放濃度下降。負(fù)荷減小進(jìn)氣壓力降低，發(fā)動機(jī)溫度低，殘余廢氣增加，導(dǎo)致著火落后期變大及火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢，這兩個因素均使燃燒時間加長，若在此時點火時間不變，則燃燒過程將更多的膨脹行程延伸，這樣就會使循環(huán)最高溫度降低而使排氣中的NOx濃度下降。* C8 B0 _: _5 B$ p5 w* R9 k* r& 9 o$ L1 T/ $ D! 0 " , 第三章 尾氣與發(fā)動機(jī)故障之間的關(guān)系3.1 發(fā)動機(jī)不同工況下發(fā)動機(jī)尾氣排放濃度值3.2 發(fā)動機(jī)各部分技術(shù)狀況與尾氣成分間的關(guān)系進(jìn)排氣門、汽缸襯墊的密封性，活塞、活塞環(huán)、缸套的磨損與密封性等因素，與之有關(guān)的尾氣成分有HC、CO。相關(guān)的檢

12、測項目有汽缸壓力、汽缸漏氣率和進(jìn)氣真空度。 空氣流量、溫度、節(jié)氣門位置、轉(zhuǎn)速傳感器信號及ECU等影響噴油壓力和噴油時間的因素，噴油器、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣管內(nèi)壁狀況等影響噴油霧化質(zhì)量的因素，與之有關(guān)的尾氣成分有HC、CO。相關(guān)的檢測項目有燃油壓力、空燃比（A/F）、相關(guān)電路信號、空氣流量計信號（L型）、進(jìn)氣壓力傳感器信號（D型）、轉(zhuǎn)速信號、溫度信號、負(fù)荷信號、氧傳感器信號等。' K- " w$ # J(點火線圈初級繞組電流、點火初級電路電阻、電容器等影響點火能量的因素，斷電器、離心及真空提前裝置、點火模塊、與點火有關(guān)的傳感器信號等影響點火正時的因素，火花塞、高壓線、分電器等影響失火

13、率的因素，與之有關(guān)的尾氣成分有HC。相關(guān)的檢測項目有點火波形、漏電試驗、導(dǎo)通試驗。曲軸箱強制通風(fēng)裝置、燃油箱蒸發(fā)控制裝置的工作狀況與HC的生成有關(guān)，二次空氣噴射、進(jìn)氣預(yù)熱的工作狀況與HC、CO有關(guān)，催化轉(zhuǎn)化器的工作溫度、轉(zhuǎn)化效率、使用壽命則影響HC、CO、NOX的生成。通過尾氣分析，可以檢測到以下幾個主要方面的故障：混合氣過濃或過稀、二次空氣噴射系統(tǒng)失靈、噴油器故障、進(jìn)氣歧管真空泄漏、空氣泵故障、汽缸蓋襯墊損壞、EGR閥故障、排氣系統(tǒng)泄漏、點火系統(tǒng)提前角過大等。3.3 尾氣分析的基本結(jié)論 通過尾氣分析，可以檢測到以下幾個主要方面的故障：混合氣過濃或過稀、二次空氣噴射系統(tǒng)失靈、噴油器故障、進(jìn)氣歧

14、管真空泄漏、空氣泵故障、汽缸蓋襯墊損壞、EGR閥故障、排氣系統(tǒng)泄漏、點火系統(tǒng)提前角過大等。 HC的讀數(shù)高，說明燃油沒有充分燃燒。偏高的原因是：混合氣過?。簹飧讐毫Σ蛔?、發(fā)動機(jī)溫度過低、混合氣由燃燒室向曲軸箱泄漏、燃油管泄漏、燃油壓力調(diào)節(jié)器損壞?；旌蠚膺^濃：箱中油氣蒸發(fā)、燃油回油管堵塞燃油壓力調(diào)節(jié)器損壞。點火時不準(zhǔn)確、點火間歇性不跳火、溫度傳感器不良、噴油嘴漏油或堵塞、油壓過高或過低等因素都將導(dǎo)致HC讀數(shù)過高。 CO的讀數(shù)是零或接近零，則說明混合氣充分燃燒。C0的含量過高，表明燃油供給過多、空氣供給過少，燃油供給系統(tǒng)和空氣供給系統(tǒng)有故障，如噴油嘴漏油、燃油壓力過高、空氣濾清器不潔凈。其它問題，如

15、活塞環(huán)膠結(jié)阻塞、曲軸箱K制通風(fēng)系統(tǒng)受阻、點火提前角過大或水溫傳感器和空氣流量計有故障等。C0的含量過低，則表明混合氣過稀，故障原因有：燃油油壓過低、噴油嘴堵塞、真空泄漏、EGR閥泄漏等。 CO2是可燃混合氣燃燒的產(chǎn)物，其高低反映出混合氣燃燒的好壞，即燃燒效率?？扇蓟旌蠚馊紵酵耆?，CO2的讀數(shù)就越高，混合氣充分燃燒時尾氣中CO2的含量達(dá)到峰值1316%。當(dāng)發(fā)動機(jī)混合氣出現(xiàn)過濃或過稀時，CO2的含量都將降低。當(dāng)排氣管尾部的CO2低于12%時，要根據(jù)其他排放物的濃度來確定發(fā)動機(jī)混合氣的濃或稀。燃油濾芯太臟、燃油油壓低、噴油嘴堵塞、真空泄漏、EGR閥泄漏等將造成混合氣過稀。而空氣濾清器阻塞、燃油壓力

16、過高，都可能導(dǎo)致混合氣過濃。 O2的含量是反映混合氣空燃比的最好指標(biāo)，是最有用的診斷數(shù)據(jù)之一?？扇蓟旌蠚馊紵酵耆?，CO2的讀數(shù)就越高；與此相反，燃燒正常時，只有少量未燃燒的O2通過汽缸，尾氣中O2的含量應(yīng)為12%。O2的讀數(shù)小于1%，說明混合氣過濃；O2的讀數(shù)大于2%，表示混合氣太稀。導(dǎo)致混合氣過稀的原因有很多，如燃油濾芯太臟、燃油油壓低、噴油嘴堵塞、真空泄漏、EGR閥泄漏等。而空氣濾清器阻塞、燃油壓力過高等都可能導(dǎo)致混合氣過濃。 當(dāng)CO、HC濃度高，CO2、O2濃度低時，表明發(fā)動機(jī)混合氣很濃。HC和O2的讀數(shù)高，則表明點火系統(tǒng)工作不良、混合氣過稀，而引起失火。 氮氧化物含量，在平常溫度下，

17、在三四百度以下，它不燃燒，但是它的再高溫下，1000度以上，它非?；钴S，它就想找氧反應(yīng)形成氮氧化物。所以它的產(chǎn)生第一個要有足夠高的溫度，第二個要有高壓，足夠大的壓力，第三個多余的氧才能反應(yīng)，這三個條件任何一個不滿足都不會產(chǎn)生氮氧化物。降低氮氧化物含量，如果氮氧化物超標(biāo)，可能性最大的原因EGR閥，或者是氣缸里面有沒有熾熱點造成爆燃現(xiàn)象。 第四章 尾氣分析在發(fā)動機(jī)故障診斷中應(yīng)用的實例分析 4.1 實例1一輛豐田凌志ES300，怠速時有輕微抖動，且加速遲緩，無故障碼輸出。進(jìn)行數(shù)據(jù)流和點火波形檢測，運行參數(shù)正常，點火波形也基本正常。用四氣分析儀進(jìn)行尾氣檢測，CO為0.4%、O2為2.12%、CO2為1

18、4.1%、HC在260×10-6500×10-6間變化。初步分析是混合氣過稀，導(dǎo)致失火。首先檢修燃油供給部分，各部件工作正常。清洗噴油器后，HC值雖然有所下降但仍較高。再檢查空氣供給系統(tǒng)，無漏氣現(xiàn)象。至此，混合氣過稀而導(dǎo)致失火的可能性被排除，可能是點火系統(tǒng)的故障。進(jìn)一步檢查電子點火系統(tǒng)，當(dāng)檢查到右側(cè)汽缸的高壓線和火花塞時，發(fā)現(xiàn)一個缸的高壓線短路，火花塞電極間隙過小。更換高壓線，調(diào)整火花塞電極間隙，啟動發(fā)動機(jī)，故障消失，尾氣檢測值完全在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。 4.2 實例2 一輛北京現(xiàn)代索納塔2.O，冷機(jī)啟動困難，隨著溫度的升高發(fā)動機(jī)出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，行駛時加速無力。讀取故障代碼和數(shù)據(jù)流

19、，一切正常。但用尾氣分析儀檢查，CO為0.23%，HC高達(dá)1100×10-6，CO2 為13.2%、O2為2.35%。HC、O2的數(shù)值偏高，一般是由點火不良或混合氣過稀失火而引起的。對點火系統(tǒng)部件進(jìn)行全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。于是，重點檢查供油系。首先檢測燃油壓力，檢測結(jié)果正常；逐缸進(jìn)行斷油試驗，將1、4缸斷油時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速無明顯下降，推斷1、4缸噴油器可能處于堵塞狀態(tài)。換上兩個新的噴油器，發(fā)動機(jī)工作恢復(fù)正常，冷機(jī)啟動迅速、熱機(jī)工作穩(wěn)定、加速有力，尾氣中HC下降至150×10-6。本例是由于噴油器堵塞，使實際噴入1、 4缸的燃油量偏少，從而造成兩缸混合氣過稀而失火，致使發(fā)動機(jī)工

20、作失常。4.3 實例3一輛桑塔納2000GSi，發(fā)動機(jī)怠速不穩(wěn)，經(jīng)常熄火。調(diào)取故障代碼，顯示為00525，表明氧傳感器有故障。對氧傳感器進(jìn)行檢測，信號電壓在00.3V和0.71.0V之間變化,且變化頻率達(dá)到 8Hz以上，這說明氧傳感器正常。用四氣尾氣分析儀進(jìn)行檢測，HC、CO、CO2、O2分別為250×10-6、0.43%、14.6%、2.54%。由此看出HC和O2都較高，這是空燃比嚴(yán)重偏離正常值的一個重要特征。CO值較低而CO2在最大值，說明可燃混合氣已充分燃燒，點火系統(tǒng)正常。綜合分析表明，該車發(fā)動機(jī)工作時混合氣偏稀，因此應(yīng)從空氣供給系和燃油供給系著手檢修。檢查燃油供給系統(tǒng)，一切正

21、常。檢查空氣供給系統(tǒng)時，發(fā)現(xiàn)空氣流量計后面的進(jìn)氣軟管有破損、裂紋。更換進(jìn)氣軟管，啟動發(fā)動機(jī)，一切恢復(fù)正常。再次用尾氣分析儀進(jìn)行檢測，結(jié)果HC為50×10-6、CO為 0.23%、CO2為14.5%、O2為1.33%，數(shù)據(jù)正常，故障排除。本例是由于進(jìn)氣管漏氣，使額外的空氣進(jìn)入汽缸，造成混合氣過稀，發(fā)動機(jī)怠速不穩(wěn)，經(jīng)常熄火。這部分未經(jīng)過ECU檢測的空氣經(jīng)發(fā)動機(jī)燃燒后，造成排氣中剩余大量氧氣，氧傳感器將此信號反饋給ECU，ECU根據(jù)這一信號進(jìn)行相應(yīng)地加濃。由于氧傳感器一直輸出要求加濃的信號，自診斷系統(tǒng)則認(rèn)為氧傳感器有故障，便輸出相應(yīng)的故障碼。4.4 尾氣分析注意事項 對于裝有催化轉(zhuǎn)化器的汽車，如果催化劑工作正常，會使CO和HC減少。因此，將取樣探頭插到催化轉(zhuǎn)化器之前測量未經(jīng)轉(zhuǎn)換的排氣或在EGR閥的排氣口檢測。必要時，使空氣泵和二次空氣噴射系統(tǒng)停止工作。讀取測量數(shù)據(jù)前，不要讓發(fā)動機(jī)怠速運轉(zhuǎn)時間過長。在發(fā)動機(jī)暖機(jī)后，才能使用尾氣分析儀進(jìn)行尾氣檢測。在進(jìn)行變工況測試中，要讓加速踏板穩(wěn)住后再讀取測量數(shù)據(jù)。 結(jié) 束 語 目前，在許多汽車維修企業(yè)，尾氣分析儀只是作為車輛年檢