尾氣分析在故障診斷中的應(yīng)用

1、尾氣分析 在發(fā)動機故障診斷中的應(yīng)用1、一氧化碳、一氧化碳COCO是碳?xì)浠衔锶剂先紵闹虚g產(chǎn)物。是碳?xì)浠衔锶剂先紵闹虚g產(chǎn)物。2CnHm+nO2=2nCO+mH2當(dāng)空氣充足時2H2+O2=2H2O2CO+O2=2CO2同時，CO與水蒸氣H2O也會發(fā)生反應(yīng)：也會發(fā)生反應(yīng)：CO+H2O=CO2+H2故空氣充足時，理論上CO=0，但是，實際燃燒與理論有區(qū)別： 分布不均勻 高溫分解 燃燒時間短，達(dá)不到平衡濃度2、碳?xì)浠衔颒C汽車尾氣中的HC來源有三部分：未燃燒的燃料燃燒不完全的產(chǎn)物部分被分解后的產(chǎn)物 原 因：氣缸激冷面?；旌蠚馊紵炕鹧?zhèn)鞑ミM(jìn)行，當(dāng)火焰?zhèn)鞯礁妆?.050.5mm時就不能燃燒，火焰

2、在寬度小于1.0mm縫中也不能傳播，這 些少量的混合氣不經(jīng)過燃燒就進(jìn)入了排氣管（也可能高溫分解）。不完全燃燒?；旌蠚膺^濃過稀，殘余氣體過多，使火焰?zhèn)鞑ゲ煌?全， 甚至斷火。此外點火系工況不好，充氣溫度過低和混合均勻性差等等， 都影響燃燒過程，會形成不完全燃燒。二沖程掃氣。由于掃氣作用，一部分可燃混合氣不經(jīng)過燃燒就排入排 氣管（也可能高溫分解） 。3、氮氧化合物NOxNOx的形成機理尚太不清楚，當(dāng)前通常認(rèn)為高溫（1800）會產(chǎn)生NOx ：O2 =2O （1）xO+2N2 = 2NOx+ 2N （2）2N+(x+1)O2 =2NOx+ 2O（3）式 高溫下氧氣分解成氧原子。式 氧原子碰撞N2生成N

3、Ox,此氧O由1式供給大部分,3式供給小部分式 式中氮原子與氧氣結(jié)合成NOx ，式生成NOx的量差不多 尾氣中的NOx中95%是NO，NOx不可能直接在燃燒區(qū)內(nèi)形成，只能在已燃的氣體中形成，它的平衡濃度與溫度壓力有密切關(guān)系，通常燃燒溫度高時，生成的NOx濃度高。燃燒后壓力高的，生成的NOx濃度也較高。4、柴油機的碳煙柴油機排煙白煙：1m微粒，汽車怠速排出的液滴顆粒，水霧+燃油。藍(lán)煙：0.4m微粒，液態(tài)微粒，燃油+潤滑油。黑煙：高溫缺氧，易于裂解，聚合成碳煙C，還有O2、H2 。碳煙對人體直接影響不大，但其附著的SO2及多環(huán)芳香烴、苯脂可致癌。碳煙形成的三種說法：燃料分子脫氫發(fā)生分解，再凝集成固

4、體碳。火焰之初，多個燃料分子聚合成大分子式液滴，再脫氫成粒。產(chǎn)生引起部分分解及脫氫中間物，再一邊聚合一邊脫氫逐漸變成 固體碳粒。1、負(fù)荷的影響負(fù)荷空燃比影響有害物生成怠速（節(jié)氣門全閉）=0.600.88 HC CO2）小負(fù)荷（節(jié)氣門025%開度） = 0.80.9 HC CO3）中負(fù)荷（節(jié)氣門2580%開度） = 0.91.1 HC CO NOx4）接近滿負(fù)荷（節(jié)氣門80 100 %開度）開度） = 0.80.9HC CO NOx2、發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響轉(zhuǎn)速進(jìn)氣、混合氣形成、燃燒排放轉(zhuǎn)速 CO HC NOx 3、發(fā)動機熱工況冷卻水溫度提高缸壁溫度 HC供油泵溫度提高氣阻 HC罩下溫度提高充氣系數(shù)

5、HC CO氣溫低起動困難 HC隨溫度 NOx CO4、汽車技術(shù)狀況的影響、汽車技術(shù)狀況的影響供油系故障怠速不穩(wěn)，HC CO噴油器關(guān)閉不嚴(yán)，HC CO空濾器堵塞，CO HC供油提前角，HC NOx點火提前角 ， NOx 點火提前角 ， NOx高壓線漏電，點火能量不足，點火系故障配氣相位積炭HC CO尾氣分析： 是在發(fā)動機不同工作狀況下，通過檢測廢氣中不同成分氣體的含量來判斷發(fā)動機各系統(tǒng)故障的方法，其目的是對發(fā)動機的燃燒狀況進(jìn)行綜合評價。 尾氣分析不僅是檢查排放污染物治理效果的途徑，而且還是對發(fā)動機工作狀況及性能判定的重要手段。尾氣分析的主要參數(shù)： CO HC CO2 O2 NOx 空燃比（A/F

6、）或相對空燃比主要的分析內(nèi)容： 混合氣空燃比、點火正時、催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化效率等1、碳?xì)浠衔?HC)含量高 說明燃油沒有充分燃燒或未燃燒 原因：汽缸壓力不足、發(fā)動機溫度過低、油箱中油氣蒸發(fā)、混合氣由燃燒室向曲軸箱泄漏、混合氣過濃或過稀、點火正時不準(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、油壓過高或過低等等。 發(fā)動機正常工作時（A/F=14.7） HC200PPM（經(jīng)過后處理濃度還要低）2、一氧化碳(CO）含量高說明燃油沒有充分燃燒 原因：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，如活塞環(huán)膠結(jié)阻塞、曲軸箱強

7、制通風(fēng)系統(tǒng)受阻、點火提前角過大或水溫傳感器有故障等。 發(fā)動機正常工作時（A/F=14.7） CO=0.5 1.0%（經(jīng)過后處理濃度還要低）3、二氧化碳(CO2 ）含量低 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。可燃混合氣燃燒越完全，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 1315 。當(dāng)發(fā)動機混合氣出現(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)動機混合氣的濃或稀。4、氧氣(O2）含量高 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。燃燒正常時，只有少量未燃燒的 O2

8、通過汽缸，尾氣中O2的含量應(yīng)為 ，過高過低都有問題。5、氮氧化合物NOx含量高目前解釋原因為：燃燒室溫度過熱 一輛桑塔納2000GSI，發(fā)動機怠速不穩(wěn)，經(jīng)常熄火。用VAG1552調(diào)取故障代碼，顯示為00525，氧傳感器有故障。 首先對氧傳感器進(jìn)行檢測，氧傳感器數(shù)據(jù)流電壓信號在.2V.9V之間變化，且變化頻率達(dá)到0.Hz左右，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 、O分別為25010-6、0.43%、14.6%、2.54%。 由此看出HC和 O含量都較高，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。

9、桑塔納2000故障案例分析 綜合分析表明，該車發(fā)動機工作時混合氣偏稀，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，一切恢復(fù)正常。再次用尾氣分析儀進(jìn)行檢測，結(jié)果 HC、CO、CO2 、O分別為 5510-6、0.23%、14.5%、1.33%。數(shù)據(jù)正常，故障排除。桑塔納2000故障案例分析 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

10、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。桑塔納2000故障案例分析 奧迪A6轎車V6 2.8L電控發(fā)動機怠速時有輕微抖動，加速遲緩。 用VAG1552檢查，無故障代碼輸出。用VAG1552進(jìn)行數(shù)據(jù)流檢測，發(fā)動機控制模塊運行參數(shù)正常。點火波形基本正常，但稍有不穩(wěn)。尾氣測量結(jié)果：CO約0.3%0.5%，HC為20050010 -6，且在此范圍內(nèi)波動。檢測結(jié)果分析： CO值正常，HC值偏高，但該車裝有氧傳感器和三元催化轉(zhuǎn)化器，其CO值應(yīng)低于0.5%，HC 10010-6。而檢測結(jié)果表明該車HC值卻應(yīng)低于高于此標(biāo)準(zhǔn)且有波動，根據(jù)出廠標(biāo)

11、準(zhǔn)考慮為不正常。 因此考慮發(fā)動機可能有失火缺缸現(xiàn)象,應(yīng)進(jìn)一步檢查點火系統(tǒng)是否有輕微斷路或短路，特別是短路故障。奧迪A6轎車故障案例分析經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)： 有一個缸的高壓線嚴(yán)重老化，有輕微短路(漏電)現(xiàn)象，為此更換此高壓線。因火花塞間隙偏大且已使用3萬km，也同時更換。保險考慮，將該車其它高壓線和火花塞都進(jìn)行了更換，并清洗了節(jié)氣門和噴油嘴。復(fù)檢發(fā)現(xiàn)故障解除，發(fā)動機工作正常，檢測尾氣中HC含量為10510 -6。奧迪A6轎車故障案例分析豐田佳美5S-FE轎車怠速不穩(wěn)，用尾氣分析儀檢測結(jié)果如下：HCCOCO2O2RPM TEMP256 0.46 14.6 2.56 820801.12檢測結(jié)果分析：HC和O

12、2都較高，這是空燃比失衡的一個重要特征CO值較低，而CO2在峰值，這說明可燃混合氣已充分燃燒，點火系統(tǒng)應(yīng)該不會有什么問題；較高綜合分析表明，該車發(fā)動機工作時的混合氣偏稀因此,應(yīng)從進(jìn)氣系統(tǒng)和供油系統(tǒng)著手故障檢查。豐田佳美5S-FE轎車怠速不穩(wěn)故障案例分析 檢測發(fā)現(xiàn)真空管無漏氣、錯插現(xiàn)象，PCV閥密封良好，機油尺插口良好。 起動發(fā)動機，用化油器清洗劑在進(jìn)氣管墊和EGR閥周圍噴灑，檢查EGR閥時，發(fā)現(xiàn)隨著轉(zhuǎn)速上升，怠速逐漸均勻。 取下EGR閥，發(fā)現(xiàn)針閥周圍有少量積炭、EGR閥通道上有很多積炭,使針閥不能落入閥座，致使進(jìn)氣歧管的混合氣被廢氣稀釋，從而怠速不穩(wěn)，發(fā)動機容易熄火。 經(jīng)對EGR閥進(jìn)行徹底清洗

13、，并換上新墊，起動發(fā)動機，一切恢復(fù)正常。豐田佳美5S-FE轎車怠速不穩(wěn)故障案例分析 從這三個故障的檢修過程可以看出，尾氣分析在發(fā)動機故障的排除過程中，可以明確檢修的方向，省去了一些檢修環(huán)節(jié)，使排故的過程更加有條理性有針對性。 三元催化轉(zhuǎn)化器是一個圓筒形的陶瓷體，中間有許多細(xì)長通道用來增加陶瓷載體的內(nèi)部表面積,載體有陶瓷單體和不銹鋼金屬兩種,其降低有害排放物的效果主要取決于催化劑涂層技術(shù)，催化劑常用鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)等貴金屬,氧化原理就是利用催化劑來降低尾氣中的HC,CO和SOF等的化學(xué)反應(yīng)性能,使之與尾氣中的氧氣在較低的溫度下進(jìn)行氧化反應(yīng),轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。 右圖中虛線為未加

14、三元催化轉(zhuǎn)化器時，CO、HC和NOx排放濃度與空燃比的關(guān)系。實線為采用三元催化轉(zhuǎn)化器后CO、HC和NOx與空燃比的關(guān)系。從圖中可看出采用三元催化轉(zhuǎn)化器時當(dāng)空燃比在理論空燃比附近很窄范圍內(nèi)HC、CO和NOx排出濃度均較小。裝有電控汽油噴射發(fā)動機采用閉環(huán)控制方式，才能使混合氣空燃比嚴(yán)格控制在14.7附近很窄的范圍內(nèi)，使三元催化轉(zhuǎn)化器凈化效率最高，因此三元催化反應(yīng)器必須與氧傳感器配對使用，否則容易使三元催化反應(yīng)器中毒，堵塞，過早報廢。 排氣溫度和燃油中硫含量對三元催化轉(zhuǎn)化器的性能影響最大,硫含量高易造成催化劑硫中毒,減少氧化催化器的耐久性；排氣溫度過高(500以上),則將大大增加尾氣中SOx和燃油中

15、的硫轉(zhuǎn)化成硫酸鹽的量,導(dǎo)致微粒排放中硫酸鹽比例增大,降低了氧化SOF的效果,甚至可能使微粒排放增加。因此。三元催化轉(zhuǎn)化器要求使用低硫分汽油（一般含硫量要小于0.05%，甚而低至0.01%）。 柴油機工作在富氧環(huán)境,不適宜采用三元催化器,較常采用氧化催化器。 在發(fā)動機冷起動時，由于混合氣濃度相對較濃，因此在排氣中會有較多的HC，對環(huán)境不利。二次空氣系統(tǒng)可以將額外的經(jīng)空氣濾清器濾清的新鮮空氣引入到排氣管中，使廢氣中未燃燒的有害物質(zhì)一氧化碳(CO)以及碳?xì)浠衔?HC)在高溫環(huán)境下再次燃燒，這樣做可以達(dá)到兩個效果，一是有利于環(huán)保，二是可以幫助氧傳感器和三元催化器盡早參與工作。因為二者均在300度以上

16、才可以正常工作 。1、進(jìn)氣口、進(jìn)氣口 2、泵本體、泵本體3、發(fā)動機控制單元、發(fā)動機控制單元 4、繼電器、繼電器 5、電磁閥、電磁閥6、組合閥、組合閥二次空氣系統(tǒng)只是部分時間內(nèi)起作用，具體在以下兩種工況下工作見下表：狀態(tài)冷起動冷卻液溫度+5 33工作時間100秒熱起動怠速時直至最高9610秒 為了減少排氣中的氮氧化合物。直噴系統(tǒng)的缸內(nèi)溫度相對較高，而且發(fā)動機工作在富氧的環(huán)境下，因此排氣中生產(chǎn)大量的氮氧化合物。部分的排氣通過EGR閥與新鮮空氣混合進(jìn)入發(fā)動機，這樣缸內(nèi)混合氣的含氧量就降低，從而降低氮氧化合物排放。EGR的控制策略：的控制策略：增加EGR率可以使NOx排出物降低，但同時會HC排出物和燃

17、油消耗增加。因此在各種工況采用的EGR率必須是對動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的綜合考慮。試驗結(jié)果說明：當(dāng)EGR率小于10%時，燃油消耗量基本上不增加，當(dāng)EGR率大于20%時，發(fā)動機燃燒不穩(wěn)定，工作粗暴，HC排放物將增加10%。因此通常將通常將EGR率率控制在控制在10%20%范圍內(nèi)較合適。范圍內(nèi)較合適。隨著負(fù)荷增加EGR率允許值也增加（見上圖陰影部分）。（1）怠速和低負(fù)荷時，NOx排放濃度低，為了保證穩(wěn)定燃燒，不進(jìn)行EGR。（2）只有熱態(tài)下進(jìn)行EGR。發(fā)動機溫度低時，NOx排濃度也較低，為了保證正常燃燒，冷機時不進(jìn)EGR。（3）大負(fù)荷、高速時，為了保證發(fā)動機有較好的動力性，此時混合氣較濃，NOx排

18、放生成物較少，可不進(jìn)行EGR或減少EGR率。（4）廢氣再循環(huán)量對NOx排放和油耗的影響還受到空燃比、點火提前角等因素的影響。因此在EGR率進(jìn)行控制時，同時對點火等進(jìn)行綜合控制，就能得到較好的發(fā)動機性能。 為了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，電控發(fā)動機采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在發(fā)動機不運轉(zhuǎn)時被碳罐中的活性碳所吸附，當(dāng)發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，依靠進(jìn)氣管中的真空度將燃油蒸汽吸入發(fā)動機中。電子控制單元根據(jù)發(fā)動機的工況通過電磁閥控制真空度的通或斷達(dá)到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可減少大氣中的碳?xì)浠衔锖凸?jié)約燃料。燃油蒸汽收集裝置重型汽車上常用尿素SCR技術(shù),其主要還原劑是氨(NH3)尿素溶液在排氣熱量下分解產(chǎn)生氨使NOx還原:CO(NH2)2+H2O2NH3+CO2CO(NH2)2 2NH2+CO4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2 3N2+6H2O經(jīng)過優(yōu)化后的SCR系統(tǒng),在瞬態(tài)工況和穩(wěn)態(tài)工況下都具有很好的排放性能,其凈化率可達(dá)90%以上，使用SCR技術(shù)不僅可以使NOx達(dá)標(biāo),同時還