【汽车故障诊断】 汽车故障诊断方法

　　(接第5期) 　　2.4.11　尾气排放分析 　　废气分析不仅是检查排放污染物治理效果的唯一途径，而且还是对发动机工作状况及性能判定的重要手段。它是在发动机不同工作状况下，通过检测废气中不同成分气体的含量来判断发动机各系统故障的方法，其目的是对发动机的燃烧状况进行综合评价。其主要分析内容有混合汽空燃比、点火正时及催化器转化效率等，主要分析的参数有一氧化碳(co)、碳氢化合物(Hc)、二氧化碳(CO2)和氧(ot)以及空燃比(A／F)或相对空燃比(九)。废气分析项目见表25。
　　2.4.11.1　废气成分的基本变化规律
　　废气中主要有害排放物成分为一氧化碳(NO2)、碳氢化合物HC)和氮氧化合物(NO2)。无害排放物成分为二氧化碳(CO2)和水(H2O)。这五种气体与混合汽的空燃比、发动机的点火正时、进气压力(负荷)、发动机转速变化有着密切联系。了解它们之间的变化关系对废气分析是非常重要的。
　　(1)空燃比的影响
　　空燃比即空气和燃油的比例，以(理论空燃比)14.7：1为中心在16：1～12.5：1的范围内变动。16：1是略稀的经济空燃比。12.5：1是略浓的最大功率空燃比。
　　①空燃比(A／F)与一氧化碳(CO)
　　当空燃比小于14.7：1时(混合汽变浓)，由于空气量不足引起不完全燃烧，一氧化碳的排放量增大，如图176所示。
　　②空燃比(A／F)与碳氢化合物(Hc)
　　碳氢化合物与空燃比的直接关系较小。碳氢化合物生成的主要原因是：在燃烧窒壁温度较低的冷却面附近，形成猝冷区，达不到燃烧温度，火焰消失；电火花微弱，根本未能点燃混合汽导致所谓缺火现象；在进排气门重叠时漏气等。因此当空燃比在162：1以内时，混合汽越浓，HC的排放量就越多。而当混合汽空燃比超过162：1时，由于燃料成分过少，用通常的燃烧方式已不能正常着火，产生失火，使未燃HC大量排出，如图177所示。
　　③空燃比(A／F)与氮氧化合物(NOx)
　　NOx是可燃混合汽空气中的Nz和0z在燃烧室内通过高温高压的火焰时化合而成的。因此在混合汽空燃比为155：1附近燃烧效率最高时，NOx生成量达到最大，混合汽空燃比高于或低于此值，NOx的生成量减小。
　　发动机越接近完全燃烧，NOx的生成量越多。相反，在发动机接近不完全燃烧，CO生成量增多时，NO×减少，如图178所示。
　　④空燃比(A／F)与二氧化碳(NO2z)二氧化碳(CO2点)是燃烧的必然产物，CO2点值的大小取决于影响燃烧效率的因素，这里当然包括空燃比的大小，空燃比越接近理论空燃比147：1，燃烧越完全，CO2的值也就越高，最大值在13。5％～14。8％之间，如图179所示。
　　⑤空燃比(A／F)与氧(O2)
　　氧(O2)是一个很好的空燃比指示物，如果混合汽浓时。0z的值就低。如果混合汽稀时，O2的值就高，如图180所示。　空燃比与一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、二氧化碳和氧的关系图，如图181所示。
　　(2)点火正时的影响
　　①点火提前角与CO
　　点火提前角对CO的排放没有太大影响，如过分推迟点火。会使CO没有时间完全氧化，而引起CO排放量增加，但适度推迟点火可减小Co排放。实际上推迟点火时间，为了维持输出功率不变，需要开大节气门，这时CO排放明显增加。点火提前角对CO排放浓度的影响如图182所示。
　　②点火提前角与HC
　　点火推迟时HC排放降低，主要是因为增高了排气温度，促进了CO和HC的氧化，也由于燃烧时降低了汽缸的面容比，燃烧室内的激冷面积减小了，使排出的HC减少。采用推迟点火来降低HC，是以牺牲燃油的经济性为代价的，所以得不偿失，如图183所示。
　　③点火提前角与NOx
　　在任何负荷和转速下，加大点火提前角，均使NOx排放增加。这是因为点火时间提前时，燃烧温度升高的缘故，因此从降低NOx排放的角度出发，可以采用减小点火提前角、降低循环最高温度、使用比理论空燃比更浓或更稀的混合汽的办法，其效果见图184。然而，降低最高温度伴随着发动机热效率的下降。减小点火提前角和使用较浓或较稀的混合汽，若选择调整不当，会严重降低发动机的动力性、经济性以及运转稳定性。
　　(3)发动机负荷的影响
　　发动机负荷可以用与节气门开度相关的进气管压力来表示，进气管压力越大，发动机负荷也就越大。
　　①发动机负荷与CO
　　对CO来说，空燃比不变，功率输出的大小对CO排放没有影响。CO的排放量随功率的输出及空气的消耗量的增加而增大。发动机在小负荷及大负荷工作时，所供给的混合汽均较浓，在两种情况下NO2排放均比较高。例如，最大功率时，节气门全开，供给较浓的混合汽，因此CO的排放较高，如图185所示。
　　②发动机负荷与HC
　　当空燃比和转速保持不变并按最大功率调节点火提前角时，改变负荷对HC的排放影响不大。这是因为影响HC排放的因素有的使HC降低，有的使它增加，结果作用恰恰相互抵消。当进气管压力在30。5―81OkPa范围内时，因供给的混合汽较稀，所以HC排放降至很低，当进气管压力超过81。OkPa时，接近全负荷混合汽加浓。此时HC排放量理应上升，但由于全负荷时排气温度相应增大，这时排气后反应对HC排放的消除作用加强了，从而限制了HC的排放。小负荷时进气管压力低，由于汽缸壁激冷作用的增强，混合汽又比较浓，若进气管压力低于20kPa时，还可能发生火焰传播不完全，结果使HC排放明显增高。例如，在汽车突然关闭节气门时，进气管内液体燃料的瞬时蒸发，造成高进气真空下混合汽的额外加浓，也会出现这种情况(见图186)。
　　③发动机负荷与NOx
　　发动机负荷小时，可使NOx排放浓度下降。负荷减小，进气压力降低，发动机温度降低，残余废气增加，导致着火落后期变大及火焰传播速度减慢，这两个因素均使燃烧时间加长。若此时点火时刻不变，则燃烧过程将更多地向膨胀行程延伸，这样就会使循环最高温度降低，进而使排气中NOx浓度下降，见图187。
　　(4)发动机转速的影响
　　①转速与CO
　　发动机在怠速、减速和低速小负荷时混合汽偏浓，发动机工作循环的气体压力与温度不高，混合汽的燃烧速度减慢，引起不完全燃烧产生CO。转速的变化对CO的排放浓度没有多少影响，这是由于在排气系统中CO的氧化。在正常的 排气温度下并不受混合汽的限制，而是取决于化学反应速度。提高怠速转速，对降低怠速时的CO有好处，这是由于随着怠速转速的提高，进气节流将减小。进入的空气量将增加。于是残余气体的稀释程度有所减小，使燃烧改善，如图188所示。
　　②转速与HC
　　转速升高时，HC的排放明显降低(图189)。原因是转速升高，增加了汽缸中的扰流混合与涡流扩散，又增加了排气的扰流和混合，前者改善了汽缸内的燃烧，增进了激冷层的后氧化反应。但高速时为克服较高的发动机阻力，需要加大排气容积流量，使排气系统中停留的时间有所缩短。因此，HC排放量的降低将小于按浓度改变预计的结果。同时适当提高怠速转速，对降低CO成分也有好处。详见图188。
　　③转速与NOx
　　对于不同空燃比的混合汽，转速对NOx生成速度有不同的影响，如图190所示。对于燃烧较慢的稀混合汽，在转速提高时由于着火落后期不太受转速的影响，在点火时间不变的情况下，燃烧的大部分将在膨胀过程压力与温度不太高处进行，使NOx的生成速度减小。对于燃烧较慢的浓混合汽提高转速时，由于加强了气体在汽缸中的扰动，加大了火焰传播速度，同时也减小了热损失，使得NOx的生成速度有所增大。
　　(5)发动机温度的影响
　　①低温
　　发动机冷态时，燃油雾化不良，再加上吸入的混合汽和冷的进气管及其缸壁接触时，一部分汽油发生凝结。成为液态和粒状。正是由于考虑到这种情况，冷态供给的是浓混合汽，结果由于空气量不足，使CO量增加。此时由于燃烧温度降低，NOx减少而未燃HC增加。
　　②高温
　　冷却水温达到80～90℃时，燃料汽化良好，发动机在燃料经济性较好的状态下运转。但是，当发动机温度过高时由于引起过热、爆燃、早燃等故障，使燃烧温度异常上升，NOx的生成量增多。
　　③加速
　　发动机加速运转时输出较大的功率，将会产生大量的NOx，而且由于在短时间内从化油器加速泵供应过量的燃料。引起不完全燃烧，导致CO和HC排放量的增加。
　　④减速
　　减速运转时，对应于行驶中迅速松开油门踏板，特别是发动机原先高速运转时，一旦急速关闭节气门，在进气管内会产生瞬间的强真空，吸入过量的燃料。其结果是汽缸内压缩压力降低，因此燃烧温度降低。由于不完全燃烧，CO的生成量增加，而且由于猝冷区加大，HC的生成量亦增加。(未完待续)