摘要：汽油發動機的尾氣成份直接與發動機工作情況有關，對于發動機在不同工況下尾氣中的氣體含量進行分析和檢測，可以判斷發動機各系統工作是否正常，也可以據此對汽油發動機系統進行故障診斷，本文主要闡述的是如何利用尾氣分析結果，對發動機故障進行診斷的研究。
　　關鍵詞：故障,診斷,尾氣,分析
　　
　　發動機是汽車的心臟，如果它在工作過程中發生故障，其它工作就無從談起，因此對于發動機故障診斷方法進行研究非常重要。由于尾氣成份與發動機的工況有最直接的聯系，所以通過汽車尾氣的檢測可初步分析發動機的工作狀況、性能好壞，可以檢查包括燃燒情況、點火能量、進氣效果、供油情況、機械情況等諸多方面。更為重要的是，當發動機各系統出現故障時，尾氣中某種成份必然偏離正常值，通過檢測發動機不同工況下尾氣中不同氣體成份的含量，可判斷發動機故障所在的部位。因此，通過檢測發動機不同工況下尾氣中不同氣體成份的含量，判斷發動機故障所在的部位，同時可以為診斷發動機各系統的工作提供重要依據。
　　一、汽車排放尾氣的成份及形成機理
　　根據燃燒理論，進入汽車燃燒室的成份是空氣和燃油，汽車發動機可燃混合氣在燃燒過程中產生汽車排放尾氣中含有一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、二氧化硫、鋁、碳微粒、二氧化碳、氧氣等氣體和其他雜質粉塵等，這些物質對人類和整個生態環境危害極大，汽車廢氣中一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物三種有害氣體的影響因素比較多。一氧化碳主要由于發動機內部缺氧和低溫引起的不完全燃燒而產生，是汽油機尾氣中有害成份濃度最大的物質。碳氫化合物在汽油機和柴油機中形成的機理有一定區別，在汽油機中，它主要由于不完全燃燒和壁面效應而產生的；在柴油機中，由于燃料混合不均勻和燃燒不完全所致。氮氧化物是在發動機燃燒過程中產生的，其中一氧化氮成份占比例較大，而少量成份是二氧化氮，熱力型一氧化氮的生成是在高溫條件下產生的。二氧化碳是可燃混合氣燃燒的產物，它能夠反映出燃燒的效率。
　　二、汽車廢氣排放物的影響因素
　　影響汽車有害排放物生產的因素很多也很復雜，但這些排放物畢竟是燃燒化學反應的產物，因而這些影響因素歸結起來，同影響化學反應的因素一樣，主要為可燃混合氣的空燃比，點火提前角、發動機的負荷和轉速以及發動機的內部結構等。
　　（一） 空燃比的影響
　　汽車尾氣排放主要與發動機混合氣形成、燃燒過程及燃燒結束后在排氣過程中的化學反應有關。汽油發動機在怠速運轉時，理想的空燃比是14.7：1，由于空氣中的主要成份為氧氣和氮氣。汽油中的主要成份為碳和氫，最理想的結果是發動機排放出二氧化碳、水及氮氣。但發動機無法達到百分之百的燃燒效率，因此會產生一些不平衡燃燒氣體，其中包括：一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物、二氧化碳和氧氣。隨著空燃比的增加，一氧化碳的排放濃度逐漸下降。當空燃比小于14.7：l時，由于空氣量不足引起不完全燃燒，一氧化碳、碳氫化合物的排放量增大。空燃比接近理論空燃比14.7：l，燃燒越完全，一氧化碳、碳氫化合物降低，氧氣接近零。而二氧化碳值升高。當空燃比超過14.7：l時，由于燃料成份減少。用通常的燃燒方式已不能正常著火，產生失火，使未燃碳氫化合物大量排出。混合氣過濃將產生大量的一氧化碳、碳氫化合物，混合氣過稀將引起失火而生成過多的碳氫化合物。
　　（二） 點火提前角的影響
　　點火提前角對一氧化碳的排放沒有太大的影響，過分推遲點火會使一氧化碳沒有時間完全氧化而引起一氧化碳排放量增加，但適度推遲點火可減小一氧化碳排放。實際上當點火時間推遲時，為了維持輸出功率不變需要開大節氣門，這時一氧化碳排放明顯增加。隨著點火提前角的推遲，碳氫化合物的含量降低，主要是因為增高了排氣溫度，促進了一氧化碳和碳氫化合物的氧化。
　　（三） 點火能量的影響
　　火花塞電極間隙影響點火能量，碳氫化合物的排放濃度常隨著火花塞電極間隙的增加而減小，而一氧化碳的排放濃度常隨著火花塞電極間隙的增大加而增大，但當火花塞電極間隙繼續增大時，一氧化碳的排放濃度則又隨之降低。
　　（四） 氣缸密封性的影響
　　進排氣門、氣缸襯墊的密封性，活塞、活塞環、缸套的磨損與密封性等。都會影響汽車尾氣的排放。如氣缸壓力過低會使燃燒不良，不僅使燃油經濟性下降，而且碳氫化合物和一氧化碳的排放量增加。
　　三、尾氣分析的基本規則
　　（一）一氧化碳
　　一氧化碳讀數是零或接近于零，則說明混合氣充分燃燒。一氧化碳含量過高，說明燃油供給過多，空氣供給過少，混合氣過濃，燃料供給系統和空氣供給系統有故障，如噴油嘴漏油、燃油壓力過高或空氣濾清器不潔凈所致，其它問題可能是由三元催化轉換器有故障，水溫傳感器有故障，點火提前角過大，混合氣過稀等其它原因所致。
　　（二）碳氫化合物
　　碳氫化合物讀數高，說明燃料沒有完全燃燒，混合氣過濃或過稀，點火系統缺火或點火能量不足，配氣相位和點火正時不正確，油壓過高或過低，氣缸密封性不良，發動機溫度過低，溫度傳感器有故障，三元催化轉換器有故障，噴油器漏油或堵塞等其它原因所致。
　　（三）二氧化碳
　　二氧化碳讀數的高低可反映出混合氣燃燒的好壞。如果混合氣燃燒完全，二氧化碳讀數很高，最好狀態13.5％—14.8％之間；如果混合器燃燒不完全，二氧化碳讀數很低，可以降至12％，同時應該根據其它排放物的濃度決定混合氣是濃還是稀。燃油濾芯太臟，燃油油壓過低，噴油器堵塞，真空泄漏等都會造成混合氣過稀，而空氣濾清器臟堵，燃油油壓過高等都會造成混合氣過濃。
　　（四）氧氣
　　氧氣的含量是反映混合氣空燃比的最好指標，他和其它三個數值一起能夠找出故障的難點，如上所述，可燃混合氣燃燒完全，二氧化碳讀數很高，此時只有少量未燃燒的氧氣通過氣缸，氧氣含量小于1%說明混合氣濃，氧氣含量大于2%說明混合氣稀，混合氣過濃，氧氣的讀數低，一氧化碳的讀數高，反之混合氣過稀，氧氣的讀數高，一氧化碳的讀數低，導致混合氣過稀的原因有很多，燃油濾清器濾芯堵塞，噴油嘴堵塞，油壓過低，真空泄漏等原因造成。當氧氣讀數偏低，一氧化碳的讀數偏高，主要應檢查混合氣過濃的原因，如噴油器有故障，燃油壓力調節器造成油壓過高，相關傳感器是否有故障，相關控制模塊是否有故障等原因所致。

　　利用功率平衡試驗和四氣尾氣分析儀的讀數，可以看出每個缸的工作狀況。如果每個缸一氧化碳和二氧化碳的讀數都下降，碳氫化合物和氧氣讀數上升，且上升和下降的量都一樣，則證明每個缸都工作正常。如果只有一個缸的變化很小，其它缸都一樣，則表明這個缸點火或燃燒不正常。一個調整好的閉環控制電控汽車的尾氣排放中，碳氫化合物的含量大約為55-100ppm，一氧化碳應低于0.5％，氧氣為1.0％-2.0％，二氧化碳為13.8％-15.0％。
　　四、故障實例應用
　　我曾經在修理廠修理過一輛捷達轎車，此車配有三元催化轉換器。用戶反映該車發動機工作不穩，測量尾氣排放嚴重超標。根據該車故障現象，我首先檢查火花塞，發現火花塞間隙偏大，更換新件后，尾氣排放情況略有好轉，但未得到明顯改善。連接故障診斷儀對發動機電控系統進行檢測，調出1個故障碼是氧傳感器。我按故障碼的提示，檢查氧傳感器至發動機電腦的連接線束，未發現短路、斷路情況，于是我將氧傳感器更換。隨后試車，繼續測量尾氣，尾氣排放指標依然偏高，但發動機電控系統已無故障顯示。我繼續從燃油系統檢查，我用燃油壓力表測量噴射系統壓力，發動機怠速時油壓為250kPa，急加速時為300kPa；關閉點火開關10min后，系統保持壓力為200kPa，以上各項數據均正常。接下來拆下噴油嘴進行超聲波清洗，測量其電阻值15Ω，也符合標準。連接壓力機，觀察噴油嘴霧化狀態良好，檢查噴油嘴連接線束，也無短路、斷路情況。我又繼續檢查點火系統，用萬用表測量點火線圈、高壓線電阻均正常。將發動機恢復后試車，故障依舊。用故障診斷儀查尋故障存儲，仍沒有故障碼出現。在讀取測量數據時，觀察到氧傳感器信號電壓在正常范圍之間變動，屬正常；進氣壓力傳感器的數據也符合標準。于是我懷疑三元催化轉換器有問題，將其更換后試車，尾氣排放依然超標。我檢查配氣相位，正時標記正確，懷疑汽油質量有問題，清洗油箱及管路并更換優質汽油后，情況絲毫不見好轉，我又仔細觀察，最后發現：如果起動發動機后怠速運轉而不進行路試，尾氣排放基本合格；路試約2km后尾氣排放指標升高；若每次起動間隔時間超過30min，怠速測量基本合格。問題到底在哪，于是，我抱著試試看的想法，拆下排氣歧管進行檢查，并與新的排氣歧管進行比較，發現該車氧傳感器的排氣取樣孔偏小。換上新的排氣歧管進行尾氣檢測，各項指標顯著降低。對該車進行路試，尾氣排放依然合格。恢復該車所換的其它配件，繼續試車，尾氣排放始終未超標。
　　由此可以斷定，故障部位就在氧傳感器排氣取樣孔。由于從氣缸內排出的廢氣處于高速流動狀態，行至氧傳感器取樣孔處時形成渦流，導致排出的廢氣不能及時在此處更新，使氧傳感器不能準確地向發動機電腦反饋同步信號，造成發動機電腦不能根據實際工況對噴油脈寬進行正確修正，最終出現發動機工作異常，尾氣排放嚴重超標的故障。對它進行修理后故障排除。
　　汽車尾氣成份與汽車的丁況有最直接的關系，可通過汽車尾氣成份的檢測可分析汽車的工作狀況、性能好壞。通過實驗的手段，采集充分的數據，檢測汽車不同工況下尾氣中氣體成份的含量，逐漸的摸索確立了尾氣分析在汽車故障診斷中的應用，判斷汽車的故障部位。最后通過案例，汽車尾氣成份分析以及故障診斷在汽車維修巾的實際意義。
　　參考文獻
　　[1]韓玉敏．排放控制系統．北京：化學工業出版杜，2005．
　　[2]董克發．電控發動機疑難故障分析排除精華．北京：機械工業出版杜，2005．
　　[3]蔡鳳田．汽車排放污染物控制實用技術．北京：人民交通出版杜，1999．
　　[4]凌建國．利用尾氣分析儀診斷汽車故障的實例．汽車維護與修理．2004（10）：6-7