王培玲

(湖北理工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 黃石 435003)

基于尾氣分析的發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷研究

王培玲

(湖北理工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 黃石 435003)

尾氣分析法是以汽車尾氣中的CO、HC、CO2、O2和NOx的排放成分作為主要分析參數(shù)來對發(fā)動(dòng)機(jī)故障進(jìn)行診斷的一種方法。汽車尾氣與可燃混合氣濃度、點(diǎn)火時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況和工況等因素相關(guān)，因此當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，排放的尾氣中必然有一些氣體的濃度偏離正常值，在不同工況下對發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣成分濃度進(jìn)行分析，可初步判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障所在的位置。廢氣分析儀不僅是檢測汽車尾氣的重要工具，而且是汽車檢測與診斷的重要設(shè)備。

尾氣分析；發(fā)動(dòng)機(jī)故障；檢測診斷

0 引言

汽車給人類生活提供了極大的方便，同時(shí)也排出了大量污染人類環(huán)境的有害氣體，嚴(yán)重影響著人們的生活與健康。檢測并控制汽車排放污染物，對改善人類的生存環(huán)境具有重要意義。汽車尾氣分析儀用來檢測汽車尾氣中CO、HC、CO2、O2和NOx等氣體的濃度，通過對機(jī)動(dòng)車的排放進(jìn)行檢測，判斷其排放是否超標(biāo)。因此，目前汽車檢測站和一些維修人員利用廢氣分析儀進(jìn)行環(huán)保檢測[1-2]。

通過對發(fā)動(dòng)機(jī)排放的污染物進(jìn)行檢測，得到不同工況下尾氣中不同氣體成分的含量，可以檢測并診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況，特別是燃油供給系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)的技術(shù)狀況，通過進(jìn)一步分析可判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障所在的具體部位。因此，應(yīng)拓展尾氣分析儀在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀況診斷中的應(yīng)用[3-4]。

1 尾氣分析基本理論

1.1利用尾氣中O2的濃度判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障

可燃混合氣濃度用空燃比和過量空氣系數(shù)來表示，空燃比的大小對汽油機(jī)尾氣中O2的排放量會(huì)產(chǎn)生影響。裝有催化轉(zhuǎn)換器的發(fā)動(dòng)機(jī)所排出廢氣中O2的正常含量應(yīng)在1.0%～2.0%之間，因此通過測定廢氣中O2的含量可判斷空燃比的大小，進(jìn)而判斷電噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)的技術(shù)狀況。

當(dāng)O2的含量低于1.0%時(shí)，說明空燃比太小，混合氣太濃，以致燃油與空氣混合比失調(diào)，燃燒時(shí)嚴(yán)重缺氧，燃燒不完全。造成這種現(xiàn)象的原因有很多，如空氣濾清器堵塞；噴油器針閥膠結(jié)、噴油器針閥密封不嚴(yán)，導(dǎo)致噴油器滴油而造成供油量過多；發(fā)動(dòng)機(jī)ECU及燃油控制系統(tǒng)故障，使噴油信號失準(zhǔn)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)供油量過多；氧傳感器存在故障；油壓調(diào)節(jié)器工作不良，使得油壓過高；回油管堵塞，使得噴油器內(nèi)壓力過高等。

當(dāng)O2的含量高于2.0%時(shí)，說明空燃比太大，混合氣過稀，易于導(dǎo)致缺火。造成這種現(xiàn)象的原因有很多，如燃油濾芯太臟、燃油油壓低、噴油器堵塞、真空泄漏、EGR閥泄漏等都可能導(dǎo)致混合氣過稀[5-6]。

1.2利用尾氣中CO的濃度判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障

汽車排放的CO是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣過濃或者燃燒質(zhì)量不佳時(shí)，易生成CO，汽車尾氣中CO正常數(shù)值應(yīng)不超過0．5%。CO的含量過高，主要是由于燃油供給過多或者空氣供給過少而導(dǎo)致混合氣過濃，因此，應(yīng)重點(diǎn)檢查燃油供給系統(tǒng)和空氣供給系統(tǒng)相關(guān)部件是否出現(xiàn)故障。

1.3利用尾氣中HC化合物的濃度判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障

無論汽油機(jī)在任何工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，排氣中總會(huì)含有一定數(shù)量HC。HC既是未燃的燃料，也是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物和部分燃料被分解的產(chǎn)物。發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常時(shí)HC數(shù)值應(yīng)不超過55×10-6。燃油供給系統(tǒng)和空氣供給系統(tǒng)相關(guān)部件出現(xiàn)故障，導(dǎo)致混合氣過濃或者過稀，均會(huì)使HC化合物的排放濃度增加；另外火花塞積炭、氣門積炭或燒蝕會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)某缸工作不正常，排氣中的HC濃度也會(huì)增大。

1.4利用尾氣中CO2的濃度判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障

CO2是可燃混合氣完全燃燒的產(chǎn)物，其濃度高低反映出混合氣燃燒的好壞。CO2的讀數(shù)越高，則可燃混合氣燃燒越完全。混合氣充分燃燒時(shí)尾氣中CO2的含量一般在13%～16%之間。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣過濃或過稀時(shí)，CO2的含量都將降低。因此所有引起HC和CO排放不正常的原因都有可能導(dǎo)致CO2含量偏低。

1.5利用尾氣中氮氧化合物的濃度判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障

氮氧化合物是燃料完全燃燒的產(chǎn)物。燃燒廢氣的溫度越高，燃燒后殘留的O2濃度越高，高溫持續(xù)的時(shí)間越長，氮氧化合物的生成量就越多。尾氣中氮氧化合物的濃度主要和催化轉(zhuǎn)化器及點(diǎn)火時(shí)間有關(guān)，點(diǎn)火越提前，氮氧化合物的排放量就越高。

1.6診斷缺缸

在發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷過程中，缺缸是一常見故障，對缺缸的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣檢測時(shí)，O2和HC的含量會(huì)明顯偏高或者只有O2的含量偏高[7-8]。斷油或者斷火是造成發(fā)動(dòng)機(jī)缺缸的兩大主要原因。若是由于某缸噴油器不噴油造成的缺缸， HC、CO等排放量正常，但O2含量會(huì)過高。若是由于點(diǎn)火系統(tǒng)原因(火花塞間隙不正常、電極燒蝕、電極積碳過多及電路故障等)造成的缺缸，此時(shí)檢測到的HC和O2含量均會(huì)明顯偏高。因此，在實(shí)際診斷中可以利用HC和O2的排放量來診斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否出現(xiàn)某缸斷火或斷油現(xiàn)象，再進(jìn)一步查找斷火或斷油的具體原因。

通過以上分析可以看出，一種污染物的排放可由幾種故障引起，一種故障也會(huì)引起尾氣中幾種排放物的排放量偏離正常值。因此，在使用廢氣分析儀對汽車故障進(jìn)行檢查前，應(yīng)明確這其中內(nèi)在的聯(lián)系。

2 尾氣分析在汽車故障檢測診斷中的應(yīng)用實(shí)例

1輛一汽捷達(dá)冷車時(shí)不易啟動(dòng)，熱車啟動(dòng)正常。讀取故障代碼和數(shù)據(jù)流，一切正常。但是用尾氣分析儀檢查其排氣污染物濃度，CO為0.4%、O2為2.12%、CO2為14.1%、HC為260×10-6，HC和O2的讀數(shù)偏高，一般是由混合氣過稀失火引起的。混合氣稀主要是因?yàn)檫M(jìn)氣多了或者進(jìn)油少了。該車熱車啟動(dòng)正常，進(jìn)氣系統(tǒng)故障基本可以排除，重點(diǎn)檢查燃油供給系統(tǒng)故障。

引起供油量少的原因主要有：燃油壓力過低，噴油器線路插接器或連接線接觸不良，噴油器電磁線圈短路、斷路導(dǎo)致某一噴油器不噴油，噴油器工作電壓低致使噴油量少，噴油器針閥口積污使得噴油量少或者霧化不良，燃油控制系統(tǒng)中冷卻液溫度傳感器和空氣流量計(jì)反映的溫度和空氣流量信號失準(zhǔn)等[9-11]。

首先檢查該車的燃油壓力，對系統(tǒng)進(jìn)行釋壓，連接專用壓力表，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，其燃油壓力為260 kPa；拔下油壓調(diào)節(jié)器的真空軟管，其壓力上升到300 kPa，因此，燃油壓力符合標(biāo)準(zhǔn)。

然后檢查噴油器。檢查噴油器線路，發(fā)現(xiàn)線路正常，無短路和斷路故障；斷開點(diǎn)火開關(guān)，拔下噴油器插頭，用萬用表測量噴油器線圈的電阻值，符合要求。

最后重點(diǎn)檢查噴油控制電源，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)噴油器供電電壓為6 V，與標(biāo)準(zhǔn)電壓12 V相差較大，因此冷啟動(dòng)困難的原因是噴油器供電電壓過低?，F(xiàn)在查找控制電路，對發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火線圈、控制單元等元件、點(diǎn)火開關(guān)進(jìn)行檢查，經(jīng)過查找分析確定是由于點(diǎn)火開關(guān)內(nèi)部觸點(diǎn)接觸不良而使電阻增大，導(dǎo)致冷車狀態(tài)下電壓下降，啟動(dòng)電壓過低，致使該車?yán)滠嚥灰讍?dòng)。

3 結(jié)束語

通過以上分析可以看出，對汽車尾氣進(jìn)行檢測可以初步分析發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況及性能，初步診斷混合氣是否充分燃燒、點(diǎn)火時(shí)間是否正確、空氣供給系統(tǒng)及燃油供給系統(tǒng)等是否出現(xiàn)故障。

尾氣分析儀作為一種輔助診斷設(shè)備，方便、快捷，因此很有必要推廣應(yīng)用。但是目前借助尾氣分析儀來診斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障的案例還是很少，尾氣分析儀大多還僅僅應(yīng)用于汽車安全檢測中的環(huán)保檢測。這種方法的運(yùn)用是對汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和燃油排放性的綜合檢測，根據(jù)檢測結(jié)果可知汽車總體性能和技術(shù)狀況，是汽車檢測中的一個(gè)重要手段，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)其在車檢及維修中的運(yùn)用。

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(責(zé)任編輯桂堤)

Research of Engine Fault Diagnosis Based on Exhaust Analysis

WangPeiling

(School of Mechanical and Electronic Engineering,Hubei Polytechnic Univesity,Huangshi Hubei 435003)

The exhaust analysis takes automobile exhaust emissions of CO、HC、CO2、O2and NOxas the main parameters to diagnose the engine fault.Automobile exhaust is related to concentration of mixed inflammable gas,ignition timing,and the working conditions of engine and so on,so when the engine system fails,some gas density must deviate from the normal value.By analyzing exhaust concentration under different conditions the preliminary judgment about the location of the engine fault can be made.Accordingly exhaust gas analyzer is not only an exhaust detection tool,but also an important device for automobile detection and diagnosis.

exhaust analysis;engine fault;detection diagnosis

2013-09-10

王培玲(1982— )，女，講師，碩士。

10.3969/j.issn.2095-4565.2014.01.004

U472.9

A

2095-4565(2014)01-0013-03