根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)混合比或廢氣成分分析車輛故障（上）

◆文/湖北　熊榮華

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)混合比或廢氣成分分析車輛故障（上）

◆文/湖北熊榮華

在汽車維修的實(shí)踐中，我們往往憑經(jīng)驗(yàn)診斷混合比失調(diào)的故障，這種方法與依據(jù)故障碼診斷一樣，只能定性，不能定量，只可以判定混合比失調(diào)的方向是濃了還是稀。例如：低速不聳高速聳為稀，高速不聳低速聳為濃；緩加不聳急加聳為稀，急加不聳緩加聳為濃；平路不聳上坡聳為稀，上坡不聳平路聳為濃。以上指的是開車診斷，如果在修車過程中，堵住進(jìn)氣口做加速試驗(yàn)，加速性能變好了，說明混合汽稀了；如果堵住進(jìn)氣口后，加速性能惡化了，說明混合汽濃了。以上指的是修車診斷，如果想進(jìn)一步定量，還需進(jìn)行下述仔細(xì)分析。

一、混合比與廢氣

影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的三個(gè)主要因素是：壓縮比、點(diǎn)火正時(shí)、混合比，其中最復(fù)雜的是混合比?；旌媳仁侵缚諝夂腿加桶凑找欢ǖ谋壤M(jìn)行混合后的參數(shù)。現(xiàn)在的汽車都是被電腦控制的，電腦以進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量為主控信號(hào)，參考進(jìn)氣溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)水溫，再以排氣系統(tǒng)中的氧傳感器作為反饋信號(hào)來最終確定混合比，控制目標(biāo)是14.7：1?？諝庵泻写蠹s78%的N2（氮?dú)猓┖?1%的O2（氧氣），燃油主要由CH（碳?xì)浠衔铮┙M成，每個(gè)分子含有若干個(gè)氫原子和若干個(gè)碳原子。隨著汽缸內(nèi)發(fā)生燃燒行為，這些組分在化學(xué)反應(yīng)中結(jié)合，然后離開汽缸。廢氣成分中，主要包括8種氣體，其中4種無毒氣體是N2、O2、H2O（水蒸氣）和CO2（二氧化碳），4種有毒氣體是CO （一氧化碳）、CH、NOX（氮氧化物）和SO2（二氧化硫）。

測(cè)量與研究混合比的方法之一是測(cè)量廢氣的成分，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮、點(diǎn)火和混合比良好，燃燒過程將產(chǎn)生無毒氣體，既H2O（氣體）、CO2與N2。燃燒過程中CH中的碳與氫分離，這些元素重新與氧原子結(jié)合，氫原子與氧原子結(jié)合形成水分子，每個(gè)分子中含有兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子。碳原子與氧原子結(jié)合形成CO2，每個(gè)分子含有一個(gè)碳原子和兩個(gè)氧原子，如果混合比稍微偏稀，燃燒發(fā)生后還會(huì)剩余少量的O2。

修理廠最早使用的兩氣分析儀，只能測(cè)量CH 和CO的排放量。對(duì)于沒有三元催化器的汽車，基本上夠用了。但是裝有三元催化器的車輛，在工作狀態(tài)良好且達(dá)到工作溫度后，CH和CO可能在三元催化器內(nèi)被有效地氧化。如果目的是進(jìn)行排放測(cè)試，這種方式是沒有問題的，但如果目的是分析廢氣以幫助我們來診斷發(fā)動(dòng)機(jī)性能故障，則這種CH和CO的減少會(huì)導(dǎo)致人們誤以為發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)良好，即無法診斷出故障。所以，要利用廢氣診斷故障，必須使用四氣體或五氣體分析儀，它不僅能夠測(cè)量CH、CO和NOX，還能測(cè)量CO2和O2。所有被測(cè)量氣體的濃度要么是百分比（%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)），要么是百萬分之一（ppm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。下面將試分析廢氣中五種與故障診斷有關(guān)的產(chǎn)物。

1.CO（一氧化碳）

CO是無色、無味的有毒氣體，是混合汽過濃和缺氣的標(biāo)志，也是空氣不足情況下發(fā)生不完全燃燒的產(chǎn)物。CO排放量基本上受混合比支配，混合比過濃時(shí)易產(chǎn)生。CO含量是以百分比（%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）度量的，CO排放的標(biāo)準(zhǔn)一般是0.5%～1%。如果汽車沒有三元催化器或者三元催化器沒有達(dá)到工作溫度，其數(shù)值應(yīng)當(dāng)保持在低于2.5%～3%。帶有三元催化器的汽車達(dá)到工作溫度后，CO含量應(yīng)當(dāng)保持低于0.5%，最好接近于0。CO在混合比14.7：1時(shí)，排放值一般在1%以下，即很低。混合比從14.7：1變濃，完全燃燒所需的空氣不足，會(huì)使CO含量增加。隨著混合比從14.7：1變稀，CO含量保持在低水平，如圖1所示。CO總是在混合比偏濃，O2不足的燃燒中產(chǎn)生，失火是指不發(fā)生燃燒，不會(huì)產(chǎn)生CO。所以，盲目更換火花塞或高壓線，甚至更換點(diǎn)火線圈或點(diǎn)火模塊，都不是排除CO含量偏高的辦法，因?yàn)镃O含量偏高通常是因?yàn)镃O分子缺少O2分子，從而無法尋找到另一個(gè)氧原子使之轉(zhuǎn)化為CO2，這種情況下必須從進(jìn)氣不足或進(jìn)油過多上查找原因。CO排放值越低，說明燃燒越徹底。但是，混合汽過稀也會(huì)引起失火，不過由于沒有燃燒發(fā)生，不會(huì)增加CO的排放量。汽車CO超標(biāo)的原因有很多，但是，解決任何問題，都要善于抓主要矛盾，CO超標(biāo)的主要矛盾就是混合比濃了，進(jìn)氣少了。具體原因有：噴油器泄漏，噴油壓力過高，曲軸箱受到汽油污染，炭罐飽和與電磁閥常開，曲軸箱通風(fēng)量過大，氧傳感器被污染，進(jìn)氣量檢測(cè)傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、水溫傳感器、氧傳感器等提供了不正確的信號(hào)等。

值得注意的是，CO與人體血液中的血紅蛋白結(jié)合的速度比O2快250倍。CO經(jīng)呼吸道進(jìn)入血液循環(huán)，與血紅蛋白親合后生成碳氧血紅蛋白，從而會(huì)削弱血液向各組織輸送氧的功能，危害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，造成人的感覺、反應(yīng)、理解、記憶力等機(jī)能障礙，重者危害血液循環(huán)系統(tǒng)，導(dǎo)致生命危險(xiǎn)。人一旦吸入了過多的CO，會(huì)造成眩暈、惡心甚至死亡。所以，不應(yīng)在通風(fēng)不良或密閉環(huán)境中用車，對(duì)排氣系統(tǒng)泄漏的車輛應(yīng)及時(shí)修理。

2.CH（碳?xì)浠衔铮?/p>

CH是一種淺藍(lán)色煙霧，是燃料不完全燃燒或根本未燃燒的產(chǎn)物。CH是失火的標(biāo)志、是沒有燃燒或燃燒不良的標(biāo)志。CH含量以百萬分之一 （ppm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）度量，HC的排放標(biāo)準(zhǔn)一般是100ppm。如果汽車沒有三元催化器或者三元催化器沒有達(dá)到工作溫度，其數(shù)值應(yīng)當(dāng)保持在300～400ppm左右。帶有三元催化器的汽車達(dá)到工作溫度后，CH含量應(yīng)當(dāng)?shù)陀?00ppm，最好接近于0。如果在燃燒過程中有些燃油沒有燃燒，未燃CH將從排氣管排出。不管什么原因引起汽缸內(nèi)完全失火，都將造成CH含量極度偏高。這其中包括由于汽缸壓縮壓力問題引起的失火、點(diǎn)火失火或者混合汽偏稀失火?；旌掀∈Щ鸢l(fā)生在混合比稀至17：1時(shí)，此時(shí)燃油分子擴(kuò)散的距離很遠(yuǎn)而火焰前鋒不能傳播。如果混合比太濃，則沒有足夠的O2使燃油完全燃燒，這種情況稱為部分失火，將造成CH含量中度偏高。

CH超標(biāo)的主要原因是汽缸失火，沒有發(fā)生燃燒或者燃燒不完全。原因有火花塞故障，高壓線不良，點(diǎn)火線圈故障，噴油器堵塞，EGR閥漏氣，真空泄漏，燃燒室積炭，點(diǎn)火時(shí)間過早，汽缸壓力值過低，汽缸竄機(jī)油，氧傳感器被污染及進(jìn)氣流量傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、水溫傳感器、氧傳感器等提供了不正確的負(fù)荷信號(hào)等。

CH和氮的氧化物在不流動(dòng)的空氣中在陽光作用下會(huì)形成光化學(xué)煙霧，會(huì)產(chǎn)生一種具有刺激性的淺藍(lán)色煙霧，其中含有臭氧、醛類、硝酸脂類等多種復(fù)雜化合物，對(duì)人體最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜，會(huì)引起眼睛紅腫和咽喉炎。

3.NOX（氮氧化物）

NOX即氮的氧化物，是一種紅棕色的不可燃燒的有毒氣體。NOX是高溫稀混（混合氣息）的標(biāo)志，是高溫富氧燃燒條件下的產(chǎn)物，混合比在16：1附近產(chǎn)生最多。NOX含量以百萬分之一（ppm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）度量，NOX的排放標(biāo)準(zhǔn)是一般是500～800ppm。NOX是N2和O2結(jié)合產(chǎn)生的，N2在高溫和高壓的情況下很容易與其他元素結(jié)合。診斷NOX含量高的汽車時(shí)，要考慮到燃燒室溫度高的問題。許多發(fā)動(dòng)機(jī)使用廢氣再循環(huán)和可變氣門正時(shí)作為控制燃燒室溫度的方法，所以也要檢查這些系統(tǒng)。還有，如果在診斷CO高的故障時(shí)，發(fā)現(xiàn)NOX含量也很高，那么CO問題被修復(fù)時(shí)，混合比就會(huì)變稀，靠近14.7：1的理論混合比。

為了獲得更好的發(fā)動(dòng)機(jī)性能，需要濃的混合汽，這樣一來，燃燒后就不會(huì)剩余大量的O2。沒有O2，就不會(huì)形成NOX，所以大部分NOX實(shí)際是在混合汽不是很濃的中小負(fù)荷范圍內(nèi)產(chǎn)生的。NOX超標(biāo)的主要原因是高溫富氧，例如：混合汽過稀，真空泄漏，噴油器臟堵，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高，燃燒室積炭過多，EGR閥臟堵，點(diǎn)火時(shí)間過早，三元催化器失效及進(jìn)氣流量傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、水溫傳感器、氧傳感器等提供了不正確的負(fù)荷信號(hào)等。

NOX的毒性主要是指NO2（二氧化氮），它是對(duì)人體有害的氣體，特別是對(duì)呼吸系統(tǒng)。在NO2濃度為9.4mg/m3的空氣中暴露10min，即可造成人的呼吸系統(tǒng)功能失調(diào)，引起嚴(yán)重的肺病。

4.CO2（二氧化碳）

CO2由一個(gè)碳原子和兩個(gè)氧原子組成，是正常燃燒下的產(chǎn)物，是燃燒效率高的標(biāo)志。CO2雖然無毒，但是現(xiàn)在也屬于限制排放的氣體，因?yàn)槠浔还J(rèn)為是導(dǎo)致全球變暖的原因之一。CO2含量以百分比（%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）度量，一般在13%～15%之間，有時(shí)可能達(dá)到16%。由于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)（如氣門正時(shí)和升程）會(huì)影響CO2含量，所以設(shè)定CO2的硬性規(guī)范值是不科學(xué)的。如果CO2的讀數(shù)接近16%，則說明發(fā)動(dòng)機(jī)可能工作得很好；如果CO2讀數(shù)為11%或更低，則說明發(fā)動(dòng)機(jī)可能有性能問題，需要進(jìn)行診斷；如果的CO2讀數(shù)在12%～14%之間，可能表示發(fā)動(dòng)機(jī)工作得很好，也可能表示發(fā)動(dòng)機(jī)有性能問題，這還與使用的燃料有關(guān)。比如，使用乙醇汽油，CO2讀數(shù)在12%～14%之間一般是正常的，而使用質(zhì)量好的純汽油，就不一定正常。我們檢測(cè)CO2和O2含量，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)是否在發(fā)揮高效率。

5. O2（氧氣）

O2是燃燒結(jié)束后未用完的產(chǎn)物，是混合汽稀的標(biāo)志。O2為0表示混合汽過濃，O2含量以百分比（%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）度量，其數(shù)值應(yīng)當(dāng)保持在0.5%～2.5%之間。理論混合比范圍內(nèi)或高效率的發(fā)動(dòng)機(jī)，其O2和CO含量近似相等，其值在0.2%～1.5%。O2含量高于2.5%表示混合比太稀，可能接近于失火的混合比。二次空氣噴射系統(tǒng)工作，O2排放量會(huì)增高到8%，所以，檢測(cè)時(shí)要禁止任何二次空氣噴射系統(tǒng)工作，并檢查排氣系統(tǒng)是否泄漏。

汽油機(jī)的排放中如果O2和CO含量均在0.3%～1%之間，說明發(fā)動(dòng)機(jī)工作得很好，且O2排放值不受三元催化器影響。O2進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)有三條渠道，一是通過進(jìn)氣管，二是燃料乙醇汽油中所含的氧，三是通過泄漏的排氣管或二次空氣噴射到達(dá)氧傳感器。雖然O2不屬于限制排放的氣體，但是O2確是重要的診斷助手，可以幫助我們分析燃燒室內(nèi)的燃燒情況及發(fā)動(dòng)機(jī)效率。如果O2增加，CO2減少，則說明發(fā)動(dòng)機(jī)效率下降。（未完待續(xù)）