汽車數據流分析法（四）

寧波技師學院 高 吉

10 尾氣分析在發動機故障診斷中的應用

尾氣分析是發動機故障診斷中較為復雜的一種診斷方式，通過分析尾氣可以了解發動機進氣系統、燃燒室、排氣系統及廢氣再循環系統等的工作情況。用尾氣分析儀對尾氣成分的測試一般包括一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、二氧化碳（CO2）和氧氣（O2）。空燃比越接近理論空燃比（14.7∶1），燃燒就越充分，尾氣中CO、HC和O2的含量就越低，CO2的含量就越高（一般最大值為13.5%～14.8%）；可燃混合氣過濃或過稀都會導致發動機燃燒不良，同時產生大量的有害氣體。

10.1 汽車尾氣產生機理

發動機既是動力發生源，也是能量轉換器，能把燃料中的化學能轉變成熱能，再由熱能轉化為機械能。在化學能轉變成熱能的能量轉換過程中，燃燒需要用一定量的空氣作為氧化劑。在尾氣中除了2種最終氧化物（CO2和H2O）以外，還有CO、HC及燃燒時高溫產生的NOx等有害氣體。

10.2 尾氣測試中一氧化碳（CO）含量的分析

一般情況下，進入閉環控制后，氧傳感器和三元催化轉化器正常時，CO的體積分數為0.5%～1%；采用二次空氣噴射系統的CO的體積分數為0%～0.3%。CO含量的高低與燃燒室溫度、O2有關。汽油中的碳和氫與空氣中的氧組成的可燃混合氣在燃燒室燃燒時，其主要產物是CO2和H2O，CO是燃燒的副產品。在O2不足的情況下，可燃混合氣不完全燃燒，產生的尾氣中含有大量CO。CO是尾氣排放中有害成分濃度最大的污染物。CO和血紅蛋白有很強的親合力，它的親合力比氧強幾十倍，親合后生成碳氧血紅蛋白，從而消弱血液向各組織輸送氧的功能，造成感覺、反應、理解、記憶力等機能障礙，重者危害血液循環系統，導致生命危險。在保證燃燒的前提下，可燃混合氣越稀，尾氣中CO的含量就越低。

CO2是可燃混合氣燃燒的產物，CO2的含量越高，表明CO的轉化率越好，可燃混合氣越接近理論空燃比，可燃混合氣在燃燒室和三元催化轉化器內轉化的效果越好。但CO是借助O2轉化為CO2，CO2含量越高，O2的含量就越低。如果O2和CO2含量都高，就可能是氧傳感器前端的排氣系統發生泄漏或二次空氣噴射系統的電磁閥密封不良。

如果濃度超過理論空燃比，即使是可燃混合氣稍微有些濃，尾氣中CO含量也會明顯增加。導致可燃混合氣過濃的原因主要有以下8個方面。

（1）冷卻液溫度傳感器或進氣溫度傳感器的計量溫度低。發動機冷卻液溫度傳感器在各種溫度下的電阻都大于標準值，是由于控制單元誤認為發動機處于低溫狀態，熱機后仍進行暖機控制，使可燃混合氣過濃。常用的檢測方法有以下2種。

1）在廠家規定的不同溫度下檢測傳感器的電阻，查看電阻是否與廠家規定相符。

2）讀取數據流與紅外線測溫儀實際測量相結合，如果數據流和實測的發動機冷卻液溫度不符，說明冷卻液溫度傳感器信號失準。

進氣溫度傳感器進入失效保護后，一般控制單元會按照進氣溫度為19.8 ℃進行控制，熱天就會導致可燃混合氣過濃，造成行駛中發動機熄火，且熄火后無法重新起動。

（2）空氣流量傳感器或進氣歧管壓力傳感器信號偏高。空氣流量傳感器信號偏高，實際進氣量少于空氣流量傳感器檢測到的進氣量，會造成可燃混合氣偏濃，發動機CO和HC的排放超標。對于使用進氣歧管壓力傳感器的進氣系統，如果發生泄漏，會造成混合氣過濃、氧傳感器輸出電壓過高。另外，進氣歧管壓力傳感器的真空軟管被積炭堵塞，造成真空度低，控制單元會誤認為進氣量較大，為此加大噴油脈寬，供給濃的可燃混合氣，導致氧傳感器輸出電壓信號過高，同時自診斷系統可能存儲與可燃混合氣空燃比、氧傳感器等相關的故障代碼。

（3）燃油系統壓力過高。可燃混合氣的濃度是由噴油脈寬和燃油壓力兩部分控制的，所以燃油壓力過高會造成可燃混合氣過濃。燃油壓力調節器真空軟管堵塞，在怠速和中小負荷時燃油壓力調節器無法感受到進氣系統的真空吸力，燃油壓力調節器沒有回油，導致燃油壓力過高；大負荷時燃油壓力調節器原本就沒有回油，所以大負荷時燃油壓力正常。

（4）噴油器滴油。噴油器滴油屬于額外供油，不僅增大可燃混合氣濃度，而且霧化不好，所以容易引起排氣管冒黑煙。進行噴油器噴油試驗時，30 s內各噴油器滴油不得超過1滴，否則必須清洗或更換噴油器。

（5）氧傳感器信號電壓偏低。氧傳感器的加熱器損壞或氧傳感器對搭鐵短路導致氧傳感器輸出的信號電壓過低時，控制單元會誤認為可燃混合氣過稀，從而加大噴油脈寬，導致可燃混合氣過濃。另外，氧傳感器上游的排氣管發生泄漏，會使大量新鮮空氣進入排氣管，導致氧傳感器輸出信號電壓持續偏低，控制單元逐步將噴油脈寬調到最大，造成可燃混合氣過濃。氧傳感器出現故障時，有的車型對氧傳感器比較敏感，會點亮發動機故障燈，并存儲與氧傳感器相關的故障代碼，但有些車型卻會存儲與空氣流量傳感器相關的故障代碼，還有的車型對氧傳感器不敏感，不會點亮發動機故障燈，也不會存儲故障代碼。在熄火狀態下斷開氧傳感器導線連接器，然后重新起動發動機，如果熱車后排氣管不再冒黑煙，表明可燃混合氣過濃是因為氧傳感器有故障。

（6）在進氣系統方面，空氣濾清器堵塞會使充氣系數降低，導致可燃混合氣過濃。

（7）曲軸箱強制通風裝置堵塞在一定程度上也會使可燃混合氣變濃。

（8）燃油箱加注燃油過多，導致部分燃油進入活性炭罐內，急加速時活性炭罐電磁閥開啟，可燃混合氣本身就較濃，再加上炭罐內的部分燃油未經噴油器就直接進入燃燒室，導致急加速時排氣管冒黑煙，嚴重時急加速熄火。另外，活性炭罐通風口堵塞也會導致混合氣過濃。