毕业论文尾气分析在汽车发动机故障诊断中的应用1.doc

目 录 摘要2 第一章 绪 论3 1.1 尾气分析的基本概念31.2 尾气分析在汽车发动机故障诊断中应用的背景3第二章 尾气分析概述32.1 尾气的主要成分及尾气分析参数32.2 汽车尾气排放物的影响因素 42.2.1 空燃比对尾气成分的影响42.2.2 点火正时对尾气成分的影响42.2.3 发动机负荷对尾气成分的影响5第三章尾气与发动机故障之间的关系63.1 发动机不同工况下发动机尾气排放浓度值63.2 发动机各部分技术状况与尾气成分间的关系63.3 尾气分析的基本结论7第四章 尾气分析在发动机故障诊断中应用的实例分析84.1实例1 84.2 实例284.3 实例394.4 实例49结束语10参考文献11 摘 要论文题目： 尾气分析在汽车发动机故障诊断中的应用汽车尾气成分与发动机的工况有着密切联系，所以通过汽车尾气的检测可初步分析发动机的工作状况、性能好坏。更为重要的是，当发动机各系统出现故障时，尾气中某种成分必然偏离正常值，通过检测发动机不同工况下尾气中不同气体成分的含量，可判断发动机故障所在的部位。在多种排放成分中HC是未燃燃料、可燃混合气不完全燃烧或裂解的碳氢化合物及少量的氧化反应的中间产物。CO主要来自在空气不足的情况下可燃混合气的不完全燃烧，是汽油机尾气中有害成分浓度最大的物质。CO2是可燃混合气燃烧的产物，它能够反映出燃烧的效率。尾气分析法就是通过对汽车尾气中的CO，HC，CO2和O2等排放成分作为主要分析参数来对发动机故障进行诊断的一种方法。关键词： 尾气 分析 故障 诊断 第一章 绪 论 1.1 尾气分析的基本概念尾气分析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。1.2 尾气分析在汽车发动机故障诊断中应用的背景在汽车发展的早期，人们主要是通过有经验的维修人员发现汽车的故障并作有针对性的修理。即过去人们常讲的“望” 眼看)、“闻” (耳听)、“切”(手摸)方式。随着现代科学技术的进步，特别是随着计算机技术的进步，汽车检测技术也飞速发展。基于这几年对本地区汽车维修企业和维修人员的调查,目前人们已能依靠各种先进的仪器设备，如汽车故障诊断仪、示波器、红外线测温仪等设备对汽车进行不解体检测，而且安全、迅速、准确。但是将汽车尾气分析应用于汽车发动机故障诊断中上还是很少，尾气分析大都还是环保部门做检查环保，对修理厂修车用的不是很多。然而这种方法的运用是对车的动力、经济和排放整体的一个综合检测，对它的检测结果分析可知汽车总体性能和技术状况。尾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。 第二章 尾气分析概述2.1 尾气的主要成分及尾气分析参数 根据燃烧理论，进入汽车燃烧室的成分是空气和燃油，汽车发动机可燃混合气在燃烧过程中产生汽车排放尾气中含有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫、铝、碳微粒和其他杂质粉尘等，这些物质对人类和整个生态环境危害极大，另外含有CO2、H20、O2等气体。由于尾气成分与发动机的工况有最直接的联系，所以通过汽车尾气的检测可初步分析发动机的工作状况、性能好坏，可以检查包括燃烧情况、点火能量、进气效果、供油情况、机械情况等诸多方面。更为重要的是，当发动机各系统出现故障时，尾气中某种成分必然偏离正常值，通过检测发动机不同工况下尾气中不同气体成分的含量，可判断发动机故障所在的部位。尾气分析主要内容有混合气空燃比、点火正时及催化器转化效率等，主要分析的参数有CO、HC、CO2和氧（O2），还有空燃比（A/F）或相对空燃比（）。2.2 汽车尾气排放物的影响因素 汽车尾气中CO、HC和NOx三种有害气体的影响因素比较多，主要为可燃混合气的空燃比，点火提前角、发动机的负荷和转速以及发动机的内部结构等。 2.2.1 空燃比对尾气成分的影响 HC是未燃燃料、可燃混合气不完全燃烧或裂解的碳氢化合物及少量的氧化反应的中间产物。CO主要来自在空气不足的情况下可燃混合气的不完全燃烧，是汽油机尾气中有害成分浓度最大的物质。CO2是可燃混合气燃烧的产物，它能够反映出燃烧的效率。 随着空燃比的增加，CO的排放浓度逐渐下降，HC的排放浓度两头高、中间低，CO2的排放浓度中间高、两头低。当空燃比小于14.7:1时（混合气变浓），由于空气量不足引起不完全燃烧，CO、HC的排放量增大。空燃比越接近理论空燃比14.7:1，燃烧越完全，HC、CO的值越低，O2越接近于零，而CO2的值越高（最大值在13.5%14.8%之间）。而当混合气空燃比超过16.2:1时（混合气变稀），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。在理论空燃比附近，CO曲线有一个拐点，当A/F减少时，可燃混合气过浓，燃油无法充分燃烧，CO生成物便急剧增加；当A/F增大时，氧含量充足，燃油可以充分燃烧，使CO生成量减少，而且比较稳定。 2.2.2 点火正时对尾气成分的影响 点火提前角对CO的排放没有太大影响，但对HC和NOx的影响较大，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。实际上当点火时间推迟时，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。随着点火提前角的推迟，HC的含量降低，主要是因为增高了排气温度，促进了 CO和 HC的氧化，也由于减小了燃烧室内的激冷面积。火提前角对CO的生成量影响不大，但对HC和NOx的影响较大。随着点火提前角的增大，HC和NOx生成物都会急剧增加，其原因与燃烧时的速度、压力、温度等有关，当点火提前角增大到一定值后，由于燃烧时间过短，HC和NOx生成量便有所下降。当然，正确的调整点火正时是非常必要的，过迟的点火提前角会使发动机动力下降，油耗增大，工作不稳。 2.2.3 发动机负荷对尾气成分的影响 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（即进气管真空度越低），发动机负荷也就越大。 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，所供给的混合气均较浓，在两种情况下CO排放均比较高。例如，最大功率时，节气门全开，供给较浓的混合气，因此CO的排放较高。 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30.5kPa81.0kPa范围内时，因供给的混合气较稀，所以HC排放降至很低，当进气管压力超过81.0kPa时，接近全负荷时混合气加浓。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，由于缸壁激冷作用的增强，混合气又较浓，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排放明显升高。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，造成高进气真空下的混合气的额外加浓，也会出现这种情况。发动机负荷小时（进气管压力低），可使NOx排放浓度下降。负荷减小进气压力降低，发动机温度低，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，若在此时点火时间不变，则燃烧过程将更多的膨胀行程延伸，这样就会使循环最高温度降低而使排气中的NOx浓度下降。* C8 B0 _: _5 B$ p5 w* R9 k* r& 9 o$ L1 T/ $ D! 0 , 第三章 尾气与发动机故障之间的关系3.1 发动机不同工况下发动机尾气排放浓度值3.2 发动机各部分技术状况与尾气成分间的关系进排气门、汽缸衬垫的密封性，活塞、活塞环、缸套的磨损与密封性等因素，与之有关的尾气成分有HC、CO。相关的检测项目有汽缸压力、汽缸漏气率和进气真空度。 空气流量、温度、节气门位置、转速传感器信号及ECU等影响喷油压力和喷油时间的因素，喷油器、进气温度、进气管内壁状况等影响喷油雾化质量的因素，与之有关的尾气成分有HC、CO。相关的检测项目有燃油压力、空燃比（A/F）、相关电路信号、空气流量计信号（L型）、进气压力传感器信号（D型）、转速信号、温度信号、负荷信号、氧传感器信号等。 K- w$ # J(点火线圈初级绕组电流、点火初级电路电阻、电容器等影响点火能量的因素，断电器、离心及真空提前装置、点火模块、与点火有关的传感器信号等影响点火正时的因素，火花塞、高压线、分电器等影响失火率的因素，与之有关的尾气成分有HC。相关的检测项目有点火波形、漏电试验、导通试验。曲轴箱强制通风装置、燃油箱蒸发控制装置的工作状况与HC的生成有关，二次空气喷射、进气预热的工作状况与HC、CO有关，催化转化器的工作温度、转化效率、使用寿命则影响HC、CO、NOX的生成。通过尾气分析，可以检测到以下几个主要方面的故障：混合气过浓或过稀、二次空气喷射系统失灵、喷油器故障、进气歧管真空泄漏、空气泵故障、汽缸盖衬垫损坏、EGR阀故障、排气系统泄漏、点火系统提前角过大等。3.3 尾气分析的基本结论 通过尾气分析，可以检测到以下几个主要方面的故障：混合气过浓或过稀、二次空气喷射系统失灵、喷油器故障、进气歧管真空泄漏、空气泵故障、汽缸盖衬垫损坏、EGR阀故障、排气系统泄漏、点火系统提前角过大等。 HC的读数高，说明燃油没有充分燃烧。偏高的原因是：混合气过稀：气缸压力不足、发动机温度过低、混合气由燃烧室向曲轴箱泄漏、燃油管泄漏、燃油压力调节器损坏。混合气过浓：箱中油气蒸发、燃油回油管堵塞燃油压力调节器损坏。点火时不准确、点火间歇性不跳火、温度传感器不良、喷油嘴漏油或堵塞、油压过高或过低等因素都将导致HC读数过高。 CO的读数是零或接近零，则说明混合气充分燃烧。C0的含量过高，表明燃油供给过多、空气供给过少，燃油供给系统和空气供给系统有故障，如喷油嘴漏油、燃油压力过高、空气滤清器不洁净。其它问题，如活塞环胶结阻塞、曲轴箱K制通风系统受阻、点火提前角过大或水温传感器和空气流量计有故障等。C0的含量过低，则表明混合气过稀，故障原因有：燃油油压过低、喷油嘴堵塞、真空泄漏、EGR阀泄漏等。 CO2是可燃混合气燃烧的产物，其高低反映出混合气燃烧的好坏，即燃烧效率。可燃混合气燃烧越完全，CO2的读数就越高，混合气充分燃烧时尾气中CO2的含量达到峰值1316%。当发动机混合气出现过浓或过稀时，CO2的含量都将降低。当排气管尾部的CO2低于12%时，要根据其他排放物的浓度来确定发动机混合气的浓或稀。燃油滤芯太脏、燃油油压低、喷油嘴堵塞、真空泄漏、EGR阀泄漏等将造成混合气过稀。而空气滤清器阻塞、燃油压力过高，都可能导致混合气过浓。 O2的含量是反映混合气空燃比的最好指标，是最有用的诊断数据之一。可燃混合气燃烧越完全，CO2的读数就越高；与此相反，燃烧正常时，只有少量未燃烧的O2通过汽缸，尾气中O2的含量应为12%。O2的读数小于1%，说明混合气过浓；O2的读数大于2%，表示混合气太稀。导致混合气过稀的原因有很多，如燃油滤芯太脏、燃油油压低、喷油嘴堵塞、真空泄漏、EGR阀泄漏等。而空气滤清器阻塞、燃油压力过高等都可能导致混合气过浓。 当CO、HC浓度高，CO2、O2浓度低时，表明发动机混合气很浓。HC和O2的读数高，则表明点火系统工作不良、混合气过稀，而引起失火。 氮氧化物含量，在平常温度下，在三四百度以下，它不燃烧，但是它的再高温下，1000度以上，它非常活跃，它就想找氧反应形成氮氧化物。所以它的产生第一个要有足够高的温度，第二个要有高压，足够大的压力，第三个多余的氧才能反应，这三个条件任何一个不满足都不会产生氮氧化物。降低氮氧化物含量，如果氮氧化物超标，可能性最大的原因EGR阀，或者是气缸里面有没有炽热点造成爆燃现象。 第四章 尾气分析在发动机故障诊断中应用的实例分析 4.1 实例1一辆丰田凌志ES300，怠速时有轻微抖动，且加速迟缓，无故障码输出。进行数据流和点火波形检测，运行参数正常，点火波形也基本正常。用四气分析仪进行尾气检测，CO为0.4%、O2为2.12%、CO2为14.1%、HC在26010-650010-6间变化。初步分析是混合气过稀，导致失火。首先检修燃油供给部分，各部件工作正常。清洗喷油器后，HC值虽然有所下降但仍较高。再检查空气供给系统，无漏气现象。至此，混合气过稀而导致失火的可能性被排除，可能是点火系统的故障。进一步检查电子点火系统，当检查到右侧汽缸的高压线和火花塞时，发现一个缸的高压线短路，火花塞电极间隙过小。更换高压线，调整火花塞电极间隙，启动发动机，故障消失，尾气检测值完全在标准范围之内。 4.2 实例2 一辆北京现代索纳塔2.O，冷机启动困难，随着温度的升高发动机出现抖动现象，行驶时加速无力。读取故障代码和数据流，一切正常。但用尾气分析仪检查，CO为0.23%，HC高达110010-6，CO2 为13.2%、O2为2.35%。HC、O2的数值偏高，一般是由点火不良或混合气过稀失火而引起的。对点火系统部件进行全面检查，未发现异常。于是，重点检查供油系。首先检测燃油压力，检测结果正常；逐缸进行断油试验，将1、4缸断油时，发动机转速无明显下降，推断1、4缸喷油器可能处于堵塞状态。换上两个新的喷油器，发动机工作恢复正常，冷机启动迅速、热机工作稳定、加速有力，尾气中HC下降至15010-6。本例是由于喷油器堵塞，使实际喷入1、 4缸的燃油量偏少，从而造成两缸混合气过稀而失火，致使发动机工作失常。4.3 实例3一辆桑塔纳2000GSi，发动机怠速不稳，经常熄火。调取故障代码，显示为00525，表明氧传感器有故障。对氧传感器进行检测，信号电压在00.3V和0.71.0V之间变化,且变化频率达到 8Hz以上，这说明氧传感器正常。用四气尾气分析仪进行检测，HC、CO、CO2、O2分别为25010-6、0.43%、14.6%、2.54%。由此看出HC和O2都较高，这是空燃比严重偏离正常值的一个重要特征。CO值较低而CO2在最大值，说明可燃混合气已充分燃烧，点火系统正常。综合分析表明，该车发动机工作时混合气偏稀，因此应从空气供给系和燃油供给系着手检修。检查燃油供给系统，一切正常。检查空气供给系统时，发现空气流量计后面的进气软管有破损、裂纹。更换进气软管，启动发动机，一切恢复正常。再次用尾气分析仪进行检测，结果HC为5010-6、CO为 0.23%、CO2为14.5%、O2为1.33%，数据正常，故障排除。本例是由于进气管漏气，使额外的空气进入汽缸，造成混合气过稀，发动机怠速不稳，经常熄火。这部分未经过ECU检测的空气经发动机燃烧后，造成排气中剩余大量氧气，氧传感器将此信号反馈给ECU，ECU根据这一信号进行相应地加浓。由于氧传感器一直输出要求加浓的信号，自诊断系统则认为氧传感器有故障，便输出相应的故障码。4.4 尾气分析注意事项 对于装有催化转化器的汽车，如果催化剂工作正常，会使CO和HC减少。因此，将取样探头插到催化转化器之前测量未经转换的排气或在EGR阀的排气口检测。必要时，使空气泵和二次空气喷射系统停止工作。读取测量数据前，不要让发动机怠速运转时间过长。在发动机暖机后，才能使用尾气分析仪进行尾气检测。在进行变工况测试中，要让加速踏板稳住后再读取测量数据。 结 束 语 目前，在许多汽车维修企业，尾气分析仪只是作为车辆年检前调整尾气、测试简单参数的普通设备，没有发挥出它在汽车故障诊断中的作用，由此造成了资金的浪费和设备的闲置。综上所述，在对有故障的车辆做完必要的常规检查之后，使用尾气分析仪可以很快发现故障的本质原因，缩小检修范围。此外，尾气分析在对燃油系统的检查，可以精简检修环节。假如是应急修理，则在未做相关检查之前，就用尾气分析仪进行检测，也许在诊断一开始就能找到故障点。尾气分析仪作为一种辅助诊断设备，确实是一种方便、快捷的检测工具，如果维修人员能够熟练地运用发动机原理，对混合气成因及燃烧过程进行深入分析，那么尾气分析一定会在汽车故障检测诊断，发挥更大的作。随着汽车检测设备智能化和汽车检测管理网络化及技术和管理的进步，今后汽车检测站将实现真正的网络化(局域网)，从而做到信息资源共享、硬件资源共享、软件资源共享。因此，结合我国当前的技术水平和以后的发展，很有必要进行推广应用尾气分析在汽车发动机故障诊断中的应用。参考文献1 2006年 第10期 作者: 曹红兵,2 张健俊 第2版 北京市西域区德外大街4号 高等教育出版社 2008 013陈志恒 胡宁 第1版 北京市西域区德外大街4号 高等教育出版社 2003 09 4 闵永军 万茂松 周良 第1版 北京市西域区德外大街4号 高等教育出版社 2004 075 汪立亮 王国荣 第1版 北京和平里东街10号 人民交通出版社 2001 10