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浅析汽车尾气的排放

文章出处:河北谱云科技有限公司 人气:发表时间:2019-01-21 14:55

汽车尾气中有害物特别多,由于汽车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。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。


一、汽车尾气成份分析


1、一氧化碳(CO):CO是燃料没有完全燃烧的产物。CO含量过高主要是混合气浓时,由于空气量不足引起可燃混合气的不完全燃烧。


CO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,如空气滤清器不洁净、混合气不洁净、活塞环胶结阻塞、燃油供应太多、空气太少、点火提前角过大(点火太早)、曲轴箱通风系统受阻等。如果电喷发动机的CO过高,很可能是喷油器漏油、油压过高、水温传感器和空气流量计有故障或电控系统产生了故障。理论上,当混合气空燃比≥14.7:1时,即在氧气充足情况下,排气中将不含CO而代之产生CO2和未参加燃烧的O2。但现实中由于混合气的分布并不均匀,总会出现局部缺氧的情况,当空气量不足,即混合气空燃比≤14.7:1时,必然会有部分燃料不能完全燃烧而生成CO。比如发动机在怠速时,燃烧的混合气偏浓,此时发动机工作循环中的气体压力与温度不高,混合气的燃烧速度减慢,就会引起不完全燃烧,使一氧化碳CO的浓度增加。发动机在加速和大负荷范围工作、或点火时刻过分推迟时也会使尾气中CO的浓度增高。即使燃料和空气混合很均匀,由于燃烧后的高温,已经生成的CO2也会有小部分被分解成CO和O2。另外排气中的H2和未燃烃HC也可能将排气中的部分CO2还原成CO。


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(废气再循环)阀泄漏等。


2、碳氢化合物(HC):HC是燃料没有完全燃烧或没有燃烧的产物,包括燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化物的200多种复杂成份。HC的读数高,说明燃油没有充分燃烧。


HC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:油箱中油气蒸发、燃油回油管堵塞、燃油压力调节器损坏。


点火正时不准确、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。


在装有催化器的轿车上,如果发动机处于正常状态,排气中的HC读数是很低的。如果一个气缸失火,气缸中所有未燃汽油都进入排气系统,会导致HC排放增加。混合气过浓或过稀、点火不正时、 点火间歇性不跳火、温度传感器不良、喷油器漏油或堵塞、油压过高或过低等均会导致HC值上升。排气中的HC是由未燃烧的燃料烃、不完全氧化产物以及燃烧过程中部分被分解的产物所组成。当混合气过稀或缸内废气过多时会出现火焰传播不充分,即燃烧室部分地区由于混合气过稀或缸内残余废气过高而不能燃烧,出现断火。这时,排气中的HC浓度会显著增加。


碳氢化合物总称烃类,是发动机未燃尽的燃料分解产生的气体,汽车排放污染物中的未燃烃的20%-25%来自曲轴箱窜气;20%来自化油器与燃油箱的蒸发;其余55%由排气管排出。


3、氮氧化合物(NOx):NOx主要成份是燃烧过程中形成的多种氮氧化合物。NOx包含NO、NO2等多种气体,主要指一氧化氮NO和二氧化氮NO2,它是由排气管排出。NOX常常发生在高温大负荷的情况下。它的产生第一要有足够高的温度(1000度以上),第二要有高压,足够大的压力,第三要有多余的氧才能反应,这三个条件任何一个不满足都不会产生氮氧化物。


过多的NOx排放可能性最大的原因是EGR阀工作不好造成的或者是气缸里面有炽热点造成爆燃现象。当燃烧室内产生爆燃时,气缸温度大幅提高,这可能导致过多的NOx排放。而气缸的爆燃则可能是由于点火提前过大、燃烧室中的积碳和点火控制系统故障造成。冷却水温度过高也会促成爆燃。试验证明供给略稀的混合气(空燃比≥15.5)会增大NOx的排放量。汽油机排出的氮氧化物中,NO占99%,而柴油机排出的氮氧化物中NO2比例稍大。


4、微粒:微粒物质主要是化合物微粒及燃料没完全燃烧生成的炭粒。尾气呈黑色是混合气太浓,排气中有大量燃料没完全燃烧生成的炭粒。尾所呈白色是排气中有大量水蒸气,如在白烟中有汽油味则是某缸混合气太浓,不能燃烧形成的油蒸气(仅在冷起动时可能)。尾气呈蓝色则是有机油进入气缸内参与燃烧。


二、汽车排放污染物的途径及成份主要有:


1、从排气管排出的废气,主要成分是:一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化合物NOx、SO2以及铅化物、微粒物(由碳烟、铅氧化物等重金属氧化物和烟灰等组成)和硫化物等;


2、曲轴箱窜气,其主要成分是HC,还有少量的CO、NOx等;


3、从油箱、化油器浮子室以及油管接头等处蒸发的汽油蒸气,成分是HC。


三、汽车废气排放物的影响因素


1、空燃比对尾气成分的影响


空燃比即空气和燃油的比例,理论空燃比为14.7:1。高于理论空燃比是稀的经济空燃比,低于理论空燃比是浓的功率空燃比。


CO主要是混合气浓时,由于空气量不足引起可燃混合气的不完全燃烧,CO的排放量增大。CO是汽油机尾气中有害成分浓度最大的物质。


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。混合气过浓或过稀,均会使燃烧不良,导致HC的排放增多。


当空燃比为15.5:l附近燃烧效率最高时,NOx生成量达到最大,混合气空燃比高于或低于此值,NOx的生成量都会减小。发动机越接近完全燃烧,NOx的生成量越多。相反,在发动机接近不完全燃烧,CO生成量增多时,NOx减少。


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。

当空燃比超过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。


过浓或过稀的空燃比都会降低燃烧速度和燃烧温度,使NO的生成量都有所下降。


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的排放降低,主要是因为增高了排气温度,促进了 CO和 HC的氧化。


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。


3、发动机转速和负荷的影响


由于NOx是高温燃烧时的生成物,当发动机的转速和负荷提高时,使气缸的燃烧温度升高,NOx生成量随之增大,CO和HC的生成量稍有增加,但影响较小。


对CO来说,空燃比不变,功率输出的大小对CO排放没有影响。


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。


发动机负荷小时,可使NOx排放浓度下降。


转速的变化对CO的排放浓度没有多少影响。


转速升高时,HC的排放有明显的降低。


对于不同空燃比的混合气、转速下,NOx生成速度有不同的影响。稀混合气,在转速提高时,NOx的生成速度减小。浓混合气提高转速时,NOx的生成速度有所增大。在任何负荷和转速下,加大点火提前角,均使NOx排放增加。


急加速时,CO、 HC、NOx增加。


4、温度与CO、 HC、 NOx关系


发动机冷态时,CO量增加,HC增加, NOx减少。


冷却水温达到正常(如80-90℃)时,NOx的生成量增多。


四、故障排除


车辆的使用保养、燃油质量以及环境条件等许多因素都会影响汽车的排放状况。主要有以下几大类因素:


(1)车辆与燃料特性:如发动机的类型和技术、尾气曲轴箱蒸发排放控制系统、发动机的机械状态和保养情况、汽车空调的使用情况、车用燃料的特性和品质等等。


(2)车辆的运行特性:如使用规律、驾驶习惯、交通堵塞的程度、交通的管理模式。


造成汽车一氧化碳、碳氢化物排放不合格的原因和故障主要表现在:发动机工况不良、空气滤清器未及时更换、空燃比调整不良、化油器故障、火花塞和高压线故障、怠速调整不良等等。


尾气不合格的主要原因就是混合气过浓或过稀。建议检查高压线电阻不能过大;再查火花塞,间隙是否偏大;接着拆下喷油嘴检测雾化状态及密封情况;还要检查三元催化器和氧传感器是否出现故障,造成排放中的各项数值均不达标。如果进气系统和发动机燃烧室内积存了大量的积碳,积碳将在汽缸内形成多处明火,使汽缸内出现多点点火的现象,混合气在相对短的时间内快速爆燃,汽缸内的燃烧温度升高,容易促进氮氧化物的生成。建议彻底清洗进气系统和发动机内部的积碳;还可以将点火正时延迟。


一些也会使氮氧化物的排放减少。由于点火时间推迟,在燃烧室内的燃烧时间将缩短,燃烧最高温度降低,使排出的碳氢和氮氧化物减少。但将会导致发动机功率的下降。但过分推迟点火,也会使CO在燃烧室内没有时间完全氧化,而引起排放量增加。


故障排除可以从以下几方面入手:


1、关闭点火开关,检查空气滤芯是否太脏;如果太脏,则应更换;如果空气滤芯正常,则进行下一步。


2、电喷发动机是否漏气。


3、检查各缸喷油器的工作情况。


4、检查各缸的点火情况。


5、检查发动机各传感器的工作情况。


车辆进气系统、排气系统、燃油系统过脏:


这种情况一般情况下出现在车辆还比较新,但是检测结果却超标,或者超标并不严重只超了百分之几或零点几,这种情况说明我们的车辆的尾气处理系统即三元催化器和氧传感并没有出现大的问题,造成尾气超标的原因大多因为车辆三大系统过脏。只要发动机正常,尾气超标是进、排气系统出了问题,对燃油系统的进气道,喷油嘴及节气门要定期清洗,三元催化器是排气系统的关键部件,所以必须定期清洗三元催化器、否则会造成三元催化器积炭堵塞失效,导致尾气排放超标。


发机机是否正常,简单检查可做到:取下火花塞看有无机油、很干净说明点火正常,发动机没有窜油,加大油门时观察,运转是否平稳有力,如果以上检查没问题即正常。


解决方案--拉高速


高速对清洗发动机的油路和气缸有相当大的作用。原因是发动机高速运转时,供油量加大,燃油的流速也加大,有助于把油路中污垢和杂质冲刷出去,达到清洗的效果。而且由于活塞的高速运动,汽缸内温度更高,气流进出气门的流量和速度也很高,燃烧会更加充分,有利于清除气门的积碳,使堵塞的通道变得顺畅。所以,拉过高速后,发动机的动力会有所增强,这是不言而喻的。


三元催化器中毒:


三元催化转换器安装在汽车排气系统内,其作用是减少发动机排出的大部分废气污染物,可除去HC(碳氢化合物)、CO(一氧化碳)和NOx(氮氧化合物)三种主要污染物质的90%,是最重要的机外净化装置。当废气经过净化器时,它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。由于这种催化器可同时将废气中的各种主要有害物质转化为无害物质,故称三元。


这些氧化反应和还原反应只有在温度达到250℃时才开始进行。如果汽油或润滑油添加剂选用不当,使用了含铅的燃油添加剂或硫、磷、锌含量超标的机油添加剂,就会使磷、铅等物质覆盖于三元催化转换器的催化层表面,阻止废气中的有害成分与之接触而失去催化作用,这就是人们常说的三元催化器“中毒”。


闭环电喷发动机很容易产生进气系统、燃烧室沉积物,氧传感器,三元催化器积炭过多中毒失效,三元催化器堵塞,EGR(废气再循环系统)阀阻塞卡滞等问题,导致发动机空燃比反馈控制三元催化净化系统不能正常工作,尾气排放超标。


三元催化器中毒是汽车尾气超标的最主要原因:


燃油标号低、油质差:标号低、油质差的燃油由于不完全燃烧会吸附在三元催化器表面,时间一长便会使三元中毒失效。


燃油含硫量高:硫吸附在氧传感器和三元催化器表面,不仅造成三元中毒失效,还给汽车动力带来一系列问题。


在影响尾气达标的原因中机油是不可忽视的一方面。旧机油由于品质的下降或者由于机油里边的含杂量太多,导致密封变差。如果机油里含杂量太高,包括含磷含硫金属颗粒太多,会随着燃烧、随着机油的蒸汽一块排到三元催化器里,长时间以后会把三元催化器的表面金属的颗粒给它堵死,会降低排放效果,也就是三元催化器中毒。而尾气中携带的沉积物,比如来自机油中的灰分,也会覆盖在催化器表面、阻碍或者降低催化效率,因此,为了保证三元催化器持久稳定地发挥功能,必须对润滑油的性能提出更高的要求,将机油对三元催化器的影响降至最低,才能满足目前的排放要求;另外要定期更换机油,在选购机油时尽量选择高级别的机油,对于自身的环保也是有利的。


道路拥堵严重:汽车开开停停会使燃油不完全燃烧而产生大量的一氧化碳,它极易吸附在三元催化剂活性表面造成三元中毒失效,所以汽车长期在低速、加速、减速状况下行驶也是造成三元失效的主要原因。


解决方案


尾气超标是因为燃烧室沉积物,氧传感器,三元催化器积炭过多中毒失效,只要三元催化器活性未丧失,没有完全堵塞,对三元催化器进行清洗,就可恢复三元催化器的活性,通过对喷油嘴及节气门清洗保养,一般来说经过保养就可达标。一旦发生三元催化器中毒,最彻底的解决方案就是更换新的三元催化器。


氧传感器损坏:


尾气超标不一定就是三元催化器中毒,氧传感器损坏也是一个重要的且容易被忽视的原因,在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上,氧传感器是必不可少的元件。由于混合气的空燃比一旦偏离理论空气燃烧比例,三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降,故在排气管中安装氧传感器,用以检测排气中氧的浓度,并向ECU发出反馈信号,再由ECU控制喷油器喷油量的增减,从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。


由于氧传感器也是由陶瓷制成,也是比较容易损坏的,损坏严重时一般可以通过电脑检测出来,但损坏不严重时电脑无法检测出来就需要专业人员的判断了。


解决方案


一般氧传感损坏就直接更换。由于氧传感起着空燃比控制的作用,使得燃油的燃烧更加充分,一旦氧传感器损坏,油耗会明显上升,所以更换坏的氧传感器对车辆的燃油经济性有着不可忽略的作用。


汽车老化:


这种情况就很难解决了,汽车各个部件都已经老化,车辆的各个部件的效率都下降了。


五、汽车尾气检测结果分析


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、汽缸盖衬垫损坏、EGR阀故障、排气系统泄漏、点火提前角过大等。


浅析汽车尾气的排放


尾气测试值与系统故障


HC和O2的读数高,是由点火系统不良和过稀的混合气失火而引起。


CO、HC高, CO2、O2低,表明发动机工作混合气很浓。


通常情况下,CO2的读数和CO、O2的读数相反。燃烧越完全,CO2的读数就越高。如果混合气浓,O2的读数就低,CO的读数就高;反之混合气稀,O2的读数就高,CO的读数就低;若混合气偏向失火点,O2的读数就会上升得很快,同时,CO值低,HC值高而且不稳定。


断火试验:如果每个缸CO和CO2的读数都下降,HC和O2的读数都上升,且上升和下降的量都一样则证明每个缸都工作正常。如果只有一个缸的变化很小,而其他缸都一样,则表明这个缸点火不正常或燃烧不正常。


如果一辆车的排气管或尾气分析仪的测量管路有泄漏,那么所检测的就是被外部空气稀释的尾气,CO和HC的测量值将降低,O2的值将上升。


O2的读数是最有用的诊断数据之一。O2的读数和其他3个读数一起,能帮助找出诊断问题的难点。通常,装有催化转换器的汽车的O2的读数应该是1.0%-2.0%,说明发动机燃烧很好,只有少量末燃烧的O2通过气缸。如果O2的读数小于1.0%,则说明混合气太浓,不利于很好的燃烧。如果O2的读数超过2%,则说明混合气太稀。燃油滤清器堵塞、燃油压力低、喷油器阻塞、真空系统漏气、废气再循环(EGR)阀泄漏等都可能导致混合气过稀失火。


参照上表,再配合相应的其它测试如故障码分析、数据流分析、点火波形分析、真空及压力分析,相信能快速的诊断电控汽油喷射发动机故障。


六、尾气检测注意事项


一般五气体尾气分析仪均具有怠速测试、双怠速测试及普通测试三种测试方法。前两种是汽车年检时的检测方法。在维修时,我们使用普通测试来实时测试发动机尾气成份的变化。现在的汽车多数装有催化转化器,分析发动机故障时,尾气取样应在催化器之前(在催化器前的排气管上通常有一个用螺栓堵住的专用的取样孔,可拆下螺栓,把尾气分析仪的探头从此插入)。装有二次空气喷射的发动机尾气测试时应让该系统暂时停止工作。测试尾气前,应使发动机达到正常工作温度,取样探头插入深度不低于40cm(400mm)。


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。

七、案例分析

案例一: 一辆丰田凌志300,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260×10-6~500×10-6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。


案例二:本田雅阁CD4,发动机型号为F22B1,费油


四气尾气分析仪检测结果:


CO 4.6%、HC 356 ppm、CO2 13.6% 、 O2 0.56% 、800转/分


检测结果分析:


HC及CO高,而CO2、O2低说明混合气浓。应重点从检查空气及燃油供给系

故障检修:


导致混合气浓的因素较多,应排查。用元征X-431读取无故障码,检查空气滤清器清洁,检查燃油压力为250KPa正常。起动发动机,怠速运转,读取喷油脉宽为3.6ms,此类发动机正常喷油脉宽在2.4ms,很明显该值超标。读取水温、节气门、点火提前角、进气压力、转速等信号均在正常范围,仔细检查,发现进气温度信号固定在20℃不变,而热车后该信号应在40-60℃之间。从进气总管上拆下该传感器,用电吹风边加热边测量其阻值,始终在2300Ω不变,证明已损坏。更换新件后,喷油脉宽在2.4ms,故障排除。因为进气温度信号是喷油修正信号,它损坏后,使发动机电脑误修正,导致混合气浓。


尾气复测结果:


CO 0.34%、HC 45 ppm、CO214.8% 、 O21.46% 、800转/分。


所有数据都在标准之内,故障排除。


案例三:奥迪A6轿车V6 2.8L电控发动机怠速时有轻微抖动,加速迟缓。


尾气测量结果:


CO约0.3%—0.5%,HC为200-500 ppm,且在此范围内波动。


检测结果分析:


CO值低,而HC值不稳定,说明有间歇性失火故障。


故障检修:


经检查发现:有一个缸的高压线有轻微短路(漏电)现象,为此更换高压线。因火花塞间隙偏大且已使用2万Km,也同时更换。清洗喷油器,观察各缸喷油器的雾化状态和流量的均匀性。复检发现:发动机抖动稍有改善,但末彻底消除;尾气检查HC值下降不大,并仍有波动。分析认为:故障仍可能是失火原因所致。为了进一步诊断故障,分别在左右两侧排气歧管氧传感器旁边的尾气检测口(该口通常是用一个螺栓密封的)进行尾气检测。结果发现:左侧气缸排出尾气的CO值在0.5%左右,HC值在125 ppm左右(因在催化器前测量,其值会比在排气尾管测量值稍高),且波动极小。而右侧气缸排出尾气的CO值也在0.5%左右,但HC值却在125-250 ppm且时有波动。因此问题应在右侧气缸中。为此又检查了右侧气缸的高压线和火花塞,发现2缸的火花塞3个电极中有一个间隙过小。经调整后,重新安装,故障完全消除,尾气检测值也符合出厂标准。


本文来自:网络

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此文关键字:汽车尾气
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