【摘 要】 本现代发动机ECU有自诊断功能。通过诊断仪能快速判断发动机故障。但有些发动机故障并不会产生故障代码，这要求寻求另外的方法来解决问题。汽车尾气成分与发动机的工况有最直接的联系，所以通过对汽车尾气的检测可初步分析发动机的工作状况与性能的好坏。当发动机各系统出现故障，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。
【关键词】 发动机 故障 尾气 分析
随着汽车技术和电子技术的发展，采用电子技术手段解决汽车发动机故障的方法应用得越来越多。电控单元具有自诊断功能，当系统出现故障时，它可以提供电控系统有关故障代码，这对于诊断电控发动机故障提供了一定的帮助。但是，由于ECU只能对与控制系统有关的部分故障进行自诊断，并不是对所有的故障都可以进行自诊断。另外，自诊断系统的诊断结果往往还需要对故障原因进行进一步的深入诊断与检查。所以，仅仅依靠自诊断系统是不能完全解决电控发动机的所有故障问题。尾气分析仪除了在检测尾气成分，控制发动机的排放指标以外，还可以在发动机的故障诊断中发挥巨大的作用。汽车发动机尾气中会含有HC、CO、NOx等有害气体和CO2、H20、O2等无害气体。燃料在汽缸内的燃烧状况不同，各种气体的成分就不同。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，检查包括燃烧状况、点火能量、进气效果、供油状况、机械状况等诸多方面。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的空燃比、点火正时及催化器转化效率等，主要分析的参数有CO、HC、CO2、NOx和O2。
1 尾气成分影响因素
（1）HC是发动机未燃尽的燃油分解所产生的气体，当燃烧温度过低或雾化不良时，发动机排出的废气中HC含量增加。
（2）CO是燃料不完全燃烧的产物，当发动机混合气过浓或燃烧质量不佳时，易生成CO而从发动机的排气管排出。
（3）CO2是可燃混合气燃烧的产物，它能够反映出燃料的燃烧效率。
（4）NOx是空气中的N2与O2在高温高压条件下反应而生成的。汽车发动机所排出废气中的NOx主要由NO和NO2构成，汽油机排出的NOx中NO占99%，而柴油机排出的NOx中NO2的比例稍大。发动机的负荷和压缩比越高，发动机的燃烧温度越高，燃烧终了汽缸压力越高，生成的NOx的条件越充分。
2 实验设备与实验方法
2.1 实验设备
（1）桑塔纳2000GsiAJR发动机故障实验台
（2）美国SPXOTC3995发动机综合分析仪，美国SPXOTC3995-2五气体分析模块
2.2 实验方法
（1）阻塞空气供给系统模拟混合气过浓的故障；
（2）断开某缸喷油器控制线路模拟喷油器不喷油的故障；
（3）阻塞某缸喷油器模拟喷油器喷油不畅的故障；
（4）使用间隙过大、过小的火花塞或漏电的高压线模拟点火系统故障；
（5）使用已损坏失效的传感器、执行器模拟控制系统的故障；
（6）拔去某缸火花塞模拟某缸不工作的故障等。
实验时，为反映发动机排放的真实情况，将五气体分析仪的取样探头插入三元催化器前面排气管上的一个专用废气检测插头中，插入深度为400mm。为了防止气流滞后效应对测量结果的影响，在启动发动机10s后开始读数，读取30s内尾气排放的平均值。若将三元催化器前后的测量值进行比较，还可以判断三元催化器的转化效率是否正常。
3 发动机尾气分析的基本结论
（1）HC的读数高，说明燃油没有充分燃烧。汽缸压力不足、发动机温度过低、油箱中油气蒸发、混合气由燃烧室向曲轴箱泄漏、混合气过浓或过稀、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。
（2）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、曲轴箱强制通风系统受阻、点火提前角过大或水温传感器有故障等。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。
（3）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13～16%。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。
（4）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，O2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1～2%。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。
（5）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。
（6）利用功率平衡试验和尾气分析仪的读数，可以知道每个缸的工作状况。如果每个缸CO、CO2的读数都下降，HC、O2的读数都上升，且上升和下降的量都一样，表明各缸都工作正常。如果只有一个缸的变化很小，而其它缸都一样，则表明这个缸点火或燃烧不正常。另外，当四缸发动机中有一缸不工作时，其浓度将上升到4.75～7.25%；若有两缸不工作，则会上升到9.5～12.5%。
4 发动机故障实例分析
实例1
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0～0.3V和0.7～1.0V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250×10-6、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50×10-6、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。
实例2
一辆丰田凌志LS300，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之间变化。
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。
5 在尾气检测时注意的几个问题
（1）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。
（2）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。
（3）在发动机暖机后，才能使用尾气分析仪进行尾气检测。
（4）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。
6 结语
目前，在许多汽车维修企业当中，尾气分析仪只是作为车辆年检前调整尾气参数的普通设备，还没有发挥出它在汽车故障诊断中的应有作用，由此造成了资金的浪费和设备的闲置是十分可惜的。因此，加强尾气分析在汽车故障诊断中的应用研究很有必要，很多同仁已经在这方面做出了很多有益的探索，值得大家来学习。
参考文献
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