摘要：汽油发动机的尾气成份直接与发动机工作情况有关，对于发动机在不同工况下尾气中的气体含量进行分析和检测，可以判断发动机各系统工作是否正常，也可以据此对汽油发动机系统进行故障诊断，本文主要阐述的是如何利用尾气分析结果，对发动机故障进行诊断的研究。
关键词：故障,诊断,尾气,分析
发动机是汽车的心脏，如果它在工作过程中发生故障，其它工作就无从谈起，因此对于发动机故障诊断方法进行研究非常重要。由于尾气成份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，尾气中某种成份必然偏离正常值，通过检测发动机不同工况下尾气中不同气体成份的含量，可判断发动机故障所在的部位。因此，通过检测发动机不同工况下尾气中不同气体成份的含量，判断发动机故障所在的部位，同时可以为诊断发动机各系统的工作提供重要依据。
一、汽车排放尾气的成份及形成机理
根据燃烧理论，进入汽车燃烧室的成份是空气和燃油，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、二氧化硫、铝、碳微粒、二氧化碳、氧气等气体和其他杂质粉尘等，这些物质对人类和整个生态环境危害极大，汽车废气中一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物三种有害气体的影响因素比较多。一氧化碳主要由于发动机内部缺氧和低温引起的不完全燃烧而产生，是汽油机尾气中有害成份浓度最大的物质。碳氢化合物在汽油机和柴油机中形成的机理有一定区别，在汽油机中，它主要由于不完全燃烧和壁面效应而产生的；在柴油机中，由于燃料混合不均匀和燃烧不完全所致。氮氧化物是在发动机燃烧过程中产生的，其中一氧化氮成份占比例较大，而少量成份是二氧化氮，热力型一氧化氮的生成是在高温条件下产生的。二氧化碳是可燃混合气燃烧的产物，它能够反映出燃烧的效率。
二、汽车废气排放物的影响因素
影响汽车有害排放物生产的因素很多也很复杂，但这些排放物毕竟是燃烧化学反应的产物，因而这些影响因素归结起来，同影响化学反应的因素一样，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。
（一） 空燃比的影响
汽车尾气排放主要与发动机混合气形成、燃烧过程及燃烧结束后在排气过程中的化学反应有关。汽油发动机在怠速运转时，理想的空燃比是14.7：1，由于空气中的主要成份为氧气和氮气。汽油中的主要成份为碳和氢，最理想的结果是发动机排放出二氧化碳、水及氮气。但发动机无法达到百分之百的燃烧效率，因此会产生一些不平衡燃烧气体，其中包括：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、二氧化碳和氧气。随着空燃比的增加，一氧化碳的排放浓度逐渐下降。当空燃比小于14.7：l时，由于空气量不足引起不完全燃烧，一氧化碳、碳氢化合物的排放量增大。空燃比接近理论空燃比14.7：l，燃烧越完全，一氧化碳、碳氢化合物降低，氧气接近零。而二氧化碳值升高。当空燃比超过14.7：l时，由于燃料成份减少。用通常的燃烧方式已不能正常着火，产生失火，使未燃碳氢化合物大量排出。混合气过浓将产生大量的一氧化碳、碳氢化合物，混合气过稀将引起失火而生成过多的碳氢化合物。
（二） 点火提前角的影响
点火提前角对一氧化碳的排放没有太大的影响，过分推迟点火会使一氧化碳没有时间完全氧化而引起一氧化碳排放量增加，但适度推迟点火可减小一氧化碳排放。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，这时一氧化碳排放明显增加。随着点火提前角的推迟，碳氢化合物的含量降低，主要是因为增高了排气温度，促进了一氧化碳和碳氢化合物的氧化。
（三） 点火能量的影响
火花塞电极间隙影响点火能量，碳氢化合物的排放浓度常随着火花塞电极间隙的增加而减小，而一氧化碳的排放浓度常随着火花塞电极间隙的增大加而增大，但当火花塞电极间隙继续增大时，一氧化碳的排放浓度则又随之降低。
（四） 气缸密封性的影响
进排气门、气缸衬垫的密封性，活塞、活塞环、缸套的磨损与密封性等。都会影响汽车尾气的排放。如气缸压力过低会使燃烧不良，不仅使燃油经济性下降，而且碳氢化合物和一氧化碳的排放量增加。
三、尾气分析的基本规则
（一）一氧化碳
一氧化碳读数是零或接近于零，则说明混合气充分燃烧。一氧化碳含量过高，说明燃油供给过多，空气供给过少，混合气过浓，燃料供给系统和空气供给系统有故障，如喷油嘴漏油、燃油压力过高或空气滤清器不洁净所致，其它问题可能是由三元催化转换器有故障，水温传感器有故障，点火提前角过大，混合气过稀等其它原因所致。
（二）碳氢化合物
碳氢化合物读数高，说明燃料没有完全燃烧，混合气过浓或过稀，点火系统缺火或点火能量不足，配气相位和点火正时不正确，油压过高或过低，气缸密封性不良，发动机温度过低，温度传感器有故障，三元催化转换器有故障，喷油器漏油或堵塞等其它原因所致。
（三）二氧化碳
二氧化碳读数的高低可反映出混合气燃烧的好坏。如果混合气燃烧完全，二氧化碳读数很高，最好状态13.5％—14.8％之间；如果混合器燃烧不完全，二氧化碳读数很低，可以降至12％，同时应该根据其它排放物的浓度决定混合气是浓还是稀。燃油滤芯太脏，燃油油压过低，喷油器堵塞，真空泄漏等都会造成混合气过稀，而空气滤清器脏堵，燃油油压过高等都会造成混合气过浓。
（四）氧气
氧气的含量是反映混合气空燃比的最好指标，他和其它三个数值一起能够找出故障的难点，如上所述，可燃混合气燃烧完全，二氧化碳读数很高，此时只有少量未燃烧的氧气通过气缸，氧气含量小于1%说明混合气浓，氧气含量大于2%说明混合气稀，混合气过浓，氧气的读数低，一氧化碳的读数高，反之混合气过稀，氧气的读数高，一氧化碳的读数低，导致混合气过稀的原因有很多，燃油滤清器滤芯堵塞，喷油嘴堵塞，油压过低，真空泄漏等原因造成。当氧气读数偏低，一氧化碳的读数偏高，主要应检查混合气过浓的原因，如喷油器有故障，燃油压力调节器造成油压过高，相关传感器是否有故障，相关控制模块是否有故障等原因所致。
利用功率平衡试验和四气尾气分析仪的读数，可以看出每个缸的工作状况。如果每个缸一氧化碳和二氧化碳的读数都下降，碳氢化合物和氧气读数上升，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，其它缸都一样，则表明这个缸点火或燃烧不正常。一个调整好的闭环控制电控汽车的尾气排放中，碳氢化合物的含量大约为55-100ppm，一氧化碳应低于0.5％，氧气为1.0％-2.0％，二氧化碳为13.8％-15.0％。
四、故障实例应用
我曾经在修理厂修理过一辆捷达轿车，此车配有三元催化转换器。用户反映该车发动机工作不稳，测量尾气排放严重超标。根据该车故障现象，我首先检查火花塞，发现火花塞间隙偏大，更换新件后，尾气排放情况略有好转，但未得到明显改善。连接故障诊断仪对发动机电控系统进行检测，调出1个故障码是氧传感器。我按故障码的提示，检查氧传感器至发动机电脑的连接线束，未发现短路、断路情况，于是我将氧传感器更换。随后试车，继续测量尾气，尾气排放指标依然偏高，但发动机电控系统已无故障显示。我继续从燃油系统检查，我用燃油压力表测量喷射系统压力，发动机怠速时油压为250kPa，急加速时为300kPa；关闭点火开关10min后，系统保持压力为200kPa，以上各项数据均正常。接下来拆下喷油嘴进行超声波清洗，测量其电阻值15Ω，也符合标准。连接压力机，观察喷油嘴雾化状态良好，检查喷油嘴连接线束，也无短路、断路情况。我又继续检查点火系统，用万用表测量点火线圈、高压线电阻均正常。将发动机恢复后试车，故障依旧。用故障诊断仪查寻故障存储，仍没有故障码出现。在读取测量数据时，观察到氧传感器信号电压在正常范围之间变动，属正常；进气压力传感器的数据也符合标准。于是我怀疑三元催化转换器有问题，将其更换后试车，尾气排放依然超标。我检查配气相位，正时标记正确，怀疑汽油质量有问题，清洗油箱及管路并更换优质汽油后，情况丝毫不见好转，我又仔细观察，最后发现：如果起动发动机后怠速运转而不进行路试，尾气排放基本合格；路试约2km后尾气排放指标升高；若每次起动间隔时间超过30min，怠速测量基本合格。问题到底在哪，于是，我抱着试试看的想法，拆下排气歧管进行检查，并与新的排气歧管进行比较，发现该车氧传感器的排气取样孔偏小。换上新的排气歧管进行尾气检测，各项指标显著降低。对该车进行路试，尾气排放依然合格。恢复该车所换的其它配件，继续试车，尾气排放始终未超标。
由此可以断定，故障部位就在氧传感器排气取样孔。由于从气缸内排出的废气处于高速流动状态，行至氧传感器取样孔处时形成涡流，导致排出的废气不能及时在此处更新，使氧传感器不能准确地向发动机电脑反馈同步信号，造成发动机电脑不能根据实际工况对喷油脉宽进行正确修正，最终出现发动机工作异常，尾气排放严重超标的故障。对它进行修理后故障排除。
汽车尾气成份与汽车的丁况有最直接的关系，可通过汽车尾气成份的检测可分析汽车的工作状况、性能好坏。通过实验的手段，采集充分的数据，检测汽车不同工况下尾气中气体成份的含量，逐渐的摸索确立了尾气分析在汽车故障诊断中的应用，判断汽车的故障部位。最后通过案例，汽车尾气成份分析以及故障诊断在汽车维修巾的实际意义。
参考文献
[1]韩玉敏．排放控制系统．北京：化学工业出版杜，2005．
[2]董克发．电控发动机疑难故障分析排除精华．北京：机械工业出版杜，2005．
[3]蔡凤田．汽车排放污染物控制实用技术．北京：人民交通出版杜，1999．
[4]凌建国．利用尾气分析仪诊断汽车故障的实例．汽车维护与修理．2004（10）：6-7
