维普资讯 http://www.cqvip.com 第２６卷第４期 实验室研究与探索 Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．４ ２００７年４月 ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＡＮＤ ＥＸＰＬ０ＲＡ，Ｉ１０Ｎ ＩＮ ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ Ａｐｔ．２００７ 尾气分析在汽车故障诊断中的实验研究 曹红兵 ， 陈汉生 （１．浙江师范大学，浙江金华３２１００４；２．浙江大昌汽车股份有限公司，浙江金华３２１０００） 摘要：尾气成分与发动机的工况有最直接的联系，通过实验总结出发动机各部分技术状况与尾气成分 问的关系，分析了尾气成分异常的原因。指出通过尾气分析可诊断出发动机故障所在的部位，并通过故 障实例得到了验证。 关键词：尾气；分析；故障诊断 中图分类号：Ｕ４６７．２＋１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７１６７（２００７）０４—００３３—０４ Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｖｅｎｔ Ｇａｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｅｎｇｉｎｅ Ｆａｕｌｔ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ＣＡＯ Ｈｏｎｇ－ｂｉｎ ，ＣＨＥＮ Ｈａｎ－ｓｈｅｎｇ。 （１．Ｚｈ￣ｉａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖ．，Ｊｉｎｈｕａ ３２１００４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈ￣ｉａｎｇ Ｄａｃｈａｎｇ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ＩＮＣ，Ｊｉｎｈｕａ ３２１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎ￣ｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｎｔ ｇａｓ ｈａｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅａｃｈ ｅｎｇｉｎｅ ｐａ￣ｉａｌ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｎｔ ｇａｓ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｕｓｕａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｎｔ ｇａｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｖｅｎｔ ｇａｓ ｉｔ Ｃａｎ ｄｉａｇｎｏｓｅ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ ｆａｕｌｔ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｖｅｒｉｉｆｅｄ ｂｙ ｈｔｅ ｒｅａｌ ｆａｕｌｔ ｅｘａｍｐｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｅｎｔ ｇａｓ；ａｎａｌｙｓｉｓ；ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ＣＬＣ ｎｕｍｂｅｒ：Ｕ４６７．２＋１ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ ＣＯｄｅ：Ａ Ａｒｔｉｃｌｅ ＩＤ：１００６—７１６７（２００７）０４—００３３—０４ 汽车发动机可燃混合气在燃烧过程中会产生ＨＣ、 是汽油机尾气中有害成分浓度最大的物质。ＣＯ，是可 ＣＯ、ＮＯ 等有害气体和ｃ０２、Ｈ：０、０：等无害气体。尾 燃混合气燃烧的产物，它能够反映出燃烧的效率。尾 气分析主要内容有混合气空燃比、点火正时及催化器 气中的Ｏ 是发动机吸入的空气中未燃烧的部分，是反 转化效率等，主要分析的参数有ＣＯ、ＨＣ、ＣＯ：和０：，还 映混合气空燃比的最好指标。 有空燃比（Ａ／Ｆ）或相对空燃比（ ）。通过对这些参数 如图１所示，随着空燃比的增加，ＣＯ的排放浓度 的分析，可判断发动机各工况的燃烧情况，实现汽车故 逐渐下降，ＨＣ的排放浓度两头高、中间低，ＣＯ：的排放 障的快速诊断。ＮＯ 常常发生在高温大负荷的情况 浓度中间高、两头低。当空燃比小于１４．７：１时（混合 下，在没有底盘测功机时只能靠路试去测量，在此不作 气变浓），由于空气量不足引起不完全燃烧，ＣＯ、ＨＣ的 分析。 排放量增大。空燃比越接近理论空燃比１４．７：１，燃烧 １ 空燃比和点火正时对尾气成分的影响 越完全，ＨＣ、ＣＯ的值越低，Ｏ 越接近于零，而ＣＯ 的值 越高（最大值在１３．５％～１４．８％之间）。而当混合气空 ＨＣ是未燃燃料、可燃混合气不完全燃烧或裂解的 燃比超过１６．２：１时（混合气变稀），由于燃料成分过 碳氢化合物及少量的氧化反应的中间产物。ｃ０主要 少，用通常的燃烧方式已不能正常着火，产生失火，使 来自在空气不足的情况下可燃？昆合气的不完全燃烧， 未燃ＨＣ大量排出。混合气过浓将产生大量的ＣＯ、 ＨＣ，混合气过稀将引起失火而生成过多的ＨＣ。 收稿１３期：２００６—０６—１３ 如图２所示，点火提前角对ＣＯ的排放没有太大 基金项目：浙江省教育厅科研计划项目（２００４０８１１） 影响，过分推迟点火会使ＣＯ没有时间完全氧化而引 作者简介：曹红兵（１９６６～），男，安徽安庆人，高级讲师，主要从事汽 起ＣＯ排放量增加，但适度推迟点火可减小ＣＯ排放。 车电子控制技术及检测维修方面的研究，Ｅ・ｍａｉｌ：ｚｓｄｃｈｂ＠ｚｊｎｕ．ｃｎ 实际上当点火时间推迟时。为了维持输出功率不变需 维普资讯 http://www.cqvip.com 实 验 室 研 究 与 探 索 第２６卷 ＿＿＿一ＣＯ－＿＿ｌ ０２ ・－－－－－一ＨＣ。。。。 。’ＣＯ２ 图１ 空燃比、过量空气系数与尾气成分的关系曲线 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。 ～ ０ 测 靛 。一； ＣＣ ● Ｉ Ｉ！ Ｉ Ｉ 推迟ＴＤＣ 提前 点火提前角 图２点火提前角与燃油消耗率１、尾气成分的关系曲线 发动机在不同工况下尾气排放浓度值正常范围见 表１，若发动机存在故障，则尾气含量会发生相应的变 化。 表１发动机在不同工况下尾气排放浓度值正常范围 排放 怠速工况下 转速在２０００ ｒ／ｍｉｎ时 物 催化转化器前催化转化器后 催化转化器前催化转化器后 ２实验设备与实验方法 ２．１实验设备 大众桑塔纳２０００ＧＳｉ ＭＲ发动机故障实验台，美 国ＳＰＸ ＯＴＣ３９９５发动机综合分析仪、美国ＳＰＸ ＯＴＣ３９９５．２五气分析模块（与发动机综合分析仪配 套）。ＭＲ发动机是直列式４冲程４缸８气门电喷发 动机，采用了德国博世（Ｂｏｓｃｈ）公司先进的Ｍ３．８．２电 子控制顺序多点燃油喷射系统。点火系统采用两个点 火线圈，为双火花点火系统。ＯＴＣ３９９５发动机分析仪 功能强大，可对发动机电器系统、燃油系统、点火系统 和机械部分进行全方位的诊断测试。发动机高速运转 时，高精度示波器可随时获取错误信号，同时进行蓄电 池电压与电流、初级和次级点火信号、一缸同步信号、 正时信号和真空度的检测。 ２．２ 实验方法 （１）设置空气供给系统、燃油供给系统、电子点火 系统和控制系统的模拟故障，检测不同系统不同故障 的尾气成分。根据尾气检测结果，分析研究发动机各 部分故障与尾气成分变化间的关系。进行故障模拟的 方法主要有以下几种：阻塞空气供给系统模拟混合气 过浓的故障，断开某缸喷油器控制线路模拟喷油器不 喷油的故障，阻塞某缸喷油器模拟喷油器喷油不畅的 故障，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，使用已损坏失效的传感器、执行器模 拟控制系统的故障，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，将五气分 析仪的取样探头插人三元催化器前面排气管上的一个 专用废气检测插头中，插人深度为４００ ｍｍ。为了防止 气流滞后效应对测量结果的影响，在启动发动机１０ Ｓ 后开始读数，读取３０ Ｓ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。 （２）与汽车维修企业合作，采集相关故障案例，根 据企业提供的维修案例和尾气检测数据，分析发动机 各部分故障与尾气成分变化间的关系。 ３发动机各部分技术状况与尾气成分间的关 系 进排气门、气缸衬垫的密封性，活塞、活塞环、缸套 的磨损与密封性等影响气缸密封性的因素，空气流量、 温度、节气门位置、转速传感器信号及控制单元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，这些 因素将影响尾气成分中的ＨＣ、ＣＯ。相关的检测项目 有气缸压力、气缸漏气率、进气真空度、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。 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 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 曹红兵，等：尾气分析在汽车故障诊断中的实验研究 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、ＮＯ 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、进气歧管真空泄露、空气泵故障、气缸盖衬 垫损坏、ＥＧＲ阀故障、排气系统泄露、点火系统提前角 过大等。 ４尾气成分异常的原因分析 ＨＣ的读数高，说明燃油没有充分燃烧。混合气过 浓或过稀（可通过ＣＯ和０ 的含量来判定到底是混合 气过浓还是过稀）、点火系统缺火或点火能量不足、配 气相位不正确、点火正时不准确、油压过高或过低、气 缸密封性不良、发动机温度过低、混合气由燃烧室向曲 轴箱泄漏、三元催化转换器故障、二次空气喷射控制系 统故障、燃油蒸发控制系统不能正常工作、温度传感器 不良、喷油嘴漏油或堵塞等因素都将导致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。ＣＯ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、空气滤清器不洁净被阻塞，其它问 题如三元催化转换器有故障、二次空气喷射控制系统 存在故障、燃油蒸发控制系统不能正常工作、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。 ＣＯ：是可燃混合气燃烧的产物，ＣＯ：的高低反映 出混合气燃烧的好坏即燃烧效率。可燃混合气燃烧越 完全，ＣＯ 的读数就越高，混合气充分燃烧时尾气中 ＣＯ 的含量达到峰值１３％～１６％（无论是否装有催化 转化器）。当发动机混合气出现过浓或过稀时，ＣＯ：的 含量都将降低。当排气管尾部的ＣＯ，低于１２％时，要 根据其他排放物的浓度来确定发动机混合气是过浓还 是过稀。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、燃油压力过高等都可能导致混合气过浓。 Ｏ：的含量是反映混合气空燃比的最好指标，其读 数是最有用的诊断数据之一，和其它３个读数一起能 帮助找出诊断问题的难点。如上所述，可燃混合气燃 烧越完全，ＣＯ：的读数就越高。与此相反，燃烧正常 时，只有少量未燃烧的０：通过气缸，尾气中０２的含量 应为１％～２％。０，的读数小于１％说明混合气过浓， ０ 的读数大于２％表示混合气太稀。混合气过浓，０： 的读数低而ＣＯ的读数高；反之，混合气过稀，０：的读 数高而ＣＯ的读数低。导致混合气过稀的原因很多， 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０，读数偏低、而ＣＯ读数偏高时，应主要检查 混合气过浓的原因，如喷油器有故障（喷油器密封不严 造成燃油泄露）、燃油压力调节器损坏造成燃油压力过 高、与燃油喷射系统有关的传感器和发动机控制模块 存在故障、曲轴箱强制通风系统存在故障使过多的曲 轴箱窜气参与燃烧、燃油蒸发控制系统不能正常工作 造成混合气过浓等。当０，读数偏高、而ＣＯ的读数偏 低时，应主要检查混合气过稀的原因，如真空泄漏、燃 油压力过低、喷油器堵塞、控制系统存在故障、二次空 气喷射控制系统有故障、排气系统密封性不良、ＥＧＲ 阀泄漏等。 利用功率平衡试验和尾气分析仪的读数，可指出 每个缸的工作状况，进行各缸工作均匀性判断。如果 每个缸ＣＯ、ＣＯ：的读数都下降，ＨＣ、０ 的读数都上升， 且上升和下降的量都一样，表明每个缸都工作正常。 如果只有一个缸的变化很小，而其它缸都一样，表明这 个缸点火或（和）燃烧不正常。另外，当某缸不工作时， ０：的浓度即会增加。如四缸发动机当有一缸不工作 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％。 ５ 应用实例 （１）实例１。一辆丰田凌志ＥＳ３００轿车，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％、０，为２．１２％、 ＣＯ，为１４．１％、ＨＣ在２６０～５００×１０ 问变化。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，进行喷油器的清洗，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，混合气过稀导致失火的可能性被排除，可能是点 火系统的故障引起失火。进一步检查电子点火系统， 当检查到右侧气缸的高压线和火花塞时，发现一个缸 的高压线有短路现象，火花塞电极间隙过小。更换高 压线，调整火花塞电极问隙，启动发动机，故障消失，尾 气检测值完全在标准范围之内。 （２）实例２。一辆北京现代索纳塔２．０轿车，冷机 起动困难，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 维普资讯 http://www.cqvip.com ３６ 实 验 室 研 究 与 探 索 第２６卷 用尾气分析仪检查，ＣＯ为０．２３％，ＨＣ高达１ １００× ｌ０～，ｃ０２为１３．２％、０ 为２．３５％。ＨＣ、０２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。 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，可初步判断发动机故障所在的部位， 实现汽车故障的快速诊断。 对点火系统部件进行全面检查，未发现异常。于是，重 点检查供油系统。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，发动机转速元明 目前，在许多汽车维修企业，尾气分析仪只作为车 辆年检前调整尾气、测试简单参数的普通设备，并没有 发挥出它在汽车故障诊断中的作用，甚至有的企业只 显下降，推断１、４缸喷油器可能处于堵塞状态，换上两 只新的喷油器，发动机工作恢复正常，冷机起动迅速、 热机工作稳定、加速有力，尾气中ＨＣ下降至１５０× ｌ０～。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 机工作性能失常。 是将尾气分析仪用于应付有关部门的设备检查，由此 造成了资金的浪费和设备的闲置。上海市汽车维修管 理部门曾在２００３年对全市一、二类维修企业的１０４９ 台尾气分析仪的完好率和使用台帐进行了严格的检 查，以督促维修企业使用好尾气分析仪。但检查结果 表明，第一次测定合格率仅为７１．８％。因此，加强尾 （３）尾气检测注意事项。对于装有催化转化器的 汽车，如催化剂工作正常，会使ＣＯ和ＨＣ减少。因此， 气分析在汽车故障诊断中的应用研究很有必要。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）： ［１］蔡凤田．汽车排放污染物控制实用技术［Ｍ］．北京：人民交通出版 社．１９９９． 将取样探头插到催化转化器之前测量未经过转换的排 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 ［２］蔡凤田．汽车节能与环保实用技术［Ｍ］．北京：人民交通出版社， １９９９． 纠 纠 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。 ［３］ 代新雷，王平福，陈吴，等．排放分析在电喷发动机起动故障诊断 中的应用［Ｊ］．汽车技术，２００４（９）：４０．４２． ［４］王轶苏．利用尾气分析仪检测汽车故障［Ｊ］．汽车维修与保养，２００４ ６ 结 语 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 （上接第２３页） （５）：５０．５２． ［５］ 凌建国．利用尾气分析仪诊断汽车故障的实例［Ｊ］．汽车维护与修 理，２００４（１０）：６－７． ［６］于丽颖，姜广杰．分析尾气排放诊断汽车故障［Ｊ］．汽车维护与修 理，２００４（１０）：３１．３２． ［７］阚有波．利用尾气分析发动机故障［Ｊ］．汽车维修，２００３（４～６）：１８． １９，１３．１５．１８．１９． 洪林．应用型本科高校实践教学改革与创新［Ｊ］．实验室研究与 探索，２００４，２３（９）：６－８． （３）在实验内容方面。针对实验内容存在的问 题，增加欠缺的实验内容，设计对应的实验项目，详见 表１。在实验过程中，学生对其收集的数据、整理的数 据、输入的数据、采用的分析方法、分析结论负责，使得 统计调查所需要的技能都能得到充分的锻炼，达到学 周岚，朱路扬，刘蔡．深化教学改革创建省级实验教学示范 中心［Ｊ］．实验室研究与探索，２００６，２５（８）：９５４．９５７． 王秀红．改革实验教学体系培养学生创新能力［Ｊ］．实验室研究 与探索，２００６，２５（７）：８３５．８３７． 李礼．我国上市公司业绩与股票价格之间关系的实证研究 生学习后能进行相关的统计分析工作的目标。 通过从实验教材、实验数据和实验内容３个方面 改进ＳＰＳＳ实验教学，一方面通过让学生解决实际问题 的方法调动其学习的积极性，发挥其能动性，培养其分 析和解决问题的能力；另一方面尽可能缩短ＳＰＳＳ实验 ［Ｊ］．经济问题探索，２００５（９）：１１３—１１５． 杨林，颜金林．金融实验教学的定位模式与改革路径［Ｊ］．实验 室研究与探索，２００６，２５（２）：２６４．２６６． 钟守机，顾晓青．经济管理类专业实验教学平台的构建探讨［Ｊ］． 实验室研究与探索，２００４，２３（４）：６７．６８． 王锴工商管理类实践教学改革研究［Ｊ］．安徽工业大学学报 教学和ＳＰＳＳ实际应用工作的距离，使学生在ＳＰＳＳ实 际应用工作需要的技能得到充分的锻炼，学生毕业后 能进行应用ＳＰＳＳ进行统计分析的工作，达到为社会培 养应用型人才的目标。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）： ［１］卫海英．ＳＰＳＳＩＯ．０ｆｏｒＷｉｎｄｏｗｓ在经济管理中的应用［Ｍ］．中国统 计出版社．２００３． （社会科学版），２００４，２１（２）：１０５—１０７． 杨桦．ＳＰＳＳ统计软件包在投资分析中的应用［Ｊ］．内江科技， ２００６（２）． 陶 冶．基于聚类分析和判别分析方法的股票投资价值分析一 一关于中小企业板的初步研究［Ｊ］．财经理论与实践，２００５，２６ （１３８）：４５．４８． 王锐．统计软件ＳＰＳＳ教学的经验与体会［Ｊ］．西北医学教育， ２００４．１２（５）：４２５．４２７．
