汽车发动机废气分析与其他故障诊断手段结合

在废气分析的同时，深刻理解各种尾气成分不同组合的形成机理，结合发动机故障码分析、数据流分析、氧传感器波形分析可提高故障诊断效率和准确率。

有时，综合各种故障诊断分析手段，对诊断特定故障会大有帮助。例如，某车怠速时测得排放数值显示见表8-1。

表8-1 某车怠速时的排放物数据

此车怠速转速正常，怠速运转平稳，低、中、高速运行、急加速、减速也感觉不到明显异常，同时此车故障指示灯亮。该发动机采用D型电控燃油喷射系统。

O₂排放很低，而CO过高，同时HC过高，显然，该发动机混合气过浓，空气滤清器过脏、燃油压力过高、喷油器漏油、真空泄漏、进气歧管绝对压力传感器不良、冷却液温度传感器不良等均可能导致混合气过浓，但能引起故障警告灯亮起故障应不是空气滤清器过脏、燃油压力过高、喷油器漏油。何况喷油器漏油可能导致怠速运转不平稳。当进气歧管绝对压力传感器信号开路或短路被ECU检测到点亮故障警告灯时，系统进入失效保护或备用状态，又必将导致加速不良，所以可排除进气歧管绝对压力传感器信号明显不良的可能。真空泄漏会引起怠速偏高，且一般不会点亮故障灯。冷却液温度传感器信号开路或短路，故障警告灯会立即点亮，同时ECU会始终按80℃冷却液温度控制系统工作，混合气也不致过浓。如果冷却液温度传感器信号偏差，ECU检测到冷却液温度偏低，在加浓混合气的同时也会提高怠速转速，且故障警告灯一般也不会点亮（因为多数发动机ECU自诊断系统用值域判定法来判断冷却液温度传感器信号是否不良）。实际上，还有一个对空燃比影响较大的传感器被忽视了，那就是氧传感器。若氧传感器信号电压低，那么ECU将加大喷油脉宽，结果氧传感器信号电压还是一直偏低，ECU在一定时间范围内检测氧传感器信号电压无变化时，便认为氧传感器不良，点亮故障警告灯。由此分析，氧传感器信号不良有很大可能，结合读故障码，进行氧传感器测试，发现氧传感器信号线断路。

由上可知，检查某些车辆CO值高于1.5%，HC值高于200×10^-6这种故障时，首先应检查氧传感器电压的变化情况。因为如果氧传感器电压在0.7～0.9V以上变化且CO超标，说明故障不在氧传感器，应重点检查空气流量计信号及燃油系统压力，同时还应检查发动机冷却液温度传感器。因为当空气流量信号值过大、燃油压力过高及冷却液温度传感器温度过低时，都会造成CO排放值过高；当氧传感器信号电压在0.1～0.3V之间变化，CO、HC值超标时，应重点检查排气管及排气歧管是否漏气。如能结合故障码分析、数据流分析，同时注意发动机各种工况的运行状况，可能取得事半功倍的效果。

如果发动机怠速不稳、动力不足、加速不良，用示波器观察氧传感器信号电压波形，氧传感器波形有大量的稀/浓过渡段（杂波），同时结合废气分析仪进行尾气测量，HC的排放量比正常值高出很多，O₂含量也明显增加，则可能是由点火缺火或机械故障引起的个别缸不工作。由于燃油进入气缸而没有发生燃烧，所有未燃的HC会从排气系统中流出。如果氧传感器波形有大量的过渡段而HC的排放量良好、O₂含量明显增加，则气缸缺火可能是由喷油器故障引起的。在喷油器不喷油时，由于燃油没有进入气缸，HC的排放量没有增加。在电控发动机上，无论什么原因造成的发动机缺火现象，都会使尾气中的O₂含量增加，氧传感器感应到的信号失准，电控系统判定混合气过稀，在闭环状态时必将增加喷油量，这也就导致本来可正常工作的气缸混合气过浓，HC与CO都上升。如果这种缺火最终被ECU检测到，ECU将储存故障码，点亮故障警告灯。通常发动机在曲轴200个曲轴循环期间的缸内缺火率为2%～20%时，会使电脑设置故障码，超过15%时，在设置故障码的同时，关闭喷油器，以限制催化转化器的发热（参见“怠速不良”章节）。这也就是有的发动机热车刚起动不久HC排放很高，故障灯点亮后，HC又下降了的原因。结合相应的气缸缺火故障码（DTC）或用专用诊断仪的执行元件测试功能里的断油试验迅速找到缺火气缸。

一般说来，无三元催化反应器的四缸电控发动机，一个缸因点火缺火而喷油器并不停止喷油时，由于一个缸的混合气未燃烧，故HC大幅度上升，O₂上升4%～5%，CO₂将下降4%左右，废气分析仪上显示的λ值上升，而实际上由于闭环控制将导致其他缸混合气过浓，故CO上升，也进一步促进了HC排放的增长。这种混合气过浓在采用进气歧管绝对压力传感器检测进气量的电控系统中表现更明显些，这是由于个别缸不工作，进气歧管真空度将下降（一般下降6kPa左右），ECU进一步增加喷油脉宽的结果。在装有三元催化转化器的情况下，未燃烧的HC在三元催化反应器可进行氧化反应，消耗了一部分HC和O₂，故HC与O₂上升的幅度略小于不带三元催化转化器的发动机。由于闭环控制导致的混合气过浓可由专用诊断仪中的阅读数据流功能中看出来，一般地，喷油脉宽可能增大1～1.5ms，怠速控制阀的开度或步数也将增大，短期燃油校正系数将增大5%～10%。(www.xing528.com)

如果是因为喷油器不喷油而导致的个别缸不工作，同样O₂明显上升，CO₂将明显下降，废气分析仪上显示的λ值上升，实际ECU将加浓混合气，CO和HC排放也有所增长。

个别缸不工作，也就是这个缸未发生燃烧，同时由于闭环控制将导致其他缸混合气加浓，故一般NO_x排放减少。

气门积炭也会影响发动机的尾气排放，使混合气的调节明显偏慢，CO及HC数值变化过大，有时甚至超标。当用故障诊断仪读取氧传感器数据时，氧传感器信号电压会在0.1～0.9V之间变化（正常时为0.3～0.7V之间）。所以当发动机出现怠速不稳、游车、加速不良及氧传感器信号电压在0.1～0.9V之间变化时，不应急于更换相关传感器，应首先清洁进气门积炭、气缸积炭和进气歧管等。对于积炭的清除，可采用免拆清洗设备进行，也可进行人工清洁。

在维修中可能遇到用故障诊断仪检测氧传感器信号电压，电压始终在0.5～0.9V之间变化，实际进行发动机排放检测CO过低、HC略高，再用简易工况检测尾气，CO偏低、HC偏高及NO_x偏高的情况。此时应认真检查发动机接地电位及氧传感器接地线电压，因为消除了接地不良的问题也就排除了故障。具体分析参见“怠速不良”章节中“氧传感器的检查与废气分析”部分。

不仅EGR是控制NO_x排放的最重要的系统，而且凡是能增加发动机工作温度的冷却系统故障、过度提前的点火正时和催化转化器失效，都将促成更多的NO_x的形成。甚至仅仅因为修理好了另一种不同的排放问题，也可能造成NO_x排放值的提高。混合气过浓使燃烧室内形成积炭，这将导致气缸压缩压力的提高。修理了混合气过浓的故障会使混合气变稀，但遗留的因积炭而导致的高压缩压力会引起NO_x排放值的上升。先前，浓混合气的冷却作用掩盖了NO_x排放问题。在这种情况下，建议在重新测试排放之前对发动机进行清除积炭处理。堵塞的或有故障的喷油器可能造成NO_x过高。堵塞的喷油器，会改变喷雾形状、喷射角度或喷射不均匀，进而造成燃烧室中局部过热，于是NO_x增加；此外，如果个别喷油器脏堵，可能CO和HC排放仍可保持在规定范围内，不过混合气较稀的气缸缸内燃烧温度会升高而增加NO_x的形成。当点火过度推迟，发动机已出现明显不稳时，由于燃烧推迟后，气缸受热面积大，气缸内局部高温，发动机过热，NO_x反而增加。

配气相位变化对尾气排放的影响也是较大的。对不装备可变配气相位的发动机来说，仅推迟进气门相位10°左右，在不影响初始点火提前角的情况下，怠速的排放变化不大，怠速一般也很平稳，而且因为减小或消除了气门叠开角，减少废气被泵回进气侧的可能，从而使尾气排放有可能变得更好。但在中等负荷时，你可能会发现NOx明显增加，这是因为气门叠开角减小或消除减弱了内部EGR作用的结果。而在低速大负荷下，进气门的晚开晚关使进气效率降低，发动机转矩下降，动力不足。

对不装备可变配气相位的发动机来说，提前进气门相位10°左右，在不影响初始点火提前角的情况下，也会出现怠速运转不够平稳，进气歧管真空度下降、波动，对采用进气歧管绝对压力传感器检测进气量的电控系统来说，最终导致混合气过浓，CO和HC排放增加而CO₂下降；对采用空气流量计检测进气量的电控系统来说，混合气将过稀，HC排放也将增大。