【论文摘要】：目前，在许多汽车维修企业，尾气分析仪只是作为车辆年检前调整尾气、测试简单参数的普通设备，没有尝试在汽车故障诊断中的作用。根据发动机燃烧理论和汽油机废气形成理论,尾气成分与发动机的工况有最直接的联系，因此通过汽车尾气的检测可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。本文详细分析了汽车废气排放物的影响因素，发动机各部分技术状况与尾气成分间的关系尾气成分异常的原因分析等试图阐释尾气分析仪检测数据是如何反映汽车发动机实际性能的；通过故障诊断案例介绍分析了如何利用尾气分析仪快速有效地找到汽油机的故障原因,介绍了分析仪的智能化功能及网络化,从而说明尾气分析仪在发动机故障诊断中有很好的发展空间
【关键词】尾气分析仪 尾气成分 汽油发动机 故障诊断
在汽车发展的早期，人们主要是通过有经验的维修人员发现汽车的故障并作有针对性的修理。即过去人们常讲的“望” 〔眼看)、“闻” (耳听)、“切”(手摸)方式。随着现代科学技术的进步，特别是随着计算机技术的进步，汽车检测技术也飞速发展。基于这几年对本地区汽车维修企业和维修人员的调查,目前人们已能依靠各种先进的仪器设备，如汽车故障诊断仪、示波器、红外线测温仪等设备对汽车进行不解体检测，而且安全、迅速、准确。但是将汽车尾气分析仪应用于汽车的维修上还是很少，尾气分析仪大都还是环保部门做检查环保，对修理厂修车用的不是很多。然而这种仪器的运用是对车的动力、经济和排放整体的一个综合检测，对它的检测结果分析可知汽车总体性能和技术状况。对汽车维修必定会起到很大的作用。下面就汽车尾气分析仪应用的有关理论：汽车废气排放物的影响因素，发动机各部分技术状况与尾气成分间的关系以及尾气成分异常的原因分析和实际应用作一阐述
1 汽车排放尾气的成份分析：
根据燃烧理论，进入汽车燃烧室的成分是空气和燃油，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(NOx)、二氧化硫、铝、碳微粒和其他杂质粉尘等，这些物质对人类和整个生态环境危害极大，另外含有CO2、H20、O2等气体。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和氧（O2），还有空燃比（A/F）或相对空燃比（λ）。
2 汽车废气排放物的影响因素
汽车废气中CO、HC和NOx三种有害气体的影响因素比较多，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。
2.1 空燃比对尾气成分的影响
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。CO主要来自在空气不足的情况下可燃混合气的不完全燃烧，是汽油机尾气中有害成分浓度最大的物质。CO2是可燃混合气燃烧的产物，它能够反映出燃烧的效率。 随着空燃比的增加，CO的排放浓度逐渐下降，HC的排放浓度两头高、中间低，CO2的排放浓度中间高、两头低。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，O2越接近于零，而CO2的值越高（最大值在13.5%~14.8%之间）。而当混合气空燃比超过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。混合气过浓将产生空燃比(A/F)对CO、HC和NOx的影响见图1。在理论空燃比附近，CO曲线有一个拐点，当A/F减少时，可燃混合气过浓，燃油无法充分燃烧，CO生成物便急剧增加；当A/F增大时，氧含量充足，燃油可以充分燃烧，使CO生成量减少，而且比较稳定。
图1
图1 HC曲线在A/F为17～18附近有一个拐点，此时废气中的HC含量最低。除此之外，HC的生成量都有所增加。其原因是当A/F少于17时，混合气过浓，燃烧不彻底，当A/F大于18时，混合气过稀，燃烧速度缓慢同样会出现燃烧不彻底现象，HC都会增加。
NO曲线在A/F为15～16附近有一个波峰，此时生成的NO量最多，除此之外，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。
2.2 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。
点火提前角对CO的生成量影响不大，但对HC和NOx的影响较大，其结果分别见图2和图3。
图2 点火提前角对HC的影响 图3 点火提前角对NOx的影响
由图2和图3可看出，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。
2.3 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。
3. 尾气分析的基本结论
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、空气泵故障、汽缸盖衬垫损坏、EGR阀故障、排气系统泄漏、点火系统提前角过大等。
HC的读数高，说明燃油没有充分燃烧。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：箱中油气蒸发、燃油回油管堵塞燃油压力调节器损坏。点火时不准确、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。
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K制通风系统受阻、点火提前角过大或水温传感器和空气流量计有故障等。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。
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。
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，CO2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。
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。
氮氧化物含量，在平常温度下，在三四百度以下，它不燃烧，但是它的再高温下，1000度以上，它非常活跃，它就想找氧反应形成氮氧化物。所以它的产生第一个你要有足够高的温度，第二个你要有高压，足够大的压力，第三个多余的氧才能反应，这三个条件任何一个不满足都不会产生氮氧化物。降低氮氧化物含量，如果氮氧化物超标，可能性最大的原因EGR阀，或者是气缸里面有没有炽热点造成爆燃现象。
4. 实例分析
一辆丰田凌志ES300，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。
5. 尾气检测注意事项
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。
6. 结束语
目前，在许多汽车维修企业，尾气分析仪只是作为车辆年检前调整尾气、测试简单参数的普通设备，没有发挥出它在汽车故障诊断中的作用，由此造成了资金的浪费和设备的闲置。随着汽车检测设备智能化和汽车检测管理网络化及技术和管理的进步，今后汽车检测站将实现真正的网络化(局域网)，从而做到信息资源共享、硬件资源共享、软件资源共享。因此，结合我国当前的技术水平和以后的发展，很有必要进行推广应用尾气分析仪在汽车故障诊断中的应用。
