尾气分析在汽车发动机故障诊断中的应用[2].doc

商丘工学院毕业论文 设计 编号 商丘工学院商丘工学院 毕业论文 设计 题目 发动机排放技术的应用分析 系 别 机电工程系 专 业 汽车检测与维修 学生姓名 陈少飞 成 绩 指导教师 徐雁波 2012 年 4 月 商丘工学院毕业论文 设计 I 摘摘 要要 汽车故障诊断技术是指在整车不解体情况下 确定汽车的技术状况 查明故障原因和故障部位的汽车应用技术 汽车是一个复杂的技术系统 是许多总成 机构和元件的有序构成 在使用过程中 由于某一种或几种原因的影响 其技术状况将随行驶里程 的增加而变化 其动力性 经济性 可靠性 安全性将逐渐或迅速地下降 排气污染和噪声加剧 故障率增加 这不仅对汽车的运行安全 运行消耗 运输效率 运输成本及环境造成极大的影响 甚至还直接影响到汽车的使 用寿命 因而研究汽车故障的变化规律 定期检测汽车的使用性能 及时 而准确地诊断出故障部位并排除故障 就成为汽车使用技术的一项重要内 容 我国的汽车故障诊断与检测技术起步较晚 在 20 世纪 30 年代 汽车 故障诊断完全依靠工人和技术人员掌握的知识和经验 凭感官来分析判断 汽车故障之所在 60 70 年代开始引进和研制汽车故障诊断检测设备 进入 80 年代以后 随着国民经济的发展 特别是随着汽车制造业 公路 交通运输业的发展和进口车辆的增多 我国的机动车保有量迅速增加 汽 车故障诊断检测技术成为国家 六五 重点推广项目 并视其为推进汽车 维修管理现代化的一项重要技术措施 我国交通部颁布了第 13 号部令 汽车运输业车辆技术管理规定 28 号部令 汽车维修质量管理办法 和 29 号部令 汽车运输业车辆综合性能检测站管理办法 对汽车故障诊 断检测技术 检测制度和综合性能检测站等均做出了明确规定 其组织管 理也步入正轨 随着公路交通运输企业 汽车制造企业和整个国民经济的 发展 我国的汽车故障诊断检测技术在本世纪必将获得进一步发展 关键词 尾气分析关键词 尾气分析 故障诊断故障诊断 分析仪器分析仪器 实际应用实际应用 商丘工学院毕业论文 设计 II 目录目录 摘 要 I 目录 前 言 1 第一章 发动机的有害排放物主要成分及其危害 2 第二章 汽车排气污染物的危害 3 2 1 CO 是燃料不完全燃烧的产物 3 2 1 1 HC 是发动机未燃尽的燃料分解出来的产物 3 2 1 2 NOx 是汽油机和柴油机排放的主要污染物 3 2 2 碳烟以柴油机排放量为最多 3 2 2 1 硫化物主要为 SO2 4 第三章 尾气分析的项目和基本规则 4 3 1 尾气分析项目 4 3 2 废气分析的基本规则 4 第四章尾气分析仪在故障检测诊断中的应用 5 4 1 两气尾气分析仪 5 4 2 四尾气分析仪 5 4 3 五气尾气分析仪 6 第五章尾气分析故障 7 5 1 田佳美 5S FE 轿车故障现象 7 5 2 奥迪 A6 加速迟缓故障现象 8 5 3 奔驰 S320 轿车故障现象 8 5 4 奥迪 100 轿车故障现象 9 5 4 1 检测结果分析 10 5 4 2 故障检修 10 参考文献 11 商丘工学院毕业论文 设计 1 前前 言言 随着汽车工业的发展和汽车保有量急剧增加 汽车尾气排放的污染物是一致公 认的城市大气主要污染公害之一 已成为严重的社会问题 因此 检测并控制汽车 排气污染物的浓度 以及对尾气排放的分析 已成为汽车检测中重要的检测项目 而且也成为发动机故障诊断的重要的依据 汽车保有量的与日俱增 汽车排气对人类健康的危害及对环境的污染也日甚 一日 对此 世界各国都制定了相应的法规和标准 以期把汽车有害排放物控制在 较低的水平 为了满足排放标准 必须对发动机排气进行净化 近几年来 汽车界 开发和创制出许多净化排气的新技术和新装置 汽车是一个复杂的技术系统 是许多总成 机构和元件的有序构成 在使用过 程中 由于某一种或几种原因的影响 其技术状况将随行驶里程的增加而变化 其 动力性 经济性 可靠性 安全性将逐渐或迅速地下降 排气污染和噪声加剧 故 障率增加 这不仅对汽车的运行安全 运行消耗 运输效率 运输成本及环境造成 极大的影响 甚至还直接影响到汽车的使用寿命 因而研究汽车故障的变化规律 定期检测汽车的使用性能 及时而准确地诊断出故障部位并排除故障 就成为汽车 使用技术的一项重要内容 商丘工学院毕业论文 设计 2 第一章第一章 发动机的有害排放物发动机的有害排放物主要成分及其危害主要成分及其危害 汽车排气的污染物 主要是一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 氮氧化合物 NOx 硫化物 主要是 SO2 碳烟及其他 些有害物质 如果燃用含铅汽油 排气中的污 染物还包含铅化合物 汽车排气污染物中 CO HC NOx 和碳烟主要来源于汽车尾 气的排放 少部分来自曲轴箱窜气 其中 部分 HC 还来自于油箱和整个供油系的 蒸发与滴漏 以活塞式内燃机为动力的汽车是城市大气的主要污染源之一 汽车排放的污染 物主要有一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 氮氧化合物 NO 和微粒 CO 是燃油 的不完全燃烧产物 是一种无色 无臭 无味的气体 它与血液中血红素的亲和力 是氧气的 300 倍 因此当人吸入 CO 后 血液吸收和运送氧的能力降低 导致头晕 头痛等中毒症状 当吸入含容积浓度为 0 3 的 CO 气体时 可致人于死亡 NO 主 要是指 NO 和 NO 产生于燃烧室内高温富氧的环境中 空气中 NO 浓度在 10 20ppm 时可刺激口腔及鼻粘膜 眼角膜等 当 NO 超过 500ppm 时 几分钟可 使人出现肺气肿而死亡 在相同工况下 汽油机排放的 CO HC 和 NOx 排放量比柴油机大 因此 目前 的排放法规对汽油机主要限制 CO HC 和 NOx 的排放量 柴油机对大气的污染较汽 油机轻得多 主要是产生碳烟污染 因此排放法规主要限制柴油机排气的烟度 商丘工学院毕业论文 设计 3 第二章第二章 汽车排气污染物的危害汽车排气污染物的危害 汽车排出的各种物质中 对人类形成危害的有 CO HC NOx 碳烟和硫化物等 2 12 1 CO 是燃料不完全燃烧的产物 浓度最大的有害成分 是一种无色无味的有毒气体 它进入人体后极易与 血液中担负输运氧气的血红蛋白结合 妨碍血红蛋白的输氧能力 造成人体各部分 缺氧 头晕 呕吐等中毒症状 严重时甚至死亡 2 1 12 1 1 HC 是发动机未燃尽的燃料分解出来的产物 当 HC 浓度较高时 使人出现头晕 恶心等中毒症状 而且 HC 和 NOx 在强烈 的太阳光作用下 能反应生成一种有害的光化学烟雾 这种光化学烟雾滞留在大气 中 造成大气严重污染 对人的眼睛 呼吸道及皮肤均有强烈的刺激性 2 1 22 1 2 NOx 是汽油机和柴油机排放的主要污染物 工作时进气中的 N2 与 O2 在高温高压条件下反应而生成的 NOx 主要是 NO 和 NO2 NO 与血液中血红蛋白的亲合力比 CO 还强 通过呼吸道及肺进入血液 使 其失去输氧能力 产生与 CO 相似的中毒后果 NO2 侵入肺脏深处的肺毛细血管 引 起肺水肿 同时还能刺激眼 鼻粘膜 麻痹嗅觉 2 22 2 碳烟以柴油机排放量为最多 碳烟能影响道路的能见度 并因含有少量的带有特殊臭味的乙醛 往往引起人 们恶心和头晕 2 2 12 2 1 硫化物主要为 SO2 商丘工学院毕业论文 设计 4 第三章第三章 尾气分析的项目和基本规则尾气分析的项目和基本规则 尾气分析不仅是检查排放污染物治理效果的唯一途径而且还是对发动机工作状 况及性能判定的重要手段 尾气分析是在发动机不同工作状况下 通过检测废气中不同成分气体的含量来 判断发动机各系统故障的方法其目的是对发动机的燃烧状况进行综合评价 尾气分 析主要分析内容主要有混合气空燃比点火正时及催化转化器转化效率等 包括主要 分析的参数一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 二氧化碳 CO2 氧 02 空燃比 A F 或相对空燃比 3 1 尾气分析项目 表 1 1 系统类型有害气体无害气体其他参考值 无催化转化 器 HCCOCO2O2A F 有催化转化 器 CO2O2A F 3 2 废气分析的基本规则 碳氢化合物 HC 和氧 02 的读数高是由点火系统不良和过稀的混合气失火而引起 一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 高 二氧化碳 C02 氧 02 低 表明发动机工作混 合气很浓 如果燃烧室中没有足够的空气 氧气 保证正常燃烧 通常情况下 C02的读数和 CO 02的读数相反 燃烧越完全 C02的读数就越高 其最大值在 13 5 14 8 之间 此时 CO 的读数应该是或接近 0 O2的读数是最有用的诊断数据之一 O2的读数和 商丘工学院毕业论文 设计 5 其他 3 个读数一起 能帮助找出诊断问题的难点 通常 装有催化转换器的汽车的 02的读数应该是 1 0 2 0 说明发动机燃烧很好 只有少量末燃烧的 O2通过气缸 如果 02的读数小于 1 0 则说明混合气太浓 不利于很好的燃烧 如果 02的 读数超过 2 则说明混合气太稀 燃油滤清器堵塞 燃油压力低 喷油器阻塞 真空系统漏气 废气再循环 EGR 阀 泄漏等都可能导致混合气过稀失火 利用功率平衡试验 根据制造厂的使用说明 和四气体排气分析仪的读数 可以指出 每个缸的工作状况 如果每个缸 CO 和 CO2的读数都下降 HC 和 O2的读数都上升 且上升和下降的 量一样 则证明每个缸都工作正常 如果只有一个缸的变化很小 而其他缸都样 则表明这个缸点火或 和 燃烧不正常 商丘工学院毕业论文 设计 6 第四章尾气分析仪在故障检测诊断中的应用第四章尾气分析仪在故障检测诊断中的应用 汽车尾气分析仪有两气 四气和五气等多种类型 4 14 1 两气尾气分析仪 两气尾气分析仪是用来测量汽车尾气排放中 CO 和 HC 的 但是如果一辆车的排气 管或尾气分析仪的测量管路有泄漏 那么所检测的就是被外部空气稀释的尾气 CO 和 HC 的测量值将降低 自然就不能反映尾气的真实浓度 目前国内所用的两气尾气分析仪绝大多数都不具有检查自身泄漏的功能 因此 即使用两气尾气分析仪测得的车辆尾气排放结果达标 空气中的有害物质仍不一定 能得到控制 4 2 四尾气分析仪 随着装有三效催化转化器和电子控制系统的汽车的增多 汽车的排放标准也更 加严格 因此需要更精确地测量排气和诊断排放超标的原因 四气尾气分析仪不仅 具备两气尾气分析仪的所有功能 而且还能进行故障诊断和分析 除了测量 CO 和 HC 外 还能测最 CO2和 02 发动机油温 转速以及计算过量空气系数 和空燃比 A F 等 所以四气尾气分析仪不仅可作为环保检测仪器使用 还可以作为发动机故 障检测的辅助诊断工具 这无疑将大大地提高汽车故障检测诊断的准确性 简化维 修工序 加快检修速度 通过对汽车排气中的 HC CO CO2和 O2成因的深入了解 可以帮助人们熟练使 用四气尾气分析仪 上述四种气体的成因如下 COCO2 2 当混合气充分燃烧时 CO2的浓度将达到峰值 不管是否装有三效催化转化器 峰值均为 13 8 15 在点火失灵或发动机故障被排除之后 通过 C02的读数 便 可以检测出混合气燃烧的好坏 当混合气变浓或变稀时 CO2值均会降低 商丘工学院毕业论文 设计 7 O O2 2 燃烧正常排气中应含有 1 2 的 O2 O2的读数小于 l 说明混合气太浓 O2的读 数大于 2 表示混合气太稀 造成这种现象的原因很多 燃油滤芯太脏 燃油油压低 喷油器堵塞 真空泄漏 EGR 阀泄漏等 都可能导致混合气过稀 如果混合气浓 02的读数就低 CO 的读数就高 反之混合气稀 02的读数就高 CO 的读数就低 若混合气偏向失火点 02的读数就会上升得很快 同时 CO 值低 HC 值高而且不 稳定 HCHC HC 主要由燃烧室壁面的激冷而形成 混合气过浓或过稀 点火不正时 点火间 歇性不跳火 温度传感器不良 喷油器漏油或堵塞 油压过高或过低等 COCO 混合气过浓将产生大量的 CO 混合气过稀引起失火将生成过多 HC 高 CO 表示 燃油系统有故障 如混合气不洁净 活塞环胶结阻塞 燃油供应太多 空气太少 点火太早等 如果电喷发动机的 CO 过高 很可能是喷油器漏油 油压过高或电控 系统产生了故障 为 0 97 1 04 可以看成是理想的匹配 大于该值 说明空燃比过大 混合 气过稀 小于该值 则为空燃比过小 混合气过浓 理想的空燃比为 14 7 4 34 3 五气尾气分析仪 当 CO 和 HC 降低时 可能会引起尾气中氮氧化物 NOx 浓度的升高 为了监测 NOx 就得有五分气尾气分析仪 在四气尾气分析仪的基础上升级到五分气尾气分 析仪比较容易 四气尾气分析仪中的 02传感器和五气尾气分析仪中的 NOx 传感器都 是单纯的电化学传感器 因此只要在四气尾气分析仪中加上一个 NOx 传感器就可以 方便地将四气尾气分析仪升级为五分气尾气分析仪 而 NOx 常常发生在高温大负 荷的情况下 在没有底盘测功机时只能靠路试去测量 商丘工学院毕业论文 设计 8 第五章尾气分析在汽车故障检测诊断中第五章尾气分析在汽车故障检测诊断中 的应用实例的应用实例 5 1 田佳美 5S FE 轿车怠速不稳故障现象 四气尾气分析仪检测结果 表 1 2 HCCOCO2O2RPMTEMP 2560 4614 62 56820801 12 检测结果分析 HC 和 02都较高 这是空燃比失衡的一个重要特征 CO 值较低 而 CO2在峰值 这说明可燃混合气已充分燃烧 点火系统应该不会有什么问题 较 高 综合分析表明 该车发动机工作时的混合气偏稀 因此 应从进气系统和供油 系统着手故障检查 故障检修 检测发现真空管无漏气 错插现象 PCV 阀密封良好 机油尺插口良好 起动发动机 用化油器清洗剂在进气管垫和 EGR 阀周围喷洒 检查 EGR 阀时 发现 随着转速上升 怠速逐渐均匀 取下 EGR 阀 发现针阀周围有少量积炭 EGR 阀通道上有很多积炭 使针阀不能 落入阀座 致使进气歧管的混合气被废气稀释 从而怠速不稳 发动机容易熄火 经对 EGR 阀进行彻底清洗 并换上新垫 起动发动机 一切恢复正常 故障排除 后的尾气检测结果 商丘工学院毕业论文 设计 9 表 1 3 HCCOCO2O2RPMTEMP 500 2314 81 43880831 01 5 2 奥迪 A6 轿车 V6 2 8L 电控发动机怠速时有轻微抖动 加速迟缓故 障现象 尾气测量结果 CO 约 0 3 0 5 HC 为 200 l0 6 500 10 6 且在此范围内波动 故障检修 经检查发现 有一个缸的高压线有轻微短路 漏电 现象 为此更换高压线 因火花 塞间隙偏大且已使用 2 万 km 也同时更换 清洗喷油器 观察各缸喷油器的雾化 状态和流量的均匀性 复检发现 发动机抖动稍有改善 但末彻底消除 尾气检查 HC 值下降不大 并仍 有波动 分析认为 故障仍可能是失火原因所致 为了进一步诊断故障 分别在左右两侧排气歧管氧传感器旁边的尾气检测口 该口通 常是用一个螺栓密封的 进行尾气检测 结果发现 左侧气缸排出尾气的 CO 值在 0 5 左右 HC 值在 125 10 6左右 因在催化器前测 量 其值会比在排气尾管测量值稍高 且波动极小 商丘工学院毕业论文 设计 10 而右侧气缸排出尾气的 CO 值也在 0 5 左右 但 HC 值却在 125 10 6 250 10 6且 时有波动 因此问题应在右侧气缸中 为此又检查了右侧气缸的高压线和火花塞 发现 2 缸的火花塞 3 个电极中有一个间隙过小 经调整后 重新安装 故障完全消 除 尾气检测值也符合出厂标准 5 3 奔驰 S320 轿车发动机怠速不稳 抖动严重故障现象 用四气尾气分析仪检测尾气 经测试发现怠速时数据很不稳定 第一组数据如下 表 1 4 HCCOCO2O2RPMTEMP 2683 614 83 4883830 42 四种气体的检测数值全都较高 再次测试一组数据如下 表 1 5 检 测结果分析 将上述检测结果进行对比分析发现 HC 和 CO 总是同时升高或降低 CO2 时高时低 燃烧效率很不稳定 剧烈变化 O2 不能充分参与反应 数值一直较高 从而可以判定为混合气的形成与燃烧环境十 分恶劣 推测是喷油器堵塞 导致喷油器针阀与阀座配合不密 各缸喷油器在应该 喷油时不喷油或少喷油 而在不需喷油时 却持续喷油 因而造成供油不正常 致 HCCOCO2O2RPMTEMP 450 288 83 3883891 18 商丘工学院毕业论文 设计 11 使四气数据极不稳定 再用 FLUKE 98 做喷油脉冲宽度实验 怠速时为 3 5ms 在正常范围内 拆下各缸喷 油器检查发现 果然每个喷油器都有不同程度的堵塞 经过彻底清洗 装复试车 一切恢复正常 从上该故障的检修过程可以看出 尾气分析仪在燃油系统的检查中 可以使人们省 去了一些检修环节 如油压的测试 汽油泵 油压调节器 燃油滤清装置的检测 换个角度来考虑 假如在应急修理中 在末做相关检查之前 就用尾气分析仪进行 检测 也许在诊断一开始就能找到故障点 5 4 奥迪 100 轿车 V6 2 6L 发动机严重抖动 加速无力 排气呛人故障 现象 5 4 1 检测结果分析 根据前两项的检测结果 可认为右侧混合气过稀 控制电脑对右侧燃油系统进行连 续加浓且已达到修正极限 但为判断是否由于右侧气缸氧传感器的信号导致这种结 果 先对左右两侧的氧传感器信号及其对空燃比变化的反应 控制电脑对氧传感器 信号变化的响应能力进行测试 为此认为地制造混合气过浓和过稀的状态 发现氧 传感器和控制电脑的功能均正常 因此认为故障应是控制系统以外的原因导致的 但 HC 过高则表示失火 因此可认为这种失火很可能是由于混合气过稀 超出着火 界限所致 但从尾气中的 CO 值看 实际混合气并不过稀 因此判断故障很可能是 进气系统漏气所致 据后两项的检测结果 点火波形基本正常 可认为点火系统 正常 进行实际气缸压力测量 发现第 3 缸气缸压力比其他缸低约 l00kPa 5 4 2 故障检修 商丘工学院毕业论文 设计 12 在拆解到进气歧管时发现进气歧管垫的实际压合面只有 1mm 左右 应至少有 4mm 5mm 其原因是进气歧管的安装面为 V 形 在