混合气过浓或者过稀分析思路

/混合气浓只是其中的一种原因.既然出现混合气浓的现象.就说明巳超出了电脑的修正极限.电脑巳经无能为力。在燃油多氧气少的情况下.混合气在气缸内燃烧不完全、.还会污染火花塞〔发黑.造成点火不良.形成恶性循环.影响怠速工况不稳。只有找出造成混合气浓的原因.才是解决怠速不稳的根本办法。另外.如何确定混合气浓的检测方法和仪器也很重要.比如常见的方法.看排气管是否冒黑烟.看火花塞是否发黑.混合气浓会出现这种现象.其实高压火弱.也会出现这种现象.注意不要误判;用检测仪读数据流.因氧传感器自身的性能影响.有一定的局限性；用尾气分析仪测量CO.同时还可以测HC这种方法准确度高.根据测量结果.可以综合分析发动机的工作状况.查找故障原因。1.ECU便判定发动机处于部分负荷状态。此时ECU根据空气流量计和曲轴转速信号确定喷油量。面此时发动机却是在怠速工况下工作.进气量较少.造成混合气过浓.转速上升。当ECU收到氧传感器反馈的"混合气过浓"信号时.减少喷油量.增加怠速控制阀的开度.又造成混合气过稀。使转速下降。当ECU收到氧传感器反馈的"混合气过稀"信号时.又增加喷油量.减小怠速控制阀的开度.又造成混合气过浓.使转速上升。如此反复使发动机怠速不稳.在怠速工况时开空调.打方向盘.开前照灯会增加发动机的负荷。为了防止发动机因负荷增大而熄火．ECU会增加喷油量来维持发动机的平稳运转。怠速触点断开.ECU认为发动机不是处于怠速工况.就不会增大喷油量。导致发动机怠速不稳,抖动等。2、怠速控制阀<ISC>故障电喷发动机的正确怠速足通过电控怠速控制阀来保证的。ECU根据发动机转速、温度、节气门开关及空调等信号.红过运算对怠速控制阀进行调节。当怠速转速低于设定转速值时.电脑指令怠速控制阀打开进气旁通道或直接或直接加大节气门的开度.使进气量增加.以提高发动机怠速。当怠速转速高于设定转速值时.电脑便指令怠速控制阀关小进飞旁通道.使进气最减小.降低发动机转速。由于油污、积炭造成怠速控制阀动作滞涩或卡死.节气门关闭不到位等原因.使ECU无法对发动机进行正确地怠速调节.造成怠速转速不稳,抖动等。3、进气管路漏气由发动机的怠速稳定控制原理可知.在正常情况下.怠速控制阀的开度与进气量严格遵循某种函数关系.即怠速控制阀开度增大.进气量相应增加。进气管路漏气.进气量与怠速控制阀的开度将不严格遵循原函数关系.即进飞量随怠速控制阀的变化有突变现象.空气流量计此无法测出真实的进气量.造成ECU对进气量控制不准确.导致发动机怠速不稳,抖动等。4、节气门关闭不严发动机在怠速时.节气门处于关严不漏气状态〔旁通空气怠速控制式.若节气门在怠速工况时.其关闭不严造成漏气.ECU是无法对其进行控制的。因而造成发动机进气量大.空气流量计的VS信号增大.ECU增加喷油量使转速增加。但此时的节气门位置〔TPS的怠速触点〔IDL还处于闭合状态.ECU又根据IDL信号按怠速程序供油.减少喷油量.又使转速下降。导致发动机怠速不稳,抖动等。补充：可燃混合气成分与汽油机性能的关系

一、可燃混合气成分

可燃混合气是指空气与燃料的混合物.其成分对发动机的动力性与经济性有很大的影响。

可燃混合气成分的表示方法：

空燃比：可燃混合气中空气和燃料的质量比。

过量空气系数：

二、可燃混合气的浓度对发动机的性能影响

通过试验证明.发动机的功率和耗油率都是随着过量空气系数α变化而变化的。理论上.对于α=1的标准混合气而言.所含空气中的氧正好足以使汽油完全燃烧.但实际上.由于时间和空间条件的限制.汽油细粒和蒸汽不可能及时地与空气绝对均匀地混合.因此.即使α=1.汽油也不可能完全燃烧.混合气α>1才有可能完全燃烧。

因为α>1时混合气中.有适量较多的空气.正好满足完全燃烧的条件.此混合气称为经济混合气.对于不同的汽油机经济混合气成分不同.一般在α=1.05～1.15范围内。当α大于或小于1.05～1.15时.ge↑.经济性变坏。

当α=0.88时.Pe最大.因为这种混合气中汽油含量较多.汽油分子密集.因此.燃烧速度最高.热量损失最小.因而使得缸内平均压力最高.功率最大.此混合气称为功率混合气。对不同的汽油机来说.功率混合气一般在α=0.85～0.95之间。

α>1.11的混合气称为过稀混合气.α<0.88的混合气称为过浓混合气.混合气无论过稀过浓都会使发动机功率降低Pe↓.耗油率增加ge↑。

混合气过稀时.由于燃烧速度太低.损失热量很多.往往造成发动机温度过高.严重过稀时.燃烧可延续到进气过程的开始.进气门已经开启时还在进行.火焰将传到进气管.以至化油器喉管内.引起化油器"回火"并产生拍击声。当混合气稀到α=1.4以上时.混合气虽然能着火.但火焰无法传播.导致发动机熄火.所以α=1.4称为火焰传播下限。

混合气过浓时.由于燃烧很不完全.产生大量的CO.造成气缸盖.活塞顶和火花塞积炭.排气管冒黑烟.甚至废气中的一氧化碳可能在排气管中被高温废气引燃.发生排气管"放炮"。混合气浓到α=0.4以下.可燃混合气虽然能着火.但火焰无法传播.发动机熄火.所以α=0.4称为火焰传播上限。补充：从以上分析可知.发动机正常工作时.所用的可燃混合气α值.应该在获得最大功率和获得最低燃油消耗率之间.在节气门全开时.α值的最佳范围为0.85～1.15范围内.一般在节气门全开条件下.α=0.85～0.95时.发动机可得到较大的功率.当α=1.05～1.15时.发动机可得到较好的燃料经济性.所以当α在0.85～1.15范围内.动力性和经济性都比较好.即Pe较大.ge较小。

实际上.对于一定的发动机.相应于一定工况.化油器只能供应一定α值的可燃混合气.该α值究竟要满足动力性.还是经济性.还是二者适当兼顾.这就要根据汽车及发动机的各种工况进行具体分析。

三、汽油机各种工况对可燃混合气成份的要求

作为车用汽油机.其工况〔负荷和转速是复杂的.例如.超车、刹车、高速行驶、汽车在红灯信号下.起步或怠速运转、汽车满载爬坡等.工况变化范围很大.负荷可以0→100%.转速可以最低→最高。不同工况对混合气的数量和浓度都有不同要求.具体要求如下：

〔1小负荷工况-要求供给较浓混合气α=0.7～0.9量少.因为.小负荷时.节气门开度较小.进入气缸内的可燃混合气量较少.而上一循环残留在气缸中的废气在气缸内气体中所占的比例相对较多.不利于燃烧.因此必须供给较浓的可燃混合气。

〔2中负荷工况-要求经济性为主.混合气成分α=0.9～1.1.量多。发动机大部分工作时间处于中负荷工况.所以经济性要求为主。中负荷时.节气门开度中等.故应供给接近于相应耗油率最小的α值的混合气.主要是α>1的稀混合气.这样.功率损失不多.节油效果却很显著。

〔3全负荷工况-要求发出最大功率Pemax.α=0.85～0.95量多

汽车需要克服很大阻力〔如上陡坡或在艰难路上行驶时.驾驶员往往需要将加速踏板踩到底.使节气门全开.发动机在全负荷下工作.显然要求发动机能发出尽可能大的功率.即尽量发挥其动力性.而经济性要求居次要地位。故要求化油器供给Pemax时的α值。

〔4起动工况-要求供给极浓的混合气α=0.2～0.6量少。补充：因为发动机起动时.由于发动机处于冷车状态.混合气得不到足够地预热.汽油蒸发困难。同时.由于发动机曲轴被带动的转速低.因而被吸入化油器喉管内的空气流速较低。难以在喉管处产生足够的真空度使汽油喷出。既使是从喉管流出汽油.也不能受到强烈气流的冲击而雾化.绝大部分呈油粒状态。混合气中的油粒会因为与冷金属接触而凝结在进气管壁上.不能随气流进入气缸。因而使气缸内的混合气过稀.无法引燃.因此.要求化油器供给极浓的混合气进行补偿.从而使进入气缸的混合气有足够的汽油蒸汽.以保证发动机得以起动〔5怠速是指发动机在对外无功率输出的情况下以最低转速运转.此时混合气燃烧后所作的功.只用以克服发动机的内部阻力.使发动机保持最低转速稳定运转。汽油机怠速运转一般为300～700r/min.转速很低.化油器内空气流速也低.使得汽油雾化不良.与空气的混合也很不均匀。另一方面.节气门开度很小.吸入气缸内的可燃混合气量很少.同时又受到气缸内残余废气的冲淡作用.使混合气的燃烧速度↓↓.因而发动机动力不足。因此要求提供较浓的混合气α=0.6～0.8。〔6加速工况发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。要求混合气量要突增.并保证浓度不下降。当驾驶员猛踩踏板时.节气门开度突然加大.以期发动机功率迅速增大。在这种情况下.空气流量和流速以及喉管真空度均随之增大。汽油供油量.也有所增大。但由于汽油的惯性>空气的惯性.汽油来不及足够地以喷口喷出.所以瞬时汽油流量的增加比空气的增加要小得多.致使混合气过稀。另外.在节气门急开时.进气管内压力骤然升高.同时由于冷空气来不及预热.使进气管内温度降低。不利于汽油的蒸发.致使汽油的蒸发量减少.造成混合气过稀。结果就会导致发动机不能实现立即加速.甚至有时还会发生熄火现象。为了改善这种情况.就应该采取强制方法。在化油器节气门突然开大时.强制多供油.额外增加供油量.及时使混合气加浓到足够的程度。结论：通过上述分析.可以看出①发动机的运转情况是复杂的.各种运转情况对可燃混合气的成分要求不同。②起动、怠速、全负荷、加速运转时.要求供给浓混合气α<1。③中负荷运转时.随着节气门开度由小变大.要求供给由浓逐渐变稀的混合气α=0.9～1.1汽车正常行驶时.在大负荷、中负荷工况下.随着负荷的增加.化油器供给由浓逐渐变稀的混合气α↑.当进入大负荷范围内.混合气又由稀变浓.保证发动机发出最大功率。补充：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O2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。

CO2是可燃混合气燃烧的产物,CO2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,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%<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,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。O2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,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通过气缸,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。混合气过浓,O2的读数低而CO的读数高；反之,混合气过稀,O2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。补充：当O2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O2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、CO2的读数都下降,HC、O2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,O2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%。

废气中的NOX有95%是NO,NO是在燃烧室里产生的。氮分子N在正常的条件下是稳定的,但在高温1800℃和和高浓氧气O2的条件下,氮和氧才能发生反应,生成NO。所以NOX是在混合气完全燃烧条件下,而不是像CO和HC是在不完全燃烧中产生的。因为只有完全燃烧,才能达到足够的高温,支持生成CO的反应。如果达不到1800℃以上,N2和O2将不会生成NO,而是分别从排气系统中排出。这就是说,对燃烧中产生NOX的浓度影响最大的因素是燃烧室所能达到的最高温度和空燃比。所以,减少废气中的NOX最好方法是阻止燃烧室内温度达到1800℃,或者是缩短这个高温的持续时间；另一个可行的方法是降低氧的浓度。总之,NOX的排放对诊断发动机性能故障来说,如果能够测量其它四种气体,那么测NOX的排放就不是非常必要了。而且目前国内对NOX的测量条件不太成熟,虽然排放法规中规定了NOX的排放限值,但要想得到有效的NOX排放值,唯一的办法是在测功机上进行,而就目前实际情况来说,测功机价格、使用情况、环保要求等因素还没有成熟。怠速时的NOX的排放量也能提供一些有用的信息。NOX含量高是由于氧气过量或者燃烧室内温度很高造成的.补充：要控制NOX的排量,就要精确控制空燃比,并通过废气再循环<EGR>或者加大进排气重叠角来降低燃烧室温度。正常的NOX排放在怠速时应不高于100ppm,而在稳定道路工况下应高于100ppm。如果发动机混合气偏稀、点火提前角过大或者其它故障导致冷却温度过高,NOX排放急剧增加,即使是最好的三元催化剂和废气再循环系统也难保证排放达标。燃烧室积碳会使压缩比增加或者引起只热点火,这样都会使NOX排放增加,发动机爆震会使NOX排放一直很高。如果发动机一切正常,则NOX排放过高就是催化转换器的故障。追问：不错！不过有个问题.过浓的原因和诊断我是看明白了.可是过稀的我要怎么分析？回答：汽车电子控制系统中的传感器和执行器在长时间的使用过程中会磨损、腐蚀、变形或老化.它们的性能则随之变差。如果它们产生了明显的故障.则电控单元会将所发生的故障以故障代码的形式记录下来.以帮助维修人员了解故障内容。但是.如果它们产生的故障仅是性能变差.则电控单元往往不能判定它们有故障.此时利用检测设备中的示波器功能对所怀疑部件进行电子信号分析.便可使汽车维修人员快速了解被检测部件的工作性能。示波器功能不仅可以快速捕捉电子信号.还可以用较慢的速度来显示这些波形.以便一面观察.一面分析.并且能以储存的方式记录信号波形.反复观察已经发生过的快速信号.为分析故障提供重要依据。

现在许多较先进的检测仪不仅具有解码器、读取数据流功能.还具有示波器功能.如专用汽车示波器、ADC2000诊断仪、发动机综合性能分析仪和有些进口解码器等。利用这些电子信号.可为综合分析汽车故障提供极大方便.下面举工作中的实例给予说明。

有一辆99款丰田佳美2.2L轿车.修了一个多星期没解决问题.车主又急于提车.据修理厂主修该车的技术人员反映.该车是交警队罚没车.停了将近半年.到厂维修如下故障：发动机有时不着车.怠速在700～1200r/min范围内游车.加速发闷.最高行车时速只能达到120km/h.开空调时发动机不能明显提速.着车10min左右后.发动机故障指示灯亮。当时试车.发现反映故障现象基本一致。于是笔者问修理厂技术人员已经做了哪些技术处理.技术人员说：因为该车停放时间较长.对车辆做了三级保养.更换了机油滤芯、空气滤芯、汽油滤芯、火花塞.用免拆清洗机清洗了汽油路.清洗怠速电动机.测量缸压正常.测量汽油油压正常.进气系统无泄漏现象.车辆仍然没有明显好转。用检测仪调故障码.出现如下故障码内容。12：STAON后2s.G或Ne信号未送人发动机ECM；

14：点火系统信号IGf连续6次点火未送人发动机ECM；

21：混合气过浓或过稀；

28：混合气过浓或过稀；

41：节气门位置传感器信号不明确。

清码后.12、14、41三个故障码可清除.但车辆运行几分钟后再调码.又出现上述几个故障码。

为确认以上故障码的真实性.笔者首先根据该车发动机控制系统电路图和故障码内容.对相应系统进行逐一排查。补充：如果出现故障码12.有可能是凸轮轴位置传感器〔CMP和曲轴位置传感器〔CKP信号未送人发动机ECM或来自线路故障。该车发动机ECM引脚为22PIN+16PIN+26PIN+12PIN.用万用表测量曲轴位置传感器黑红线与发动机ECM12PIN的12脚连接.绿色线与ECM12PIN的6脚连接.线路正常.凸轮位置传感器的黑红线与ECM12PIN的11脚连接.蓝色线与ECM12PIN的6脚〔凸轮轴位置传感器的绿线与曲轴位置传感器的蓝线共用ECU12PIN的6脚.线路正常。既然线路正常.是不是传感器本身出问题了呢？检查曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器安装间隙是正常的.再用检测仪测量两个传感器的波形如图1所示。

显然两个传感器的波形正常。既然线路与传感器都正常.并且信号都已送到了发动机ECM.那么是不是发动机ECM本身坏了呢？为了更进一步明确判断结果.再用检测仪测量ECM26PIN的23脚的输出波形〔由ECM输出IGt信号给点火电子组件.控制点火.起动发动机时波形如图2所示。

由此说明发动机ECM内部点火控制系统有间断性故障.故障发生时不能着车.故障不出现时能着车。因为在起动期间发动机转速较低〔通常在400r/min以下.由于进气管压力信号或进气量信号不稳定.就将时际点火时间固定在初始点火提前角上.而与发动机的工况无关.由曲轴位置传感器产生的参考信号输人ECM的备用IC中.由备用IC直接控制.并经其旁通电路向点火电子组件输人点火正时信号IGt来控制点火.如图4所示。检查发动机ECM,发现93C46的16脚脱焊〔虚接.重新焊好.装车.车辆顺利起动.再无不能着车现象.同时发动机故障灯灭.再清码.故障码12、14、16三个故障码清除.不再出现〔顺便说明：IGf信号为点火确认信号.由点火电子组件反馈给发动机ECM.以防止不点火时喷油过多而使发动机淹缸.出现下次起动困难。起动故障被排除.但其它故障依然存在.重新调码还存在故障码21、28、41三个故障码.其中21和28说明含糊.为了确定混合气究竟是浓还是稀.用检测仪读取数据流.选择数据流测试.读取入值为1.2左右〔入为0.5～0.7时.浓；入为0.9～1.0时卜.标准；λ大于1.1时.稀.显然混合气过稀.与故障现象基本符合那么是什么原因引起发动机混合气过稀呢补充：既然汽油压力正常.油路也清洗过.也没有漏气现象.是不是节气门关闭不严.怠速电动机开度太大引起的呢从发动机电路图可知.该车使用的是旋转电磁阀型怠速电动机.由节气门位置传感器输人信号给发动机ECM.再由发动机ECM输出占空比不同的脉冲信号.使电磁阀转动而改变怠速阀门的开度.实现对怠速的控制。怠速阀从完全关闭到完全打开.控制信号的占空比在0～100%之间变化。如果ECM检测不到这种变化.将出现故障码41.被发动机ECM误认为是节气门的信号没有进行正确的变化。究竟是节气门故障还是怠速电动机故障呢？用检测仪分别检测这两个传感器的波形.如图5、6、7所示。

从波形可看出节气门位置传感器波形随节气门开度的变化而发生相应变化.无断点现象.说明节气门位置传感器正常。而怠速电动机波形显然不正确.测量怠速电动机两个线圈的电阻.一个为310Ω.另一个为800Ω。两个线圈电阻应相同.查资料确认应为300Ω.说明另一个线圈阻值不正确。由于当时手头没有该车怠速电动机.于是想办法在阻值大的线圈上并联一个500Ω的电阻.装好后发现发动机怠速稳定在800r/min左右.正常了。再清除故障码.再读码.但故障码21与28仍然存在.发动机仍然加速不起.开空调时.怠速下降至400～500r/min.问题在哪里呢？测量ECM22PIN的10脚.开空调时A/C请求信号已经输送到ECM.那么