尾气分析仪
汽车尾气分析仪辅助诊断专题
目测尾气判断
有经验的维修技术人员在刚刚接车的时候,往往通过对汽车尾气进行目坝J判断,就可以大致推测出车辆的故障原因。对于一些显而易见的故障,自然就不必动用尾气分析仪了。对尾气进行目测判断,一般是针对尾气的颜色进行故障分析。
1、排气管冒黑烟
汽车在行驶中,如果排气管冒黑烟,排气管或消声器伴随有异常响声,故障原因下。
（1）混合气过浓。如果发动机过量空气系数过小,混合气燃烧不完全,部分燃油在高温下分解成游离炭,就会从排气管排出而形成黑烟。
(2)点火正时失准。点火正时不当也会使混合气燃烧不完全。而发动机少数缸不工作,也会有少量黑烟从排气管排出。
排气管冒白烟
4 汽车行驶中,发动机排气管排出大量白烟。一种是乳白色,另一种是水汽白烟,且排气管口有水珠。如果排气管排出乳白色油雾,主要原因是燃油雾化不良,没有燃烧便从排气管排出,而形成乳自色烟。排气管排出大量水汽白烟,旦排气管口有水珠。主要原因是冷却液窜入气缸或汽油中含有水分而形成的水蒸气所致。发动机运转时排气管排出大量水汽白烟,应检查油箱内是否有积水,检查气缸垫是否破损,缸体是否有裂纹,缸套密封圈是否良好等。
排气管冒蓝烟
汽车行驶中,发动机排气管排蓝烟或灰烟,并闻到焦臭的气味。这有可能是机油窜入气缸燃烧室参与燃烧所致。拆下火花塞即可发现严重的积炭,机油消耗量很高,多为机油窜入燃烧室。当机油进入气缸受热蒸发成为蓝色油气随废气— 起排出气缸,在排气管口会观察到蓝色烟气。
尾气分析数据
尾气分析不仅是当前检测排放污染物治理效果的基本途径,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。主要分析内容有混合气空燃比、点火正时及催化转化器转化效率等。主要分析的参数有一氧化碳(C0)、碳氢化合物(HC)、二氧化碳(C02)和氧(02)等的含量,还有空燃比(A／F)或过量空气系数等。对于这些参数进行分析需要使用四/五气分析仪。
尾气主要组分的成分
通过对汽车尾气中的HC、C0、C02和02成因的深入了解,可以帮助人们熟练使用尾气分析仪进行辅助诊断,上述4种气体的成因如下。
（1）尾气中C02可以反映出燃烧的效率。当发动机中的混合气充分燃烧时, C02将达到峰值,不管是否装有三元催化转化器, C02峰值均为1
38%～148%。在点火失灵或发动机故障被排除之后,通过C02便可以检测出混合气燃烧的好坏。当混合气变浓或变稀时, C02均会降低。
(2) 02是反映空燃比的最好指标。燃烧正常时,排气中应含有1%～2%的02。燃油滤清器滤芯太脏、燃油压力低、喷油器堵塞、真空泄漏以及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,C0的读数就高反之,混合气稀, 02的读数就高, C0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。
(3)HC的读数高则说明燃油没有充分燃烧。尾气中的HC主要由燃烧室内壁的冷激而形成。气缸压力不足、发动机温度过低、油箱中的燃油蒸发、混合气由燃烧室向曲轴箱泄漏、混合气过浓或过稀、点火正时不对、间歇性失火、冷却液温度传感器不良、啧油器泄漏或堵塞以及油压过高或过低等因素都将导致HC读数过高。
(4) C0 是因为燃烧不完全引起的。混合气过浓将产生大量的C0 ,混合气过稀引起失火,将生成过多HC。高的C0值表示燃油系统发生了故障,如混合气不洁净、活塞环胶结阻塞、燃油供应太多、空气太少以及点火太迟等。如杲电喷发动机的C0 过高,很可能是喷油器漏油、燃油压力过高或电控系统产生了故障。
(5)过量空气系数可以直观地告诉人们空燃比的情况,过量空气系数为0.97%～1.O4%,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。四/五气尾气分析仪还可提供发动机转速(RPM)和发动机温度(TEMP)作为故障诊断时的参考数据。
2 尾气基本项目分析
—个车况良好的电喷车,在主要的尾气排放组分中, HC大约为 55×1O6 以下,
CO 低于O.5%,02为10%~2O%, C02为138%～148%。
汽车尾气测试值与系统故障的判断分析如表所列
辅助诊断故障
在故障检修过程中,有时利用尾气分析仪可以省去一些检修环节,如检查燃油系统故障时油压的测试,燃油泵、油压调节器和燃油滤清装置的检测等。有时候在未做相关检查之前,就用尾气分析仪进行检测,也许在诊断—开始就能找到故障点，这主要依靠技术人员善用数据对比和综合分析的方法去诊断故障。
尾气数据与故障原因之间的关系
有的尾气分析仪厂家指导用户根据各种气体数据与标准值之间的差值以及相互对比,做出发动机在点火、燃烧以及混合气等方面的故障判断,以提高用户维修效率。另外,根据不同故障情况下,尾气分析仪检测值与标准值差距的大小以及数值之间的相互关系,有的尾气分析仪厂家还总结出—套故障诊断简易方法供用户维修参考。比如:
① 当气门有故障如烧蚀或磨损,尾气中的HC含量较高。
② 如果活塞过度磨损或有其他类似损伤, HC和C0含量均偏高,但HC含量相对C0含量更高一些。为了区分是气门的故障还是活塞的故障,通常采用的方法是向火花塞孔里注入机油以检测缸压能否回升。
③ 在正时不良时,所排放的尾气中都会存在大量的HC和02,另外真空度也会有所下降。应分析点火二次波形或检测真空度,以正确地分析故障原因。
④ 无高压火时,尾气中HC含量较高, 02含量较高,混合气没有燃烧而直接排放出去。
借助尾气数据诊断故障
HC CO CO2 O2 转速 温度 入
256×10-6 0.46﹪ 14.6﹪ 2.56﹪ 820r/min 80℃ 1.12
在此列举一个通过尾气数据分析来诊断故障的实例。—辆1992年款装备5S-FE发动机的丰田佳美轿车,发动机怠速不稳,经常熄火。该车无故障码,用四气分析仪进行检测,仪器显示的检测结果如下。
'HC CO CO2 O2 转速 温度 入
50×10-6 0.23﹪ 14.8﹪ 1.43﹪ 880r/min 83℃ 1.01
由上述检测结果可以看出: HC和O2都较高,这是空燃比失衡的一个重要征;C0值较低,而C02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;入值较高。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进行故障检查。对车辆进行检测发现: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,用化油器清洗剂向进气管垫和EGR阀周围喷。检查EGR阀时,发现随着转速上升,怠速逐渐稳定。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,致使进气岐管的混合气被废气稀释,从而怠速不稳,发动机容易熄火。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。
所有数据都在标准之内,故障排除。从这个故障检测诊断实例可以看出,要对有故障的车辆做完必要的常规检查之后,使用尾气分析仪可以徂憋发现故障的本质原因,缩小检修范围。
将尾气分析仪和其他设备结合便用诊断故障
尾气分析仪虽然可以在诊断中发挥作用,但是在诊断中并不能过分依赖尾气分析仪。很多时候,还需要借助其他诊断设备,如汽车电脑故障诊断分析仪与尾气分析仪结合起来使用,才能快速排除故障。在此列举二者综合应用的1例故障。
一辆1996年产现代100面包车,在使用尾气分析仪检测时,尾气中的C0严重超标。连接汽车电脑故障诊断分析仪( AUTOB0SS )(汽车诊断座在驾驶座仪表板左下方米色14PlN),读取发动机系统故障码,显示系统正常。读取发动机动态数据流,发动机转速为790～820r／min,喷油脉宽为358 ms,CO电位计
为2577m∨ 。发动机转速基本正常,喷油脉宽、C0电位计这2个数据比标准值偏高。用一字改锥缓慢地旋转C0电位计的调整螺栓,逆时针旋转,尾气中的CO的排放量下降。调整后的数据流测试结果显示,发动机转速为750～78Or/min,啧油脉宽为3.58ms,C0电位计为1344mV,同时尾气中的 CO达到了标准值,各项数据恢复正常。
设备操作使用
虽然维修技术人员对尾气的检测工作看似简单,但是尾气分析仪在使用过程中尚存在一些误区,除了缺乏足够的专业理论水平之外,很多情况下是对尾气分析仪的操作常识缺乏必要的了解。只有正确地使用设备,才能使设备在检测、诊断中发挥应有的作用。
1 操作使月技巧
（1）既要重视检查结果,更要重视原因分析
如果只检查HC、C0的显示数据是否符合排放要求,忽略了发动机运行中的一些特殊情况如排气管漏气等,这样往往会直接影响检查分析过程的有效性。只有将多项数据结合起来进行全面分析,才有助于诊断。
(2)按正确方法使用
在尾气分析仪使用方法上,一些维修企业的修理工还存在不当的方式。在下列几个问题上,技术人员需要按照规程或相关说明书操作。比如对于某些车型,要查看汽车制造厂的排放标签,检测前使空气泵和二次空气喷射系统停止工作。对于装有催化器的汽车,如催化剂工作正常,会减少C0和HC的排放,因此应该测量未经转换的排气。将取样探头插到催化转化器之前,或EGR阀的排气口检测(有的厂家提供一个专用接口)。汽油车尾气分析仪不能应用于检测柴油机。发动机暖机后才能使用尾气分析仪进行尾气检测。读取测量数据前,不要让发动机怠速运转时间过长。在进行变工况测试中,要让加速踏板稳住后再读取数据。
(3)能熟练根据各种排放标准进行正确检测
检测中需要根据正确的检测标准,确定被检测的车辆尾气排放状况究竟如何。如我们国家有的地区对尾气治理的标准采用93国标,其标准是很低的。例如对一台高级轿车, 检测出其发动机排放接近93国标的边缘,但又在g3国标的允许范围内。该车达标了,但是还有故障吗?是该仔细再检查一下,还是就此了结呢?在这种情况下应立刻根据该台发动机的设定要求排放值做出分析判断,而不能像有的维修检测人员一样,错误地将93标准作为诊断发动机的标准。
另外,根据不同的排放限值与试验方法,正确选择、使用汽车尾气分析仪,是保证测量结果准确无误的重要前提,也是保证汽车维修质量的重要前提。GB18285～
《在用车排放污染物限值及测试方法》标准有几个显要的特点值得关注:新国标最主要的特点就是综合考虑了我国在用车的“万国车”现象,针对不同时期出厂、不同技术状况的在用
车,在运用新国标进行排放尾气的检测时,采用了“新车、新标准、新方法”和“老车、老标准、老方法”的形式进行区别对待检测,体现了标准的可操作性。
2 部分功能被忽视或重视不够
尾气分析仪的某些功能,在维修检测中可以给技术人员带来很大的方便，但是在实践中却被应用得很少,部分功能被忽视或重视程度不够。主要体现在以下几方面:① 数据存储、对比功能:② 怠速、油温测试功能。③过量空气系数入测试功能。
正确使用自校系统
尾气分析仪的标定周期为每年一次,在实际使用中,厂家一般要求用户视检测量的大小酌情每月或每半月自我校验—次。一些用户在仪器的自校和使用中存在误区,比如佛山分析仪器厂生产的324F一类的尾气分析仪,对于这款在维修和检测行业大量使用的设备,厂家在调查中发现,不少用户搞不清标定时量具旋扭和机械检查调整电位器的不同作用。他们在用标准气对仪器校验结束后,按下机械检查开关,发现指针不在B处,此时正确的方法是调节机械检查电位器,而用户却错误地去调节量具旋钮使指针指向B处,实际上却把刚刚校验好的正确状态破坏了。另外有些用户在进行日常机械检查时,发现指针偏离了指向下的B处,此时正确的做法是应调节量具旋扭进行修正,而他们却错误地去调节机械检查调整电位器。这两个错误是由于用户没有弄清机械检查的原理以及量具旋扭和机械检查调整电位器的使用不当♀前者人为地使刚校验好的仪器偏离了正常的工作状态,后者是当仪器产生偏差时没有及时地把仪表调整到正常状态,这二个错误都会造成检测失准。在此提醒广大用户注意,务必正确地使用尾气分析仪的自校系统以保证检测的准确性。
相关机构检查
为了保证发动机具有良好的排放性能，现代发动机装备了与尾气排放相关的控制装置,它们性能状况的好坏与尾气的排放有着密不可分的联系。在进行基本检查时,必须对这些相关机构进行仔细检查,才能确保在对尾气数据进行分析时考虑得比较全面,对分析故障原因、寻求维修途径才会有实际的帮助。
1 燃油蒸发排放控制系统EVAP
燃油蒸发排放控制系统诱发的常见故障为发动机热起动困难、无怠速、怠速不稳或排气管冒黑烟,还有一种情况是汽车尾气排放超标,耗油量增加p要检查燃油蒸发排放控制系统EVAP是否泄漏,可用尾气分析仪进行如下测试:
① 在汽油泵处测试 HC。
② 在活性炭罐处测试 HC。
③ 在油箱盖处测试 HC。
④ 在油管接头处测试 HC。
⑤ 在油箱密封处测试 HC。根据相应数值的变化,即可确定哪里出现异常。
曲轴箱通风 PCV
曲轴箱通风系统在一定负荷下将曲轴箱的废气
通过固定量孔或可变流通截面的PCV阀进入进气岐管,再进入燃烧室参与燃烧。进行检查时,在PCV阀系统正确连接的情况下,读取C0和O2值,然后断开PC∨阀进气口,在量孔或PCV阀处应有真空的吸力。此时会吸进发动机室的热空气,注意C0禾口O2读数。C0值应降低, O2值应增加。若无变化,应清洗PCV系统,或按要求进行修理。当用手指堵住PCV阀进气口时,发动机的运转状态应有一定的变化,再读取此时的C0和O2值。此时C0 值应增加, O2应降低,若读数与断开吸进空气时一样,或稍有增加,则表示PC∨ 阀系统未工作。对采用PCV阀的系统,堵住时还应听到阀被吸动的声音。另外,还可使用真空表及系统诊断仪器的数据来分析(如空气流量、进气歧管压力以及发动机的负荷等参数)。
3 废气再循环EGR
废气再循环系统主要是为了控制NOX排放。EGR可以冲淡和稀释进入缸内的混合气,降低燃烧室的温度,减小火焰传播速度。在车辆以4O～5O km/h的车速稳定行驶时,5%的EGR可减少4O%以上的NOX,10%的EGR可减少8O%的 NOX。但若控制不正常时,随着EGR的增加,HC也会迅速增加(失火)。
对废气再循环系统进行机械检查,可以用手或合适的工具提升EGR阀,发动机怠速应不稳甚至失速。另外,由于在怠速时EGR系统不工作,故可用ASM方式进行检查,即在一定负荷、一定车速下检查未断开和断开EGR系统下的NOX读数,加以比较。若前后读数一样或差别很小,说EGR未正常工作。
二次空气喷射系统
二次空气喷射系统将新鲜空气泵入排气系统,用以降低CO 和HC。当该系统正常工作时,HC、C0和 CO2读数降低,而 O2读数升高。因此在检测尾气时,应将空气泵的工作考虑进去。某些空气系统,在某些状态时会将泵入的空气切换至空滤或大气中,可能会导致错误的检测结果,因此应对被检系统的工作原理有所了解。检查方法一般如下:① 在发动机15OO r／min时记录尾气的读数。
② 断开空气管出口处胶管,并用适当工具卡住以堵住出口,记录此时的尾气读数。
③ 当空气泵工作时, O2的读数应比断开空气泵时高约3%～8%。当断开或堵塞空气泵时, O2应降低,而C0、HC和 CO2应升高。
催化转化器
随着各国排放法规的严格和对NOX的限制,现在都采用三元催化转化器。由于安装了催化器,用通常的二气分析仪很难诊断发动机的故障,因C0和HC经催化转化后,都与直接燃烧后不一样了,故需要四/五气的尾气分析仪进行检测。下面介绍一些判断催化器和控制系统是否有故障的简单诊断方法。
(1)废气分析诊断。定期检测,对比数值,若有明显恶化,应对催化剂进行进一步检查,或用冷热车怠速的方法检查,确认催化器是否工作。
(2)排气温度测量诊断。在催化器进出口分别测量温度,一
般两者应相差2O～1OO℃ 以上。在此范围内,相差越大,说明催化剂的转化效率越高。但温度过高也不正常;因有大量的 C0和 HC进行反应才会产生大量的反应热,这通常说明燃烧过程或控制系统出现了问题,如燃蛲不完全、混合气控制失调、点火不正确甚至失火等。
车载控制系统诊断。空燃比的反馈控制,氧传感器(前、后)失火的监测等.
从医学角度来讲,对人的排泄物进行化验检查,是医生对病人进行病理分析的重要方法。同样,修理工作为“汽车医生”,对车辆的排泄物----尾气进行分析也常可找到故障根源。如果再将尾气分析仪的测试探头在汽车各个可能产生气体的地方进行检测,则又能进步发挥尾气分析仪的功用,给维修诊断工作带来意想不到的效果。
当发动机某个气缸或个别气缸燃烧状况不佳时,如果通过断缸试验法也很难检测出具体哪个气缸存在问题时,可以借助尾气分析仪对O2浓度的检测来确认。完成这个工作的前提是使用能够坝I量CO、CO2、O2和CH等几种气体的尾气分析仪,绝大多数汽车维企业都有这样的尾气分析仪。很多人都知道,空气中的O2的含量为21%。而一个正常工作的发动机,在尾气分析仪中检测到的通常是10%左右O2浓度,那么参加燃烧的O2的比例大约是20%。如果是4缸的发动机,每一个气缸在燃烧中用掉的比例就是“2O%÷4 =5.0 %” , 如果是6缸的发动机,每一个气缸在燃烧中用掉的比例就是“2O%÷ 6≈ 3.3%” ; 如果是8缸的发动机,每一个气缸在燃烧中用掉的比例就是 “2O%÷ 8=2.5%” 。 需要注意的是,这只是大致的比例计算,而不是燃烧使用量的精确计算。进行检测时,只要按照正确的方法接好尾气分析仪,逐个断开然后再复原每个气缸的喷油器,观察尾气分析仪上显示的O2 数值,即可判断出哪个气缸燃烧不好。比如测试4缸的发动机,如果我们断掉任伺一个气缸的燃油供应,那么进入这个气缸的氧气就会没有被消耗而直接进入排气管,那么我们就会发现O2值有一定程度的增加。理想的增加值应是5.O%。如果不是这么多,而是有很大差别,就说明该气缸有问题。如果每个气缸都达不到正常的情况,但又变化一致,就说明该发动机还有其他问题。单点喷射和化油器发动机无法单独对每个气缸断油检查,只有采用断火的办法检测,这种方式检测的结杲是一样的,只不过会有大量没有燃烧的混合气排出。
检测缸垫是否断裂
-当发动机的缸垫裂损之后,常会出现的情况是气道和水道相窜,或相邻2缸之间相互窜气。对于缸垫的轻微裂损,维修技术人员如果想通过一些简单的测试方法来确认故障原因,往往会比较困难。但是,如果借助尾气分析仪,则可快速方便地确认故障。
如果要检测气道和
水道是否相窜，方法非常简单。只要打开水箱盖,起动发动机,将尾气分析仪探头放置到水箱加水口前(注意不要进入水中,防止将冷却液吸入到尾气分析仪内)。如果气道和水道已经窜气,检测会发现CH数值在伸入探头的前后有较大变化,因为燃烧室的气体已经通过冷却液进入到水箱盖处,这样就可以肯定气道和水道窜气。还有—种情况是气缸垫裂损之后燃烧室的气体进入曲轴箱,用同样的方法将探头伸入机油标尺口内也可以帮助我们进行准确的判断。如果相邻2缸之间发生窜气,我们可以采用如下方法不起动发动机,拆掉全部火花塞,盘转曲轴，使怀疑的2个相邻的气缸中的任意一个气缸的进排气门全关,向气门已经关闭的气缸中倒入— 点汽油,然后将火花塞孔堵住,将尾气分析仪探头伸入相邻气缸的火花塞孔中。如果等一会儿之后看到尾气分析仪检出的C0数值有明显变化,就说明的确发生了缸垫窜气的现象。
3 判断气铍密封状况
如果缸筒和活塞之间的配合间隙过大,将会导致燃烧室内的混合气进入曲轴箱。如果想用尾气分析仪来确认缸筒和活塞的密封状况,需要如下操作:拔出机油标尺,打开机油盖,用压缩空气吹扫曲轴箱废气,将尾气分析仪探头插入机油标尺孔。插入的深度以能刚刚插入的深度为宜,防止吸入大量机油。还可以取下尾气分析仪探头,直接将软管套在机油标尺孔的铁管上(当然不是每个机油尺孔的铁管都那么合适,如不合适可以用塑料薄膜适配,以保证不漏气)。起动发动机,如杲很快就看到了大量 CH、C0等数值显示,说明缸筒与活塞密封不严。要搞清楚的是,即使气缸筒与活塞、活塞环密封良好,也可以看到一些数值变化,只是非常小罢了。
4 检测管路
由于气体在任何情况下都可以运动,利用这一特征,用具有挥发性的汽油或C02保护焊机上的C02气体,配合使用尾气分析仪,可以检查各种管路是否阻塞,以及隐藏的真空管路的具体走向(如中控锁或燃油蒸发排放系统真空控制管路),以及管路是否漏气。方法多种多样,过程和原理都非常简单,只要在一端放置一些汽油,然后在另工端用尾气分析仪检查CH或CO2数值是否有变化,即可快速方便地确定故障。除了上述几种方法之外,尾气分析仪在维修中的应用还有很多值得挖掘的地方。只要多加思考,巧妙利用好尾气分析仪嗅觉灵敏的“鼻子”,可以在很大程度上提高工
作效率。