第七章 发动机排放超标故障诊断与分析

第七章发动机排放超标故障诊断与分析•第一节发动机排放基本知识•第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•第三节故障实例返回第一节发动机排放基本知识•一、汽车排放污染源•随着汽车工业的迅速发展，汽车保有量急剧增加，汽车排放的污染物已成为大气污染主要元凶，直接危害人类的健康，并破•坏着自然界的生态平衡，已引起各个国家的高度重视。汽车排放污染主要有３个排放源，如图７－１所示：一是发动机排气管排出的发动机燃烧废气（俗称尾气），汽油车的主要污染成分是ＣＯ、ＣＨ、ＮＯｘ，而柴油车除了这三种有害物外还排放大量的微粒物；二是曲轴箱排放物，由发动机在压缩和燃烧过程中未燃的ＨＣ经燃烧室漏向曲轴箱再排向大气而产生；三是燃料蒸发排放物，主要由发动机燃料供给系统的燃料蒸发而产生。下一页返回第一节发动机排放基本知识•二、汽油机排放污染物的主要成分及形成•汽油机排放污染物的主要成分是ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ、ＳＯ２，铅化合物及油雾等。•１.一氧化碳（ＣＯ）的形成•一氧化碳（ＣＯ）是在局部缺氧或低温条件下，由燃料的不完全燃烧产生的。一氧化碳是碳氢燃料在燃烧过程中的中间产物，对于汽油机来说，当空气量充分时，理论上不会产生ＣＯ。但实际运转的汽油机排气中都存在ＣＯ，这是由于在汽油机燃烧室内的局部地方存在α＜１的过浓区以及部分未燃碳氢化合物在排气过程中发生不完全燃烧。此外，气温低或者滞留时间短暂等使燃烧不完全，也会有ＣＯ排出。上一页下一页返回第一节发动机排放基本知识•２.碳氢化合物（ＨＣ）的形成•碳氢化合物（ＨＣ）是燃料的不完全燃烧和缸壁的激冷作用使火焰消失而致。不论汽油机在何工况下运转，排气中总会含有一定数量的未燃碳氢化合物ＨＣ，如果混合气过浓，将有部分燃油因得不到氧化而不能完全燃烧，燃烧后成为多余的ＨＣ排出。此外，混合气是由火焰传播燃烧的，当火焰传播至缸壁附近时，由于缸壁温度较低，在距缸壁面０.５ｍｍ的小缝隙处的混合气将不能着火燃烧，这部分未燃烧的ＨＣ亦随废气排出。可见，燃烧后在排出的废气中将有未燃烧的或燃烧不完全的ＨＣ。上一页下一页返回第一节发动机排放基本知识•３.氮氧化物（ＮＯｘ）的形成•氮氧化物（ＮＯｘ）是空气在燃烧室的高温条件下，由氮和氧发生反应而形成的，其生成量取决于温度、反应时间及氧的浓度。混合气中的空气由Ｏ２和Ｎ２组成，当空气足够，且气缸温度很高时，分子状态的Ｏ２和Ｎ２会分解为原子状态的氧和氮。它们相互反应，将产生各种氮氧化物，如ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ。燃烧后将有某种ＮＯｘ排出。•硫的氧化物（ＳＯ２）是燃料中的硫分燃烧后产生的；碳烟是不完全燃烧的产物。•此外，燃料中的杂质和添加剂燃烧生成ＳＯ２、铅氧化物等，燃料中的炭在一定高温下会离解成微小的炭粒，这些物质也将在排气行程中排出。上一页下一页返回第一节发动机排放基本知识•三、柴油机排放污染物的主要成分•柴油机排放的废气其有害成分主要有：一氧化碳（ＣＯ）、氮氧化物（ＮＯｘ）、碳氢化物（ＨＣ）、硫化物（ＳＯ２）、微粒（主要是碳烟，还包括油雾、金属颗粒）等。与同功率的汽油机相比，柴油机的ＨＣ和ＣＯ排放量要比汽油机少得多，其中ＣＯ的排放量只有汽油机的１／１０，ＨＣ的排放量仅为汽油机的１／３，ＮＯｘ排放量几乎相同，因而减少柴油机排放物，关键是降低（ＮＯｘ）、碳烟及颗粒物的含量。上一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•一、汽车排黑烟的检修•１.汽油机排黑烟•（１）故障现象•发动机动力不足，混合气燃烧不完全，排气管排黑烟、放炮，油耗增加，气缸内大量积炭。•（２）故障原因•①混合气过浓。•②点火系统高压火花过弱。•③点火时刻过迟。•④气门间隙调整不当。下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•⑤个别气缸工作不良。•⑥空气过滤器堵塞，造成进气量不足。•（３）故障诊断•①拆下空气滤清器，观察排气烟色。若排黑烟情况好转，则故障是由空气过滤器脏污或堵塞造成的，应清洗或更换空气过滤器滤芯。•②拔出中央高压线试火，若火花弱，则是点火能量不足导致混合气不能完全燃烧而排黑烟，故障在点火系统的低压电路。•③在发动机运转时，做各缸断火试验。若拔出某缸高压分线后，发动机工作无明显变化，则表明该缸不工作或工作不良。上一页下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•进一步检查高压分线的火花是否太弱，若火花弱，应检查分电器盖、分火头是否击穿漏电，高压分线、火花塞是否有故障。如果火花正常，则应检查气缸压力是否过低。气缸压力过低的原因有：活塞环卡滞或磨损、气缸磨损、气门磨损、积炭导致关闭不严等，应视情况进行修理排除。•④检查点火正时，若过迟应进行调整。•⑤若汽车在行驶时，随着车速的提高，油门开度的加大，排气冒黑烟、放炮现象越来越严重，拆下火花塞检查，火花塞湿，则故障为混合气过浓。上一页下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•２.柴油机排黑烟•（１）现象•发动机动力不足，运转不稳，排气管排黑烟，加速时出现敲击声。•（２）原因•①空气过滤器严重堵塞，造成进气量不足。•②喷油泵供油量过多或各缸供油不均匀度过大。•③喷油器喷雾质量不佳或喷油器滴油。•④供油时间过早。•⑤气缸压缩压力不足。•⑥柴油质量低劣。上一页下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•（３）诊断•柴油机排气黑烟多，大多是由各缸供油量不均匀或过多、吸入空气不足、雾化不良、喷射时间过早等原因引起的不完全燃烧造成的。•①拆下空气滤清器，观察排气烟色。若排黑烟情况好转，则故障是由空气滤清器脏污严重造成的。•②检查供油时间是否过早，若过早应调整。•③在发动机运转时，可逐缸断油试验。当某缸断油时，若发动机转速降低，黑烟明显减少，敲击声变弱或消失，说明该缸供油量过多；若发动机转速变化小而黑烟消失，说明该缸喷油器喷雾质量差。找出有故障的单缸后，拆检喷油器。必要时，可换装新喷油器进行对比，若用新喷油器时故障消失，说明原喷油器有故障。上一页下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•④用上述方法仍不能排除故障时，如果喷油泵柱塞挺杆具有调整螺钉，应检查各缸喷油是否一致，必要时进行调整。•⑤检查喷油泵供油量是否过大和供油不均匀度是否符合标准时，应在试验台上进行。•⑥若以上各项均无问题，应对有故障的单缸测试其压缩压力，以判断是否有气缸、活塞、活塞环等磨损漏气或气门密封不良现象。上一页下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•二、汽车排白烟的检修•１.汽油机排气冒白烟•（１）故障现象•发动机运转不均匀，排气管冒白烟。•（２）故障原因•①汽油或机油中含有水。•②发动机气缸体或气缸盖有裂纹。•③气缸盖螺栓拧紧力矩不足或扭力不均，气缸垫损坏使冷却液进入燃烧室。•④温度低，燃烧水蒸气遇冷变白烟。上一页下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•（３）诊断•①检查汽油和机油是否掺杂有水。•②冷车时取下水箱盖，启动发动机，若水箱口的冷却水呈沸腾状态并排出大量气泡，故障为气缸垫损坏，致使水道与气缸相通。应更换气缸垫。•③若油底壳油平面上升且机油呈乳状，说明气缸盖或气缸体有裂纹，拆下气缸盖，对气缸盖与气缸体进行检修。•２.柴油机排气冒白烟•（１）故障现象•发动机动力不足，运转不均匀，排气管排出大量白烟。上一页下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•（２）故障原因•①供油时间过迟。•②柴油中有水或因气缸垫烧穿、缸套缸盖破裂等原因造成气缸进水。•③气缸温度过低或气缸压缩压力不足。•④喷油器喷雾质量不佳等。•（３）故障诊断•柴油机排气冒白烟分为灰白烟和水汽白烟两种。上一页下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•①检查发动机温度，若温度过低，则是由保温措施不足或百叶窗控制不佳造成。在冬季，柴油机冷启动后往往冒白烟，但发动机热机后，白烟能自行消失，这是正常现象。•②若发动机温度正常，排气管排水蒸气烟雾时，将手靠近排气管口，如白烟掠过，手面留有水珠，则应检查柴油中是否有水或是否有缸垫烧穿、缸体缸盖破裂漏水等。上一页下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•③发动机动力不足，排气管排灰白色烟雾时，一般是供油时间过迟，应检查和调整供油时间。•④检查喷油器的喷雾质量。采用单缸断油的方法，找出工作不良的气缸。拆下喷油器，在缸外将其连接到原来的高压油管上，启动柴油机开始运转，观察喷雾质量。若喷雾质量不佳，应检查、调整，必要时更换喷油器。•⑤若发动机刚启动时排白烟，温度升高后冒黑烟，通常是由气缸压力过低造成的。上一页下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•三、汽车排蓝烟的检修•汽车排蓝烟，是由于机油窜入气缸燃烧并随废气排出。汽油机和柴油机的故障原因及诊断方法是一致的。•１.故障现象•汽车在运行过程中排气冒蓝烟，机油消耗量过大。•２.故障原因•①油底壳油面过高或机油压力过高。•②活塞环装错或磨损、损坏。•③气缸与活塞之间配合间隙过大。上一页下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•④曲轴箱通风装置进风过多。•⑤气门杆与气门导管的配合间隙过大。•⑥气门油封损坏。•３.故障诊断与排除方法•①检查发动机机油量及机油压力。若油面过高，应放掉部分机油。机油压力过高，则应检查油路是否堵塞、机油泵限压阀是否损坏。•②当踩下加速踏板，发动机高速运转时，排气管大量排出浓蓝烟，机油加注口也大量冒蓝烟或脉动冒烟，说明气缸与活塞、活塞环磨损过大，或活塞环装反或对口，应拆下活塞连杆组进行检查分析，对症检修。上一页下一页返回第二节发动机排放超标常见故障诊断与分析•③当发动机大负荷运转时，排气管冒浓蓝色烟，但加机油口并不冒烟，则故障为气门杆与气门导管的配合间隙过大或气门油封损坏，使机油窜入燃烧室燃烧。应更换气门油封、气门或气门导管。•④检查曲轴箱通风情况。曲轴箱强制通风系统阻塞、通风流量控制阀装反、失效或丢失，也可能导致发动机排蓝烟，应及时检修。上一页返回第三节故障实例•实例一：•（１）故障现象•奥迪四缸车行驶中油耗增加，发动机中、高速运转时可看到排气管中排出黑烟并带有汽油味。•（２）故障诊断•怠速时ＣＯ含量为１.０％为正常，转速为２０００ｒ／ｍｉｎ时，ＣＯ含量为６.０％即为超标，应低于正常怠速时的排放值。转速为２０００ｒ／ｍｉｎ时副腔没有参加工作，混合气过浓的原因在主腔。拆检化油器，发现加浓阀卡住，处于打开状态，汽油质量不好，用化油器清洗剂清洗使加浓阀活动自如。故障排除。下一页返回第三节故障实例•实例二：•（１）故障现象•一辆捷达王轿车行驶里程约３万千米，出现发动机怠速不稳，加速时排气管冒黑烟的现象，同时百公里油耗超过２０Ｌ。•（２）故障诊断•用Ｖ.Ａ.Ｇ１５５１检查该车发动机控制单元的故障存储器，显示“空气流量计信号不正常”、“节流阀体超出调整范围”偶发性故障及“λ传感器对地短断路”永久性故障。查看•发动机控制系统数据时发现，其λ值始终为０.２Ｖ保持不变。上一页下一页返回第三节故障实例•正常情况下λ值应该在０.１～０.８Ｖ变化，由此可以看出λ传感器失效，空燃比不能自动调节，喷油量增加，造成发动机怠速不稳，加速排气管冒黑烟，同时引发另外两个偶发性故障。于是决定更换λ传感器。•更换λ传感器并清除发动机控制单元故障码后，对其电控系统重新进行基本设定，重新启动发动机，发动机工作正常。原地怠速，急加速都正常，排气管也无黑烟冒出。试车跑了几千米，一切都正常，观察Ｖ.Ａ.Ｇ１５５１的数据流也都正常，于是把车交给客户。两天后客户又反映，车在急加油门时仍然有一股淡淡的黑烟。再次用Ｖ.Ａ.Ｇ１５５１检查该车发动机控制单元的故障存储器，这次只出现“空气流量计信号不正常”一个偶发性故障。上一页下一页返回第三节故障实例•认真检查空气流量计和它的线路，未发现任何问题。决定更换一个好的空气流量计试一试。在换完空气流量计并清除发动机控制单元故障码后，对其电控系统进行基本设定并重新试车。刚开始发动机一切正常，过了１个小时排气管又开始冒黑烟。用Ｖ.Ａ.Ｇ１５５１再次检查该车发动机控制单元的故障存储器，这次依然出现“空气流量计信号不正常”这个偶发性故障。但空气流量计是好的，为什么仍然出现这个偶发性故障呢？是