汽车发动机维修尾气排放检测

学习任务二十一尾气排放检测理论知识任务要求1.了解汽车尾气的成分及废气产生的原理；2.了解三元催化转换器的作用及工作原理；3.了解我国汽车尾气的排放标准；4.正确使用废气分析仪；5.正确检测发动机尾气成分，并判断发动机排放是否合格，如排放成分异常，可根据检测结果分析发动机引起该故障的原因。理论知识1.汽车尾气的主要成分与危害2.汽车尾气产生的原理3.影响尾气产生的因素4.三元催化转换器的作用及工作原理5.我国现执行的汽车尾气的排放标准6.废气分析仪的概述及使用1.汽车尾气的主要成分与危害汽车尾气污染物有：一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、炭烟（PM）等。（1）CO吸入人体后，肺里的血红蛋白不与氧结合而与CO结合，致使人体缺氧，引起头痛、头晕、呕吐等中毒症状，并危害中枢神经系统，造成感觉、反应、理解、记忆等机能障碍，严重时造成死亡。（2）CO2为无色无毒气体，大气中的CO2大幅度增加后，会形成温室效应，会使全球气温上升、南北极冰层溶化；海平面上升；大陆腹地沙漠趋势加剧。（3）单独的HC只有在浓度相当高的情况下才会对人体产生影响，但它却是产生光化学烟雾的主要成分。（4）NOx是一种褐色的、有臭味的废气。NO能氧化成毒性较大的NO2等其他氮氧化合物，高浓度的NO会引起人的神经中枢障碍，NO2对肺组织产生剧烈的刺激作用。NO2亚硝酸盐对人的呼吸系统和免疫功能有很大的危害，NOx还是光化学烟雾的主要组成成分。（5）炭烟（PM）主要是硫化物和微粒物，会影响道路上的能见度。炭烟会引起人们恶心和头晕，并对呼吸系统有害，严重者还能致癌。（6）光化学烟雾达到一定浓度时，具有明显的刺激性。它能刺激眼结膜，引起流泪并导致红眼症，同时对鼻、咽、喉、气管及肺部均有刺激作用，能引起急性喘息症。光化学烟雾还具有损害植物、降低大气能见度、损坏橡胶制品等危害。2.汽车尾气产生的原理1）CO2）HC3）CO24）NOx5）行车工况与尾气的产生1）COCO是燃料在空气不足或其他原因造成不完全燃烧时所产生的气体。2）HCHC是发动机废气中的燃料未燃部分，还包括供油系统中燃料的蒸发和泄漏的产物，以及汽油中的大分子成分在高温下分解产生的。3）CO2CO2是汽油燃烧后的必然产物，是不可避免的。4）NOxNOx是进入汽缸内的N2和O2在高温高压的火焰下化合生成的。5）行车工况与尾气的产生行车工况与尾气的产生关系如下图所示。（1）暖机工况，产生CO、HC。（2）怠速运行工况，产生CO、HC。（3）匀速行驶。中、低速度行驶，产生NOX；高速行驶，产生CO、HC和NOX。（4）加速行驶，产生CO、HC和NOX。（5）减速行驶，产生CO、HC。（6）大负荷，产生CO、HC和NOX。3.影响尾气产生的因素1）混合气浓度影响2）点火时刻和点火效果的影响3）发动机负荷的影响4）发动机转速的影响5）发动机温度的影响6）其他因素的影响1）混合气浓度影响（1）对CO排量的影响。供给发动机的混合气的空燃比比14.7（或过量空气系数比1）小得越多，混合气越浓，燃料燃烧越不完全，CO的排放量越高。（2）对HC排量的影响。HC是燃气在汽缸壁温度较低区，达不到燃烧温度，火焰熄灭；电火花过弱未能引燃混合气等情况下产生的。若A/F=16.2，HC的排量最少；若A/F16.2时，HC排量越高；当A/F16.2时，产生失火现象，造成HC大量排出。（3）对NOx排量的影响。NOx在混合气的A/F≈15.5时，燃料燃烧效率最高，燃烧越完全，汽缸内的温度高，HC的排量最多，A/F高于或低于此值时，NOx的排量都会减少。2）点火时刻和点火效果的影响（1）对CO排量的影响。点火提前角不正确也会影响排放。点火时刻过晚或过早都会造成CO的排量增加。（2）对HC排量的影响。点火时刻推迟时，HC在排气过程中的氧化，另外燃烧时降低了汽缸的面容比，燃烧室内的激冷面积减小，使排出的HC减少，但要以牺牲燃料经济性为代价，所以得不偿失。（3）对NOx排量的影响。点火时刻提前，NOx的排量高；点火时刻推迟，可以减少NOx的排量，发动机的热效率也降低了，若调整不当会严重影响发动机的动力性、经济性和稳定性。3）发动机负荷的影响（1）对CO排量的影响。急减速时，在进气管内产生瞬间的强真空，吸入过多的燃料，使混合气过浓。这些都会造成CO排量的增加；中等负荷时，需供给稍稀的混合气，燃料燃烧完全，排出的CO较少。（2）对HC排量的影响。怠速和很小负荷时，燃料不能完全燃烧，因而HC的排量较多；中等负荷时，HC的排量较少；大负荷和全负荷时，可能使HC的排量增加，但这期间排气温度高，利于HC进一步氧化，所以HC的排量也较怠速时少。（3）对NOx排量的影响。负荷小时，进气压力低，进气流动速度慢，形成的混合气的品质差，火焰传播慢，燃料燃烧不完全，发动机汽缸内温度较低，NOx排量少；中速时，混合气燃烧完全，NOx排量较多。4）发动机转速的影响（1）对CO排量的影响。急减速时，燃烧不完全，而使CO的排量高；中速时，燃料燃烧完全，排出的CO相应较少；高速时，燃烧不完全使CO排量增多，利于CO的进一步氧化，所以CO的排放比中速时低，但比怠速时高。（2）对HC排量的影响。转速升高，混合气品质更佳，燃烧更完全，HC的排量更少。（3）对NOx排量的影响。对燃烧速度较慢的稀混合气，在点火时刻不变的情况下，转速升高，NOx的排量减少；对于燃烧速度较快的浓混合气，转速升高，燃烧速度快使NOx排量增加。5）发动机温度的影响（1）低温时。低温时一部分汽油发生凝结成为液态和颗粒状，冷态供给的是浓混合气，结果由于空气量不足，使CO量增加。同时燃烧温度降低，NOx减少而HC增加。（2）高温时。冷却液温度达到80～90℃时，燃料汽化良好，发动机在燃料经济性较好的状态下运转。但是，当发动机温度过高时，由于引起过热、爆震、早燃等现象，使燃烧温度上升，NOx的生成量增多，同时CO和HC的生成量减少。6）其他因素的影响（1）喷油器工作情况的影响。当喷油器密封不严和喷油雾化质量不良时，会引起CO和HC排量增加，使NOx减少。（2）燃油供给系统燃油压力的影响。压力过高时，相同的喷油脉宽，供给的燃油多，混合气浓度大，CO和HC排量增加，使NOx减少。（3）L形空气供给系统的发动机，空气流量计之后的进气通道有漏气现象时，会使NOx的排量增加，使CO和HC排量减少。（4）空气流量计（或进气压力传感器）检测进气量数值不准确、活性炭罐故障、三元催化转换器故障、EGR阀故障等，都会引起CO、HC、NOx排量的变化。4.三元催化转换器的作用及工作原理1）三元催化转换器的作用2）三元催化转换器的工作原理三元催化转换器的工作原理图三元催化转换器的监控原理5.我国现执行的汽车尾气的排放标准1）怠速工况的正常排放值2）发动机转速在2000r/min时的正常排放值1）怠速工况的正常排放值怠速工况的正常排放值见表21-1。2）发动机转速在2000r/min时的正常排放值发动机转速在2000r/min时的正常排放值见表21-2。6.废气分析仪的概述及使用（以NHA—506型废气分析仪为例）1）NHA—506型废气分析仪的概述和组成2）废气分析仪测试方法1）NHA—506型废气分析仪的概述和组成NHA—506型废气分析仪采用不分光红外线吸收法原理，测量机动车排放中的HC、CO和CO2的成分，用电化学电池原理测量废气中的NOx和O2的成分，并可根据测得的CO、CO2、HC和O2的成分计算出过量空气系数。NHA—506型废气分析仪的组成如下图所示。1-仪器主机；2-嵌入式微型打印机；3-取样管；4-前置过滤器；5-短导管；6-取样探头下图所示为NHA—506的前面板布置。前面板各部分的名称和功用如下：1—液晶显示屏：显示操作菜单和测量数据；2—“S”功能键：水平移动液晶显示屏上的光标，以选择所需项目；3—“K”功能键：确认所选项目；4—“▲”功能键：上移显示屏上的光标，选择所需项目；调节显示屏上文字、图像的对比度；校准前用于修改校准气的设定值；5—“▼”功能键：下移显示屏上的光标，选择所需项目；其余功能同“▲”键。下图为NHA—506的后面板布置。后面板各部分的名称和功用如下：1—油温信号插座：输入油温探头的信号；2—电源插座及开关：插座用于输入220V交流电，开关用于接通或断开电源；3—RS—232C插座：与外部计算机通信的接口；4—“通信/打印”转换开关：使仪器在“本机打印”和“与外部计算机通信”间切换；5—主排气口：样气测量后的排出口；6—冷却气及吸样入口：接入待测样气并降低样气温度，防止进入分析光学平台的气体产生冷凝水；7—转速信号插座：输入转速测量钳的信号；8—氧化氮传感器排气口；9—传感器罩：氧化氮和氧传感器的保护罩；10—氧传感器排气口；11—空气过滤器：过滤空气中的粉尘；12—标准气入口：用于校准时标准气的入口；13—水过滤器：去除待测样气中的油、水和粉尘。2）废气分析仪测试方法（1）正常测试。（2）汽缸与冷却水道泄漏的测试。（3）燃油蒸发、排放控制系统泄漏的测试。（4）曲轴箱通风装置测试。（5）三元催化转换器的测试。（1）正常测试。①起动发动机，故障灯指示应正常，使发动机达正常温度；②发动机从怠速状态加速至70%额定转速，运转60s后降至50%额定转速，将取样探头插入排气管中，深度不少于400mm，并固定在排气管上，维持15s后，读取30s内的最高值和最低值，其平均值为高怠速污染物测量结果。③发动机从高怠速降至怠速状态15s后，读取30s内的最高值和最低值，其平均值即为怠速污染物测量结果。④若为多排气管的车辆，取各排气管测量结果的算术平均值作为测量结果。若车辆排气管长度小于测量深度时，应使用排气加长管。（2）汽缸与冷却水道泄漏的测试。①打开散热器盖；②使发动机达到正常温度；③在散热器盖口用废气测试管测试；④读取HC值；⑤若有升高，说明汽缸衬垫损坏。（3）燃油蒸发、排放控制系统泄漏的测试。①在汽油泵处测试HC；②在活性炭罐处测试HC；③在加油口盖处测试HC；④在油管接头处测试HC；⑤在油箱密封处测试HC。（4）曲轴箱通风装置测试。①发动机运转至正常温度；②读取尾气中CO及O2值；③拆下PCV阀管路并读取尾气中CO及O2值，CO值减少1%以上，O2值将升高；④用手堵住PCV阀，读取CO及O2恢复正常；⑤若按上述步骤检查CO及O2值均无变动，表示PCV阀阻塞；（5）三元催化转换器的测试。①发动机运转达正常工作温度；②加速至额定转速的50%，保持2min；③测量排气，O2应在1%左右，CO值在0.5%以下，表示三元催化转换器工作正常；④加浓混合气，O2值慢慢下降，CO值增高约0.5%，表示系统正常；⑤超出以上标准为不正常。7.尾气分析的项目和基本原则1）尾气分析的项目分析的参数有CO、HC、CO2和O2，还有空燃比（A/F）或过量空气系数α。2）废气分析的基本规则（1）HC和O2的读数高，是由点火系统不良和过稀的混合气熄火而引起的。（2）当测试的CO、HC高，CO2、O2低时，表明发动机工作混合气很浓。（3）如果燃烧室中没有足够的空气保证正常燃烧，通常情况下，CO2的读数和CO、O2相反。（4）废气中O2的读数和其他三个读数一起，能帮助找出诊断问题的难点。（5）利用功率平衡试验和四气体排气分析仪的读数，可以指出每个缸的工作状况。四气体分析仪所检测得到的排放物数量与发动机故障的关系，见表21-3。在断开空气喷射系统的条件下，利用五气体分析仪所检测到的排放物数量与发动机故障的关系，见表21-4。想一想1.电控燃油喷射（EFI）、电子控制点火提前角（ESA）的采用是否可以降低汽车的排放水平？为什么？2.如何对发动机尾气进行检测，根据检测结果判断发动机尾气是否正常？如果不正常，可能有什么故障？本章结束