根據發動機混合比或廢氣成分分析車輛故障（上）

◆文/湖北　熊榮華

根據發動機混合比或廢氣成分分析車輛故障（上）

◆文/湖北熊榮華

在汽車維修的實踐中，我們往往憑經驗診斷混合比失調的故障，這種方法與依據故障碼診斷一樣，只能定性，不能定量，只可以判定混合比失調的方向是濃了還是稀。例如：低速不聳高速聳為稀，高速不聳低速聳為濃；緩加不聳急加聳為稀，急加不聳緩加聳為濃；平路不聳上坡聳為稀，上坡不聳平路聳為濃。以上指的是開車診斷，如果在修車過程中，堵住進氣口做加速試驗，加速性能變好了，說明混合汽稀了；如果堵住進氣口后，加速性能惡化了，說明混合汽濃了。以上指的是修車診斷，如果想進一步定量，還需進行下述仔細分析。

一、混合比與廢氣

影響發動機性能的三個主要因素是：壓縮比、點火正時、混合比，其中最復雜的是混合比。混合比是指空氣和燃油按照一定的比例進行混合后的參數。現在的汽車都是被電腦控制的，電腦以進入發動機的空氣量為主控信號，參考進氣溫度和發動機水溫，再以排氣系統中的氧傳感器作為反饋信號來最終確定混合比，控制目標是14.7：1。空氣中含有大約78%的N2（氮氣）和21%的O2（氧氣），燃油主要由CH（碳氫化合物）組成，每個分子含有若干個氫原子和若干個碳原子。隨著汽缸內發生燃燒行為，這些組分在化學反應中結合，然后離開汽缸。廢氣成分中，主要包括8種氣體，其中4種無毒氣體是N2、O2、H2O（水蒸氣）和CO2（二氧化碳），4種有毒氣體是CO （一氧化碳）、CH、NOX（氮氧化物）和SO2（二氧化硫）。

測量與研究混合比的方法之一是測量廢氣的成分，如果發動機的壓縮、點火和混合比良好，燃燒過程將產生無毒氣體，既H2O（氣體）、CO2與N2。燃燒過程中CH中的碳與氫分離，這些元素重新與氧原子結合，氫原子與氧原子結合形成水分子，每個分子中含有兩個氫原子和一個氧原子。碳原子與氧原子結合形成CO2，每個分子含有一個碳原子和兩個氧原子，如果混合比稍微偏稀，燃燒發生后還會剩余少量的O2。

修理廠最早使用的兩氣分析儀，只能測量CH 和CO的排放量。對于沒有三元催化器的汽車，基本上夠用了。但是裝有三元催化器的車輛，在工作狀態良好且達到工作溫度后，CH和CO可能在三元催化器內被有效地氧化。如果目的是進行排放測試，這種方式是沒有問題的，但如果目的是分析廢氣以幫助我們來診斷發動機性能故障，則這種CH和CO的減少會導致人們誤以為發動機工作狀態良好，即無法診斷出故障。所以，要利用廢氣診斷故障，必須使用四氣體或五氣體分析儀，它不僅能夠測量CH、CO和NOX，還能測量CO2和O2。所有被測量氣體的濃度要么是百分比（%，質量分數），要么是百萬分之一（ppm，質量分數）。下面將試分析廢氣中五種與故障診斷有關的產物。

1.CO（一氧化碳）

CO是無色、無味的有毒氣體，是混合汽過濃和缺氣的標志，也是空氣不足情況下發生不完全燃燒的產物。CO排放量基本上受混合比支配，混合比過濃時易產生。CO含量是以百分比（%，質量分數）度量的，CO排放的標準一般是0.5%～1%。如果汽車沒有三元催化器或者三元催化器沒有達到工作溫度，其數值應當保持在低于2.5%～3%。帶有三元催化器的汽車達到工作溫度后，CO含量應當保持低于0.5%，最好接近于0。CO在混合比14.7：1時，排放值一般在1%以下，即很低。混合比從14.7：1變濃，完全燃燒所需的空氣不足，會使CO含量增加。隨著混合比從14.7：1變稀，CO含量保持在低水平，如圖1所示。CO總是在混合比偏濃，O2不足的燃燒中產生，失火是指不發生燃燒，不會產生CO。所以，盲目更換火花塞或高壓線，甚至更換點火線圈或點火模塊，都不是排除CO含量偏高的辦法，因為CO含量偏高通常是因為CO分子缺少O2分子，從而無法尋找到另一個氧原子使之轉化為CO2，這種情況下必須從進氣不足或進油過多上查找原因。CO排放值越低，說明燃燒越徹底。但是，混合汽過稀也會引起失火，不過由于沒有燃燒發生，不會增加CO的排放量。汽車CO超標的原因有很多，但是，解決任何問題，都要善于抓主要矛盾，CO超標的主要矛盾就是混合比濃了，進氣少了。具體原因有：噴油器泄漏，噴油壓力過高，曲軸箱受到汽油污染，炭罐飽和與電磁閥常開，曲軸箱通風量過大，氧傳感器被污染，進氣量檢測傳感器、節氣門位置傳感器、水溫傳感器、氧傳感器等提供了不正確的信號等。

值得注意的是，CO與人體血液中的血紅蛋白結合的速度比O2快250倍。CO經呼吸道進入血液循環，與血紅蛋白親合后生成碳氧血紅蛋白，從而會削弱血液向各組織輸送氧的功能，危害中樞神經系統，造成人的感覺、反應、理解、記憶力等機能障礙，重者危害血液循環系統，導致生命危險。人一旦吸入了過多的CO，會造成眩暈、惡心甚至死亡。所以，不應在通風不良或密閉環境中用車，對排氣系統泄漏的車輛應及時修理。

2.CH（碳氫化合物）

CH是一種淺藍色煙霧，是燃料不完全燃燒或根本未燃燒的產物。CH是失火的標志、是沒有燃燒或燃燒不良的標志。CH含量以百萬分之一 （ppm，質量分數）度量，HC的排放標準一般是100ppm。如果汽車沒有三元催化器或者三元催化器沒有達到工作溫度，其數值應當保持在300～400ppm左右。帶有三元催化器的汽車達到工作溫度后，CH含量應當低于100ppm，最好接近于0。如果在燃燒過程中有些燃油沒有燃燒，未燃CH將從排氣管排出。不管什么原因引起汽缸內完全失火，都將造成CH含量極度偏高。這其中包括由于汽缸壓縮壓力問題引起的失火、點火失火或者混合汽偏稀失火。混合汽偏稀失火發生在混合比稀至17：1時，此時燃油分子擴散的距離很遠而火焰前鋒不能傳播。如果混合比太濃，則沒有足夠的O2使燃油完全燃燒，這種情況稱為部分失火，將造成CH含量中度偏高。

CH超標的主要原因是汽缸失火，沒有發生燃燒或者燃燒不完全。原因有火花塞故障，高壓線不良，點火線圈故障，噴油器堵塞，EGR閥漏氣，真空泄漏，燃燒室積炭，點火時間過早，汽缸壓力值過低，汽缸竄機油，氧傳感器被污染及進氣流量傳感器、節氣門位置傳感器、水溫傳感器、氧傳感器等提供了不正確的負荷信號等。

CH和氮的氧化物在不流動的空氣中在陽光作用下會形成光化學煙霧，會產生一種具有刺激性的淺藍色煙霧，其中含有臭氧、醛類、硝酸脂類等多種復雜化合物，對人體最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜，會引起眼睛紅腫和咽喉炎。

3.NOX（氮氧化物）

NOX即氮的氧化物，是一種紅棕色的不可燃燒的有毒氣體。NOX是高溫稀混（混合氣息）的標志，是高溫富氧燃燒條件下的產物，混合比在16：1附近產生最多。NOX含量以百萬分之一（ppm，質量分數）度量，NOX的排放標準是一般是500～800ppm。NOX是N2和O2結合產生的，N2在高溫和高壓的情況下很容易與其他元素結合。診斷NOX含量高的汽車時，要考慮到燃燒室溫度高的問題。許多發動機使用廢氣再循環和可變氣門正時作為控制燃燒室溫度的方法，所以也要檢查這些系統。還有，如果在診斷CO高的故障時，發現NOX含量也很高，那么CO問題被修復時，混合比就會變稀，靠近14.7：1的理論混合比。

為了獲得更好的發動機性能，需要濃的混合汽，這樣一來，燃燒后就不會剩余大量的O2。沒有O2，就不會形成NOX，所以大部分NOX實際是在混合汽不是很濃的中小負荷范圍內產生的。NOX超標的主要原因是高溫富氧，例如：混合汽過稀，真空泄漏，噴油器臟堵，發動機溫度過高，燃燒室積炭過多，EGR閥臟堵，點火時間過早，三元催化器失效及進氣流量傳感器、節氣門位置傳感器、水溫傳感器、氧傳感器等提供了不正確的負荷信號等。

NOX的毒性主要是指NO2（二氧化氮），它是對人體有害的氣體，特別是對呼吸系統。在NO2濃度為9.4mg/m3的空氣中暴露10min，即可造成人的呼吸系統功能失調，引起嚴重的肺病。

4.CO2（二氧化碳）

CO2由一個碳原子和兩個氧原子組成，是正常燃燒下的產物，是燃燒效率高的標志。CO2雖然無毒，但是現在也屬于限制排放的氣體，因為其被公認為是導致全球變暖的原因之一。CO2含量以百分比（%，質量分數）度量，一般在13%～15%之間，有時可能達到16%。由于發動機設計參數（如氣門正時和升程）會影響CO2含量，所以設定CO2的硬性規范值是不科學的。如果CO2的讀數接近16%，則說明發動機可能工作得很好；如果CO2讀數為11%或更低，則說明發動機可能有性能問題，需要進行診斷；如果的CO2讀數在12%～14%之間，可能表示發動機工作得很好，也可能表示發動機有性能問題，這還與使用的燃料有關。比如，使用乙醇汽油，CO2讀數在12%～14%之間一般是正常的，而使用質量好的純汽油，就不一定正常。我們檢測CO2和O2含量，可以發現發動機是否在發揮高效率。

5. O2（氧氣）

O2是燃燒結束后未用完的產物，是混合汽稀的標志。O2為0表示混合汽過濃，O2含量以百分比（%，質量分數）度量，其數值應當保持在0.5%～2.5%之間。理論混合比范圍內或高效率的發動機，其O2和CO含量近似相等，其值在0.2%～1.5%。O2含量高于2.5%表示混合比太稀，可能接近于失火的混合比。二次空氣噴射系統工作，O2排放量會增高到8%，所以，檢測時要禁止任何二次空氣噴射系統工作，并檢查排氣系統是否泄漏。

汽油機的排放中如果O2和CO含量均在0.3%～1%之間，說明發動機工作得很好，且O2排放值不受三元催化器影響。O2進入發動機系統有三條渠道，一是通過進氣管，二是燃料乙醇汽油中所含的氧，三是通過泄漏的排氣管或二次空氣噴射到達氧傳感器。雖然O2不屬于限制排放的氣體，但是O2確是重要的診斷助手，可以幫助我們分析燃燒室內的燃燒情況及發動機效率。如果O2增加，CO2減少，則說明發動機效率下降。（未完待續）