發(fā)動機(jī)排氣冒煙故障的診斷研究

羅智波　葉智林　崔凱　丁相利　王博　叢日振

摘 要：文章針對發(fā)動機(jī)排氣冒煙故障診斷進(jìn)行了歸納和研究。首先對排氣異常冒煙的幾種現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的描述，主要包括冒藍(lán)煙、冒黑煙和冒白煙等。然后分析了發(fā)動機(jī)各個系統(tǒng)可能導(dǎo)致排氣異常的失效模式。最后通過實(shí)際案例說明了利用排氣煙霧快速判斷發(fā)動機(jī)故障思路的可行性，排氣煙霧的顏色特征可用于發(fā)動機(jī)故障的診斷。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī) 排氣冒煙 故障診斷 失效模式

1 引言

在國六B尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)行的背景下，乘用車發(fā)動機(jī)工作在良好狀態(tài)時，排出廢氣近乎無色。而一旦發(fā)動機(jī)排氣有異?，F(xiàn)象，往往是內(nèi)部故障的外在表現(xiàn)。如果在排氣異常的情況下，發(fā)動機(jī)帶故障繼續(xù)運(yùn)行，不僅會加快零部件的磨損、增加油耗，而且功率也會下降，影響整車動力、經(jīng)濟(jì)性。通過觀察排煙特征，有利于故障診斷的進(jìn)行，進(jìn)而幫助快速鎖定故障根因。

針對于異常排煙問題排查一直是故障排查工作的重點(diǎn)問題。

2 排氣異常冒煙的類型

整車排氣異常有多種表現(xiàn)，常見的主要有藍(lán)煙、黑煙、白煙、灰白煙等。排煙的煙色不同，其產(chǎn)生的可能原因也不同。

2.1 冒藍(lán)煙

發(fā)動機(jī)排氣管中排放出藍(lán)色的煙霧，是一種不正常的排氣現(xiàn)象，這種煙霧通常具有刺激性氣味。藍(lán)色煙霧的產(chǎn)生原因，主要原因?yàn)榱慵栴}導(dǎo)致過量機(jī)油參與燃燒所致。分析導(dǎo)致機(jī)油參與燃燒的原因，詳細(xì)的排查思路見圖1，如下：

（1）活塞總成失效。當(dāng)活塞環(huán)與汽缸壁的密封不嚴(yán)時，可能導(dǎo)致過量的機(jī)油進(jìn)入燃燒室后燃燒。應(yīng)排查是否存在活塞環(huán)對口、裝反導(dǎo)致未發(fā)揮密封作用；活塞環(huán)異常磨損、活塞環(huán)卡進(jìn)環(huán)槽張力不足，導(dǎo)致其與汽缸壁之間的間隙變大，超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）潤滑系統(tǒng)失效。潤滑系統(tǒng)失效，導(dǎo)致過度磨損，當(dāng)活塞環(huán)與汽缸壁的密封失效時，過量機(jī)油將進(jìn)入燃燒室參與燃燒。排查問題時，需要首先確認(rèn)潤滑系統(tǒng)是否正常工作，重點(diǎn)是主油道、機(jī)油泵、機(jī)油液位、活塞冷卻噴嘴、缸蓋油道等是否能夠正常工作。

（3）進(jìn)排氣系統(tǒng)失效。當(dāng)渦輪增壓發(fā)動機(jī)的葉輪兩端出現(xiàn)動平衡失效，葉輪軸上的止推軸承密封不嚴(yán)后冷卻潤滑的機(jī)油會進(jìn)入進(jìn)排氣系統(tǒng)參與燃燒；氣門油封或氣門導(dǎo)管密封不嚴(yán)機(jī)油也會進(jìn)入進(jìn)排氣系統(tǒng)參與燃燒。排查問題時，需確認(rèn)曲通系統(tǒng)、缸蓋系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)工作是否能夠正常工作。

（4）其它系統(tǒng)失效。例如整車真空剎車助力車輛，真空泵密封失效導(dǎo)致曲軸箱壓力增高導(dǎo)致機(jī)油進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)參與燃燒，需確認(rèn)真空系統(tǒng)是否能夠正常工作。曲通系統(tǒng)失效也會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)冒藍(lán)煙現(xiàn)象。

（5）防銹油燃燒產(chǎn)生藍(lán)煙，發(fā)動機(jī)和整車排氣管路等部件防止運(yùn)輸及庫存過程中生銹會噴涂防銹油，車輛下線首次啟動時防銹油遇熱后化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生藍(lán)煙，一般此現(xiàn)象持續(xù)時間較短，新車下線路試過程中會消失。

2.2 冒黑煙

發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程，排氣管中排放出具有刺激性氣味的黑色煙霧也是一種異常排氣。

當(dāng)柴油機(jī)排出的廢氣呈黑色時，說明氣缸內(nèi)燃燒不良，有部分燃油沒有完全燃燒，便以炭煙形式由排氣管排出[1]。通過對點(diǎn)火系中的火花塞、電極和瓷裙檢查，發(fā)現(xiàn)它們 都很清潔，顏色正常，可見機(jī)油沒有進(jìn)入燃 燒室，排除燃燒室內(nèi)機(jī)油燃燒的情況[2]這種異?，F(xiàn)象通常在發(fā)動機(jī)長時間運(yùn)行后或者在發(fā)動機(jī)負(fù)荷較大的情況下出現(xiàn)。

當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)行時間長或負(fù)荷大時，燃燒反應(yīng)沒有充分進(jìn)行，由C5～C12脂肪烴和環(huán)烷烴類成分構(gòu)成的燃油受熱分解不完全，主鏈斷裂而生成的低分子烴，含有較多碳原子；這些碳原子釋放出來形碳顆粒，分散在廢氣中排出尾管，形成了黑色煙霧。

通常由于燃油質(zhì)量不佳、燃油噴射系統(tǒng)故障、進(jìn)排氣系統(tǒng)故障或者控制策略不當(dāng)?shù)仍蚨紩鹑加腿紵煌耆?。引起燃燒反?yīng)不完全的原因診斷可以從以下幾個思路排查：

（1）進(jìn)排氣系統(tǒng)失效。發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)決定了參與燃燒的氧氣含量，當(dāng)空燃比保持為1時，燃燒反應(yīng)充分完成。如果進(jìn)氣流量不足，從而使缸內(nèi)燃燒的混合氣偏濃，燃油無法充分燃燒，就會導(dǎo)致燃燒不完全，從而產(chǎn)生排氣黑煙故障。排查問題時重點(diǎn)確認(rèn)進(jìn)排氣管道堵塞、空氣濾清器濾芯堵塞、EGR閥卡滯、增壓器損壞等零部件工作是否正常。

（2）燃油點(diǎn)火系統(tǒng)失效。燃油噴射量過多，也會導(dǎo)致燃油在氣缸中蒸發(fā)不完全，形成黑色煙霧。這種原因通常是由于噴油器本體故障或者噴油控制邏輯不當(dāng)?shù)仍蛞鸬摹?/p>

（3）正時配氣系統(tǒng)失效。發(fā)動機(jī)的VVT和鏈條齒輪系統(tǒng)故障，例如正時系統(tǒng)錯誤導(dǎo)致氣門開啟或關(guān)閉時刻錯誤，從而使油氣混合物偏濃、燃油無法充分燃燒。

（4）電子控制系統(tǒng)失效。發(fā)動機(jī)的程序控制系統(tǒng)故障或空氣流量傳感器內(nèi)部損壞，例如空氣流量計(jì)或進(jìn)氣壓力溫度傳感器發(fā)送錯誤信號到ECU導(dǎo)致噴油或點(diǎn)火系統(tǒng)工作不正常出現(xiàn)混合器偏濃，燃油無法充分燃燒。

2.3 冒白煙

排氣冒白煙的現(xiàn)象通常表現(xiàn)為在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，排氣管中排放出白色的煙霧，這種煙霧通常具有一定的水汽味，是水蒸氣的凝結(jié)物，常見于低溫環(huán)境或冷卻燃燒物質(zhì)產(chǎn)生的煙霧。如果燃油中水分過高或燃燒室進(jìn)水、發(fā)動機(jī)溫度過低等原因，就會產(chǎn)生白色煙霧。

燃燒室中進(jìn)入水分會導(dǎo)致燃油無法燃燒，進(jìn)而產(chǎn)生白色煙霧。例如EGR產(chǎn)生冷凝水會進(jìn)入燃燒室，參與燃燒形成白色煙霧。發(fā)動機(jī)氣缸墊損壞或者氣缸蓋密封不良理論上也會使燃燒室進(jìn)入防凍液，停機(jī)再啟動后氣缸內(nèi)的防凍液高溫燃燒后會產(chǎn)生大量的白色煙霧，輕微泄露產(chǎn)生煙霧時間短，可以通過記錄冷卻液液位鎖定原因。

發(fā)動機(jī)溫度過低，會導(dǎo)致燃油蒸發(fā)不完全，進(jìn)而產(chǎn)生白色煙霧。這種原因通常是由于發(fā)動機(jī)長時間低速運(yùn)轉(zhuǎn)、冷卻系統(tǒng)故障或者發(fā)動機(jī)控制策略不當(dāng)?shù)仍蛞鸬摹?/p>

需要注意的是，燃燒后端也有可能產(chǎn)生白色水蒸氣，例如后處理產(chǎn)生的水蒸發(fā)、增壓器渦端機(jī)油漬蒸發(fā)或排氣管路內(nèi)防銹油蒸發(fā)，但這些白煙的產(chǎn)生并不會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)故障，排氣量也比較小。

3 典型案例

當(dāng)出現(xiàn)發(fā)動機(jī)排氣管排煙異常的故障現(xiàn)象時，應(yīng)先確定煙霧顏色特征，結(jié)合上述原因分析，遵循由簡到繁的步驟，逐步深入完成故障排查。需注意的是，實(shí)際診斷案例中，時常會出現(xiàn)不同顏色煙霧先后出現(xiàn)、混雜出現(xiàn)等情況，應(yīng)結(jié)合各種原因綜合分析，排查是否有多種故障同時出現(xiàn)的因素。

過往市場出現(xiàn)搭載某發(fā)動機(jī)的車輛冷車啟動冒煙現(xiàn)象的案例?？蛻舴答佨囕v停車一晚后，次日早晨冷車啟動，前幾秒冒白煙，熱車后恢復(fù)正常。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場情況判斷，產(chǎn)生煙霧為白色，并非燃燒室燒機(jī)油的淡藍(lán)色煙霧，應(yīng)為燃燒室后產(chǎn)生。

拆卸發(fā)動機(jī)后，觀察到增壓器渦端有油漬痕跡，渦輪壁濕潤。更換全新增壓器后，試車發(fā)現(xiàn)仍有冒煙。與客戶溝通得知，故障發(fā)生期間，當(dāng)?shù)靥鞖庥写蟊┯辍＠^而排查排氣管路，在整車排氣管道內(nèi)（中消）發(fā)現(xiàn)有存水，點(diǎn)火啟動會產(chǎn)生大量白色水霧。更換整車排氣管路后，故障消失。

4 結(jié)語

發(fā)動機(jī)排氣冒煙，本質(zhì)是燃燒及后處理過程中發(fā)生了異常。不論是燃油或空氣的增多或減少，機(jī)油、液體等異常物質(zhì)參與了燃燒，還是廢氣后處理異常，都會表現(xiàn)在排放氣體上。本文通過觀察發(fā)動機(jī)排氣煙霧，總結(jié)了煙霧顏色特征與發(fā)動機(jī)故障的聯(lián)系，通過實(shí)例驗(yàn)證了利用排氣煙霧快速判斷發(fā)動機(jī)故障方法的可行性。實(shí)踐結(jié)果表明，排氣煙霧的顏色特征可用于發(fā)動機(jī)故障的診斷。

在問題排查時，因涉及的油液種類比較多，為快速識別油液來源，建議首先完成相關(guān)油品統(tǒng)計(jì)，收集樣品制作指導(dǎo)工具，進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備，方便問題發(fā)生時，現(xiàn)場對比分析。

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