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排放超标车辆维修技术（点燃式发动机类）王囤副教授广州市交通技师学院点燃式发动机燃料：汽油、LPG、CNG、LNG等燃料成分：HC化合物燃烧方式：预混、点燃污染物排放：CO、HC和NOX燃烧过程点燃火焰传播已燃气体未燃气体排放污染物产生机理CO生成机理及影响因素CO生成机理主要与混合气的浓度有关混合气较稀时：C与O2反应完全，产生CO2混合气较浓时：C与O2反应不完全，产生CO凡是引起燃料在缺氧的条件下燃烧的因素都会造成CO排放的升高，例如：混合气过浓燃料与空气混合不均匀等混合气浓度的影响24681010141614.712CO%空然比负荷的影响小、大负荷时，混合气较浓，中等负荷，混合气较稀CO，%进气歧管压力，kPa36920406080怠速转速的影响每提高100rpm，CO排放下降约10％012600700800900r/minCO,%点火提前角的影响提前角增大或减小，CO排放量有所增大•增大：排气温度低，CO在排气管中氧化能力下降•减小：燃烧压力低，不利于完全燃烧对油耗影响较大，点火提前角减少1度，油耗多1％123－2002040点火提前角，度CO,%4CO排放的影响因素压缩压力：压力高：C与O2“亲密接触”，利于完全燃烧压力低：C与O2“远距离牵手”，不利于完全燃烧残余废气：多：不有利于完全燃烧少：有利于完全燃烧喷油量过大：油压高、喷油器漏、传感器信号不良等喷油雾化不良：喷油器故障进气不畅：空气格阻塞点火正时不当CO排放过高的原因残余废气过多：排气不畅气门间隙或正时不当EGR过大等三元催化器失效：CO未被转化就排入大气压缩压力不足燃油蒸汽回收系统故障：燃油蒸汽量过大，造成混合气过浓CO排放过高的原因HC生成机理及影响因素HC生成机理燃料没有参加燃烧燃料没有充分参加燃烧与CO排放不同之处：CO：燃烧进行的不彻底HC：部分燃料没有燃烧HC排放过高的原因火焰不稳定混合气过浓或过稀残余废气过多（排气背压大、EGR过大等）气缸压力过低淬灭效应淬灭效应淬灭区：“气膜”：0.1~0.7mm活塞与气缸之间的间隙燃烧室温度越低（如：发动机较冷），淬灭区越大HC排放过高的原因点火失败没有点火火花火花过弱点火系统漏电或其它故障火花塞间隙不当火花塞不良混合气过浓或过稀残余废气过多（排气背压大、EGR过大等）气缸压力过低等混合气浓度的影响HC，10－62001005017181916151413空燃比火焰易熄灭火焰易熄灭负荷的影响混合气浓度与残余废气影响30060090020406080发动机负荷（进气歧管压力），kPaHC,10-6转速的影响混合气浓度与气流影响150020002500100200300400HC，10－6点火时刻的影响0102030100200300400点火提前角，度HC，10－6排气温度降低，不利于HC在排气管燃烧排气背压的影响背压越大，新鲜混合气越不易进入排气管背压过大，残余废气影响加大，HC将增大300100200102030排气背压，kPaHC，10－6气缸压力不足压力高：燃料与O2“亲密接触”，利于燃烧压力低：燃料与O2“远距离牵手”，不利于燃烧气门重叠区，新鲜混合气泄露到排气管中配气正时不当增压压力过高HC排放过高的原因机油窜入燃烧室曲轴箱通风系统阻塞：曲轴箱压力升高活塞环装反或磨损：产生“泵油作用”等曲轴箱窜气直接排入大气（排气管测不出来）曲轴箱通风系统泄漏燃料蒸汽直接排入大气（排气管测不出来）活性碳罐饱和：燃料蒸汽回收系统失效HC排放过高的原因NOx的生成与燃料没有直接的关系高温时，N2与O2反应，生成NOx温度越高，高温持续时间越长，NOx越多汽油机：预混燃烧：蓝色火焰传播柴油机：扩散燃烧：黄色火苗扩散燃烧温度的影响混合气浓度的影响10001500200011161721NOX，10－6空燃比15温度高，但氧略不足温度略低，但氧充足点火时刻的影响NOX，10－6点火提前角，度100015002000203040燃烧温度提高负荷的影响100015002000406080空燃比14空燃比16进气歧管压力，kPaNO,10-6燃烧温度提高EGR系统（废气再循环系统）降低燃烧温度——降低NOx排放以牺牲动力性、经济性——换取NOx排放改善10％的EGRNOx减少30％20％的EGRNOx减少55％凡是引起燃烧室内温度过高的原因，都会造成NOx排放的增大，例如：EGR不足发动机水温过高燃烧室积碳点火过早燃油牌号选择不当：爆震导致燃烧室内温度升高混合气浓度不当等NOx增大的原因排放污染物生成的影响因素排放污染物生成的影响因素混合气浓度的影响对CO排放影响最大过浓、过稀才对HC产生影响略偏稀，NOx最高点火时间的影响对CO排放影响轻微对HC、NOx影响较大推迟点火，HC排放明显减少：排气温度升高功率下降，油耗增加点火提前，NOx增加：燃烧温度上升排放污染物生成的影响因素节气门开度的影响怠速时CO排放较高：混合气浓HC排放较高：火焰稳定性差NOX排放较低：燃烧温度低开度增大CO、HC浓度下降，总量增大NOX排放浓度、总量逐步增大开度超过80％CO、HC、NOX排放进一步升高排放污染物生成的影响因素发动机负荷的影响空载或轻载时，CO、HC、NOX总量较小重载或满载时，CO、HC、NOX总量较大载荷不同，维持某转速所需的节气门开度和进气总量不同排放污染物生成的影响因素加减速的影响急加速：CO、HC、NOX总量短时增多急减速：CO、HC、NOX短时下降缓慢加减速：不会产生上述效果排放污染物生成的影响因素水温的影响会对混合气浓度产生直接的影响对CO、HC排放产生间接影响水温过低：CO、HC排放都会增大氧传感器信号会增大混合气浓度水温过高：NOX排放升高排放污染物生成的影响因素残余废气的影响过多CO、HC都增大NOX相应减少较少CO、HC都较少NOX相应增大。排放污染物生成的影响因素压缩压力的影响压力大：CO、HC都减少NOX相应增大压力不足：CO、HC都增大NOX相应减少排放污染物生成的影响因素三元催化器三元催化器工作原理利用某些金属（如：铂、铑、钯）的催化剂特性，将有害的CO、HC、NOX气体进行氧化、还原反应，使他们在排放入大气之前转化成CO2、H2O、N2等无害物质三元催化器结构金属壳体蜂窝陶瓷载体（活性物质的附着结构，由许多薄壁、小通道构成一个整体）活性物质（铂、铑、钯等催化剂）隔温层三元催化器工作特点正常工作温度范围：300℃~850℃最佳工作温度范围：400℃~600℃混合气浓度在理论值附近，转化效果最好混合气变稀以后，CO、HC转化效率变化不大，但NOX的转化效率急剧下降转换效率与空燃比转换效率与空燃比TWC的转换效率与混合气浓度的关系三元催化器效率的影响因素1、混合气浓度。空燃比在14.7附近时，效率最佳2、排气温度过高（815℃以上），效率明显下降排气温度须在300℃～815℃之间低于300℃，氧传感器不能产生正确信号三元催化装置的故障及其原因①受到外力冲击造成机械损坏②由于过热或热老化而失效③铅中毒，使催化剂失去活性三元催化装置的故障及其原因④慢性中毒：硫、锌、磷、碳在载体表面沉积，使催化剂逐渐失去活性注意：进行断缸检查时不要拨下高压线，否则未燃混合气进入三元催化装置后发生剧烈燃烧，会严重损坏三元催化装置三元催化装置故障判断方法1）首先确定三元催化装置载体是否破碎观察外表有无明显磕碰，出现明显凹坑时会造成载体碎裂拍打三元催化装置，若声音异常，说明已经因外力冲击而损坏观察排气中是否有碎末、三元催化装置和消声器是否有异常声音三元催化装置故障判断方法2）经催化转化后的气体温度会上升用红外线测温仪测三元催化装置两端的温度：出口温度应高出进口温度10℃左右否则，可以判定三元催化装置老化、失效、催化转化效率下降3）一般情况下，三元催化装置可以正常使用8~10万公里左右若车辆行驶5~8万公里以下，CO、HC和NOX排放量（或某一项）高出标准限值，而车辆又不存在其他方面的故障，则说明三元催化装置已经老化三元催化装置故障判断方法4）若用工况法检测，CO、HC排放较低，而NOX超标，说明该催化装置不是三元催化装置，而是二元催化装置，其中只有氧化反应，没有还原反应三元催化装置故障判断方法5）由于燃料中含有的杂质、燃烧后产生的胶质物以及铅、硫氧化物等物质的沉积，会造成三元催化装置孔隙的堵塞，此时排气背压会明显增高如果发动机油耗明显增加、功率明显下降、启动变得困难，应检查三元催化装置是否堵塞三元催化装置故障判断方法三元催化装置故障判断方法6）对于带有OBD-II的车辆，当三元催化装置转化效率降低时，会点亮故障指示灯，可根据故障代码内容进行有针对性维修三元催化装置过热故障的原因分析燃料在燃烧室内燃烧不完全，随废气进入三元催化装置后进一步燃烧：发动机缺火（如：个别气缸点火失效）点火过迟混合气过浓长期在大负荷下工作汽车排放检测方法排放检测方法怠速法：检测CO、HC排放的浓度空载下进行检测设备简单简易工况法：CO、HC、NOX排放总量加载下进行检测设备昂贵工况法检测1)有效行驶时间：195秒2)理论行驶距离:1.013公里3)测试平均车速：19公里/小时包括的工况：怠速、低、中、高速、匀速、加减速等，检测的过程曲线如下。工况法检测工况法检测用怠速法检测合格的车辆，用简易工况法检测，其结果未必合格用简易工况法检测合格的车辆，用怠速法检测，其结果也未必合格两种检测结果没有可比性但怠速法可以发现点火失效之类的明显故障检测方法对检测结果的影响排放超标的原因及修复发动机工况与排放的关系汽车五气排放正常值思路：五气数据→发动机工况CO↑：富油状态NOx↑：高温状态HC↑：汽油不完全燃烧或汽油蒸发状态O2↑：稀油状态CO2↑：燃烧好状态尾气超标→重点检修项目CO超标：1)油压高2)空气少3)传感器4)三元催化器HC超标：1)火化塞2)点火系统3)积碳4)气缸压力低NOx超标：1)废气循环阀2)点火时间3)温度过高4)三元催化器EGR率对油耗、排放的影响曲轴箱通风阀废气循环阀汽油蒸发碳罐三元催化氧传感器空气泵油箱盖喷油嘴火花塞发动机故障灯感应器维修流程图以五气图为基础分析检测报告判断出车辆排放超标对应的状态（富油、高温等）目测对应状态相关的部件(从最简单的开始)用检测仪检查有关的数据流针对性检测，维修可能产生对应状态的有关部件重点:CO—查油压NOx---查EGR，正时HC---查点火CO的排放量过大重点考虑混合气过浓，兼顾压缩压力、残余废气、三元催化等原因：燃油压力过高—测试油压喷油器及其控制电路故障—检查喷油器电路，清洗、检测喷油器（含喷油量、各缸均匀性、密封性等）传感器信号漂移—测试相关传感器数据CO的排放量过大原因：燃油蒸汽回收系统故障—检查燃油蒸汽回收系统进气系统漏气（D型电喷系统）—检查进气系统漏气情况空气滤清器脏污或涡轮增压器不良—检查空气滤清器及涡轮增压器排气系统阻塞（残余废气过多）—检查、清洁排气系统CO的排放量过大原因：压缩压力不足—检查缸压催化转化器有故障—通过诊断仪观察副氧传感器的数据ECU故障—结合其它故障现象进行诊断（例如油耗情况）CO的排放量过大建议的检修程序1）读取故障代码，进行有针对性维修2）读取数据流，进行有针对性维修包括：空气流量或进气压力水温、气温节气门位置主、副氧传感器喷油脉宽点火正时混合气浓度等CO的排放量过大建议的检修程序3）进行执行元件测试，进行有针对性维修。包括：点火器喷油器怠速阀蒸汽回收阀油泵继电器等（某些项目可能多余，却可以发现潜在故障）4）检查燃油蒸汽回收系统是否不能关