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机动车尾气超标原因分析与解决办法

2020-08-22

  汽车尾气中含有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫、铅、碳微粒和其他杂质粉尘等,这些物质对人类和整个生态环境危害极大,其中CO、HC、NOx及微粒是主要的有害排放物。由于汽车尾气成分与发动机的工况有直接的联系,所以通过汽车尾气的检测可初步分析发动机的工作状况、性能好坏,可以检查包括燃烧情况、点火能量、进气效果、供油情况、机械情况等诸多方面。当发动机各系统出现故障时,尾气中某种成分必然偏离正常值,通过检测发动机不同工况下尾气中不同气体成分的含量,可判断发动机故障所在的部位。

  一、汽车尾气成份分析

  1、一氧化碳(CO):CO是燃料没有完全燃烧的产物。CO含量过高主要是混合气浓时,由于空气量不足引起可燃混合气的不完全燃烧。

  CO含量过高表明燃油供给过多、空气供给过少,燃油供给系统和空气供给系统有故障,如空气滤清器不洁净、混合气不洁净、活塞环胶结阻塞、燃油供应太多、空气太少、点火提前角过大(点火太早)、曲轴箱通风系统受阻等。如果电喷发动机的CO过高,很可能是喷油器漏油、油压过高、水温传感器和空气流量计有故障或电控系统产生了故障。理论上,当混合气空燃比≥14.7:1时,即在氧气充足情况下,排气中将不含CO而代之产生CO2和未参加燃烧的O2。但现实中由于混合气的分布并不均匀,总会出现局部缺氧的情况,当空气量不足,即混合气空燃比≤14.7:1时,必然会有部分燃料不能完全燃烧而生成CO。比如发动机在怠速时,燃烧的混合气偏浓,此时发动机工作循环中的气体压力与温度不高,混合气的燃烧速度减慢,就会引起不完全燃烧,使一氧化碳CO的浓度增加。发动机在加速和大负荷范围工作、或点火时刻过分推迟时也会使尾气中CO的浓度增高。即使燃料和空气混合很均匀,由于燃烧后的高温,已经生成的CO2也会有小部分被分解成CO和O2。另外排气中的H2和未燃烃HC也可能将排气中的部分CO2还原成CO。

  C0的含量过低,则表明混合气过稀,故障原因有:燃油油压过低、喷油嘴堵塞、真空泄漏、EGR(废气再循环)阀泄漏等。

  2、碳氢化合物(HC):HC是燃料没有完全燃烧或没有燃烧的产物,包括燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化物的200多种复杂成份。HC的读数高,说明燃油没有充分燃烧。

  HC偏高的原因是:

  混合气过稀:气缸压力不足、发动机温度过低、混合气由燃烧室向曲轴箱泄漏、燃油管泄漏、燃油压力调节器损坏。

  混合气过浓:油箱中油气蒸发、燃油回油管堵塞、燃油压力调节器损坏。

  点火正时不准确、点火间歇性不跳火、温度传感器不良、喷油嘴漏油或堵塞、油压过高或过低等因素都将导致HC读数过高。

  在装有催化器的轿车上,如果发动机处于正常状态,排气中的HC读数是很低的。如果一个气缸失火,气缸中所有未燃汽油都进入排气系统,会导致HC排放增加。混合气过浓或过稀、点火不正时、 点火间歇性不跳火、温度传感器不良、喷油器漏油或堵塞、油压过高或过低等均会导致HC值上升。排气中的HC是由未燃烧的燃料烃、不完全氧化产物以及燃烧过程中部分被分解的产物所组成。当混合气过稀或缸内废气过多时会出现火焰传播不充分,即燃烧室部分地区由于混合气过稀或缸内残余废气过高而不能燃烧,出现断火。这时,排气中的HC浓度会显著增加。

  碳氢化合物总称烃类,是发动机未燃尽的燃料分解产生的气体,汽车排放污染物中的未燃烃的20%-25%来自曲轴箱窜气;20%来自化油器与燃油箱的蒸发;其余55%由排气管排出。

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  3、氮氧化合物(NOx):NOx主要成份是燃烧过程中形成的多种氮氧化合物。NOx包含NO、NO2等多种气体,主要指一氧化氮NO和二氧化氮NO2,它是由排气管排出。NOX常常发生在高温大负荷的情况下。它的产生一要有足够高的温度(1000度以上),第二要有高压,足够大的压力,第三要有多余的氧才能反应,这三个条件任何一个不满足都不会产生氮氧化物。

  过多的NOx排放可能性大的原因是:EGR阀工作不好造成的或者是气缸里面有炽热点造成爆燃现象。当燃烧室内产生爆燃时,气缸温度大幅提高,这可能导致过多的NOx排放。而气缸的爆燃则可能是由于点火提前过大、燃烧室中的积碳和点火控制系统故障造成。冷却水温度过高也会促成爆燃。试验证明供给略稀的混合气(空燃比≥15.5)会增大NOx的排放量。汽油机排出的氮氧化物中,NO占99%,而柴油机排出的氮氧化物中NO2比例稍大。

  4、微粒:微粒物质主要是化合物微粒及燃料没完全燃烧生成的炭粒。尾气呈黑色是混合气太浓,排气中有大量燃料没完全燃烧生成的炭粒。尾所呈白色是排气中有大量水蒸气,如在白烟中有汽油味则是某缸混合气太浓,不能燃烧形成的油蒸气(仅在冷起动时可能)。尾气呈蓝色则是有机油进入气缸内参与燃烧。

  二、汽车排放污染物的途径及成份主要有:

  1、从排气管排出的废气,主要成分是:

  一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化合物NOx、SO2以及铅化物、微粒物(由碳烟、铅氧化物等重金属氧化物和烟灰等组成)和硫化物等;

  2、曲轴箱窜气,其主要成分是HC,还有少量的CO、NOx等;

  3、从油箱、化油器浮子室以及油管接头等处蒸发的汽油蒸气,成分是HC。

  三、汽车废气排放物的影响因素

  1、空燃比对尾气成分的影响

  空燃比即空气和燃油的比例,理论空燃比为14.7:1。高于理论空燃比是稀的经济空燃比,低于理论空燃比是浓的功率空燃比。

  CO主要是混合气浓时,由于空气量不足引起可燃混合气的不完全燃烧,CO的排放量增大。CO是汽油机尾气中有害成分浓度大的物质。

  HC是未燃燃料、可燃混合气不完全燃烧或裂解的碳氢化合物及少量的氧化反应的中间产物。混合气过浓或过稀,均会使燃烧不良,导致HC的排放增多。

  当空燃比为15.5:l附近燃烧效率高时,NOx生成量达到大,混合气空燃比高于或低于此值,NOx的生成量都会减小。发动机越接近完全燃烧,NOx的生成量越多。相反,在发动机接近不完全燃烧,CO生成量增多时,NOx减少。

  当空燃比小于14.7:1时(混合气变浓),由于空气量不足引起不完全燃烧,CO、HC的排放量增大。空燃比越接近理论空燃比14.7:1,燃烧越完全,HC、CO的值越低。

  当空燃比超过16.2:1时(混合气变稀),由于燃料成分过少,用通常的燃烧方式已不能正常着火,产生失火,使未燃HC大量排出。

  过浓或过稀的空燃比都会降低燃烧速度和燃烧温度,使NO的生成量都有所下降。

  2、点火正时对尾气成分的影响

  点火提前角对CO的排放没有太大影响,但对HC和NOx的影响较大,过分推迟点火会使CO没有时间完全氧化而引起CO排放量增加,但适度推迟点火可减小CO排放。实际上当点火时间推迟时,为了维持输出功率不变需要开大节气门,这时CO排放明显增加。随着点火提前角的推迟,HC的排放降低,主要是因为增高了排气温度,促进了 CO和 HC的氧化。

  随着点火提前角的增大,HC和NOx生成物都会急剧增加,其原因与燃烧时的速度、压力、温度等有关,当点火提前角增大到一定值后,由于燃烧时间过短,HC和NOx生成量便有所下降。当然,正确的调整点火正时是非常必要的,过迟的点火提前角会使发动机动力下降,油耗增大,工作不稳。

  3、发动机转速和负荷的影响

  由于NOx是高温燃烧时的生成物,当发动机的转速和负荷提高时,使气缸的燃烧温度升高,NOx生成量随之增大,CO和HC的生成量稍有增加,但影响较小。

  对CO来说,空燃比不变,功率输出的大小对CO排放没有影响。

  当空燃比和转速保持不变,并按大功率调节点火提前角时改变负荷对HC的排放影响不大。

  发动机负荷小时,可使NOx排放浓度下降。

  转速的变化对CO的排放浓度没有多少影响。

  转速升高时,HC的排放有明显的降低。

  对于不同空燃比的混合气、转速下,NOx生成速度有不同的影响。稀混合气,在转速提高时,NOx的生成速度减小。浓混合气提高转速时,NOx的生成速度有所增大。在任何负荷和转速下,加大点火提前角,均使NOx排放增加。

  急加速时,CO、 HC、NOx增加。


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