在汽车维修的实践中,我们往往凭经验诊断混合比失调的故障,这种方法与依据故障码诊断一样,只能定性,不能定量,只可以判定混合比失调的方向是浓了还是稀。例如:低速不耸高速耸为稀,高速不耸低速耸为浓;缓加不耸急加耸为稀,急加不耸缓加耸为浓;平路不耸上坡耸为稀,上坡不耸平路耸为浓。以上指的是开车诊断,如果在修车过程中,堵住进气口做加速试验,加速性能变好了,说明混合汽稀了;如果堵住进气口后,加速性能恶化了,说明混合汽浓了。以上指的是修车诊断,如果想进一步定量,还需进行下述仔细分析。
一、混合比与废气
影响发动机性能的三个主要因素是:压缩比、点火正时、混合比,其中最复杂的是混合比。混合比是指空气和燃油按照一定的比例进行混合后的参数。现在的汽车都是被电脑控制的,电脑以进入发动机的空气量为主控信号,参考进气温度和发动机水温,再以排气系统中的氧传感器作为反馈信号来最终确定混合比,控制目标是14.7:1。空气中含有大约78%的N2(氮气)和21%的O2(氧气),燃油主要由CH(碳氢化合物)组成,每个分子含有若干个氢原子和若干个碳原子。随着汽缸内发生燃烧行为,这些组分在化学反应中结合,然后离开汽缸。废气成分中,主要包括8种气体,其中4种无毒气体是N2、O2、H2O(水蒸气)和CO2(二氧化碳),4种有毒气体是CO(一氧化碳)、CH、NOX(氮氧化物)和SO2(二氧化硫)。
测量与研究混合比的方法之一是测量废气的成分,如果发动机的压缩、点火和混合比良好,燃烧过程将产生无毒气体,既H2O(气体)、CO2与N2O燃烧过程中CH中的碳与氢分离,这些元素重新与氧原子结合,氢原子与氧原子结合形成水分子,每个分子中含有两个氢原子和一个氧原子。碳原子与氧原子结合形成CO2,每个分子含有一个碳原子和两个氧原子,如果混合比稍微偏稀,燃烧发生后还会剩余少量的O2。
修理厂最早使用的两气分析仪,只能测量CH和CO的排放量。对于没有三元催化器的汽车,基本上够用了。但是装有三元催化器的车辆,在工作状态良好且达到工作温度后,CH和CO可能在三元催化器内被有效地氧化。如果目的是进行排放测试,这种方式是没有问题的,但如果目的是分析废气以帮助我们来诊断发动机性能故障,则这种CH和CO的减少会导致人们误以为发动机工作状态良好,即无法诊断出故障。所以,要利用废气诊断故障,必须使用四气体或五气体分析仪,它不仅能够测量CH、CO和N OX,还能测量 CO2和O2。所有被测量气体的浓度要么是百分比(%,质量分数),要么是百万分之一(PPM,质量分数)。下面将试分析废气中五种与故障诊断有关的产物。
1 .CO(一氧化碳)
CO是无色、无味的有毒气体,是混合汽过浓和缺气的标志,也是空气不足情况下发生不完全燃烧的产物。CO排放量基本上受混合比支配,混合比过浓时易产生。CO含量是以百分比(%,质量分数)度量的,CO排放的标准一般是0.5%~1%。如果汽车没有三元催化器或者三元催化器没有达到工作温度,其数值应当保持在低于2.5%~3%。带有三元催化器的汽车达到工作温度后,CO含量应当保持低于0.5%,最好接近于0。 CO在混合比14.7:1时,排放值一般在1%以下,即很低。混合比从14.7:1变浓,完全燃烧所需的空气不足,会使CO含量增加。随着混合比从14.7:1变稀,CO含量保持在低水平,如图1所示。CO总是在混合比偏浓,O2不足的燃烧中产生,失火是指不发生燃烧,不会产生CO。所以,盲目更换火花塞或高压线,甚至更换点火线圈或点火模块,都不是排除CO含量偏高的办法,因为CO含量偏高通常是因为CO分子缺少O2分子,从而无法寻找到另一个氧原子使之转化为CO2,这种情况下必须从进气不足或进油过多上查找原因。CO排放值越低,说明燃烧越彻底。但是,混合汽过稀也会引起失火,不过由于没有燃烧发生,不会增加CO的排放量。汽车CO超标的原因有很多,但是,解决任何问题,都要善于抓主要矛盾,CO超标的主要矛盾就是混合比浓了,进气少了。具体原因有:喷油器泄漏,喷油压力过高,曲轴箱受到汽油污染,炭罐饱和与电磁阀常开,曲轴箱通风量过大,氧传感器被污染,进气量检测传感器、节气门位置传感器、水温传感器、氧传感器等提供了不正确的信号等。
值得注意的是,CO与人体血液中的血红蛋白结合的速度比O2快250倍。CO经呼吸道进入血液循环,与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白,从而会削弱血液向各组织输送氧的功能,危害中枢神经系统,造成人的感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍,重者危害血液循环系统,导致生命危险。人一旦吸入了过多的CO,会造成眩晕、恶心甚至死亡。所以,不应在通风不良或密闭环境中用车,对排气系统泄漏的车辆应及时修理。
2.CH(碳氢化合物)
CH是一种浅蓝色烟雾,是燃料不完全燃烧或根本未燃烧的产物。CH是失火的标志、是没有燃烧或燃烧不良的标志。CH含量以百万分之一(ppm,质量分数)度量,HC的排放标准一般是100ppm。如果汽车没有三元催化器或者三元催化器没有达到工作温度,其数值应当保持在300~400ppm左右。带有三元催化器的汽车达到工作温度后,CH含量应当低于100ppm,最好接近于0。如果在燃烧过程中有些燃油没有燃烧,未燃CH将从排气管排出。不管什么原因引起汽缸内完全失火,都将造成CH含量极度偏高。这其中包括由于汽缸压缩压力问题引起的失火、点火失火或者混合汽偏稀失火。混合汽偏稀失火发生在混合比稀至17:1时,此时燃油分子扩散的距离很远而火焰前锋不能传播。如果混合比太浓,则没有足够的O2使燃油完全燃烧,这种情况称为部分失火,将造成CH含量中度偏高。
CH超标的主要原因是汽缸失火,没有发生燃烧或者燃烧不完全。原因有火花塞故障,高压线不良,点火线圈故障,喷油器堵塞,EGR阀漏气,真空泄漏,燃烧室积炭,点火时间过早,汽缸压力值过低,汽缸窜机油,氧传感器被污染及进气流量传感器、节气门位置传感器、水温传感器、氧传感器等提供了不正确的负荷信号等。
CH和氮的氧化物在不流动的空气中在阳光作用下会形成光化学烟雾,会产生一种具有刺激性的浅蓝色烟雾,其中含有臭氧、醛类、硝酸脂类等多种复杂化合物,对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道私膜,会引起眼睛红肿和咽喉炎。