发动机尾气排放分析

1、发动机尾气排放分析（一）尾气成份与空燃比的关系规律内容简介：汽车尾气中的有害气体成份为一氧化碳CO、碳氢化合物HC和氮氧化合物NOX,无害 成份为二氧化碳CO2和水H2O。这五种气体与发动机混合气的空燃比、点火正时、进气压力（负 荷）、发动机转速等有直接的关系，了解它们之间的变化关系对尾气分析是非常重要的。空燃比对尾气的影响 空燃比（A/F）即是混合气中空气与燃油的比例，标准的空燃比为14.7： 1，空燃比在说明混合气稀;相反空燃比小于14.7说明混合气浓。1空燃比（A/F）与一氧化碳CO的关系：谦 MCO （姊 ；! i ： J亍谶比1 汕 125 13.2 14X1 H.T 1% Ifr2 16.5 17.6 也空燃比（A/F）与一氧化碳CO的关系图一氧化碳CO是在空气不足的情况下可燃混合气的不完全燃烧，是汽油机尾气中有害成分浓度最大的物质，所以当空燃比（A/F）小于14.7时（混合气变浓），由于空气量不足引起燃烧不完全，一氧化碳CO的排放量增大。2空燃比（A/F）与碳氢化合物的关系: 碳氢化合物与空燃比的直接关系较小。碳氢化合物生成的主要原因是：在燃烧室壁温度较低的冷却 面附近，

2、形成猝冷区，达不到燃烧温度，火焰消失；电火花微弱，根本未能点燃混合气导致所谓缺 火现象；在进排气门重叠时漏气等。*用| 且岛 05 0,9 0.93 2 1,05 IJ1J 125空燃比（A/F）与碳氢化合物的关系图因此，当空燃比在16.2： 1以内时，混合气越浓，HC的排放量就越多。而当混合气空燃比超过 16.2： 1,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，使未燃碳氢化合物 HC大量排出。3 空 燃 比 （A/F） 与 氮 氧 化 合 物 （NOx）氮氧化合物NOx是可燃混合气空气中的N2和O2在燃烧室内通过高温高压的火焰时化合而成的。 因此在混合气空燃比为15.5： 1附近燃烧效率最高时，NOx生成量达到最大，混合气空燃比高于或 低于此值，氮氧化合物NOx的生成量全减小。g 怕 0用 0.S5 (15 fl.9511.031.1 U3 12 US空燃比(A/F)与氮氧化合物(N Ox)图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。4空燃比(A/F)与二氧化碳(CO2)二氧化碳(CO2)是燃烧的必然产物

3、，CO2值的大小取决于影响燃烧效率的因素，这里当然包括空燃 比的大小，空燃比越接近理论空燃比14.7： 1,燃烧越完全，CO2的值也就越高，最大值在13.5- 14.8%之间。5空燃比（A/F）与氧（02）131a12.5 13.2 14.0 14 7 巧”4 162 69 门4 13空燃比与氧关系图氧O2是一个很好的空燃比指示物，如果混合气浓时，O2的值就低，如果混合气稀时，氧O2的值 就高。发动机点火时间对尾气排放的影响 1点火提前角与一氧化碳CO0 0 6（1 点火按闹的血.005 4 3点火提前角对co排放影响图点火提前角对一氧化碳co的排放没有太大的影响，如果过分推迟点火（减小点火提前角）， 会使co没有时间氧化，而引起co排放量增加，但是适度推迟点火提前角可以减小co排放。实 际上推迟点火时间，为了维持发动机输出功率不变，需要开大节气门，这时co排放明显增加。2点火提前角与HC排放点火提对角对碳氢化合物的影响图点火推迟时HC排放降低，主要原因是点火推迟后增高了排气温度，促进了 CO和HC的氧化 也由于减小了燃烧室内的激冷面积使HC排放减少。但是采用推迟点火来降低HC,是以牺

4、牲燃油的经济性为代价的，所以得不偿失。NOx在任何负荷和转速下，加大点火提前角，均使NOx排放增加。这是因为点火时间提前时，燃烧温点火提前角对NOX排放的影响图1 空燃比为15.7： 1； 2空燃比为11.6： 1； 3空燃比为15.9： 1； 4空燃比为12.0： 1；然而，降低最高温度伴随着发动机热效率的下降。减小点火提前角和使用较浓或较稀的混合气，若 选择调整不当，会严重降低发动机的动力性、经济性以及运转稳定性。发动机负荷可以用与节气门开度相关的进气管压力来表示，进气管压力越大（即进气管真空度越 低） ， 发 动 机 负 荷 也 就 越 大。1 发 动 机 负 荷 对一氧 化 碳 CO 的 影 响对CO来说，空燃比不变，功率输出的大小对CO排放没有影响，CO的排放量随功率的输出 及空气的消耗量的增加而增大，发动机在小负荷及大负荷工作时，所供给的混合气均较浓，在两种 情况下CO排放均比较高。例如，最大功率时，节气门全开，供给较浓的混合气，因此CO的排放 较高。9.06.03,0o 20406080进气悖压力(kPa发动机负荷对CO的影响图（发动机转速1500r/min）1排气量5.

5、76L； 2 排气量4.78L； 3 排气量2.36L；当空燃比和转速保持不变，并按最大功率调节点火提前角时改变负荷对HC的排放影响不大。这是因为影响HC排放的因素有的使HC降低，有的使它增加，结果作用恰恰相互抵消。当进气管 压力在30.5kPa81.0kPa范围内时，因供给的混合气较稀，所以HC排放降至很低，当进气管压力超过81.0kPa时，接近全负荷时混合气加浓。此时HC排放量理应上升，但由于全负荷时，排气温900300u T02040so进气曾用力(kPa)发动机负荷对碳氢化合物HC的影响图（发动机转速1500r/min）度相应增大，这时排气后反应对HC排放的消除作用加强了，从而限制了 HC的排放。4(0)JQIJ111Ir-1 F =-201)01 空燃比16： 1；2 空燃比14： 1；3 空燃比12： 1；小负荷时进气管压力低，由于缸壁激冷作用的增强，混合气又较浓，若进气管压力低于 20KPA，时还可能发生火焰传播不完全，结果使HC排放明显升高。例如在汽车突然关闭节气门时, 进气管内液体燃料的瞬时蒸发，造成高进气真空下的混合气的额外加浓，也会出现这种情况。3发动机负荷对NO

6、X的影响3020发动机负荷对NOX的影响图（发动机转速2000r/min）发动机负荷小时（进气管压力低），可使NOx排放浓度下降。负荷减小进气压力降低，发动 机温度低，残余废气增加，导致着火落后期变大及火焰传播速度减慢，这两个因素均使燃烧时间加 长，若在此时点火时间不变，则燃烧过程将更多的膨胀行程延伸，这样就会使循环最高温度降低而 使排气中的NOx浓度下降 1发动机转速对CO的影响发动机在怠速、减速和低速小负荷时混合气偏浓，发动机工作循环的气体压力与温度不高，混 合气的燃烧速度减慢，引起不完全燃烧产生CO。转速的变化对CO的排放没有多大的影响，这是由于在排气系统中CO的氧化，在正常的排气温度下，并不受混合气的限制，而是取决于化学反应0H(I发动机转速对CO的影响图速度。6(0700妣息速转Cr.niin)提高怠速转速，对降低怠速时的CO有好处，这是由于随着怠速转速的提高，进气节流将减小, 进入的空气量将增加。于是残余气体的稀释程度有所减小，使燃烧改善。2发动机转速对HC的影响发动机转速对HC的影响图发动机转速升高时，HC的排放有明显的降低。原因时转速升高增加了汽缸中的扰流混合与涡 流扩

7、散，又增加了排气中扰流和混合，前者增加了气缸内的燃烧，增加了激冷层的后氧化反应。但 是高速时为了克服较高的发动机阻力，需要加大排气容积流量，使排气系统停的时间有所缩短。因 此HC排放量了降低将小于按浓度改变预计的结果。同时适当提高怠速转速，对降低HC成分有好 处。3发动机转速对NOx的影响141916 AF占 300002030 4D为动机转速（K）对于不同混合比的混合气，转速对NOX生成速度有不同的影响发动机转速对NOx的影响对于燃烧较慢的稀混合气，在转速提高时，由于着火落后期不太受转速的影响，在点火时间 不变的情况下，燃烧的大部分将在膨胀过程压力和温度不太高处进行，使NOx的生成速度减小。 对于燃烧速度慢的浓混合气提高转速时，由加强了气体在气缸中的扰动，加大了火焰传播速度, 同时也减小了热损失，使得NOX的生成速度有所增大。发动机温度对尾气排放的影响：1低温发动机冷态时，燃油雾化不良，再加上吸入的混合气和冷的进气管及其缸壁接触时，一部分汽 油发生凝结，成为液态和粒状。正是由于考虑到这种情况，在发动机处于冷态时是浓混合气。但是 导致的结果是空气量不足，使CO的排量增加。此时由于燃烧温

8、度降低，NOx减少而未燃HC增加。 2高温冷却液温度达到8090度时，燃料汽化良好，发动机在燃料经济性较好的状太下运转。但是, 当发动机温度过高时由于引起过热、爆燃、早燃等故障，使燃烧温度异常地上升，NOx的生成量增 多。3加速发动机加速运转时，输出较大的功率，将会产生大量的NOx,而且由于在短时间内从化油器加 速泵供应过量的燃料，引起不完全燃烧，导致CO和HC的排量的增加。4减速减速运转时，对应于行驶中迅速松开油门踏板，特别是发动机原先高速运转时，一旦急速关闭 节气门，在进气管产生瞬间的强真空，吸入过量的燃料。其结果是汽缸内压缩压力降低，因此燃烧 温度降低。由于不完全燃烧，CO的生成量增加，HC的生成量增加。1发动机不同工况下发动机尾气排放浓度值Jfc通1就下转述桩如OOr/min时催化转化席酣惟化转化齧右催化转化薛前催化转优器后HC30D x KT55 x ILCO0575%O.忸0”狭如CO21 3 - 16%13-16%13-1661-2%1 -2%1 -2%1-2% 发动机不同工况下发动机尾气排放浓度值正常范围表2 发动机各部分技术状况与尾气成分间的关系进排气门、汽缸衬垫的密

9、封性，活塞、活塞环、缸套的磨损与密封性等因素，与之有关的尾气 成分有HC、CO。相关的检测项目有汽缸压力、汽缸漏气率和进气真空度。空气流量、温度、节气门位置、转速传感器信号及ECU等影响喷油压力和喷油时间的因素， 喷油器、进气温度、进气管内壁状况等影响喷油雾化质量的因素，与之有关的尾气成分有HC、CO。 相关的检测项目有燃油压力、空燃比（A/F）、相关电路信号、空气流量计信号（L型）、进气压 力传感器信号（D型）、转速信号、温度信号、负荷信号、氧传感器信号等。点火线圈初级绕组电流、点火初级电路电阻、电容器等影响点火能量的因素，断电器、离心及 真空提前装置、点火模块、与点火有关的传感器信号等影响点火正时的因素，火花塞、高压线、分 电器等影响失火率的因素，与之有关的尾气成分有HC。相关的检测项目有点火波形、漏电试验、 导通试验。曲轴箱强制通风装置、燃油箱蒸发控制装置的工作状况与HC的生成有关，二次空气喷射、进 气预热的工作状况与HC、CO有关，催化转化器的工作温度、转化效率、使用寿命则影响HC、 CO、NOX的生成。通过尾气分析，可以检测到以下几个主要方面的故障：混合气过浓或过稀、二次空气喷射系统 失灵、喷油器故障、进气歧管真空泄漏、空气泵故障、汽缸盖衬垫损坏、EGR阀故障、排气系统 泄漏、点火系统提前角过大等。3 尾 气 成 分 异 常 的

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