汽车发动机可燃混合气在燃烧过程中会产生HC、CO、NOX等有害气体和CO2、H20、O2等无害气体。由于尾气成分与发动机的工况有最直接的联系,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。更为重要的是,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。尾气分析主要内容有混合气空燃比、点火正时及催化器转化效率等,主要分析的参数有CO、HC、CO2和氧(O2),还有空燃比(A/F)或相对空燃比(λ)。NOX常常发生在高温大负荷的情况下,在没有底盘测功机时只能靠路试去测量,在此不作分析。
1.空燃比和点火正时对尾气成分的影响
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。CO主要来自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。CO2是可燃混合气燃烧的产物,它能够反映出燃烧的效率。

空燃比、过量空气系数与尾气成分的关系曲线
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如图1所示,随着空燃比的增加,CO的排放浓度逐渐下降,HC的排放浓度两头高、中间低,CO2的排放浓度中间高、两头低。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,O2越接近于零,而CO2的值越高(最大值在13.5%~14.8%之间)。而当混合气空燃比超过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。混合气过浓将产生大量的CO、HC,混合气过稀将引起失火而生成过多的HC。

点火提前角与燃油消耗率、尾气成分的关系曲线
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如图2所示,点火提前角对CO的排放没有太大影响,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的含量降低,主要是因为增高了排气温度,促进了CO和HC的氧化,也由于减小了燃烧室内的激冷面积。
发动机在不同工况下尾气排放浓度值正常范围见表1。

发动机在不同工况下尾气排放浓度值正常范围
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