診斷廣州本田雅閣轎車氮氧化物超標
診斷廣州本田雅閣轎車氮氧化物超標
診斷廣州本田雅閣轎車氮氧化物超標
【摘 要】：據我站統計，在我站機動車排氣污染檢測中，被判尾氣檢測不合格的車輛，大多是因為新的檢測項目氮氧化合物（NOX）超標。本文講述了我在診斷一輛廣州本田雅閣轎車R20A3發動機氮氧化物超標的故障診斷與排除的過程。 【關鍵詞】: 雅閣轎車R20A3發動機 氮氧化物超標 故障排除 【前 言】我市（珠海市）新港、柏寧、楠山、白籐湖、青灣、寶順等幾家機動車檢驗機構，以前采用的機動車排氣污染檢測雙怠速法與自由加速煙度法等無負載檢測方法，存在檢測內容不全面、容易人為作弊的缺點。 為貫徹省相關規定，我市環保局、市質監局聯合發布了《關於在珠海市實施機動車排氣污染檢測的通告》，已開始實施穩態工況法檢測機動車排氣。穩態工況法是能夠真實地反映車輛的排放狀況，是目前國際上比較通用認可的一種新型的排氣檢測方法。穩態工況檢測方法雖然投資成本高，占用場地面積大，但它能夠克服無負載檢測方法暴露出的局限性，比較客觀、全面地反映機動車各個行駛工況的排放情況。 所謂“穩態工況法”尾氣檢測，就是把車開到專用的測功機上模擬汽車負載行駛，由測功機對驅動輪加載，在負載狀態下把車速加到25km/h，穩定車速60秒，同時由廢氣分析儀對尾氣進行第一次取樣分析，檢測合格後再把車速提高到40km/h，待車速穩定後進行第二次取樣分析，兩次取樣都達標才能判定尾氣檢測合格。整個檢測過程全部由計算機自動控制，專職引車員只需按照計算機的提示控制車速，如果車速不符合要求或廢氣分析儀吸入的廢氣流量不夠，計算機會自動停止檢測，這樣就堵絕了排氣污染檢測中人為作弊的缺點。 穩態工況法對汽油車的尾氣檢測內容從兩項增加到三項：分別是一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）和氮氧化合物（NOX），其中氮氧化合物是新增加的檢測內容。此次穩態工況法所新增的檢測內容氮氧化合物，不僅是破壞臭氧的原始物質，也是引起酸雨、煙霧、灰霾的重要因素。 據我站統計,在我站機動車排氣污染檢測中，經過汽車修理廠保養過的車輛，但還是被判尾氣檢測不合格的車輛，大多是因為新的檢測項目氮氧化合物（NOX）超標。而其他的兩項一氧化碳、碳氫化合物基本上都是處在正常狀態。 一、 故障現象 一輛廣州本田雅閣（ACCORD）轎車，2008年出廠(LHGCP16838802****)，搭載R20A3發動機，其發動機艙和銘牌（見圖1）。 1、今年到期年審，進行汽車尾氣檢測時，結果車輛的CO和HC檢測都低於超標值，但NOX值卻超標注1（圖2） ，無法取得綠色環保標志。 2、儀表盤上的發動機故障燈亮。
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圖1 發動機艙和銘牌
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圖2 初檢 排氣污染物檢測報告單（截圖注1）
二、 氮氧化物生成機理與減排方法 氮氧化物主要指一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）， 氮氧化合物（NOX）是可燃混合氣空氣中的氮（N2）和氧（O2）在燃燒室內通過高溫高壓的火焰時化合而成的。如果混合氣空燃比在15.5：1附近燃燒時，NOX生成量達到最大，混合氣空燃比高於或低於此值，氮氧化合物NOX的生成量會減小（圖3）。 發動機越接近完全燃燒，NOX的生成量越多。相反，在發動機接近不完全燃燒，CO生成量增多時，NOX減少。
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圖3 空燃比與排放物關系圖
通過（圖3）汽油機空燃比與排氣有害成分的關系。從圖中可以看出，供給濃混合氣時，氮氧化物NOX減少而一氧化碳CO、碳氫化合物HC增多，由於混合氣過濃，混合與燃燒不充分，CO、HC排放量較大；供給稀混合氣時，NO、CO減少而HC增多。過稀混合氣油分子少，氧分子多，燃燒時雖然油分子容易接觸到更多的氧分子，但由於油分子過少，所以不易著火燃燒，造成發動機產生“缺火”現象。出現發動機怠速抖動，加速發闖的故障。所以，為了減少氮氧化物(NOX)的生成，供給濃或稀的混合氣都不是辦法。目前在用的車輛基本上都是采用廢氣再循環（EGR）裝置與三元催化轉化器進行催化的兩種方法。 1、廢氣再循環（EGR）裝置是將排氣管中的少部分廢氣經EGR閥進入進氣系統，與混合氣混合後進入氣缸參與燃燒。少部分廢氣進入氣缸參與混合氣的燃燒，降低了燃燒時氣缸中的溫度，因NOX是在富氧、高溫條件下生成的，故抑制了氮氧化物(NOX)的再次生成，從而降低了廢氣中的氮氧化物(NOX)的含量。 如在機動車排氣污染檢測中氮氧化合物（NOX）超標，而其他的兩項一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）處在正常狀態。我們應該檢查廢氣再循環（EGR）裝置是否處在正常的工作狀態。 2、當高溫的汽車尾氣通過三元催化器裝置時，三元催化器中的淨化劑將增強CO、HC和NOX三種氣體的活性，促使其進行一定的氧化-還原化學反應，其中CO在高溫下氧化成無毒的二氧化碳氣體；HC化合物在高溫下氧化成水和二氧化碳；NOX還原成氮氣和氧氣。使三種有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以淨化。三元催化裝置故障或老化失效，無法將廢氣中的氮氧化物重新分解成無害的氮氣和氧氣。絕大多數三元催化裝置是不能維修的，只能更換，而且必須更換原廠產品，副廠產品一般都無效。
三、 故障分析、診斷與排除 首先用故障診斷儀注2進入發動機控制系統（見圖4），通過故障診斷儀發現有一個故障碼記錄，故障碼代碼為P0420（見圖5）。故障診斷儀的解釋為：催化轉換器系統效能低於阈值 注3。
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圖4 進入發動機系統 圖5檢測到故障碼記錄
1、故障分析: 三元催化轉換器（也稱作催化淨化轉換器）的失效主要由於其儲氧能力下降造成。催化器的儲氧能力與其淨化效率直接相關。所以在催化器診斷邏輯的設計上，把儲氧能力作為判斷催化劑是否失效的技術指標。雙氧傳感器法即基於此，通過前後氧傳感器來完成三元催化器儲氧能力的檢測從而間接測量三元催化器的轉化率。 三元催化裝置，是一個利用催化劑的作用將排氣中的CO、HC和NOX轉換為對人體無害的氣體的排氣淨化裝置。它一般位於排氣管的消聲器之前。電子控制單元（ECU）檢測到前氧傳感器的交換率跟後氧傳感器的交換率相當，因此推斷催化轉換器系統效率太低。故障原因包括排氣管或排氣歧管附近尾氣洩漏，催化箱失效，發動機冷卻液溫度（ECT）傳感器故障，發動機失火或正時滯後，機油太髒，氧傳感器故障，燃油系統壓力太高等。 汽車前氧傳感器和後氧傳感器區別，它們都分別都起到什麼作用？
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圖6 前後氧傳感器區別
一般汽車前氧傳感器的作用是檢測汽車排放尾氣中的氧含量，通過檢測氧含量的多少確定發動機混合氣的濃或稀，產生的信號給發動機控制單元，然後發動機控制單元根據信號改變燃油噴射量。最終目的就是能更好的控制排放，使排放達標。 前後氧傳感器作用不一樣的，前氧傳感器主要是對發動機的工作做一個檢測，比如混合氣濃，稀，發動機電腦會根據傳感器的一個信號控制噴油量，後氧傳感器就是對三元催化的工作做一個檢測，看三元催化器是否工作，有沒有起作用（見圖6）。也就是說後氧傳感器是三元催化器的檢測傳感器。 2、故障診斷： 三元催化器故障或老化失效的檢測或檢查方法有很多種，我這次就用雙氧傳感器信號電壓波形分析法 來診斷三元催化裝置的失效故障。據圖6所述，在三元催化轉換器正常的情況下，後氧傳感器的信號電壓應該在450～550mV之間輕微變化,即使加油門和松油門以後都沒有多大變化。根據上述的原理，我實際測量此故障車輛後氧傳感器的信號電壓，發現它的信號電壓在0.1～0.8V之間跳動（圖7）
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圖7 後氧傳感器的信號電壓在0.1～0.8V之間跳動
根據雙氧傳感器信號電壓波形分析法 的診斷邏輯，正常高效的三元催化轉換器排氣中的含氧量能保持恆定的百分比，即使進入三元催化轉換器的廢氣含氧量有迅速升降的情況，有效的三元催化轉換器也會使其輸出平穩。但失效的催化轉化器由於失去儲氧能力，其後氧信號升降情況與進入催化轉化器的廢氣含氧量變化相似。
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圖8 更換三元催化轉換器
3、故障排除： 所以據此診斷為：催化轉換器系統效能低於阈值注3，與以上分析。更換三元催化轉換器後（圖8），測量此車輛後氧傳感器的信號電壓基本穩定在0.45V（圖9）。再次進行汽車尾氣檢測時，結果車輛的CO、HC和NOX檢測都遠低於超標值，取得綠色環保標志。
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圖9 維修正常後的後氧傳感器信號電壓
四、 結束語 通過診斷與維修這輛廣州本田雅閣（ACCORD）轎車，使我較深入地了解了氮氧化合物（NOX）的生成。以及認識了現今車輛安有兩個氧傳感器，三元催化器前放一個，後放一個。前方的作用是檢測發動機不同工況的空燃比，同時電腦根據該信號調整噴油量。後方的主要是檢測三元催化器的工作好壞！即催化器的轉化率。通過與前氧傳感器的數據作比較來檢測三元催化器是否工作正常（好壞）的重要依據. 這次我把這些維修過程總結出來，供同行們參考，不當之處，請批評指正。
參考資料 [1]、本田轎車維修手冊手冊 電子網絡版
