诊断广州本田雅阁轿车氮氧化物超标

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【摘 要】：据我站统计，在我站机动车排气污染检测中，被判尾气检测不合格的车辆，大多是因为新的检测项目氮氧化合物（NOX）超标。本文讲述了我在诊断一辆广州本田雅阁轿车R20A3发动机氮氧化物超标的故障诊断与排除的过程。


【关键词】: 雅阁轿车R20A3发动机 氮氧化物超标 故障排除


【前 言】我市（珠海市）新港、柏宁、楠山、白藤湖、青湾、宝顺等几家机动车检验机构，以前采用的机动车排气污染检测双怠速法与自由加速烟度法等无负载检测方法，存在检测内容不全面、容易人为作弊的缺点。
为贯彻省相关规定，我市环保局、市质监局联合发布了《关于在珠海市实施机动车排气污染检测的通告》，已开始实施稳态工况法检测机动车排气。稳态工况法是能够真实地反映车辆的排放状况，是目前国际上比较通用认可的一种新型的排气检测方法。稳态工况检测方法虽然投资成本高，占用场地面积大，但它能够克服无负载检测方法暴露出的局限性，比较客观、全面地反映机动车各个行驶工况的排放情况。
所谓“稳态工况法”尾气检测，就是把车开到专用的测功机上模拟汽车负载行驶，由测功机对驱动轮加载，在负载状态下把车速加到25km/h，稳定车速60秒，同时由废气分析仪对尾气进行第一次取样分析，检测合格后再把车速提高到40km/h，待车速稳定后进行第二次取样分析，两次取样都达标才能判定尾气检测合格。整个检测过程全部由计算机自动控制，专职引车员只需按照计算机的提示控制车速，如果车速不符合要求或废气分析仪吸入的废气流量不够，计算机会自动停止检测，这样就堵绝了排气污染检测中人为作弊的缺点。
稳态工况法对汽油车的尾气检测内容从两项增加到三项：分别是一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化合物（NOX），其中氮氧化合物是新增加的检测内容。此次稳态工况法所新增的检测内容氮氧化合物，不仅是破坏臭氧的原始物质，也是引起酸雨、烟雾、灰霾的重要因素。
据我站统计,在我站机动车排气污染检测中，经过汽车修理厂保养过的车辆，但还是被判尾气检测不合格的车辆，大多是因为新的检测项目氮氧化合物（NOX）超标。而其他的两项一氧化碳、碳氢化合物基本上都是处在正常状态。


一、 故障现象
一辆广州本田雅阁（ACCORD）轿车，2008年出厂(LHGCP16838802****)，搭载R20A3发动机，其发动机舱和铭牌（见图1）。
1、今年到期年审，进行汽车尾气检测时，结果车辆的CO和HC检测都低于超标值，但NOX值却超标注1（图2） ，无法取得绿色环保标志。
2、仪表盘上的发动机故障灯亮。












二、 氮氧化物生成机理与减排方法
氮氧化物主要指一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）， 氮氧化合物（NOX）是可燃混合气空气中的氮（N2）和氧（O2）在燃烧室内通过高温高压的火焰时化合而成的。如果混合气空燃比在15.5：1附近燃烧时，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的生成量会减小（图3）。
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。

图3 空燃比与排放物关系图


通过（图3）汽油机空燃比与排气有害成分的关系。从图中可以看出，供给浓混合气时，氮氧化物NOX减少而一氧化碳CO、碳氢化合物HC增多，由于混合气过浓，混合与燃烧不充分，CO、HC排放量较大；供给稀混合气时，NO、CO减少而HC增多。过稀混合气油分子少，氧分子多，燃烧时虽然油分子容易接触到更多的氧分子，但由于油分子过少，所以不易着火燃烧，造成发动机产生“缺火”现象。出现发动机怠速抖动，加速发闯的故障。所以，为了减少氮氧化物(NOX)的生成，供给浓或稀的混合气都不是办法。目前在用的车辆基本上都是采用废气再循环（EGR）装置与三元催化转化器进行催化的两种方法。
1、废气再循环（EGR）装置是将排气管中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气混合后进入气缸参与燃烧。少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧，降低了燃烧时气缸中的温度，因NOX是在富氧、高温条件下生成的，故抑制了氮氧化物(NOX)的再次生成，从而降低了废气中的氮氧化物(NOX)的含量。
如在机动车排气污染检测中氮氧化合物（NOX）超标，而其他的两项一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）处在正常状态。我们应该检查废气再循环（EGR）装置是否处在正常的工作状态。
2、当高温的汽车尾气通过三元催化器装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOX三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水和二氧化碳；NOX还原成氮气和氧气。使三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。三元催化装置故障或老化失效，无法将废气中的氮氧化物重新分解成无害的氮气和氧气。绝大多数三元催化装置是不能维修的，只能更换，而且必须更换原厂产品，副厂产品一般都无效。


三、 故障分析、诊断与排除

首先用故障诊断仪注2进入发动机控制系统（见图4），通过故障诊断仪发现有一个故障码记录，故障码代码为P0420（见图5）。故障诊断仪的解释为：催化转换器系统效能低于阈值 注3。





1、故障分析:
三元催化转换器（也称作催化净化转换器）的失效主要由于其储氧能力下降造成。催化器的储氧能力与其净化效率直接相关。所以在催化器诊断逻辑的设计上，把储氧能力作为判断催化剂是否失效的技术指标。双氧传感器法即基于此，通过前后氧传感器来完成三元催化器储氧能力的检测从而间接测量三元催化器的转化率。
三元催化装置，是一个利用催化剂的作用将排气中的CO、HC和NOX转换为对人体无害的气体的排气净化装置。它一般位于排气管的消声器之前。电子控制单元（ECU）检测到前氧传感器的交换率跟后氧传感器的交换率相当，因此推断催化转换器系统效率太低。故障原因包括排气管或排气歧管附近尾气泄漏，催化箱失效，发动机冷却液温度（ECT）传感器故障，发动机失火或正时滞后，机油太脏，氧传感器故障，燃油系统压力太高等。
汽车前氧传感器和后氧传感器区别，它们都分别都起到什么作用？

图6 前后氧传感器区别


一般汽车前氧传感器的作用是检测汽车排放尾气中的氧含量，通过检测氧含量的多少确定发动机混合气的浓或稀，产生的信号给发动机控制单元，然后发动机控制单元根据信号改变燃油喷射量。最终目的就是能更好的控制排放，使排放达标。
前后氧传感器作用不一样的，前氧传感器主要是对发动机的工作做一个检测，比如混合气浓，稀，发动机电脑会根据传感器的一个信号控制喷油量，后氧传感器就是对三元催化的工作做一个检测，看三元催化器是否工作，有没有起作用（见图6）。也就是说后氧传感器是三元催化器的检测传感器。
2、故障诊断：
三元催化器故障或老化失效的检测或检查方法有很多种，我这次就用双氧传感器信号电压波形分析法 来诊断三元催化装置的失效故障。据图6所述，在三元催化转换器正常的情况下，后氧传感器的信号电压应该在450～550mV之间轻微变化,即使加油门和松油门以后都没有多大变化。根据上述的原理，我实际测量此故障车辆后氧传感器的信号电压，发现它的信号电压在0.1～0.8V之间跳动（图7）


图7 后氧传感器的信号电压在0.1～0.8V之间跳动


根据双氧传感器信号电压波形分析法 的诊断逻辑，正常高效的三元催化转换器排气中的含氧量能保持恒定的百分比，即使进入三元催化转换器的废气含氧量有迅速升降的情况，有效的三元催化转换器也会使其输出平稳。但失效的催化转化器由于失去储氧能力，其后氧信号升降情况与进入催化转化器的废气含氧量变化相似。

图8 更换三元催化转换器

3、故障排除：
所以据此诊断为：催化转换器系统效能低于阈值注3，与以上分析。更换三元催化转换器后（图8），测量此车辆后氧传感器的信号电压基本稳定在0.45V（图9）。再次进行汽车尾气检测时，结果车辆的CO、HC和NOX检测都远低于超标值，取得绿色环保标志。

图9 维修正常后的后氧传感器信号电压





四、 结束语



通过诊断与维修这辆广州本田雅阁（ACCORD）轿车，使我较深入地了解了氮氧化合物（NOX）的生成。以及认识了现今车辆安有两个氧传感器，三元催化器前放一个，后放一个。前方的作用是检测发动机不同工况的空燃比，同时电脑根据该信号调整喷油量。后方的主要是检测三元催化器的工作好坏！即催化器的转化率。通过与前氧传感器的数据作比较来检测三元催化器是否工作正常（好坏）的重要依据.
这次我把这些维修过程总结出来，供同行们参考，不当之处，请批评指正。




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注3: 阈 (yù)值 ----简单地说,可以理解为临界值、临界点、界限。
1、阀（fa）值就是阈（yù）值的错写，并不存在阀值这个词。
2、很多人不认识阈值的阈字，所以便用字形比较接近、便于记忆与使用的阀值来代替阈值。也有可能是一些权威的书籍用了阀值，就一直流传下来。