发动机尾气超标排放的故障现象、原因、诊断步骤以及案例分析

故障现象

发动机尾气超标排放是汽车排放的CO、HC、NOx 等有害气体的量超过汽车设计时要求的这些气体的排放量或是尾气中O2和CO2的含量与标准值相差较大。排放不合格时可能是只有一种尾气排放量超标，也可能是两种或两种以上的尾气排放量均超标。

故障原因

◆ HC的排放量过大

HC的排放量比正常值高可能由下列条件中的一个或多个引起：

① 点火系统缺火或点火能量不足，造成混合气燃烧不充分，应检查点火系统

② 点火时间不准确，检查或调整点火正时

③ 混合气过浓或过稀，用CO和O2的含量来判定混合气过浓还是过稀。电控系统的传感器有故障或ECU 有故障均可能导致混合气过浓或过稀

④ 气缸密封性不良，检查气缸的压缩压力是否正常

⑤ 配气相位不正确，检查并调整配气相位

⑥ 三元催化转化器有故障，必要时进行修理或更换

⑦ 二次空气喷射控制系统存在故障

⑧ 燃油蒸发控制系统不能正常工作，造成混合气过浓

◆ CO的排放量过大

原因：

① 混合气过浓，检查空气滤清器是否过脏，检查燃油系统的压力，喷油器的工作性能，测试输入传感器数据，检查喷油控制系统的运行状况

② 喷油器有漏油的地方，应测试喷油器的密封性

③ 三元催化转化器存在故障，必要时进行更换

④ 二次空气喷射控制系统存在故障（如总是逆流泵入空气）

⑤ 燃油蒸发控制系统不能正常工作，造成混合气过浓

⑥ PCV系统有故障，窜缸混合气过多，或机油受燃油污染

◆ NOx 的排放量过大

原因：

① EGR系统不能正常工作，视情进行修理

② 检查点火提前角及点火正时控制系统

③ 输入传感器有故障导致混合气过稀，检查各传感器的输入信号

④ 燃烧室内有积炭，检查发动机压缩情况，看结果是否高于规定数值

⑤ 发动机工作温度过高，观察故障诊断仪上的发动机温度是否正常

⑥ 进气温度过高，应检查进气空气调温系统、增压中冷系统等

⑦ 检查配气正时记号、气门间隙、可变配气正时系统等

⑧ 增压发动机进气增压过大（如废气旁通阀卡在关闭位置等）

◆ O2 读数比正常值低，而CO读数比正常值高

这种情况一般是由于混合气过浓引起的，应主要检查混合气过浓的原因：

① 喷油器有故障，检查喷油器是否密封不严，造成燃油泄漏

② 燃油压力比正常值高，检查造成燃油压力过高的原因（如燃油压力调节器是否损坏）

③ 燃油喷射系统存在故障，检查相关的传感器和发动机控制模块

④ 曲轴箱强制通风系统存在故障，使过多的曲轴箱窜气参与燃烧

⑤ 燃油蒸发控制系统不能正常工作，造成混合气过浓，检查相关元件的工作性能

◆ O2 读数比正常值高，而CO的读数比正常值低

这种情况一般是由混合气过稀引起的，应主要检查混合气过稀的原因：

① 检查是否有真空泄漏，燃油压力是否过低，喷油器是否堵塞，控制系统是否存在故障

② 二次空气喷射控制系统常喷入不正常的空气，检查二次空气喷射控制系统的工作情况

③ 排气系统是否有泄漏的地方，检查排气系统的密封性

尾气排放超标的一般诊断步骤

① 用五气分析仪检测发动机尾气排放。初步分析排放超标的大的方面的故障原因，如混合气浓、混合气稀、气缸缺火等。

② 进行故障码读取，检查ECU，是否存储有与排放超标相关的故障码。如有，按提示进行检查。

③ 用专用诊断仪读取动态数据流，进一步分析故障原因。

④ 评定氧传感器好坏，结合观察氧传感器信号波形，与尾气排放分析结果对比，分析故障原因。

⑤ 对各执行器进行动作试验，并对其性能进行进一步检查，如检查喷油器的喷油量、密封性等。

⑥ 检查发动机机械部分的可能原因，如积炭、气缸密封性能等。

发动机尾气超标排放典型案例分析

案例1：一辆雷克萨斯LS400轿车发动机油耗过大，排气管冒黑烟，低速运转明显抖动

◆ 故障分析、诊断与排除方法：

① 检查燃油系统压力是否过高。在冷启动喷嘴上安装压力表，测得发动机怠速、最高转速、5min保压3种情况下燃油系统的压力，其结果均正常；

② 检查各缸喷油嘴密封是否良好。喷油器结构是电压驱动型的，电阻较大（12~16Ω）。检查方法是将喷油器连同燃油分配管一同拆下，接好燃油软管；将喷油器放入量杯；接通电子燃油泵电源（不要启动发动机）；接通喷油器电源15s，测得各喷油器的喷油量均为45mL左右（标准值为40~50mL），各缸喷油器油量差小于5mL；断开喷油器电源后，查看喷油嘴无滴漏燃油现象。由此可以断定各缸喷油器是完好的；

③ 检查热车时附加空气阀阀门是否关闭。发动机冷启动时，阀门应处于开启位置，旁通空气量大；发动机启动后，双金属片上的电热丝通电发热，双金属片受热变形，阀门逐渐关小，使旁通空气量逐渐减小，直至为零。附加空气阀在冷车时不能自动开启，会使发动机暖车过程中怠速不稳；在热车时不能自动关闭，会使怠速过高、混合气过浓。

在发动机冷车时拆下附加空气阀，可见阀门是开启的，说明正常；在热车时拆下后，阀门还是开启的，说明其有故障。经进一步检查，发现其电热丝被烧断。更换该阀后，工作恢复正常。

案例2：一辆起亚轿车，装备了1.6L四缸电喷发动机，行驶里程为90000km。该车的症状为怠速不稳、加速不良且尾气排放严重超标

◆ 故障分析与诊断：

先通过四气分析仪测量尾气排放来帮助判断故障部位是在油路还是在电路部分。实测数据CO 为0.1%，CO2为6%，O2为8%，HC为0.07%。从这4种排放气体的参数可以看出O2、HC指数偏高，CO、CO2指数偏低。发动机在最佳工况时O2排放指数应在1%以下，CO2应在14%左右，HC应为0.001%~0.0099%。如果HC、CO氧化反应充足，就会生成较多的CO2和水。

根据该车尾气排放的实测数据，既然O2指数这么高，说明混合气偏稀；而发动机怠速不稳、HC指数偏高，则表明各缸的工作可能存在不良。在点火系统方面，点火能量及准确的点火时刻直接影响着发动机的燃烧工况，HC主要是没有完全燃烧的燃料。点火能量不足时，可能引起火焰传播不良甚至缺火，使气缸内的混合气不能正常燃烧，产生大量的HC。另一方面，混合气浓度不合适也会导致气缸工作不良，当然还有气缸密封性等机械故障方面的原因。出现混合气偏稀的情况时，可能存在的原因包括进气真空系统漏气，氧传感器、喷油器工作不良，发动机控制故障及油压偏低等。

先拆检各缸火花塞，发现第4缸火花塞间隙已被油和积炭堵死，可以判断其未参加工作。其他3个火花塞颜色灰白，为明显的混合气偏稀征兆。在更换了4个新火花塞后进行逐缸断火试验，点火能量在14kV 左右。此时怠速基本恢复正常，但尾气排放依然超标。接下来检查氧传感器，其为四线式，两根白线为加热线，用万用表测量其供电电压为12.7V正常；灰线、黑线分别为信号线及搭铁线，信号线电压为0.3V，且变化幅度不大。怀疑测量有误，遂用故障诊断仪读取故障码并观察氧传感器信号电压数据，结果没有故障码，观察氧传感器信号电压与测量值也相符。此时若人为控制混合气浓稀情况，氧传感器能够正确响应，看来氧传感器没有问题。

这里介绍一种判断氧传感器信号线与发动机ECU 之间信号传输是否正常的简单方法。具体步骤是，断开氧传感器的信号线，用一只手连接ECU 一侧的信号端，另一只手触摸蓄电池的正极，这时应可以从仪器中清楚地看到氧传感器的信号电压变成0.9V；利用同样的方法用手触摸蓄电池的负极，电压应变为0.1V，出现这样的情况才是正常的。

◆ 故障排除：

鉴于上述的检测结果，认为该车是因某种原因导致空燃比超出了控制范围，使尾气排放超标。先连接真空表，测量进气歧管真空度为56.6kPa左右，比正常稍低。检查真空管路是否漏气，未发现发动机外部有漏气的地方。因气缸密封性等机械故障方面也会影响进气歧管真空度，故拆下火花塞逐缸测量气缸压力，只是发现第4缸和第2缸压力略低第1、第3缸，而压力均在12MPa左右。此刻怀疑配气正时有偏差，打开正时室盖时，发现正时带及张紧轮是新换的，查阅维修资料确认该车的故障部位的确在于配气正时部分，在按照维修手册要求重新调整正时后，发动机尾气排放一次达标。具体测试数据是CO 为0.04%，CO2为14.3%，HC为0.0025%，O2为0.9%。

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发动机尾气超标排放的故障现象、原因、诊断步骤以及案例分析

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