汽車發(fā)動機(jī)廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)故障診斷實(shí)例簡析

畢勝強(qiáng)，張文娜

（江蘇省交通技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212028）

使用維修

汽車發(fā)動機(jī)廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)故障診斷實(shí)例簡析

畢勝強(qiáng)，張文娜

（江蘇省交通技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212028）

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）是控制汽車發(fā)動機(jī)尾氣中氮氧化合物（NOx）排放的主要裝置。文章介紹了發(fā)動機(jī)廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及常見的故障，并以一輛本田雅閣7230轎車為例，介紹了廢氣再循環(huán)系統(tǒng)故障診斷方法及流程，對汽車維修人員提供參考。

廢氣再循環(huán)（EGR）；故障；診斷

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.069

CLC NO.: U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-209-03

前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)快速發(fā)展，汽車保有量增長迅猛，據(jù)公安部交管局統(tǒng)計(jì)，截至2015年底，全國機(jī)動車保有量達(dá)2.79億輛，其中汽車1.72億輛【1】，均為歷史最高水平。隨著汽車保有量的持續(xù)增加和汽車使用年限的延長，汽車排放污染物總量也隨之增加，汽車排放污染已成為嚴(yán)重的社會公害。為此，很多國家均建立了嚴(yán)格的排放法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)加以限制。根據(jù)國家環(huán)境保護(hù)部、工業(yè)和信息化部《關(guān)于實(shí)施第五階段機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)的公告》（2016年第4號）精神，“東部11省市（北京市、天津市、河北省、遼寧省、上海市、江蘇省、浙江省、福建省、山東省、廣東省和海南?。┳?016年4月1日起，所有進(jìn)口、銷售和注冊登記的輕型汽油車、輕型柴油客車、重型柴油車（僅公交、環(huán)衛(wèi)、郵政用途），須符合國五標(biāo)準(zhǔn)要求；全國自2017年1月1日起，所有制造、進(jìn)口、銷售和注冊登記的輕型汽油車、重型柴油車（客車和公交、環(huán)衛(wèi)、郵政用途），須符合國五標(biāo)準(zhǔn)要求”【2】。而相對于國四標(biāo)準(zhǔn)，國五新標(biāo)準(zhǔn)最顯著的變化之一就是輕型汽油車的氮氧化物（NOx）排放限制由0.08g/km降為0.06g/km，排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格了25%【3】。

1、氮氧化合物（NOx）的生成機(jī)理

汽油是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?。在發(fā)動機(jī)工作時(shí)，汽油與新鮮空氣按照一定比例混合均勻后燃燒，大部分會生成CO2和H2O，還有少量有害氣體，主要包括CO、CH、NOx等。其中，NOx是在發(fā)動機(jī)燃燒室高溫條件下，由新鮮空氣中的N2和O2發(fā)生反應(yīng)而生產(chǎn)的化合物。它和其他有害氣體成分不同，不是來自燃料，而是來自空氣。汽車排放的NOx主要成分是NO，NO在排氣過程中被氧化成NO2，因此排氣中還含有少量的NO2，一般我們將NO和NO2統(tǒng)稱為氮氧化合物（NOx）。發(fā)動機(jī)燃燒室溫度越高，氧濃度越大，高溫時(shí)間越長，生成NOx的量就越多?？諝庵械腘Ox濃度在10～20ppm時(shí)，會刺激人的口腔、鼻粘膜、眼角膜等。當(dāng)NOx濃度超過500ppm時(shí)，幾分鐘就可能使人死亡。

2、廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)（EGR）的組成及工作原理

2.1 EGR系統(tǒng)的作用和組成

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(Exhaust Gas Re-circulation)簡稱EGR，其是在發(fā)動機(jī)工作中，將適量(5%～20%)的廢氣循環(huán)引進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)，與新鮮空氣或可燃混合氣混合后進(jìn)入氣缸燃燒，主要作用是有效抑制NOx的生成。

廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)有機(jī)械式和電控系統(tǒng)兩種，而在現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)上通常采用電控EGR系統(tǒng)。電控EGR系統(tǒng)主要有開環(huán)控制EGR系統(tǒng)（圖1）和閉環(huán)控制EGR系統(tǒng)（圖2）兩種類型。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)主要由ECU、EGR電磁閥和EGR閥等組成。

2.2 EGR系統(tǒng)的工作原理

EGR控制過程：電控單元根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、冷卻水溫等信號，計(jì)算出最佳廢氣再循環(huán)率（EGR率=EGR量/（吸入的新鮮空氣量+EGR量）×100%），來控制EGR電磁閥的通斷。EGR電磁閥通電時(shí)，來自節(jié)氣門后的真空通過軟管進(jìn)入EGR閥上端， EGR閥打開，排氣管中的排氣通過EGR管道進(jìn)入進(jìn)氣管；EGR電磁閥斷電時(shí)，EGR閥上的真空消失，EGR閥關(guān)閉。同時(shí)，將壓力傳感器測量的再循環(huán)廢氣率信號傳給ECU，從而實(shí)現(xiàn)反饋控制。測量EGR率的傳感器最初使用的是獨(dú)立式壓力或壓差傳感器，現(xiàn)在使用較多的是EGR位置傳感器，從而提高了控制精度【4】。

發(fā)動機(jī)進(jìn)入閉環(huán)控制工況后，ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)冷卻液溫度信號、節(jié)氣門開度信號、轉(zhuǎn)速信號和起動信號等來控制EGR電磁閥的通斷。

EGR系統(tǒng)凈化NOx的基本原理：NOx是在高溫、富氧條件下，由N2和O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的產(chǎn)物。燃燒室溫度越高、氧氣越充足，排放出的NOx越多。NOx與燃燒室溫度關(guān)系如圖4所示。將廢氣從新引入進(jìn)氣系統(tǒng)，是因?yàn)閺U氣中的主要成分CO2是一種惰性氣體，惰性氣體CO2再次與新鮮混合氣混合后進(jìn)入氣缸，單位混合氣中所含CO2量明顯增加、O2量減少，由于CO2不參與燃燒，但卻能吸收燃燒過程中產(chǎn)生的大量熱量，使燃燒溫度下降，從而抑制了NOx的生成。

采用EGR控制系統(tǒng)會使可燃混合氣的著火性和發(fā)動機(jī)輸出功率下降，因此一般選擇NOx排放量較多的運(yùn)行工況進(jìn)行EGR控制。一般在起動工況（起動開關(guān)信號）；怠速工況（節(jié)氣門位置傳感器怠速觸點(diǎn)閉合信號）；暖機(jī)工況（冷卻液溫度信號）；轉(zhuǎn)速低于900r/min或高于3500r/min（轉(zhuǎn)速信號）工況下，EGR系統(tǒng)停止工作。

3、EGR系統(tǒng)常見故障及檢修

3.1 EGR系統(tǒng)常見故障

（1）EGR閥關(guān)閉不嚴(yán)，使得廢氣再循環(huán)系統(tǒng)在不該起作用工況下，如發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)、冷車啟動、高速運(yùn)轉(zhuǎn)等工況下起作用，從而造成發(fā)動機(jī)怠速極不穩(wěn)定、甚至熄火，冷車啟動困難，急加速動力不足，加速不良，耗油增大等故障現(xiàn)象。常見的原因主要是由于EGR閥與高溫廢氣接觸，使用一段時(shí)間后，廢氣再循環(huán)閥會出現(xiàn)結(jié)膠、積炭，從而造成閥門密封不嚴(yán)，甚至出現(xiàn)閥門卡住而常開的現(xiàn)象。此外，維修時(shí)將廢氣再循環(huán)裝置的真空軟管插錯也會導(dǎo)致這一故障現(xiàn)象。

（2）EGR閥打不開，即EGR閥在應(yīng)該起作用工況下起不了作用，這種現(xiàn)象對發(fā)動機(jī)工作影響不大，但會造成發(fā)動機(jī)排氣中的N0x的含量超標(biāo)，有時(shí)還會出現(xiàn)發(fā)動機(jī)故障警告燈亮起現(xiàn)象。常見的原因主要廢氣再循環(huán)系統(tǒng)裝置中的控制電路、真空管路、控制部件等失常。

3.2 EGR系統(tǒng)檢修

在發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，手動打開EGR閥，若出現(xiàn)發(fā)動機(jī)怠速粗暴甚至熄火現(xiàn)象，說明EGR系統(tǒng)正常。在加速時(shí)，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過2000r/min時(shí)，如果EGR閥打不開，則應(yīng)當(dāng)檢查該閥有無真空度或該閥是否堵塞、損壞等。如果沒有真空度，則用真空泵檢查真空管路是否堵塞、EGR閥膜片密封性是否不良等。因電動式EGR閥帶有真空放氣孔，還應(yīng)檢查EGR閥真空放氣孔是否堵塞。由于電動式真空放氣閥由排氣壓力控制，若排氣系統(tǒng)堵塞，閥就不能正常工作。檢查排氣壓力時(shí)，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在2500r/min，進(jìn)氣真空度應(yīng)大于等于怠速時(shí)進(jìn)氣真空度；當(dāng)發(fā)動機(jī)在3500r/min時(shí)，進(jìn)氣真空度應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于怠速時(shí)進(jìn)氣真空度，否則說明排氣系統(tǒng)被堵塞。用萬用表測量EGR電磁閥的電阻值，應(yīng)在30～50Ω之間；不通電時(shí)，從進(jìn)氣管側(cè)接頭吹入空氣應(yīng)暢通，從通大氣的濾網(wǎng)處吹入空氣應(yīng)不通；通電時(shí)，與上述剛好相反，如圖5所示。否則EGR電磁控制閥損壞，需更換新件。

如果EGR電磁閥正常，但是EGR系統(tǒng)仍然存在故障，必須對EGR閥進(jìn)行檢查。給EGR閥施加一定的真空，EGR閥應(yīng)能開啟；不施加真空時(shí)，EGR閥應(yīng)能完全關(guān)閉，如圖5所示。否則，EGR閥損壞，需要更換新件。

在使用中，嚴(yán)禁拆除和改動排氣凈化系統(tǒng)，否則會造成廢氣再循環(huán)系統(tǒng)工作異常。為了防止發(fā)動機(jī)在低溫時(shí)發(fā)生廢氣再循環(huán)，在新型汽車上還裝有熱真空開關(guān)或稱冷卻溫度超越開關(guān)(CTO)。當(dāng)冷卻水溫度低于38.7℃時(shí)，熱真空開關(guān)關(guān)閉，中斷廢氣再循環(huán)，因此，在檢查廢氣再循環(huán)系統(tǒng)時(shí)，也要檢查熱真空開關(guān)與EGR系統(tǒng)。

4、實(shí)例簡析

故障現(xiàn)象：一輛本田雅閣7230轎車，行駛約8萬公里，出現(xiàn)冷車起動正常、熱車起動困難現(xiàn)象，并伴有怠速不穩(wěn)，加速不良現(xiàn)象。

故障診斷與排除：

（1）連接故障自診斷裝置，讀取故障碼，沒有故障碼顯示；

（2）檢查各線接頭，均連接良好；

（3）檢查燃油供給系統(tǒng)中的噴油器、燃油油路、濾清器等，故障沒有排除；

（4）檢查怠速控制閥上的冷卻水通道、快怠速感溫閥水道，均暢通；

（5）檢查節(jié)氣門體后方快怠速進(jìn)氣管道，在發(fā)動機(jī)冷態(tài)和熱態(tài)下均反應(yīng)良好；

（6）用氣缸壓力表檢查各缸壓力，符合標(biāo)準(zhǔn)；

（7）檢查火花塞和氣門室蓋，均沒有發(fā)現(xiàn)問題；

（8）用逐缸斷火法檢查各缸工作情況，一、二缸工作正常，三缸工作不良，而四缸斷火時(shí)出現(xiàn)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不降反升且抖動減弱的反?，F(xiàn)象，判斷可能是EGR控制系統(tǒng)有故障所致；

（9）拔下EGR閥上的真空管并將其堵塞，發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況好轉(zhuǎn)；

（10）拆下EGR閥，換上新閥試車，故障排除。

故障原因分析：故障是由EGR閥不密封并且開度過大引起。該車為4缸直列式發(fā)動機(jī)，EGR系統(tǒng)的進(jìn)氣管是接在四缸排氣管上的，EGR系統(tǒng)工作時(shí)，經(jīng)EGR閥進(jìn)入進(jìn)氣管的是四缸燃燒后的廢氣。根據(jù)各缸工作順序可知，四缸排氣時(shí)，正好三缸處于吸氣行程，由于三缸吸人廢氣多，所以工作不良。斷開四缸點(diǎn)火線，則四缸沒有點(diǎn)火，混合氣未燃燒而直接排出，此時(shí)經(jīng)EGR閥進(jìn)入進(jìn)氣管的是四缸未燃燒即排出的新鮮混合氣，使其他3個氣缸的混合氣質(zhì)量大大改善，所以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不降反而升高，抖動也減輕。

5、結(jié)論

通過以上故障診斷，找出了故障原因，排除了該車由于EGR系統(tǒng)問題而造成怠速不穩(wěn)的現(xiàn)象。從中得出結(jié)論：在檢查發(fā)動機(jī)怠速不穩(wěn)故障時(shí)，如果對其中某缸進(jìn)行斷火檢查時(shí)，出現(xiàn)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不降反而升高的反常現(xiàn)象，應(yīng)立即想到是由于EGR閥關(guān)閉不嚴(yán)故障所致。

[1] 央廣網(wǎng).2015年底全國機(jī)動車保有量2.79億 平均每百戶有31輛私家車[EB/OL].http://news.163.com/16/0125/20/BE707GND000 14JB5.html，2016-01-25/2016-06-30.

[2] 國家環(huán)境保護(hù)部、工業(yè)和信息化部.關(guān)于實(shí)施第五階段機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)的公告（2016年第4號）[Z].

[3] GB 18352.5—2013,輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國五階段）[S]

[4] 楊雪茹. 電控發(fā)動機(jī)檢測[M].鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué)出版社,2014: 139 -141.

The car engine exhaust gas recirculation control system fault diagnosis example analysis

Bi Shengqiang, Zhang Wenna
( Jiangsu traffic technician college, Jiangsu Zhenjiang 212028 )

Exhaust Gas Re-circulation system is the main equipment that can control the emissions of the oxynitride in the automobile exhaust. This article introduces the composition, working principle and common faults of the ERG, and HONDA Accord 7230 is as an example to show the faults diagnoses and procedure which will be a reference for the maintenance person.

Exhaust Gas Re-circulation (EGR); faults; diagnoses

U472.4

A

1671-7988(2016)10-209-03

畢勝強(qiáng)，就職于江蘇省交通技師學(xué)院。