柴油發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)故障診斷思路分析

孫寶明

摘? ?要：目前，柴油機(jī)后處理技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，柴油機(jī)的排放物主要有碳顆粒、NOx、CO、HC等對(duì)人體與環(huán)境有害的成分組成。其中控制氮氧化合物NOx的最有效方法是選擇催化還原技術(shù)也稱之為SCR，該技術(shù)能使尾氣中氮氧化合物 NOx被加速還原成無害成分，并能在不降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率的前提下使 NOx 轉(zhuǎn)化率達(dá)到 90%以上，具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性與高抗硫性等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：ECU? 控制線路? 檢測(cè)儀? 故障指示燈? 故障碼? 動(dòng)力不足

中圖分類號(hào)：TK428? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（a）-0109-02

1? 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)功用

將還原劑（DEF）噴入柴油機(jī)排氣管中，排氣中的氮氧化合物在催化劑的作用下與DEF液發(fā)生反應(yīng)，被還原成氮?dú)夂退?，減少柴油車尾氣排放中的氮氧化合物的含量。

2? 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)的組成

以福田歐曼康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)后處理排氣凈化系統(tǒng)為例，由DEF罐、DEF噴射單元、油氣分離器、排氣處理器總成、DEF加熱電磁閥等組成。

2.1 DEF罐

DEF罐用于儲(chǔ)存DEF（尿素液）， DEF罐上裝有DEF液位和溫度傳感器。

2.2 DEF液位溫度傳感器

液位傳感器用于感知罐內(nèi)液體的液位，溫度傳感器用于感知DEF液的溫度。在傳感器桿中有數(shù)個(gè)的位置點(diǎn)，當(dāng)磁性的浮子到達(dá)某一位置點(diǎn)時(shí)，傳感器的電阻發(fā)生變化，從而可以判斷液位高低。

2.3 DEF噴射單元

DEF和空氣在噴射單元內(nèi)混合，混合好的DEF/空氣被送至DEF噴嘴。DEF噴射單元主要由隔膜泵、回流閥、計(jì)量閥、空氣切斷閥、DEF壓力傳感器、DEF/空氣壓力傳感器等組成。

2.3.1 隔膜泵

即尿素泵，受ECM控制，抽取尿素箱內(nèi)的尿素溶液，并保持一定的壓力。

2.3.2 回流閥

控制噴射單元內(nèi)部DEF的壓力卸回至DEF罐。

2.3.3 計(jì)量閥

由ECM控制，通過控制計(jì)量閥的開閉，控制DEF以及壓縮空氣的量。

2.3.4 空氣切斷閥

由ECM控制，用以調(diào)節(jié)空氣壓力，也作為空氣路開關(guān)。

2.3.5 DEF壓力傳感器

用以檢測(cè)DEF液壓力。

2.3.6 DEF/空氣壓力傳感器

用以檢測(cè)DEF/空氣混合物壓力。

2.4 油氣分離器

將還原劑（DEF）噴入柴油機(jī)排氣管中，排氣管中的氮氧化合物在催化劑的作用下與DEF液發(fā)生反應(yīng)，被還原成氮?dú)夂退?，減少柴油車尾氣排放中的氮氧化合物。

2.5 排氣處理器總成

內(nèi)部有多孔陶瓷，陶瓷上有特殊的金屬涂層，這些金屬涂層是催化劑，可以將廢氣和DEF進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂退?。消聲部分有NOx傳感器、排氣溫度傳感器的安裝凸臺(tái)。

2.5.1 NOx傳感器

傳感器將NOx的含量變?yōu)槟M信號(hào)傳給控制模塊，模塊將信號(hào)變?yōu)橥ㄐ判盘?hào)發(fā)到通信總線上。在NOx傳感器總成內(nèi)部有自診斷系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)自身的工作情況并通過通信總線和ECM通訊。

2.5.2 排氣溫度傳感器

排氣處理器上安裝了兩個(gè)排氣溫度傳感器，分別位于催化器前和后，用來監(jiān)測(cè)催化器進(jìn)、出口的溫度。

3? 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)控制邏輯

（1）傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)，并傳遞給ECM，ECM控制空氣切斷閥、回流閥、計(jì)量閥、尿素泵等執(zhí)行器工作，精確的控制噴射的DEF數(shù)量。

（2）NOx傳感器收集經(jīng)凈化后空氣中氮氧化合物含量并通過CAN總線傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊ECM，ECM調(diào)整尿素的噴射量。

（3）尿素泵接收ECM傳出的指令工作，抽取尿素箱內(nèi)的尿素溶液，控制尿素的噴射和回流。

（4）環(huán)境溫度傳感器監(jiān)測(cè)空氣溫度、尿素罐溫度傳感器監(jiān)測(cè)尿素溫度，并將溫度反饋信息給ECU，ECU發(fā)出指令，尿素罐加熱閥開始工作保證SCR系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4? 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)故障檢修思路與方法

故障現(xiàn)象一：

一臺(tái)福田歐曼GTL商用車，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足;組合儀表上發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)指示燈常亮，同時(shí)車輛在額定載荷下加速性能差;使用FT700診斷儀讀取到故障代碼為1678（排氣處理罐溫度信號(hào)回路開路或?qū)﹄娫炊搪罚?/p>

故障機(jī)理：

排氣處理罐溫度信號(hào)回路開路或?qū)﹄娫炊搪饭收?，ECU檢測(cè)到后處理柴油機(jī)排氣處理液罐溫度信號(hào)電壓高于規(guī)定值，ECU控制策略點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈，限制發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，造成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足。排氣處理液罐溫度回路包括排氣處理液罐溫度傳感器、ECU、排氣處理液罐溫度傳感器回路線束。

故障診斷思路分析（圖1）。

步驟1

斷開蓄電池負(fù)極電纜后拔下后處理DEF罐溫度傳感器線束接插件F054，用萬用表測(cè)量F054插接件部件端針腳2與針腳3之間的電阻值（標(biāo)準(zhǔn)值為180～160KΩ），如果阻值不正常說明傳感器損壞并更換。

步驟2

當(dāng)傳感器阻值正常時(shí)用導(dǎo)線跨接F054插接件線束端針腳2與針腳3進(jìn)行響應(yīng)測(cè)試，用檢測(cè)儀讀取故障碼，如果當(dāng)前故障碼為1677，1678變?yōu)闅v史故障碼，說明ECU與傳感器控制線路無故障，故障點(diǎn)為線束端插接件與傳感器端插接件接觸不良并給予修復(fù)。

步驟3

進(jìn)行響應(yīng)測(cè)試，用檢測(cè)儀讀取故障碼，如果當(dāng)前故障碼為仍然為1678，說明傳感器控制線路或ECU出現(xiàn)故障。首先，關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，斷開線束接插件F054后將點(diǎn)火開關(guān)打開至ON檔，用萬用表測(cè)量傳感器線束端F054針腳3電壓，正常值為5V左右，如果不是，檢測(cè)F054針腳3與F060針腳28之間線路是否存在短路與斷路現(xiàn)象，當(dāng)檢測(cè)線路為正常時(shí)，可判定故障點(diǎn)為插接件F060針腳28接觸不良或ECU損壞;當(dāng)測(cè)量傳感器線束端F054針腳3電壓為5V正常時(shí)，用萬用表檢測(cè)F054針腳2與F060針腳45線路是否正常，測(cè)量結(jié)果正常說明F060針腳45接觸不良或ECU損壞。

步驟4

經(jīng)過以上步驟還未鎖定故障點(diǎn)時(shí)，可認(rèn)定為ECU軟件版本錯(cuò)誤，進(jìn)行ECU的刷寫。

故障現(xiàn)象二：

一臺(tái)福田歐曼EST商用車儀表發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈常亮，據(jù)車主反映車輛起步容易熄火，行駛無力;使用FT700診斷儀讀取到故障代碼為2771（后處理出口氮氧化合物傳感器-更新速率異常）。

故障機(jī)理1：

氮氧化合物傳感器參數(shù)錯(cuò)誤，鑰匙開關(guān)處于ON（接通）位置時(shí)，ECM無法通過J1939數(shù)據(jù)通信接口與氮氧化物傳感器之間通信，ECM控制策略點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈，限制發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，造成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足。

故障診斷思路分析：

關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)（OFF斷開），拆卸后處理出口氮氧化物傳感器，核實(shí)氮氧化物傳感器是否正確符合發(fā)動(dòng)機(jī)，氮氧化物傳感器應(yīng)為24V標(biāo)準(zhǔn)。

故障機(jī)理2：

氮氧化合物信號(hào)回路開路，鑰匙開關(guān)處于ON（接通）位置時(shí)，ECM無法通過J1939數(shù)據(jù)通信接口與氮氧化物傳感器之間通信，ECM控制策略點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈，限制發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，造成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足。

故障診斷思路分析（圖1）。

步驟1

檢查F3（20A）保險(xiǎn)絲是否損壞，如果正常關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，將插接件F046拔下，用萬用表測(cè)量F046線束端針腳1電壓（正常值為24V左右），當(dāng)檢測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值不符，檢查該電源控制線路是否存在短路與斷路故障并給予修復(fù);測(cè)量F046線束端針腳1電壓值為24V左右時(shí)，用萬用表測(cè)量F046線束端針腳4是否搭鐵正常，標(biāo)準(zhǔn)電阻為小于2歐姆，如果測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值不符，檢查該搭鐵控制線路是否存在短路與斷路故障并給予修復(fù)。

步驟2

測(cè)量F046線束端針腳1與4都為正常時(shí)，針對(duì)氧化氮傳感器與ECU之間CAN總線系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。首先關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)并斷開蓄電池負(fù)極，將插接件F046拔下，用萬用表測(cè)量針腳2與針腳3之間電阻值，標(biāo)準(zhǔn)值為60Ω，測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值不符則檢測(cè)ECU內(nèi)與線束內(nèi)終端電阻是否正常，標(biāo)準(zhǔn)值為120Ω;如果終端電阻正常，連接蓄電池負(fù)極、打開點(diǎn)火開關(guān)，用萬用表測(cè)量插接件F046針腳2與針腳3電壓是否正常（標(biāo)準(zhǔn)值為H-CAN：2.65V? L-CAN：2.35V），當(dāng)測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值不符，根據(jù)圖2電路圖檢查F046插接件針腳2、3與F060插接件針腳7、22和F075插接件針腳1、2之間CAN總線線路是否存在短路或斷路故障并找到故障點(diǎn)將其修復(fù)。

步驟3

經(jīng)過以上步驟還未鎖定故障點(diǎn)時(shí)，可認(rèn)定為ECU軟件版本錯(cuò)誤，進(jìn)行ECU的刷寫。

5? 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)柴油商用車相關(guān)污染排放控制的主要技術(shù)路線是SCR系統(tǒng)，它的作用是降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的氮氧化物的含量。將尿素溶液實(shí)時(shí)適量地噴射到排氣管中，在催化劑的作用下，NOX反應(yīng)生成氮?dú)釴2和水H2O，從而將尾氣中的NOX還原成無害的氮?dú)釴2。本文針對(duì)此系統(tǒng)故障診斷思路進(jìn)行了分析。

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