國(guó)六輕型柴油車顆粒捕集器頻繁再生問(wèn)題分析

華 偉 魏偉華 黃香兒

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品研發(fā)總院，南昌 330000）

為滿足國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輕型柴油車尾氣中碳煙排放的限制，需要在柴油車排氣后處理系統(tǒng)上安裝顆粒捕集器，以過(guò)濾并存儲(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的碳煙顆粒。當(dāng)顆粒捕集器內(nèi)部存儲(chǔ)的碳煙增加到一定程度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整車排氣背壓變大、油耗高、發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)力甚至無(wú)法啟動(dòng)[1]。在工況條件滿足時(shí)，汽車會(huì)自動(dòng)觸發(fā)再生以清除顆粒捕集器內(nèi)部存儲(chǔ)的碳煙顆粒。正常車輛的再生里程會(huì)處于一個(gè)比較合理的區(qū)間范圍，當(dāng)車輛出現(xiàn)故障時(shí)，頻繁的再生又會(huì)帶來(lái)油耗增加、機(jī)油稀釋問(wèn)題，而整車頻繁再生的原因比較復(fù)雜，對(duì)汽車工程技術(shù)人員與維修從業(yè)人員帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

1 顆粒捕集器工作原理

柴油機(jī)顆粒捕集器由外部的封裝殼體、內(nèi)部載體及二者之間的襯墊構(gòu)成。圖1 的壁流式多孔性蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最為廣泛的顆粒捕集器，其通常采用堇青石、碳化硅或碳酸鋁等作為載體材料[2]。

圖1 壁流式多孔性蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)的顆粒捕集器

圖2 為顆粒捕集器累碳與再生流程圖。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，攜帶碳煙的尾氣經(jīng)過(guò)顆粒捕集器時(shí)被過(guò)濾并存儲(chǔ)在顆粒捕集器內(nèi)壁上。隨著內(nèi)壁上存儲(chǔ)的碳煙越來(lái)越多，顆粒捕集器的通氣性變差，排氣背壓越來(lái)越大，裝在捕集器上的壓差傳感器通過(guò)監(jiān)控捕集器前后端的氣壓差來(lái)計(jì)算其內(nèi)部存儲(chǔ)的碳煙質(zhì)量。顆粒捕集器內(nèi)部存儲(chǔ)的碳煙質(zhì)量越大，氣壓差也越大。當(dāng)內(nèi)部存儲(chǔ)的碳煙顆粒物達(dá)到一定質(zhì)量時(shí)，若汽車行駛速度滿足要求（一般車速需大于50 km·h-1），車載計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)，增加噴油器的噴油量，提高排氣溫度以燃燒顆粒捕集器內(nèi)存儲(chǔ)的碳煙，從而起到清潔作用，這個(gè)過(guò)程就是顆粒捕集器的再生。正常車輛在一定的行駛里程內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的碳煙顆粒質(zhì)量基本在一個(gè)固定范圍內(nèi)，因此顆粒捕集器再生的頻率也較為固定[3]。當(dāng)顆粒捕集器再生頻率超過(guò)合理的再生頻率時(shí)，就稱為顆粒捕集器的頻繁再生。

圖2 顆粒捕集器累碳與再生流程圖

2 顆粒捕集器頻繁再生的可能原因與應(yīng)對(duì)方法

根據(jù)顆粒捕集器累碳及再生原理可知，只有車輛識(shí)別到碳煙充滿才會(huì)進(jìn)行再生，頻繁再生說(shuō)明車輛頻繁識(shí)別到碳煙充滿。據(jù)此可以判斷出，頻繁再生可能是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的碳煙增長(zhǎng)過(guò)快，用于識(shí)別顆粒捕集器內(nèi)部碳煙的壓差傳感器及其線路故障，或者存放碳煙的顆粒捕集器故障，主要原因包括以下幾個(gè)方面。

2.1 顆粒捕集器本身故障

如果顆粒捕集器載體內(nèi)部用于過(guò)濾炭灰的細(xì)孔燒融或內(nèi)部有無(wú)法再生的雜質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致顆粒捕集器實(shí)際用于存儲(chǔ)碳煙的容積變小，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生碳煙速率不變的情況下，顆粒捕集器更容易被碳煙充滿，從而觸發(fā)再生，進(jìn)而引起頻繁再生[4]。這種情況可以通過(guò)觸發(fā)再生后查看壓差傳感器測(cè)出的碳煙值的高低來(lái)判斷顆粒捕集器內(nèi)部載體是否損壞，若碳煙值較高，則說(shuō)明內(nèi)部載體損壞，需更換顆粒捕集器。

2.2 壓差傳感器管路堵塞

壓差傳感器通過(guò)2 根壓差管路連接顆粒捕集器載體的前后位置，如圖3 所示。當(dāng)車輛啟動(dòng)后，通過(guò)測(cè)量顆粒捕集器載體前后的氣壓差計(jì)算顆粒捕集器內(nèi)的碳煙含量。碳煙含量越多，顆粒捕集器內(nèi)壁的孔堵塞越嚴(yán)重，排氣阻力就越大。當(dāng)有高壓氣流流過(guò)顆粒捕集器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更大的氣壓差。壓差管路堵塞后會(huì)導(dǎo)致壓差測(cè)量不準(zhǔn)，電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）判定顆粒捕集器已經(jīng)被炭灰堵滿，從而啟動(dòng)車輛再生功能造成頻繁再生[5-7]。這種情況可以通過(guò)更換疏通壓差管路來(lái)解決。

圖3 壓差傳感器測(cè)量原理圖

2.3 壓差傳感器線路故障

壓差傳感器將壓差信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)傳至整車ECU，用于計(jì)算顆粒捕集器內(nèi)的碳煙質(zhì)量。當(dāng)壓差傳感器線路出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致ECU 收到的電壓信號(hào)不準(zhǔn)，ECU 判定顆粒捕集器已堵滿炭灰，從而啟動(dòng)車輛再生功能造成頻繁再生。這種情況，可以通過(guò)對(duì)比車輛怠速時(shí)壓差傳感器輸出的電壓信號(hào)來(lái)判斷壓差傳感器線路是否存在故障，如果壓差線路有問(wèn)題，可以通過(guò)修復(fù)來(lái)解決。

2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器磨損

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，噴油器通過(guò)噴油孔向發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)噴射霧化柴油。正常情況下，噴油孔的大小固定不變，在一定的噴油壓力下，ECU 通過(guò)控制燃油噴射的時(shí)間來(lái)控制燃油噴射量[8]。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器的噴油孔被磨損變大后，在燃油噴射壓力及噴射時(shí)間一定的情況下，噴油器實(shí)際噴射的燃油量高于ECU 認(rèn)為的燃油噴射量。在進(jìn)氣量不變的情況下，多出來(lái)的柴油不能充分燃燒，從而產(chǎn)生大量的碳煙。此時(shí)，用于過(guò)濾碳煙的顆粒捕集器就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)被碳煙填滿，每當(dāng)車輛檢測(cè)到該情況時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)再生，從而造成頻繁再生。這種情況，可以拆解噴油器去專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，如果確定為噴油器故障，直接更換噴油器即可解決問(wèn)題[9]。

2.5 噴油器墊片密封性不好

噴油器密封墊片連接密封噴油器與缸體燃燒室。若密封墊片不平或者表面有異物會(huì)導(dǎo)致密封不佳，進(jìn)而引起發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室漏氣。正常的發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，ECU 根據(jù)油門踏板的輸入信號(hào)計(jì)算噴油量及相匹配的進(jìn)氣量。若燃燒室漏氣，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)油多氣少，導(dǎo)致柴油燃燒不充分而產(chǎn)生大量碳煙。當(dāng)車輛檢測(cè)到顆粒捕集器被碳煙填滿時(shí)，會(huì)啟動(dòng)再生，進(jìn)而造成頻繁再生[10]。這種情況，可以通過(guò)更換噴油器墊片來(lái)解決。

2.6 進(jìn)氣管路漏氣

汽車的進(jìn)氣量和噴油量是根據(jù)油門踏板信號(hào)計(jì)算出來(lái)的。當(dāng)汽車空氣流量計(jì)后面的進(jìn)氣管路（包含中冷器、曲軸箱通風(fēng)管）輕微漏氣時(shí)，實(shí)際進(jìn)氣量比空氣流量計(jì)測(cè)出來(lái)的進(jìn)氣量小，但是噴油器還是按照油門踏板信號(hào)計(jì)算的數(shù)值正常噴射，這種情況會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)油多氣少，多出來(lái)的燃油無(wú)法充分燃燒便會(huì)產(chǎn)生大量碳煙。車輛檢測(cè)到顆粒捕集器被碳煙填滿時(shí)，會(huì)啟動(dòng)再生，進(jìn)而造成頻繁再生[11-14]。這種情況，可以通過(guò)在整個(gè)進(jìn)氣管路上噴肥皂泡沫并啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)尋找漏氣點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)來(lái)解決。

3 結(jié)語(yǔ)

顆粒捕集器作為國(guó)六輕型柴油車過(guò)濾碳煙顆粒以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的重要裝置，其存儲(chǔ)碳煙的特性要求必須定期再生清潔[15]。頻繁的再生主要是由車輛故障引起的，可能原因包括顆粒捕集器本身故障、壓差傳感器管路堵塞、壓差傳感器線路故障、發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器磨損、噴油器墊片密封性不好以及進(jìn)氣管路漏氣，應(yīng)采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理，避免頻繁再生帶來(lái)的油耗增加和機(jī)油稀釋問(wèn)題。