柴油發動機后處理系統故障診斷思路分析

孫寶明

摘? ?要：目前，柴油機后處理技術已經發展成熟，柴油機的排放物主要有碳顆粒、NOx、CO、HC等對人體與環境有害的成分組成。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也稱之為SCR，該技術能使尾氣中氮氧化合物 NOx被加速還原成無害成分，并能在不降低發動機效率的前提下使 NOx 轉化率達到 90%以上，具有較好的燃油經濟性與高抗硫性等優點。

關鍵詞：ECU? 控制線路? 檢測儀? 故障指示燈? 故障碼? 動力不足

中圖分類號：TK428? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（a）-0109-02

1? 柴油發動機后處理系統功用

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

2? 柴油發動機后處理系統的組成

以福田歐曼康明斯柴油發動機后處理排氣凈化系統為例，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。在傳感器桿中有數個的位置點，當磁性的浮子到達某一位置點時，傳感器的電阻發生變化，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

控制噴射單元內部DEF的壓力卸回至DEF罐。

2.3.3 計量閥

由ECM控制，通過控制計量閥的開閉，控制DEF以及壓縮空氣的量。

2.3.4 空氣切斷閥

由ECM控制，用以調節空氣壓力，也作為空氣路開關。

2.3.5 DEF壓力傳感器

用以檢測DEF液壓力。

2.3.6 DEF/空氣壓力傳感器

用以檢測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液發生反應，被還原成氮氣和水，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進行催化轉化成氮氣和水。消聲部分有NOx傳感器、排氣溫度傳感器的安裝凸臺。

2.5.1 NOx傳感器

傳感器將NOx的含量變為模擬信號傳給控制模塊，模塊將信號變為通信信號發到通信總線上。在NOx傳感器總成內部有自診斷系統，監測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排氣溫度傳感器，分別位于催化器前和后，用來監測催化器進、出口的溫度。

3? 柴油發動機后處理系統控制邏輯

（1）傳感器監測信號，并傳遞給ECM，ECM控制空氣切斷閥、回流閥、計量閥、尿素泵等執行器工作，精確的控制噴射的DEF數量。

（2）NOx傳感器收集經凈化后空氣中氮氧化合物含量并通過CAN總線傳遞給發動機控制模塊ECM，ECM調整尿素的噴射量。

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

（4）環境溫度傳感器監測空氣溫度、尿素罐溫度傳感器監測尿素溫度，并將溫度反饋信息給ECU，ECU發出指令，尿素罐加熱閥開始工作保證SCR系統正常運轉。

4? 柴油發動機后處理系統故障檢修思路與方法

故障現象一：

一臺福田歐曼GTL商用車，發動機動力不足;組合儀表上發動機停機指示燈常亮，同時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回路開路或對電源短路）。

故障機理：

排氣處理罐溫度信號回路開路或對電源短路故障，ECU檢測到后處理柴油機排氣處理液罐溫度信號電壓高于規定值，ECU控制策略點亮發動機故障指示燈，限制發動機扭矩，造成發動機動力不足。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，用萬用表測量F054插接件部件端針腳2與針腳3之間的電阻值（標準值為180～160KΩ），如果阻值不正常說明傳感器損壞并更換。

步驟2

當傳感器阻值正常時用導線跨接F054插接件線束端針腳2與針腳3進行響應測試，用檢測儀讀取故障碼，如果當前故障碼為1677，1678變為歷史故障碼，說明ECU與傳感器控制線路無故障，故障點為線束端插接件與傳感器端插接件接觸不良并給予修復。

步驟3

進行響應測試，用檢測儀讀取故障碼，如果當前故障碼為仍然為1678，說明傳感器控制線路或ECU出現故障。首先，關閉點火開關，斷開線束接插件F054后將點火開關打開至ON檔，用萬用表測量傳感器線束端F054針腳3電壓，正常值為5V左右，如果不是，檢測F054針腳3與F060針腳28之間線路是否存在短路與斷路現象，當檢測線路為正常時，可判定故障點為插接件F060針腳28接觸不良或ECU損壞;當測量傳感器線束端F054針腳3電壓為5V正常時，用萬用表檢測F054針腳2與F060針腳45線路是否正常，測量結果正常說明F060針腳45接觸不良或ECU損壞。

步驟4

經過以上步驟還未鎖定故障點時，可認定為ECU軟件版本錯誤，進行ECU的刷寫。

故障現象二：

一臺福田歐曼EST商用車儀表發動機故障指示燈常亮，據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）。

故障機理1：

氮氧化合物傳感器參數錯誤，鑰匙開關處于ON（接通）位置時，ECM無法通過J1939數據通信接口與氮氧化物傳感器之間通信，ECM控制策略點亮發動機故障指示燈，限制發動機扭矩，造成發動機動力不足。

故障診斷思路分析：

關閉點火開關（OFF斷開），拆卸后處理出口氮氧化物傳感器，核實氮氧化物傳感器是否正確符合發動機，氮氧化物傳感器應為24V標準。

故障機理2：

氮氧化合物信號回路開路，鑰匙開關處于ON（接通）位置時，ECM無法通過J1939數據通信接口與氮氧化物傳感器之間通信，ECM控制策略點亮發動機故障指示燈，限制發動機扭矩，造成發動機動力不足。

故障診斷思路分析（圖1）。

步驟1

檢查F3（20A）保險絲是否損壞，如果正常關閉點火開關，將插接件F046拔下，用萬用表測量F046線束端針腳1電壓（正常值為24V左右），當檢測值與標準值不符，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;測量F046線束端針腳1電壓值為24V左右時，用萬用表測量F046線束端針腳4是否搭鐵正常，標準電阻為小于2歐姆，如果測量值與標準值不符，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。

步驟2

測量F046線束端針腳1與4都為正常時，針對氧化氮傳感器與ECU之間CAN總線系統進行檢測。首先關閉點火開關并斷開蓄電池負極，將插接件F046拔下，用萬用表測量針腳2與針腳3之間電阻值，標準值為60Ω，測量值與標準值不符則檢測ECU內與線束內終端電阻是否正常，標準值為120Ω;如果終端電阻正常，連接蓄電池負極、打開點火開關，用萬用表測量插接件F046針腳2與針腳3電壓是否正常（標準值為H-CAN：2.65V? L-CAN：2.35V），當測量值與標準值不符，根據圖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將其修復。

步驟3

經過以上步驟還未鎖定故障點時，可認定為ECU軟件版本錯誤，進行ECU的刷寫。

5? 結語

針對柴油商用車相關污染排放控制的主要技術路線是SCR系統，它的作用是降低柴油發動機排氣中的氮氧化物的含量。將尿素溶液實時適量地噴射到排氣管中，在催化劑的作用下，NOX反應生成氮氣N2和水H2O，從而將尾氣中的NOX還原成無害的氮氣N2。本文針對此系統故障診斷思路進行了分析。

參考文獻

[1] 江舸.淺談柴油發動機尾氣排放與控制技術[J].內燃機與配件，2019（22）：41-42.

[2] 原新濤.淺談重型柴油發動機的排放標準與后處理技術[J].內燃機與配件，2019（24）：70-71.

[3] 翟學超，張藝琛，張晴.柴油發動機尾氣后處理技術應用研究[J].時代汽車，2019（18）：19-21.