柴油发动机后处理系统故障诊断思路分析

朱敏霖

摘要：现阶段，柴油机的后处理技术已经发展成熟，柴油机的排放物主要由碳粒、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等对人体和环境有害的成分组成。其中，控制氮氧化物最有效的方法是选择性催化还原技术，也称为SCR。这种技术可以加速将废气中的NOx还原为无害成分，在不降低发动机效率的情况下，可以使NOx转化率达到90%以上。它具有较好的燃油经济性和高抗硫性。

关键词：ECU；控制线路；检测仪；故障指示灯；故障码；

结合我国目前的实际情况，在国Ⅳ阶段选择SCＲ技术作为中重型车用柴油机排气后处理技术路线主要有以下原因:具有更加出色的节油潜力;钒基SCＲ技术对燃油中硫的敏感度低;SCＲ技术国Ⅳ、国Ⅴ发动机平台继承性强，后处理产品通用性强;SCＲ在欧洲国家应用广泛，同时我国一直沿用欧洲的排放法规体系。

一、柴油发动机后处理系统的组成

1.DEF罐。DEF罐用于储存DEF（尿素液）,DEF罐上装有DEF液位和温度传感器。

2.DEF液位温度传感器。液位传感器用于感知罐内液体的液位，温度传感器用于感知DEF液的温度。在传感器杆中有数个的位置点，当磁性的浮子到达某一位置点时，传感器的电阻发生变化，从而可以判断液位高低。

3.DEF喷射单元。DEF和空气在喷射单元内混合，混合好的DEF/空气被送至DEF喷嘴。DEF喷射单元主要由隔膜泵、回流阀、计量阀、空气切断阀、DEF压力传感器、DEF/空气压力传感器等组成。（1）隔膜泵。即尿素泵，受ECM控制，抽取尿素箱内的尿素溶液，并保持一定的压力。（2）回流阀。控制喷射单元内部DEF的压力卸回至DEF罐。（3）计量阀。由ECM控制，通过控制计量阀的开闭，控制DEF以及压缩空气的量。（4）空气切断阀。由ECM控制，用以调节空气压力，也作为空气路开关。（5）DEF压力传感器。用以检测DEF液压力。（6）DEF/空气压力传感器用以检测DEF/空气混合物压力。

4.油气分离器。将还原剂（DEF）喷入柴油机排气管中，排气管中的氮氧化合物在催化剂的作用下与DEF液发生反应，被还原成氮气和水，减少柴油车尾气排放中的氮氧化合物。

5.排气处理器总成。内部有多孔陶瓷，陶瓷上有特殊的金属涂层，这些金属涂层是催化剂，可以将废气和DEF进行催化转化成氮气和水。消声部分有NOx传感器、排气温度传感器的安装凸台。

二、柴油机故障诊断目前存在的问题分析

1.柴油机是典型的多系统、多层次的复杂系统。其结构异常复杂，输入与输出的关系很不明显，很难用合适的模型来表达其结构、功能或状态。

2.故障与征兆之间关系的不确定性。一种故障可能引起多个征兆，而一个征兆可能有多个故障引起，而且经常可能是多个故障同时发生。

3.柴油机的工作环境大都比较恶劣，是在强振、强噪声、高温等的因素下工作的，许多有用的信号往往被噪声淹没。

4.柴油机内部高度相互影响的部件很接近，使得来自这些部件的特征信号发生重叠和混响，难以解调分离。对于小型紧凑的柴油机尤其如此。

5.柴油机结构、运动状态复杂，型号多样，难以归纳出共性。适用于某型号的柴油机的分析方法，对另一型号的柴油机未必可行；对同一机型取不同的测点进行测量，即使故障类型相同，所测量的结果都有可能是矛盾的。

三、柴油发动机后处理系统故障检修思路与方法

1.故障现象一：一台欧曼GTL商用车，发动机动力不足；组合仪表发动机停机指示灯常亮，同时车辆在额定载荷下加速性能差；使用FT700诊断仪读取到故障代码为1678（排气处理罐温度信号回路开路或对电源短路）。故障机理：排气处理罐温度信号回路开路或对电源短路故障，ECU检测到后处理柴油机排气处理液罐温度信号电压高于规定值，ECU控制策略点亮发动机故障指示灯，限制发动机扭矩，造成发动机动力不足。排气处理液罐温度回路包括排气处理液罐温度传感器、ECU、排气处理液罐温度传感器回路线束。故障诊断思路分析。步骤1。断开蓄电池负极电缆后拔下后处理DEF罐温度传感器线束接插件F054，用万用表测量F054插接件部件端针脚2与针脚3之间的电阻值（标准值为180~160KΩ），如果阻值不正常说明传感器损坏并更换。步骤2。当传感器阻值正常时用导线跨接F054插接件线束端针脚2与针脚3进行响应测试，用检测仪读取故障码，如果当前故障码为1677,1678变为历史故障码，说明ECU与传感器控制线路无故障，故障点为线束端插接件与传感器端插接件接触不良并给予修复。步骤3。进行响应测试，用检测仪读取故障码，如果当前故障码为仍然为1678，说明传感器控制线路或ECU出现故障。首先，关闭点火开关，断开线束接插件F054后将点火开关打开至ON档，用万用表测量传感器线束端F054针脚3电压，正常值为5V左右，如果不是，检测F054针脚3与F060针脚28之间线路是否存在短路与断路现象，当检测线路为正常时，可判定故障点为插接件F060针脚28接触不良或ECU损坏；当测量传感器线束端F054针脚3电压为5V正常时，用万用表检测F054针脚2与F060针脚45线路是否正常，测量结果正常说明F060针脚45接触不良或ECU损坏。步骤4。经过以上步骤还未锁定故障点时，可认定为ECU软件版本错误，进行ECU的刷写。

2.故障现象二：一台欧曼EST商用车仪表发动机故障指示灯常亮，据车主反映车辆起步容易熄火，行驶无力；使用FT700诊断仪读取到故障代码为2771（后处理出口氮氧化合物传感器-更新速率异常）。故障机理1：氮氧化合物传感器参数错误，钥匙开关处于ON（接通）位置时，ECM无法通过J1939数据通信接口与氮氧化物传感器之间通信，ECM控制策略点亮发动机故障指示灯，限制发动机扭矩，造成发动机动力不足。故障诊断思路分析：关闭点火开关（OFF断开），拆卸后处理出口氮氧化物传感器，核实氮氧化物传感器是否正确符合发动机，氮氧化物传感器应为24V标准。故障机理2：氮氧化合物信号回路开路，钥匙开关处于ON（接通）位置时，ECM无法通过J1939数据通信接口与氮氧化物传感器之间通信，ECM控制策略点亮发动机故障指示灯，限制发动机扭矩，造成发动机动力不足。故障诊断思路分析。步骤1。检查F3（20A）保险丝是否损坏，如果正常关闭点火开关，将插接件F046拔下，用万用表测量F046线束端针脚1电压（正常值为24V左右），当检测值与标准值不符，检查该电源控制线路是否存在短路与断路故障并给予修复；测量F046线束端针脚1电压值为24V左右时，用万用表测量F046线束端针脚4是否搭铁正常，标准电阻为小于2欧姆，如果测量值与标准值不符，检查该搭铁控制线路是否存在短路与断路故障并给予修复。步骤2。测量F046线束端针脚1与4都为正常时，针对氧化氮传感器与ECU之间CAN总线系统进行检测。首先关闭点火开关并断开蓄电池负极，将插接件F046拔下，用万用表测量针脚2与针脚3之间电阻值，标准值为60Ω，测量值与标准值不符则检测ECU内与线束内终端电阻是否正常，标准值为120Ω；如果终端电阻正常，连接蓄电池负极、打开点火开关，用万用表测量插接件F046针脚2与针脚3电压是否正常（标准值为H-CAN：2.65V L-CAN:2.35V），当测量值与标准值不符，根据图2电路图检查F046插接件针脚2、3与F060插接件针脚7、22和F075插接件针脚1、2之间CAN总线线路是否存在短路或断路故障并找到故障点将其修复。步骤3。经过以上步骤还未锁定故障点时，可认定为ECU软件版本错误，进行ECU的刷写。

总之，针对柴油商用车相关污染排放控制的主要技术路线是SCR系统，它的作用是降低柴油发动机排气中的氮氧化物的含量。将尿素溶液实时适量地喷射到排气管中，在催化剂的作用下，NOX反应生成氮气N2和水H2O，从而将尾气中的NOX还原成无害的氮气N2。针对此系统故障诊断思路进行了分析。

参考文献：

[1]江萍.浅谈柴油发动机尾气排放与控制技术.2019..

[2]郎新涛.浅谈柴油发动机后处理系统故障诊断思路分析.2020.