柴油发动机后处理系统故障诊断思路分析

孙宝明

摘   要：目前，柴油机后处理技术已经发展成熟，柴油机的排放物主要有碳颗粒、NOx、CO、HC等对人体与环境有害的成分组成。其中控制氮氧化合物NOx的最有效方法是选择催化还原技术也称之为SCR，该技术能使尾气中氮氧化合物 NOx被加速还原成无害成分，并能在不降低发动机效率的前提下使 NOx 转化率达到 90%以上，具有较好的燃油经济性与高抗硫性等优点。

关键词：ECU  控制线路  检测仪  故障指示灯  故障码  动力不足

中图分类号：TK428                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）03（a）-0109-02

1  柴油发动机后处理系统功用

将还原剂（DEF）喷入柴油机排气管中，排气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的含量。

2  柴油发动机后处理系统的组成

以福田欧曼康明斯柴油发动机后处理排气净化系统为例，由DEF罐、DEF喷射单元、油气分离器、排气处理器总成、DEF加热电磁阀等组成。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.3.1 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。

2.3.2 回流阀

控制喷射单元内部DEF的压力卸回至DEF罐。

2.3.3 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。

2.3.4 空气切断阀

由ECM控制，用以調节空气压力，也作为空气路开关。

2.3.5 DEF压力传感器

用以检测DEF液压力。

2.3.6 DEF/空气压力传感器

用以检测DEF/空气混合物压力。

2.4 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。

2.5 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。

2.5.1 NOx传感器

传感器将NOx的含量变为模拟信号传给控制模块，模块将信号变为通信信号发到通信总线上。在NOx传感器总成内部有自诊断系统，监测自身的工作情况并通过通信总线和ECM通讯。

2.5.2 排气温度传感器

排气处理器上安装了两个排气温度传感器，分别位于催化器前和后，用来监测催化器进、出口的温度。

3  柴油发动机后处理系统控制逻辑

（1）传感器监测信号，并传递给ECM，ECM控制空气切断阀、回流阀、计量阀、尿素泵等执行器工作，精确的控制喷射的DEF数量。

（2）NOx传感器收集经净化后空气中氮氧化合物含量并通过CAN总线传递给发动机控制模块ECM，ECM调整尿素的喷射量。

（3）尿素泵接收ECM传出的指令工作，抽取尿素箱内的尿素溶液，控制尿素的喷射和回流。

（4）环境温度传感器监测空气温度、尿素罐温度传感器监测尿素温度，并将温度反馈信息给ECU，ECU发出指令，尿素罐加热阀开始工作保证SCR系统正常运转。

4  柴油发动机后处理系统故障检修思路与方法

故障现象一：

一台福田欧曼GTL商用车，发动机动力不足;组合仪表上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（图1）。

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。

故障现象二：

一台福田欧曼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：

氮氧化合物传感器參数错误，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（图1）。

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。

5  结语

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。本文针对此系统故障诊断思路进行了分析。

参考文献

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[2] 原新涛.浅谈重型柴油发动机的排放标准与后处理技术[J].内燃机与配件，2019（24）：70-71.

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