后处理维护论文柴油机后处理系统及故障诊断与排除

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柴油机后处理系统及故障诊断与排除技师保修三厂姓名：胡玉强内容提要：通过对后处理系统组成的了解，对尿素泵预注、加料、排空三个工作循环的分析，准确找出故障点，尿素管路及气路故障多发点的分析，氮氧化合物传感器及EGP故障的形成分析，并加以排除。加强维护保养制度，案例分析总结。关键词：后处理尿素泵EGP管路1939通讯保养制度目录：一、后处理系统的作用二、后处理系统的组成（一）、尿素加料装置(二)、催化器（三）、尿素喷射喷嘴（四）、传感器（五）、空气电磁阀（六）、热敏电阻（七）、串联式机油和空气滤清器（八）、尿素（九）、加料器管路三、故障诊断与排除（一）、预注阶段的故障诊断与排除（二）、加料阶段的故障诊断与排除（三）、排空阶段的故障诊断与排除 四、保养维护五、保养中实际操作及常见问题六、案例分析七、结语参考文献欧四排放水平的柴油发动机与以往的柴油发动机不同，它有一套尾气后处理系统，用以减少尾气排放中的氮氧化物。由于日常维护不当，后处理系统会出现各种故障。要排除故障首先要；了解后处理系统的组成，其次在根据它们的工作原理，针对故障现象加以判断。一、后处理系统的作用后处理系统即为选择性催化转换器，用已将氮氧化物转化为惰性化合物：N2和H2O。选择催化转化过程是基于一系列化学反应的基础上，通过氨气同废气中氧的反应，降低排气中氮氧化物的含量。二、后处理系统的组成：（一）、尿素加料装置（简称：尿素泵） 1、尿素泵集成了后处理系统电脑与泵体及压力开关、空气电磁阀、空气阀、调节阀、促动阀等于一体，是一总成部件。2、尿素加料泵接收发动机ECM发送的CAN信息，根据信息的内容准确适量喷射尿素。3、尿素加料系统利用系统供应的空气，将一定剂量的尿素输送到喷射喷嘴。4、尿素泵有一个内置的加热装置，允许系统在室外温度低于–40°C的情况下工作5、尿素泵具有自我诊断的步骤，尿素泵通知系统有关它通过J1939总线接口发送OBD报文的状态的信息。6、尿素泵可以匹配12VDC和24VDC供电电压.数字式电子加料器控制使得尿素加料系统可以极快地达到所需的流量，在稳态标准条件下，即泵标定为20°C环境和液体温度，所需数量的误差为1%。吸入流量呈波动状态，最大峰值流量约为25升/小时。吸入流量的脉冲频率随加料量的增加而增大。（二）、催化器（排气处理器–EGP） 催化器是当前排气消音器尺寸的两倍。催化器包括两个部分1、消音2、催化反应砖全催化剂-没有贵重的金属-良好的NH3吸收能力-良好的氮氧化物转换能力。（三）、尿素喷射喷嘴1、尿素喷射喷嘴的尖端有4x0.55m个孔，安装在排气管上，可以使尿素和空气雾化，喷射到尾气中与EGP中反应砖中和。2、喷嘴由不锈钢制成，带有陶瓷内核。3、当维修喷嘴时应小心。不要使它掉落，否则可能损坏陶瓷涂层。（四）、传感器（组合液位和温度）1、液位（电磁浮子）液位传感器有14个电阻阶段，由簧片开关操控–标定时，必须参照第一个和最后一个的电阻器。每阶段之间的最大距离为21mm2、温度（热敏电阻）传感器（五）、空气电磁阀 空气电磁阀与尿素加料装置（泵）集成一体，无法单独更换。（六）、热敏电阻在催化器（排气处理器–EGP）上有两个热敏电阻，一个进口热敏电阻，一个出口热敏电阻。它们都用于监测催化器温度。（七）、串联式机油和空气滤清器空气/机油滤清器，用于清洁进入后处里系统的空气。（八）、尿素使用软化水对纯尿素进行稀释，NOxCare（尿素）是一种高纯度32.5%（按重量）的液态尿素溶液。（九）、加料器管路1、进气管路、尿素回流尿管路、尿素入口管路是尼龙管2、从加料器到喷油器的尿素/空气供应管为PTFE管，可以承受EGP产生的高温。三、故障诊断与排除：根据本人近几年对后处理系统维修经验，造成尿素不消耗故障点主要集中在后处理系统中的尿素泵及相关气管路与尿素管路方面，而电路方面较少出现问题。要想排除尿素泵及相关气管路与尿素管路故障首先要了解尿素泵的工作过程，通过对工作过程分析以准确的找出故障点。后处理系统利用一个非常精确的加料泵，将液体尿素喷射到催化器上游的排气系统中。泵喷出的尿素量由发动机ECM控制。在正常工作情况下，加料泵有三个控制阶段：预注加料排空（一）、预注阶段的故障诊断与排除：图A 如图A所示为尿素泵总成内部预注阶段工作原理图。图中8为膜片泵，9为尿素进口单向阀，7为尿素出口单向阀，10压力开关，11空气促动阀，C尿素储液罐至尿素泵管路接口（入口）D尿素泵至尿素储液罐管路接口（回液口）。当发动机运转，加料泵将进入预注阶段。尿素溶液通过尿液入口C、单向阀9、尿素泵8、单向阀7、压力开关10、空气促动阀11与回液口D循环并流回到尿素罐中，以便排空系统中的空气。排空阶段运行时将会听到加料器电机全速运转30秒，空气电磁阀将在本阶段末工作（当电磁阀吸合时会有一声清脆的响声）。此时空气促动阀11切断预祝阶段尿素回液路径，如果压力开关检测到系统压力达到300Kpa预注阶段成功，如果预注阶段第一次不成功，空气电磁阀将断电，电机将再全速运转30秒。这一顺序可以重复最多20次，然后显示出加料泵故障这一过程非常重要，可以通过观察电磁阀是否多次重复启动，来判断加料过程中系统是否出现故障。故障判断过程如下：1、首先打开点火开关，（注意：不要启动发动机）这时尿素泵会发出吱的一声响，这是尿素泵电机复位响声，说明尿素泵可正常工作。如无响声说明泵电机可能损坏。为准确找出故障点应作进一步检查。2、拆下储液罐端回液管，并将其放入到专用容器内，启动发动机观察回液管应有尿素液流出。回流畅通说明预注系统基本正常，如出现回液不畅堵塞现象应将储液罐至加料泵的进液管拆下，检查管路是否因尿素结晶造成堵塞，如有应对管路进行疏通。疏通方法：用纯净水将其加热至100-80摄氏度后装入注射器内，使用注射器从进液管处将热水注入到预注循环系统内，并使泵继续工作以加速热水在系统内的循环，使结晶的尿素加快溶解，直至回液畅通为止。3、经过以上两项检修后预注阶段仍不能成功完成，说明故障应出现在尿素泵内部的空气促动阀或压力开关。由于我厂目前没有对尿素泵总成进行维修的能力，因此只能对故障尿素泵总成进行更换。 （二）、加料阶段的故障诊断与排除：图B如图B所示为尿素泵总成内部加料阶段工作原理图。图中1空气阀（有电磁阀控制），2空气压力调节器，3空气量孔，4空气单向阀，5尿素单向阀，6混合室，A车辆空气与尿素泵接口B尿素泵与喷嘴接口。在预注阶段末，空气电磁阀打开，泵电机停止。使来自车辆气罐的空气通过接口A进入空气阀，空气阀在空气电磁阀的控制下改变阀芯位置，将空气引入空气压力调节器，经过调压后的空气被输送至空气促动阀11与空气量孔3，在经过单向阀4进入混合室，经过尿素泵与喷嘴接口B将空气源源不断从喷嘴内喷入催化反应器。尿素泵现在准备好进行加料。加料阶段由发动机ECM根据发动机产生的氮氧化物和排气温度进行控制。当满足以下几个条件时尿素泵开使工作：在排气进口和出口上达到200摄氏度（1）没有后处理系统相关的故障代码（2）尿素罐液位高于12%（3）空气压力高于约400KPa，而尿素压力约300KPa（4）尿素温度超过-5摄氏度（5）符合康明斯氮氧化物算法。尿素在泵的压力作用下通过单向阀5也进入混合式，并与空气混合后，在空气的带动下一起进入催化反应器。当这一阶段出现不喷尿素故障时应从以下几方面入手对系统进行检查。1、首先连接检测电脑，打开诊断软件，读取故障代码。并启动发动机预热，打开数据界面，读取数据流。主要检测数据为：催化反应器前、后温度传感器数值，经过预热后，两个传感器的温度应达到200℃以上，检测尿素压力，尿素压力是否可达约300KPa，在标准压力范围内。监测尿素液位15%以上，温度应与外界温度接近，如以上数据不在合理范围内变化应对传感器和相关电路进行检查更换。如均在合理范围内且无相关故障代码时可进行尿素喷射实验。 2、尿素喷射实验的方法是通过诊断软件里的测试功能，激活后处理系统中的尿素泵，使其在人为的控制下进行尿素喷射。通过观察尿素喷射的状态，用以判断尿素泵与喷嘴是否工作正常。首先将尿素喷嘴从排气管上拆下，与尿素喷管重新装配好后放入专用容器内，启动发动机进行喷射实验。喷射实验开始后可观察到尿素在压缩空气带动下，成雾状从喷嘴的喷孔内向外喷射。此喷射状态正常，说明尿素泵及控制系统工作良好。在进行喷射实验时一切正常，而车辆运行时不能正常喷射一般是由于对所消耗的尿素进行添加时，未按规定最高液位位置进行补充，大量超出所规定位置上限，以超出液位传感器量程。使传感器无法计量尿素实际消耗量，后处理系统电脑对传感器经过一段时间的监控后，未发现有尿素正常消耗数据，认为系统出现故障，因此尿素泵停止工作并记录故障。排除故障方法：使用诊断电脑清除故障同时将多余尿素排出，使尿素液位在标准范围内。3、如进行喷射实验时不能正常喷射应对相关气路管线与尿素管线进行检查。来自车辆气罐（后处理系统专用气罐）的压缩空气经过空气/机油滤清器，将清洁空气输送至尿素泵。当空气/机油滤清器堵塞时会造成尿素泵端空气压力下降，使泵内空气阀等不能按设计要求进行正常工作，进而影响到尿素无法正常喷射。检查时可将压力表连接至尿素泵端，通过观察表压力来确定滤清是否有堵塞现象。排除方法：对堵塞的滤清器进行更换，同时也要认真检查气管路，管路的泄漏也会造成压力下降。如泵外围气路系统工作正常，故障应出在泵内部气路控制机构上，因无法对泵内进行修理只能采用更换新泵方法进行修复。4、预注阶段的正常进行说明尿素泵内部工作正常，极易出现故障故障的地方一般是在泵出口(图B中B出口)至尿素喷嘴的管线中，故障原因主要是由于尿素结晶对管路或喷嘴造成堵塞。排除方法可将尿素输送管与喷嘴拆下放入热水中浸泡，带结晶溶解后使用压缩空气对管路与喷嘴进行疏通。（三）、排空阶段的故障诊断与排除：图C如图C所示当钥匙开关转到 OFF（断开）位置，系统进入排空阶段，尿素泵电机停止工作不再提供尿素，而压缩空气继续从车辆气罐引入流经尿素泵通过接口B进入喷嘴继续喷射。空气将任何残留的尿素从系统中排出，否则这些液滴将会形成结晶可能堵塞泵阀门、喷嘴、管路等。此阶段将延续30秒，然后系统关闭。每次钥匙进行打开与关闭循环，都会进行排空工作。这一阶段非常重要，如该阶段长时间无法正常运行将导致整个系统因结晶堵塞无法工作。此阶段故障点主要出现在气路。1、首先应检查后处理系统专用气罐与各管路接通有无渗漏气，轻微泄露可用肥皂水涂抹至可疑处检查，严重泄漏直观便可察觉。如发现故障应采取有效方法进行排除，如：更换密封垫等。在停机状态下确保气罐内有足够的储气量以维持30秒钟排空阶段所需用气。2、检查气体压力时可将压力表连接至尿素泵端，通过观察表压力来确定滤清是否有堵塞现象。对堵塞的滤清器进行更换，同时也要认真检查气管路，管路的泄漏也会造成压力下降。过低的压力无法打开单向阀4使系统进行排空。四、保养维护　　　在后处理保养中：一级：（5000-10000㎞）检查气源是否有漏气的，是否含油，及通畅性，对后处理所有零件及泵体进行外部清洁，清洗尿素罐外部，清洁后检查尿素泵外部有无损坏，在检查尿素泵罐里有无尿素，然后查看尿素管路有无磨损或断裂，安装固定到位，检查尿素线束外观是否完好，安装固定到位，检查排气温度传感器线束外观是否完好，安装固定到位，检查EGP外观是否完好，检查尾气是否超标。二级：（12000-16000㎞）在一级检查基础上，对气源的压力进行测试，是否达到4bar以上，管路安装是否到位。用热水清洗尿素管路，清洗排气管处尿素喷嘴，在保证所有零件外部正常后，连接电脑，检查有没有SCR后处理系统相关的故障代码，然后进行加料测试和空气电磁阀咔嗒测试，按以上的检查后正常说明尿素泵工作正常，如果出现任何故障将按以下操作来排除故障．检查1939通讯线束，电源为24V以上，1939通讯线一个在2,7V以上，一个在4,0V以上，检查氮氧化合物传感器线束，拆下传感器探头查看是否被结晶。检查排气管是否开裂，查看排气管壁内是否结晶，检查尿素喷头四个孔是否堵塞。二级检测过程中常见故障代码及解决措施　　先连接电脑，检查故障代码1683　1699　不影响喷射。2976只需删码就可以，1711故障要检查尿素泵电源及保险和1939通讯是否正常．　　1675　1676检查进排温度传感器．1682高频计次或是现行故障操作如下:　　　①检查喷嘴是否堵塞→无堵塞：正常　　　　　　　　　　　　→堵塞：⑴用热水冲→通开→完成　　　　　　　　　　　　　　　　⑵通不开→更换尿素泵　　　②检查气路是否不出气、出气量低、长出气、电磁阀不工作、电磁阀漏气　　　　⑴拆下尿素泵喷射管，拆下尿素泵头上的空气管　　　　⑵用电脑执行空气电磁阀咔嗒试验　　　　⑶ 连接一个加满热水的注射器到空气进口，慢慢的推入热水，冲洗泵内空气管路，水流将经过泵内的空气管路并由喷射口流出尿素泵　　　　⑷重复执行三次并持续一分钟　　　③尿素泵喷射试验：⑴喷：说明各管路正常　　　　　　　　　　　　　失速试验后：⑴喷射：正常　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⑵不喷：更换尿素泵　　　　　　　　　　　　⑵不喷：检查各管路→检查预注情况　　　　管路：⑴堵塞：将更换管路　　　　　　　⑵不堵塞:失查是否预注　　　　预注：⑴不预注：更换尿素泵　　　　　　　⑵预注：失速试验→⑴喷射：正常　　　　　　　　　　　　　　　　⑵不喷：更换尿素泵　氮氧化合物传感器出现2711故障代码说明ECM与剂量控制单元通讯中断1检查剂量控制单元缺少蓄电池电压端2检查剂量控制单元缺少蓄电池接地端3检查剂量控制单元是否缺少钥匙开关的输入4检查剂量控制单元与主发动机ECM之间的J1939数据通信接口线路短路或开路5外部OEM控制装置故障或不再经数据通信接口传送数据。6剂量控制单元故障1出现16921887氮氧传感器故障代码可能的因素–氮氧化合物传感器加热错误–氮氧化合物传感器信号错误2触发条件–EGP出口温度>120oC(CM2150>140C)–等待160秒，氮氧化合物传感器自诊断–10秒后上报CAN总线后处理进排口温度传感器　　出现16751676故障代码说明进排温度传感器有问题1检查过程：　　　　　　　　①查看EGP上的进排口温度传感器外部有无磨损或断裂　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⑴有：更换传感器　　　　⑵没有：做失速试验　　　②做失速试验：连接电脑做失速试验后应进排温度都达到200℃，如果两个传感器数值差距很大，如一个迟迟达不到200℃　　　　⑴进气口温度达不到200℃应进行更换　　　　⑵排气口温度达不到200℃应进行更换判定EGP是否更换　　　①检查传感器是否断：如断直接更换EGP说明EGP　　　　　　内部松动撞断传感器　　　②发白或是表面有白色物质：如有更换EGP说明催化砖固定物已经解体EGP损坏后，发动机故障现象　　当EGP损坏后．发动机在高速行使后会出现冒少量的蓝烟的现象 　　1检查过程：做失速试验，在做失速试验后有蓝烟，应先将EGP断开在做一次失速试验．①蓝烟：应确定EGP没有问题，要检查EGP以前的发动机部件是否出现问题（如烧机油、喷油器损坏等　　　②无蓝烟：应确定是EGP的问题，要检查EGP是否需要更换　三级：（18000-24000㎞）在二级保养得基础上，连接电脑，检查有没有SCR后处理系统相关的故障代码，更换供气的油气分离器五、保养中实际操作及常见问题　　空气路存在的问题:旋紧式的油气分离器–1松动可能导致低空气流量及压力2进出空气管接错一，空气中的杂质–1空压机窜出过多的机油2空压机或油气分离器故障3在更换油气分离器时导致过多的杂质进入空气系统空气电磁阀–1如果喷射管中的阻力过大将会增加空气释放的时间.2如果点火开关快速的关闭又打开将会导致的空气路的结晶.松动的接头和损坏的管路. 1污染物从松动的液位温度传感器进入尿素罐内2污染物从不正确罐盖进入尿素罐3污染物从密封不严的罐盖进入尿素罐4不正确的尿素管布线导致尿素进回液管的阻力　 尿素管路安装问题，太高：下图为错误安装排气管质量问题，安装问题 排气管内结晶尿素喷嘴和尿素管堵塞造成不着车 可用温水化开氮氧化合物传感器震动及干涉导致线束破裂损害 线束问题因密封圈去除造成线束插接器端子锈蚀 六、案例分析：案例1458路34011号车，尿素泵跑气，检查后桥气源到油气分离器管路正常，检查油气分离器到尿素泵管路正常，油气分离器正常，着车后，空气电磁阀处跑气，用电脑连接进行咔嗒试验，并用注射器从空气电磁阀人口注入热水，反复三次，电磁阀处结晶被冲开，着车后正常。因为尿素泵的空气电磁阀结晶，导致气源无法进入尿素泵内，管路被瘪，造成跑气现象。案例2692路64711号车，尿素不消耗，检查气源正常，尿素罐不亏尿素，检查来回液管路及尿素喷管正常，拆卸尿素喷嘴，发现四个喷孔堵塞，用热水冲洗无效，更换尿素喷嘴。因为尿素喷嘴结晶，导致尿素泵所喷尿素无法进入排气管内，电脑接收不到排气温度传感器回馈信号，所以尿素泵停止工作。案例35路24611号车，尿素不消耗，检查气源正常，尿素罐不亏尿素，检查来回液管路及尿素喷管正常，尿素泵进口结晶， 用热水冲洗，恢复管路，连接电脑做超控试验，仍然不喷尿素，做咔嗒试验，并用注射器从空气电磁阀人口注入热水，反复三次，恢复管路后做超控试验，不喷尿素，更换尿素泵后正常。因为尿素泵进口结晶，导致尿素泵腔内无循环尿素，造成腔内结晶，热水无法疏通腔内结晶，所以只能更换尿素泵。案例4505路33530号，故障灯亮无力，连接电脑，有27112713现行故障，检查1939通讯线路正常，无24V供电电源，查找尿素泵电源保险20A,保险烧蚀，更换保险后着车做失速试验，保险烧断，更换尿素泵后正常，因为尿素泵内模板短路，导致反复烧保险。案例5505路33573号车，故障灯亮无力，连接电脑，有1692现行故障，进行尿素超控试验，尿素喷嘴喷尿素，检查氮氧化合物传感器电源24V正常，1939通讯2，7V4.0V正常，更换氮氧化合物传感器，做失速试验，用电脑做氮氧化合物复位，四次后故障码变成非现，发动机功率达标。因为氮氧化合物传感器内部故障，导致发动机降功率。七、结语综上所诉在排除后处理故障时也要遵循由浅入深，循序渐进的方法，认真分析工作原理快速、准确找出故障点并加以排除。以上是本人在实践工作中的一点经验，由于水平有限其中不足与不准确处望领导加以指正。参考文献：康明斯ISBE4发动机培训资料