汽車尾氣NOX超標.doc

關鍵詞】: 氮氧化合物步進電機式EGR閥相線繞組線圈斷路【前 言】：我國“十二五”時期新增氮氧化物作為受控大氣污染物，而機動車排放是氮氧化物的主要貢獻者之一。汽油車的主要排氣污染物是一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)和氮氧化物(NOx)，由于氮氧化物對光化學煙霧注1的生成具有重要作用，因此國家將氮氧化物削減作為“十二五”的約束性指標。如何減少機動車氮氧化物排放已成為各地關注的重點。 珠海市從今年5月1日起取消機動車排氣簡易工況法檢測過渡期整改措施，屆時排氣檢測不達標的機動車將不能通過年檢。此外，根據(jù)有關法規(guī)規(guī)定，對連續(xù)三個檢測周期排氣檢測不達標的機動車將實行強制報廢。 下面謹以診斷并維修“長安鈴木羚羊轎車年檢時氮氧化物(NOx)排放超標”的故障案例，來說明三元催化器與廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)是降低氮氧化物(NOx)排放的有效辦法。 一、 故障現(xiàn)象 一輛長安鈴木羚羊轎車，2002年出廠(LS5H2ABR92B06*)，搭載JL474Q1發(fā)動機（原型號是G13B），其車輛外形（圖1）。 圖片1.jpg (32.27 KB, 下載次數(shù): 203)下載附件 2014-6-23 20:18 上傳 圖1車輛外形 駕駛員提出的故障現(xiàn)象是：今年1月份到期年審，進行汽車尾氣檢測時，結(jié)果車輛的CO和HC檢測都處在正常值，但NOX值卻超標（圖2）注2，無法取得綠色環(huán)保標志。 儀表板上的發(fā)動機故障燈不亮，用檢測儀注3進入其控制系統(tǒng)，沒有發(fā)現(xiàn)有故障碼記錄注4。 圖片2.jpg (46.61 KB, 下載次數(shù): 209)下載附件 2014-6-23 20:18 上傳 圖 2初檢 排氣污染物檢測報告單（截圖）注2 二、故障分析與診斷 目前，控制汽車用汽油機污染物排放中的氮氧化物(NOx)超標排放技術可以分為兩類： 、降低污染物生成量的技術，又稱為機內(nèi)凈化技術，主要采用的是廢氣再循環(huán)； 、凈化或處理發(fā)動機排出后污染物的技術，又稱為機外凈化技術，主要采用的是三元催化器。三元催化器能同時控制碳氫化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放。 1、利用測量排氣溫度對三元催化器進行診斷 啟動發(fā)動機，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速維持在2500r/min左右，預熱至正常工作溫度，將車輛舉升，用數(shù)字式溫度計（我是使用非接觸式紅外線激光溫度計）盡量靠近（50mm內(nèi)）三元催化器的進口和出口，分別測量三元催化器進口和出口的溫度。三元催化器在正常工作狀態(tài)下“由于氧化反應會產(chǎn)生熱量”因而其出口溫度應高于入口溫度,一般要高出2025以上注5。如果出口溫度值低于以上的范圍，甚至比入口還低些，則三元催化器工作不正常，原因有兩種：一是已失效、二是有堵塞；如果三元催化器出口溫度值超過以上范圍，必定有大量異常的CO和HC參與反應，則說明點火系或燃油系出了問題，需對發(fā)動機本身做進一步的檢查。 圖片3.jpg (36.85 KB, 下載次數(shù): 210)下載附件 2014-6-23 20:18 上傳 圖3催化器入口的溫度 圖4催化器出口的溫度 據(jù)上述原理，對此車氮氧化物(NOX)超標的故障進行診斷時，我使用了非接觸式數(shù)字紅外線激光溫度計，測量了三元催化器入口的溫度（圖3），其表面溫度為攝氏135.3度; 測量了三元催化器出口的溫度（圖4），其表面溫度為攝氏173.3度。經(jīng)過上述的測量排氣溫度的檢測方法，說明此車的三元催化器處在正常的工作狀態(tài)。 2、廢氣再循環(huán)的作用 氮氧化物(NOx)發(fā)生在高溫大負荷的情況下。它的產(chǎn)生第一要有足夠高的溫度1600度以上（圖5）、第二要有高壓足夠大的壓力、第三要有多余的氧才能反應，這三個條件任何一個不滿足都不會產(chǎn)生氮氧化物。這三個條件：1、高溫; 2、高壓; 3、混合氣稀燃，處于富氧狀態(tài)（主要說是前壹個，后面兩個是在發(fā)動機設計過程中會盡量避免的）。為了破壞這三個條件，、壓力基本無法控制；、發(fā)動機在設計過程中已精確控制噴油量，盡量避免稀燃。、目前在用的發(fā)動機主要做的只有壹個：就是使用廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)，目的是使缸內(nèi)燃燒溫度降低，減少氮氧化物(NOx)產(chǎn)生。 圖片4.jpg (20.83 KB, 下載次數(shù): 206)下載附件 2014-6-23 20:18 上傳 圖5燃燒溫度與NOx排放量的關系3、廢氣再循環(huán)在發(fā)動機工作過程 為了使燃燒溫度降低，該系統(tǒng)是將一部分廢氣引到吸入的新鮮混合氣，返回氣缸內(nèi)部進行再循環(huán)參與燃燒的方法，其作用是用來減少NOx的排放量。氮氧化物NOx其主要是在高溫富氧的條件下生成的。在發(fā)動機工作過程種，如適時、適量地將部分廢氣再次引入氣缸內(nèi)，因廢氣中的主要成分CO2比熱容比較大，所以廢氣可將燃燒產(chǎn)生的部分熱量吸收并帶出氣缸，并對混合氣有一定的稀釋作用，因此降低了發(fā)動機燃燒的最高溫度和氧含量，從而減少了NOx化合物的生成量。但是過度的廢氣再循環(huán)將會影響發(fā)動機的正常工作，特別是在怠速、低轉(zhuǎn)速小負荷及發(fā)動機處于冷態(tài)運行時，以及在全負荷（節(jié)氣門全開）要求發(fā)動機動力性時，再循環(huán)的廢氣將對發(fā)動機的性能產(chǎn)生嚴重的影響。因此，應根據(jù)發(fā)動機的實際工況及工作條件的變化，能夠自動調(diào)整參與再循環(huán)的廢氣量。實踐證明，根據(jù)發(fā)動機結(jié)構(gòu)的不同，參與再循環(huán)的廢氣量一般在6%13%之間變化為宜。為了使廢氣再循環(huán)量對發(fā)動機性能不產(chǎn)生過度影響，現(xiàn)代電控發(fā)動機對廢氣再循環(huán)也采用了閉環(huán)控制策略，對實際的廢氣再循環(huán)量進行閉環(huán)修正反饋控制。 4、步進電機式EGR閥工作原理 此款羚羊轎車是采用步進電機式廢氣再循環(huán)EGR閥，包括閥體、閥座、閥桿、驅(qū)動裝置（圖6所示），其特征在于驅(qū)動裝置為旋轉(zhuǎn)式步進電機。極向右方向移動，轉(zhuǎn)子隨之正轉(zhuǎn) 反之，欲使步進電動機反轉(zhuǎn)時，相線控制脈沖極向右方向移動，轉(zhuǎn)子隨之正轉(zhuǎn) 反之，欲使步進電動機反轉(zhuǎn)時，相線控制脈沖按4相、3相、2相、1相的相順序依次超前90o相位角，定子上N極向左方向移動，轉(zhuǎn)子隨之反轉(zhuǎn)。圖片5.jpg (40.92 KB, 下載次數(shù): 212)下載附件 2014-6-23 20:18 上傳 圖6 EGR閥 結(jié)構(gòu)圖 圖7相線繞組的控制電路三、檢查羚羊轎車的步進電機式EGR閥 首先使用診斷儀注3進入發(fā)動機系統(tǒng)，觀察廢氣再循環(huán)EGR閥的數(shù)據(jù)流。 廢氣再循環(huán)EGR閥通常在下列條件下開啟：1.發(fā)動機暖機運轉(zhuǎn)。2.轉(zhuǎn)速超過怠速。ECU根據(jù)發(fā)動機冷卻水溫傳感器、節(jié)氣門位置傳感器和空氣流量傳感器來控制廢氣再循環(huán)EGR閥的開度. 在觀察發(fā)動機的數(shù)據(jù)流過程中，無論節(jié)氣門的開度增大還是減少，其廢氣再循環(huán)EGR閥的開度都是處在0（圖8）。 圖片6.jpg (45.5 KB, 下載次數(shù): 213)下載附件 2014-6-23 20:18 上傳 圖8 發(fā)動機的數(shù)據(jù)流（截圖） 在怠速狀態(tài)下用診斷儀注3進入測試功能，打開廢氣再循環(huán)EGR閥。因為發(fā)動機在怠速、低速、小負荷 及冷機時，廢氣參與再循環(huán)，輕則發(fā)動機抖動厲害，重則發(fā)動機熄火。但是此車用診斷儀注3進入測試功能打開廢氣再循環(huán)EGR閥時，發(fā)動機都在正常的怠速狀態(tài)無變化。說明廢氣再循環(huán)EGR閥并沒有被打開參加工作（圖9）。 圖片7.jpg (24.55 KB, 下載次數(shù): 205)下載附件 2014-6-23 20:18 上傳 圖9 用診斷儀打開廢氣再循環(huán)EGR閥 步進電機式EGR閥的就車檢查： 、檢查步進電機式EGR閥的電源電壓：將點火開關置于“ON”位置，然后分別測量從ECU電源來的端子b、e 與搭鐵之間的電壓值（應為電池電源電壓），如無電壓，則步進電機式EGR閥的電源有故障。實測此車的電源電壓為12.3V(圖10）。結(jié)論：步進電機式EGR閥的供電電源線正常。圖片8.jpg (64.69 KB, 下載次數(shù): 215)下載附件 2014-6-23 20:18 上傳 圖10 實測此車的電源電壓 、檢查A定子繞組的第3相線圈之間的電阻：斷開蓄電池上的負極線；斷開EGR閥插接件；檢查EGR閥插頭b與a之間的電阻，檢閱維修手冊得知：在20時上述插頭之間的電阻應為2226。實測此車EGR閥插頭b與a之間的電阻為24.4（圖11）。結(jié)論：步進電機式EGR閥的3相繞組線圈電阻正常。圖片9.jpg (94.56 KB, 下載次數(shù): 215)下載附件 2014-6-23 20:19 上傳 圖11實測3相繞組線圈電阻 、用上述方法，檢查A定子繞組的第1相線圈之間的電阻；檢查B定子繞組的第2相線圈之間的電阻。都與維修手冊的數(shù)據(jù)相符，結(jié)論：步進電機式EGR閥的1相繞組線圈電阻與2相繞組線圈電阻都正常 、當檢查到B定子繞組的第4相線圈之間的電阻時：實測此車EGR閥插頭e與f之間的電阻為無窮大(圖12）。結(jié)論：步進電機式EGR閥的4相繞組線圈電阻斷路。圖片10.jpg (63.12 KB, 下載次數(shù): 204)下載附件 2014-6-23 20:19 上傳 圖12 實測4相繞組線圈電阻（電阻為無窮大）四、故障排除 從上面的檢測中可知，為步進電機式EGR閥的第4相繞組線圈斷路，由于此車的步進電機式廢氣再循環(huán)EGR閥的閥體與驅(qū)動步進電機是不能分開出售，所以要一整體更換EGR閥總成（圖13）。EGR閥總成后，再次讀取數(shù)據(jù)流：起動發(fā)動機暖機，在發(fā)動機電動電動冷卻風扇運轉(zhuǎn)，并等待冷卻風扇停轉(zhuǎn)后，把發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高到2500轉(zhuǎn)/每分鐘時，其廢氣再循環(huán)EGR閥的開度為49（圖14）。可知，廢氣再循環(huán)EGR閥已參加工作。圖片11.jpg (48.33 KB, 下載次數(shù): 216)下載附件 2014-6-23 20:19 上傳 圖13 EGR閥 圖14換EGR閥后的數(shù)據(jù)流（截圖） 再次到檢測站進行汽車尾氣檢測時，結(jié)果車輛的CO、HC和NOX都處在正常值（圖15）注2，取得綠色環(huán)保標志。圖片12.jpg (48.4 KB, 下載次數(shù): 219)下載附件 2014-6-23 20:19 上傳 圖15 復檢排氣污染物檢測報告單（截圖）注2 五、結(jié)束語 綜上所述，通過對“長安鈴木羚羊轎車年檢時氮氧化物(NOx)排放超標”的故障排除 有如下體會：減少機動車染物的排放有兩項技術：為機內(nèi)凈化技術，主要采用的是廢氣再循環(huán)；機外凈化技術，主要采用的是三元催化器。 這次我把這些維修過程總結(jié)出來，供同行們參考，不當之處，請批評指正。 參考資料 1、 長安鈴木羚羊轎車維修手冊 電子網(wǎng)絡版 2、 現(xiàn)代汽車維修 黃虎夏令偉主編 上海交通大學出版社- 注1: 光化學煙霧：氮氧化物(NOx)主要是指NO和NO2。NO和NO2都是對人體有害的氣體。氮氧化物和碳氫化合物(HC)在大氣環(huán)境中受強烈的太陽紫外線照射后產(chǎn)生一種新的二次污染物-光化學煙霧,在這種復雜的光化學反應過程中,主要生成光化學氧化劑(主要是O3)及其他多種復雜的化合物,統(tǒng)稱光化學煙霧。注2：原自 新港機動車檢驗站出具的珠海市機動車排氣污染物檢測報告單注3 :【車王1號 全車系檢測儀】 生產(chǎn)單位：北京5053汽車工作室圖片13.jp