汽車尾氣NOX超標(biāo)講解

1、關(guān)鍵詞】: 氮氧化合物步進(jìn)電機(jī)式 EGR 閥 相線繞組線圈斷路 【前 言】：我國“十二五”時(shí)期新增氮氧化物作為受控大氣污染物， 而機(jī)動(dòng)車排放是氮氧化物的主要貢獻(xiàn)者之一。 汽油車的主要排氣污染物 是一氧化碳 (CO)、碳?xì)浠衔?(HC)和氮氧化物 (NOx)，由于氮氧化物對(duì) 光化學(xué)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(biāo)。 如何減少機(jī)動(dòng)車氮氧化物排放已成為各地關(guān) 注的重點(diǎn)。 珠海市從今年 5月 1日起取消機(jī)動(dòng)車排氣簡(jiǎn)易工況法檢測(cè) 過渡期整改措施， 屆時(shí)排氣檢測(cè)不達(dá)標(biāo)的機(jī)動(dòng)車將不能通過年檢。 此外， 根據(jù)有關(guān)法規(guī)規(guī)定， 對(duì)連續(xù)三個(gè)檢測(cè)周期排氣檢測(cè)不達(dá)標(biāo)的

2、機(jī)動(dòng)車將實(shí) 行強(qiáng)制報(bào)廢。 下面謹(jǐn)以診斷并維修“長(zhǎng)安鈴木羚羊轎車年檢時(shí)氮氧化物 (NOx)排放超標(biāo)”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(zhǎng)安鈴木羚羊轎車， 2002 年出廠 (LS5H2ABR92B06*)，搭載 JL474Q1發(fā)動(dòng)機(jī)(原型號(hào)是 G13B)，其車 輛外形(圖 1)。 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(jìn)行 汽車尾氣檢測(cè)時(shí)， 結(jié)果車輛的 CO和 HC檢測(cè)都處在正常值， 但 NOX值卻 超標(biāo)（圖 2）注 2，無法取得綠色環(huán)保標(biāo)志。 儀表板上的發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈 不亮，用檢測(cè)儀

3、 注 3進(jìn)入其控制系統(tǒng)，沒有發(fā)現(xiàn)有故障碼記錄 注 4。 圖 2 初檢 排氣污染物檢測(cè)報(bào)告單（截圖） 注 2 二、故障分析與診斷 目前，控制汽車用汽油機(jī)污染物排放中的氮氧化物 (NOx) 超標(biāo)排放 技術(shù)可以分為兩類： 、降低污染物生成量的技術(shù)，又稱為機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)，主要采用 的是廢氣再循環(huán)； 、凈化或處理發(fā)動(dòng)機(jī)排出后污染物的技術(shù)，又稱為機(jī)外凈化技 術(shù)，主要采用的是三元催化器。三元催化器能同時(shí)控制碳?xì)浠衔?(HC) 和一氧化碳 (CO)排放。 1 、利用測(cè)量排氣溫度對(duì)三元催化器進(jìn)行診斷 啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在 2500r/min 左右，預(yù)熱至 正常工作溫度，將車輛舉升，用數(shù)字式溫度計(jì)(我是

4、使用非接觸式紅外 線激光溫度計(jì))盡量靠近( 50mm 內(nèi))三元催化器的進(jìn)口和出口，分別 測(cè)量三元催化器進(jìn)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(yīng)會(huì)產(chǎn)生熱量”因而其出口溫度應(yīng)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(yīng)，則說明點(diǎn)火系或燃油系出了問題，需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身做進(jìn) 步的檢查。 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(duì)此車氮氧化物 （NOX） 超標(biāo)的故障

5、進(jìn)行診斷 時(shí)，我使用了非接觸式數(shù)字紅外線激光溫度計(jì)，測(cè)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(cè)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(cè)量排氣溫 度的檢測(cè)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(fù)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(yīng)， 這三個(gè)條件任何一個(gè)不滿足都不會(huì)產(chǎn)生氮 氧化物。這三個(gè)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(gè)，

6、后面兩個(gè)是在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中會(huì)盡量避免的） 為了破壞這三個(gè)條件，、壓力基本無法控制；、發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)主要做的 只有壹個(gè)：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 5 燃燒溫度與 NOx排放量的關(guān)系 3、廢氣再循環(huán)在發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)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(dòng)機(jī)工作過程種，如適時(shí)、適量地將部分廢氣再次引入氣缸

7、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(duì)混合氣有一定的稀釋作用， 因此降低了發(fā)動(dòng) 機(jī)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(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，特別是在怠速、低轉(zhuǎn)速 小負(fù)荷及發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷態(tài)運(yùn)行時(shí)，以及在全負(fù)荷（節(jié)氣門全開）要求發(fā) 動(dòng)機(jī)動(dòng)力性時(shí)， 再循環(huán)的廢氣將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。 因此， 應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況及工作條件的變化， 能夠自動(dòng)調(diào)整參與再循環(huán) 的廢氣量。實(shí)踐證明，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能

8、不產(chǎn)生 過度影響，現(xiàn)代電控發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)廢氣再循環(huán)也采用了閉環(huán)控制策略， 對(duì)實(shí) 際的廢氣再循環(huán)量進(jìn)行閉環(huán)修正反饋控制。 4、步進(jìn)電機(jī)式 EGR閥工作原理 此款羚羊轎車是采用步進(jìn)電機(jī)式廢氣再循環(huán) EGR 閥，包括 閥體、閥座、閥桿、驅(qū)動(dòng)裝置（圖 6 所示），其特征在于驅(qū)動(dòng)裝置為旋 轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī) 。 極向右方向移動(dòng)，轉(zhuǎn)子隨之正轉(zhuǎn) 反之，欲使步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，相線控制脈沖極向右方向移動(dòng)，轉(zhuǎn)子隨之正轉(zhuǎn) 反之，欲使 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)， 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(dòng)，轉(zhuǎn)子隨之反轉(zhuǎn)。 圖 6 EGR 閥 結(jié)構(gòu) 圖 7 相線繞組的控制電路

9、 三、檢查羚羊轎車的步進(jìn)電機(jī)式 EGR閥 首先使用診斷儀 注3進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)暖 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 2. 轉(zhuǎn)速超過怠速。 ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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）。 發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)流（截圖） 圖8 在怠速狀態(tài)下用診斷儀 注 3 進(jìn)入測(cè)試功能，打開廢氣再循 環(huán) EGR閥。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在怠速、低速、小負(fù)荷 及冷機(jī)時(shí)，廢氣參與再 循環(huán)，輕則發(fā)動(dòng)機(jī)

10、抖動(dòng)厲害，重則發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。但是此車用診斷儀 注 3 進(jìn)入測(cè)試功能打開廢氣再循環(huán) EGR閥時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)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 9 用診斷儀打開廢氣再循環(huán) EGR 步進(jìn)電機(jī)式 EGR閥的就車檢查： 、檢查步進(jìn)電機(jī)式 EGR閥的電源電壓：將點(diǎn)火開關(guān)置于 “ON”位置，然后分別測(cè)量從 ECU電源來的端子 b、 e 與搭鐵之間的電 壓值（應(yīng)為電池電源電壓），如無電壓，則步進(jìn)電機(jī)式EGR閥的電源有 故障。實(shí)測(cè)此車的電源電壓為 12.3V（ 圖 10）。結(jié)論： 步進(jìn)電機(jī)式 EGR 閥的供電電源線正常 圖 10 實(shí)測(cè)此車的電源 電壓 、檢查 A定

11、子繞組的第 3 相線圈之間的電阻：斷開蓄電池 上的負(fù)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(cè)得知：在 20時(shí)上述插頭之間的電阻應(yīng)為 2226。實(shí) 測(cè)此車 EGR閥插頭 b 與 a 之間的電阻為 24.4 （圖 11）。結(jié)論： 步進(jìn) 電機(jī)式 EGR閥的 3 相繞組線圈電阻正常 圈電阻 圖 11 實(shí)測(cè) 3 相繞組線 、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(cè)的數(shù)據(jù)相符， 結(jié)論：步進(jìn)電機(jī)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(dāng)檢查到 B定子繞組的第 4 相線

12、圈之間的電阻時(shí)：實(shí)測(cè) 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(jìn)電機(jī) 式 EGR閥的 4 相繞組線圈電阻斷路。 圖 12 實(shí)測(cè) 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(cè)中可知， 為步進(jìn)電機(jī)式 EGR閥的第 4 相繞組線 圈斷路，由于此車的步進(jìn)電機(jī)式廢氣再循環(huán) EGR 閥的閥體與驅(qū)動(dòng)步進(jìn) 電機(jī)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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)電動(dòng)冷卻風(fēng) 扇運(yùn)轉(zhuǎn)，并等待冷卻風(fēng)扇停轉(zhuǎn)后， 把發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高到 2500轉(zhuǎn)/ 每分鐘 時(shí)，其廢氣再循環(huán) EGR閥的開度為 4

13、9（圖 14）。可知，廢氣再循環(huán) EGR閥已參加工作。 圖 14 換 圖 13EGR閥 EGR閥后的數(shù)據(jù)流（截圖） 再次到檢測(cè)站進(jìn)行汽車尾氣檢測(cè)時(shí)，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(biāo)志。 圖 15 復(fù)檢排氣污 染物檢測(cè)報(bào)告單（截圖） 注 2 五、結(jié)束語 綜上所述，通過對(duì)“長(zhǎng)安鈴木羚羊轎車年檢時(shí)氮氧化物 （NOx）排放超標(biāo)”的故障排除 有如下體會(huì)： 減少機(jī)動(dòng)車染物的排放有兩 項(xiàng)技術(shù)：為機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)，主要采用的是廢氣再循環(huán)；機(jī)外凈化技術(shù)， 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(dāng)之處， 請(qǐng)批評(píng)指正 。 參考資料 電子網(wǎng)絡(luò)版 上海交通大學(xué)出版 1 、 長(zhǎng)安鈴木羚羊轎車維修手冊(cè) 2 、 現(xiàn)代汽車維修 黃虎 夏令偉 主編 注 1: 光化學(xué)煙霧：氮氧化物 （NOx） 主要是指 NO和 NO2。 NO和 NO2都是對(duì)人體有害的氣體。 氮氧化物和碳?xì)浠衔?（HC） 在大氣環(huán)境中受強(qiáng)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(xué)煙霧 , 在這種復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)過程中 , 主要生成光化學(xué)氧化劑 （ 主要是 O3） 及其他多種復(fù)雜的化合物 , 統(tǒng)稱光化學(xué)煙霧。 注 2：原自 新港機(jī)動(dòng)車檢驗(yàn)站出具的 珠海市機(jī)動(dòng)車排氣污染物檢測(cè)報(bào)告單 注 3 : 【車王 1號(hào) 全車系檢測(cè)儀】 生產(chǎn)單位：北京 50