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浅谈柴油机尾气后处理系统中尿素泵故障诊断与排除

发布时间:2016-03-02

康明斯ISBE4发动机是一款6.7升排量,具有欧四排放水平的柴油发动机。

与以往的柴油发动机不同的是,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。其中以尿素泵总成故障最为典型。

要排除故障首先要了解后处理系统的组成与尿素泵总成结构,其次在根据它的工作原理,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 12 VDC 和 24 VDC 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消音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

  尿素喷射喷嘴的尖端有 4 x 0.55m 个孔,可以使尿素和空

气雾化,然后将其直接喷射到尾气中和 EGP 上。喷嘴由不锈钢制成,带有陶瓷内核。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 21mm  

2、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、进气管路、尿素回流尿管路、尿素入口管路是尼龙管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:

   尿素溶液通过尿液入口、单向阀、尿素泵、单向阀、压力开关、空气促动阀与回液口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:

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与空气量孔,在经过单向阀4进入混合室,经过尿素泵与喷嘴接口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 摄氏度没有后处理系统相关的故障代码尿素罐液位高于 12%空气压力高于约 400 KPa,而尿素压力约300KPa尿素温度超过 -5摄氏度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、首先康明斯适配器连接检测电脑,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,使其在人为地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,与尿素喷管从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,工作人员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:

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、结语

综上所诉在排除尿素泵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老师加以指正。



摘自《李嘉庆》论文

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