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淺談柴油機尾氣后處理系統中尿素泵故障診斷與排除

發布時間:2016-03-02

康明斯ISBE4發動機是一款6.7升排量,具有歐四排放水平的柴油發動機。

與以往的柴油發動機不同的是,它有一套尾氣后處理系統,用以減少尾氣排放中的氮氧化物。由于日常維護不當,后處理系統會出現各種故障。其中以尿素泵總成故障最為典型。

要排除故障首先要了解后處理系統的組成與尿素泵總成結構,其次在根據它的工作原理,針對故障現象加以判斷。

一、后處理系統的作用后處理系統即為選擇性催化轉換器,用已將氮氧化物轉化為惰性化合物:N2和H2O。選擇催化轉化過程是基于一系列化學反應的基礎上,通過氨氣同廢氣中氧的反應,降低排氣中氮氧化物的含量。

二、后處理系統的組成:

(一)尿素加料裝置(簡稱:尿素泵)

1、尿素泵集成了后處理系統電腦與泵體及壓力開關、空氣電磁閥、空氣閥、調節閥、促動閥等于一體,是一總成部件。

2、尿素加料泵接收發動機 ECM 發送的 CAN 信息,根據信息的內容準確適量噴射尿素。

3、尿素加料系統利用系統供應的空氣,將一定劑量的尿素輸送到噴射噴嘴。

4、尿素泵有一個內置的加熱裝置,允許系統在室外溫度低于–40°C的情況下工作

5、尿素泵具有自我診斷的步驟,尿素泵通知系統有關它通過 J1939 總線接口發送 OBD 報文的狀態的信息。

6、尿素泵可以匹配 12 VDC 和 24 VDC 供電電壓. 數字式電子加料器控制使得尿素加料系統可以極快地達到所需的流量,在穩態標準條件下,即泵標定為 20°C 環境和液體溫度,所需數量的誤差為 1%。吸入流量呈波動狀態,最大峰值流量約為 25 升/小時。吸入流量的脈沖頻率隨加料量的增加而增大。

(二)、催化器(排氣處理器EGP)催化器是當前排氣消音器尺寸的兩倍。催化器包括兩個部分消音催化反應磚全催化劑 - 沒有貴重的金屬 - 良好的 NH3 吸收能力 - 良好的氮氧化物轉換能力。

(三)、尿素噴射噴嘴

  尿素噴射噴嘴的尖端有 4 x 0.55m 個孔,可以使尿素和空

氣霧化,然后將其直接噴射到尾氣中和 EGP 上。噴嘴由不銹鋼制成,帶有陶瓷內核。當維修噴嘴時應小心。不要使它掉落,否則可能損壞陶瓷涂層。

(四)、傳感器(組合液位和溫度

1、液位(電磁浮子)液位傳感器有 14 個電阻階段,由簧片開關操控–標定時,必須參照第一個和最后一個的電阻器。每階段之間的最大距離為 21mm  

2、溫度(熱敏電阻)傳感器

(五)、空氣電磁閥 空氣電磁閥與尿素加料裝置(泵)集成一體,無法單獨更換。

(六)、熱敏電阻在催化器(排氣處理器– EGP)上有兩個熱敏電阻,一個進口熱敏電阻,一個出口熱敏電阻。它們都用于監測催化器溫度。

(七)、串聯式機油和空氣濾清器空氣/機油濾清器,用于清潔進入后處里系統的空氣。

(八)、尿素使用軟化水對純尿素進行稀釋,NOxCare(尿素)是一種高純度 32.5 %(按重量)的液態尿素溶液。

(九)、加料器管路、進氣管路、尿素回流尿管路、尿素入口管路是尼龍管從加料器到噴油器的尿素/空氣供應管為 PTFE 管,可以承受 EGP 產生的高溫。

三、故障診斷與排除:

根據本人近幾年對后處理系統維修經驗,造成尿素不消耗故障點主要集中在后處理系統中的尿素泵及相關氣管路與尿素管路方面,而電路方面較少出現問題。要想排除尿素泵及相關氣管路與尿素管路故障首先要了解尿素泵的工作過程,通過對工作過程分析以準確的找出故障點。后處理系統利用一個非常精確的加料泵,將液體尿素噴射到催化器上游的排氣系統中。泵噴出的尿素量由發動機 ECM 控制。在正常工作情況下,加料泵有三個控制階段:預注加料排空

(一)、預注階段的故障診斷與排除:

   尿素溶液通過尿液入口、單向閥、尿素泵、單向閥、壓力開關、空氣促動閥與回液口循環并流回到尿素罐中,以便排空系統中的空氣。排空階段運行時將會聽到加料器電機全速運轉 30 秒,空氣電磁閥將在本階段末工作(當電磁閥吸合時會有一聲清脆的響聲)。此時空氣促動閥切斷預祝階段尿素回液路徑,如果壓力開關檢測到系統壓力達到300Kpa預注階段成功,如果預注階段第一次不成功,空氣電磁閥將斷電,電機將再全速運轉 30 秒。

這一順序可以重復最多 20 次,然后顯示出加料泵故障這一過程非常重要,可以通過觀察電磁閥是否多次重復啟動,來判斷加料過程中系統是否出現故障。故障判斷過程如下:

1、首先打開點火開關,(注意:不要啟動發動機)這時尿素泵會發出吱的一聲響,這是尿素泵電機復位響聲,說明尿素泵可正常工作。如無響聲說明泵電機可能損壞。為準確找出故障點應作進一步檢查。

2、拆下儲液罐端回液管,并將其放入到專用容器內,啟動發動機觀回液管應有尿素液流出。回流暢通說明預注系統基本正常,如出現回液不暢堵塞現象應將儲液罐至加料泵的進液管拆下,檢查管路是否因尿素結晶造成堵塞,如有應對管路進行疏通。

疏通方法:用純凈水將其加熱至100-80攝氏度后裝入注射器內,使用注射器從進液管處將熱水注入到預注循環系統內,并使泵繼續工作以加速熱水在系統內的循環,使結晶的尿素加快溶

解,直至回液暢通為止。

3、經過以上兩項檢修后預注階段仍不能成功完成,說明故障應出現在尿素泵內部的空氣促動閥或壓力開關。由于我廠目前沒有對尿素泵總成進行維修的能力,因此只能對故障尿素泵總成進行更換。

(二)、加料階段的故障診斷與排除:

在預注階段末,空氣電磁閥打開,泵電機停止。使來自車輛氣罐的空氣通過接口進入空氣閥,空氣閥在空氣電磁閥的控制下改變閥芯位置,將空氣引入空氣壓力調節器,經過調壓后的空氣被輸送至空氣促動閥與空氣量孔,在經過單向閥4進入混合室,經過尿素泵與噴嘴接口將空氣源源不斷從噴嘴內噴入催化反應器。尿素泵現在準備好進行加料。

加料階段由發動機ECM 根據發動機產生的氮氧化物和排氣溫度進行控制。當滿足以下幾個條件時尿素泵開使工作:在排氣進口和出口上達到 200 攝氏度沒有后處理系統相關的故障代碼尿素罐液位高于 12%空氣壓力高于約 400 KPa,而尿素壓力約300KPa尿素溫度超過 -5攝氏度符合康明斯氮氧化物算法。尿素在泵的壓力作用下通過單向也進入混合式,并與空氣混合后,在空氣的帶動下一起進入催化反應器。當這一階段出現不噴尿素故障時應從以下幾方面入手對系統進行檢查。

1、首先康明斯適配器連接檢測電腦,打開診斷軟件,讀取故障代

碼。并啟動發動機預熱,打開數據界面,讀取數據流。主要檢測數據

為:催 化反 應 器 前、后溫度傳感器數值,經過預熱后,兩個傳感器的溫度應達到200℃以上,檢測尿素壓力,尿素壓力是否可達約300KPa,在標準壓力范圍內。監測尿素液位15%以上,溫度應與外界溫度接近,如以上數據不在合理范圍內變化應對傳感器和相關電路進行檢查更換。如均在合理范圍內且無相關故障代碼時可進行尿素噴射實驗。

2、尿素噴射實驗的方法是通過診斷軟件里的測試功能,激活后處理系統中的尿素泵,使其在人為地控制下進行尿素噴射。通過觀察尿素噴射的狀態,用以判斷尿素泵與噴嘴是否工作正常。首先將尿素噴嘴從排氣管上拆下,與尿素噴管從新裝配好后放入專用容器內,啟動發動機進行噴射實驗。噴射實驗開始后可觀察到尿素在壓縮空氣帶動下,成霧狀從噴嘴的噴孔內向外噴射。此噴射狀態正常,說明尿素泵及控制系統工作良好。在進行噴射實驗時一切正常,而車輛運行時不能正常噴射一般是由于對所消耗的尿素進行添加時,工作人員未按規定最高液位位置進行補充,大量超出所規定位置上限,以超出液位傳感器量程。使傳感器無法計量尿素實際消耗量,后處理系統電腦對傳感器經過一段時間的監控后,未發現有尿素正常消耗數據,認為系統出現故障,因此尿素泵停止工作并記錄故障。排除故障方法:使用診斷電腦清除故障同時將多余尿素排出,使尿素液位在標準范圍內。

 3、如進行噴射實驗時不能正常噴射應對相關氣路管線與尿素管線進行檢查。來自車輛氣罐(后處理系統專用氣罐)的壓縮空氣經過空氣/機油濾清器,將清潔空氣輸送至尿素泵。當空氣/機油濾清器堵塞時會造成尿素泵端空氣壓力下降,使泵內空氣閥等不能按設計要求進行正常工作,進而影響到尿素無法正常噴射。檢查時可將壓力表連接至尿素泵端,通過觀察表壓力來確定濾清是否有堵塞現象。排除方法:對堵塞的濾清器進行更換,同時也要認真檢查氣管路,管路的泄漏也會造成壓力下降。如泵外圍氣路系統工作正常,故障應出在泵內部氣路控制機構上,因無法對泵內進行修理只能采用更換新泵方法進行修復。

4、預注階段的正常進行說明尿素泵內部工作正常,極易出現故障故障的地方一般是在泵出口(圖B中B出口)至尿素噴嘴的管線中,故障原因主要是由于尿素結晶對管路或噴嘴造成堵塞。排除方法可將尿素輸送管與噴嘴拆下放入熱水中浸泡,帶結晶溶解后使用壓縮空氣對管路與噴嘴進行疏通。

(三)、排空階段的故障診斷與排除:

如圖C所示當鑰匙開關轉到 OFF(斷開)位  置,系  統  進 入  排  空  階 段,尿  素泵電機停止工作不再提供尿素,而壓縮空氣繼續從車輛氣罐引入流經尿素泵通過接口B進入噴嘴繼續噴射。空氣將任何殘留的尿素從系統中排出,否則這些液滴將會形成結晶可能堵塞泵閥門、噴嘴、管路等。此階段將延續 30 秒,然后系統關閉。每次鑰匙進行打開與關閉循環,都會進行排空工作。 這一階段非常重要,如該階段長時間無法正常運行將導致整個系統因結晶堵塞無法工作。此階段故障點主要出現在氣路。

1、首先應檢查后處理系統專用氣罐與各管路接通有無滲漏氣,輕微泄露可用

肥皂水涂抹至可疑處檢查,嚴重泄漏直觀便可察覺。如發現故障應采取有效方法進行排除,

如:更換密封墊等。在停機狀態下確保氣罐內有足夠的儲氣量以維持30秒鐘排空階段所需用氣。

2、檢查氣體壓力時可將壓力表連接至尿素泵端,通過觀察表壓力來確定濾清是否有堵塞現象。對堵塞的濾清器進行更換,同時也要認真檢查氣管路,管路的泄漏也會造成壓力下降。過低的壓力無法打開單向閥4使系統進行排空。

四、結語

綜上所訴在排除尿素泵故障時也要遵循由淺入深,循序漸進的方法,認真分析工作原理快速、準確找出故障點并加以排除。以上是本人在實踐工作中的一點經驗,由于水平有限其中不足與不準確處望老師加以指正。



摘自《李嘉慶》論文

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