淺談柴油機尾氣后處理系統(tǒng)中尿素泵故障診斷與排除
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作者:pro0e8d12
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發(fā)布時間: 2016-03-02
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康明斯ISBE4發(fā)動機是一款6.7升排量，具有歐四排放水平的柴油發(fā)動機。
與以往的柴油發(fā)動機不同的是，它有一套尾氣后處理系統(tǒng)，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(tǒng)會出現(xiàn)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(tǒng)的組成與尿素泵總成結(jié)構(gòu)，其次在根據(jù)它的工作原理，針對故障現(xiàn)象加以判斷。
一、后處理系統(tǒng)的作用后處理系統(tǒng)即為選擇性催化轉(zhuǎn)換器，用已將氮氧化物轉(zhuǎn)化為惰性化合物：N2和H2O。選擇催化轉(zhuǎn)化過程是基于一系列化學反應的基礎(chǔ)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(tǒng)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(tǒng)電腦與泵體及壓力開關(guān)、空氣電磁閥、空氣閥、調(diào)節(jié)閥、促動閥等于一體，是一總成部件。
2、尿素加料泵接收發(fā)動機 ECM 發(fā)送的 CAN 信息，根據(jù)信息的內(nèi)容準確適量噴射尿素。
3、尿素加料系統(tǒng)利用系統(tǒng)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(nèi)置的加熱裝置，允許系統(tǒng)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(tǒng)有關(guān)它通過 J1939 總線接口發(fā)送 OBD 報文的狀態(tài)的信息。
6、尿素泵可以匹配 12 VDC 和 24 VDC 供電電壓. 數(shù)字式電子加料器控制使得尿素加料系統(tǒng)可以極快地達到所需的流量，在穩(wěn)態(tài)標準條件下，即泵標定為 20°C 環(huán)境和液體溫度，所需數(shù)量的誤差為 1%。吸入流量呈波動狀態(tài)，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(zhuǎn)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(nèi)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(guān)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(jiān)測催化器溫度。
（七）、串聯(lián)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(tǒng)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(tài)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(chǎn)生的高溫。
三、故障診斷與排除：
根據(jù)本人近幾年對后處理系統(tǒng)維修經(jīng)驗，造成尿素不消耗故障點主要集中在后處理系統(tǒng)中的尿素泵及相關(guān)氣管路與尿素管路方面，而電路方面較少出現(xiàn)問題。要想排除尿素泵及相關(guān)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(tǒng)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(tǒng)中。泵噴出的尿素量由發(fā)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(guān)、空氣促動閥與回液口循環(huán)并流回到尿素罐中，以便排空系統(tǒng)中的空氣。排空階段運行時將會聽到加料器電機全速運轉(zhuǎn) 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(guān)檢測到系統(tǒng)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(zhuǎn) 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(tǒng)是否出現(xiàn)故障。故障判斷過程如下：
1、首先打開點火開關(guān)，（注意：不要啟動發(fā)動機）這時尿素泵會發(fā)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(nèi)，啟動發(fā)動機觀回液管應有尿素液流出?；亓鲿惩ㄕf明預注系統(tǒng)基本正常，如出現(xiàn)回液不暢堵塞現(xiàn)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(jié)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(nèi)，使用注射器從進液管處將熱水注入到預注循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，并使泵
與以往的柴油發(fā)動機不同的是，它有一套尾氣后處理系統(tǒng)，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(tǒng)會出現(xiàn)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(tǒng)的組成與尿素泵總成結(jié)構(gòu)，其次在根據(jù)它的工作原理，針對故障現(xiàn)象加以判斷。
一、后處理系統(tǒng)的作用后處理系統(tǒng)即為選擇性催化轉(zhuǎn)換器，用已將氮氧化物轉(zhuǎn)化為惰性化合物：N2和H2O。選擇催化轉(zhuǎn)化過程是基于一系列化學反應的基礎(chǔ)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(tǒng)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(tǒng)電腦與泵體及壓力開關(guān)、空氣電磁閥、空氣閥、調(diào)節(jié)閥、促動閥等于一體，是一總成部件。
2、尿素加料泵接收發(fā)動機 ECM 發(fā)送的 CAN 信息，根據(jù)信息的內(nèi)容準確適量噴射尿素。
3、尿素加料系統(tǒng)利用系統(tǒng)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(nèi)置的加熱裝置，允許系統(tǒng)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(tǒng)有關(guān)它通過 J1939 總線接口發(fā)送 OBD 報文的狀態(tài)的信息。
6、尿素泵可以匹配 12 VDC 和 24 VDC 供電電壓. 數(shù)字式電子加料器控制使得尿素加料系統(tǒng)可以極快地達到所需的流量，在穩(wěn)態(tài)標準條件下，即泵標定為 20°C 環(huán)境和液體溫度，所需數(shù)量的誤差為 1%。吸入流量呈波動狀態(tài)，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(zhuǎn)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(nèi)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(guān)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(jiān)測催化器溫度。
（七）、串聯(lián)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(tǒng)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(tài)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(chǎn)生的高溫。
三、故障診斷與排除：
根據(jù)本人近幾年對后處理系統(tǒng)維修經(jīng)驗，造成尿素不消耗故障點主要集中在后處理系統(tǒng)中的尿素泵及相關(guān)氣管路與尿素管路方面，而電路方面較少出現(xiàn)問題。要想排除尿素泵及相關(guān)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(tǒng)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(tǒng)中。泵噴出的尿素量由發(fā)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(guān)、空氣促動閥與回液口循環(huán)并流回到尿素罐中，以便排空系統(tǒng)中的空氣。排空階段運行時將會聽到加料器電機全速運轉(zhuǎn) 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(guān)檢測到系統(tǒng)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(zhuǎn) 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(tǒng)是否出現(xiàn)故障。故障判斷過程如下：
1、首先打開點火開關(guān)，（注意：不要啟動發(fā)動機）這時尿素泵會發(fā)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(nèi)，啟動發(fā)動機觀回液管應有尿素液流出?；亓鲿惩ㄕf明預注系統(tǒng)基本正常，如出現(xiàn)回液不暢堵塞現(xiàn)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(jié)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(nèi)，使用注射器從進液管處將熱水注入到預注循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，并使泵