汽車尾氣NOX超標講解

1、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

2、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 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

3、 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 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

4、使用非接觸式紅外 線激光溫度計)盡量靠近( 50mm 內)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 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，對此車氮氧化物 （NOX） 超標的故障

5、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，

6、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)，目的是使缸內燃燒溫度 降低，減少氮氧化物 （NOx） 產生。 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

7、內，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， 能夠自動調整參與再循環(huán) 的廢氣量。實踐證明，根據(jù)發(fā)動機結構的不同，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

8、不產生 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、驅動裝置（圖 6 所示），其特征在于驅動裝置為旋 轉式步進電機 。 極向右方向移動，轉子隨之正轉 反之，欲使步進電動 機反轉時，相線控制脈沖極向右方向移動，轉子隨之正轉 反之，欲使 步進電動機反轉時， 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，轉子隨之反轉。 圖 6 EGR 閥 結構 圖 7 相線繞組的控制電路

9、 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。 2. 轉速超過怠速。 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）。 發(fā)動機的數(shù)據(jù)流（截圖） 圖8 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

10、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 9 用診斷儀打開廢氣再循環(huán) EGR 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）。結論： 步進電機式 EGR 閥的供電電源線正常 圖 10 實測此車的電源 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）。結論： 步進 電機式 EGR閥的 3 相繞組線圈電阻正常 圈電阻 圖 11 實測 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。都與維修手冊的數(shù)據(jù)相符， 結論：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

12、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）。結論： 步進電機 式 EGR閥的 4 相繞組線圈電阻斷路。 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，并等待冷卻風扇停轉后， 把發(fā)動機轉速提高到 2500轉/ 每分鐘 時，其廢氣再循環(huán) EGR閥的開度為 4

13、9（圖 14）?？芍?，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） 再次到檢測站進行汽車尾氣檢測時，結果車輛的 CO、HC和 NOX 都處在正常值（圖 15）注 2，取得綠色環(huán)保標志。 圖 15 復檢排氣污 染物檢測報告單（截圖） 注 2 五、結束語 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出來， 供同行們參考， 不當之處， 請批評指正 。 參考資料 電子網(wǎng)絡版 上海交通大學出版 1 、 長安鈴木羚羊轎車維修手冊 2 、 現(xiàn)代汽車維修 黃虎 夏令偉 主編 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】 生產單位：北京 50