本文以城市公交车装配的广西玉柴发动机的后处理系统在日常运行中的故障诊断排除为案例。广西玉柴发动机国IV后处理系统采用博世SCR系统技术路线。SCR系统是选择催化还原反应的简称,是将浓度为32.5%的添蓝(尿素溶液)喷入排气管,分解生成NH3 、 NH3和NOx在SCR催化器内反应生成氮气和水,其中尿素分解生成的氨气作为还原剂,还原NOx化合物,整个催化还原反应属于化学反应。该技术路线实质是用改进燃烧的方法,使发动机燃烧更高效更彻底,然后用SCR后处理系统处理掉排气排放物中的NOx,使颗粒排放达到国IV(GB 17691-2005)法规限值以内。SCR系统主要由催化消声器、添蓝罐、计量喷射泵、催化器温度传感器、NOx传感器、SCR电控单元(DCU)组成。DCU是SCR催化还原系统中的中央控制单元,它根据发动机ECU提供的油量、转速等信息和自身系统中温度和氮氧值,调控雾化系统的尿素溶液喷射,以达到既满足反应又精确控制尿素溶液的喷射量。在实际运行条件下公交车柴油发动机尿素消耗与燃油耗百分比在2%~8%范围,城市道路运行环境中因驾驶员操作使用不当和日常维护不到位是产生故障的主要因素。常见故障有动力不足、排放超标、尿素消耗异常、SCR系统失效等。
一、动力不足
1.故障现象:有1辆公交车在行驶中发动机动力不足,在运行过程中不知不觉就没动力了。
2.故障排除:现场查找后处理系统各部件的连接情况,发现后处理的零部件电气线路断路而造成不喷尿素。将断路线路连接后试车,故障消失。这是因SCR系统中液位传感器与温度传感器等零部件电气线路断路后触发的故障模式,发动机起动减扭矩保护。当尿素用完后未能及时添加也会使发动机起动限制扭矩保护。
二、排放超标
1.故障现象:在日常车辆巡查时发现有1辆XMQ6900ADG4型车辆的排气歧管黑烟较浓,经询问驾驶员说动力不足。
2.故障排除:经检查发现该车的空气滤清器指示灯为红色,说明空气的流量过小,而造成燃烧不完全,形成排气歧管黑烟大,经拆检空气滤清系统发现滤芯堵塞严重,更换空滤后故障排除。当NOx排放超过7g/kWh时,由于排放法规的要求,发动机ECU将根据SCR反馈信息对发动机动力进行相应限制。
三、尿素消耗过多
1.故障现象:有1辆XMQ6801ADG4新车,驾驶员报修尿素消耗异常,月行驶近5500km,消耗尿素70L以上,超过正常范围达到13%左右,检测零部件没发现异常。
2.故障排除:经诊断仪调取数据并细查相关信息后,发现DCU和ECU之间存在数据不匹配(YC4G200-42马力后处理数据,安装到YC4G180-40马力的车上),更改系统软件后故障排除。ECU需要将发动机消耗的油量与转速等信息传输给DCU、 DCU将信息与原有数据进行比较,然后输出尿素喷射量。当接收到的信息超出DCU原有数据的定义范围,DCU则会发出错误命令,导致尿素消耗过多。实际运行中驾驶员操作不当柴油消耗过大也会同步引起尿素溶液异常消耗。
四、尿素消耗过少
1.故障现象:有1辆车,驾驶员反映尿素消耗量比其它车辆少很多。测试零部件没有发现异常,跟车采集数据发现,该车在市区内处于缓慢前行,排温一直在200℃以下,没达到喷射条件。
2.故障排除:SCR催化还原反应在200℃后开始反应,DCU检测到的温度在200℃以上时才发出喷射命令。该车排气上下游温度一直处于200℃以下,达不到尿素喷射条件。
五、SCR系统不喷尿素
1.故障现象:SCR故障灯常亮,添蓝罐内液量一直保持约90%a,询问司机发动机动力正常。
2.故障排除:检测催化器温度传感器正常,诊断仪故障显示信息如表1所示。