汽车尾气NOX超标讲解

1、关键词】: 氮氧化合物步进电机式 EGR 阀 相线绕组线圈断路 【前 言】：我国“十二五”时期新增氮氧化物作为受控大气污染物， 而机动车排放是氮氧化物的主要贡献者之一。 汽油车的主要排气污染物 是一氧化碳 (CO)、碳氢化合物 (HC)和氮氧化物 (NOx)，由于氮氧化物对 光化学烟雾 注 1的生成具有重要作用，因此国家将氮氧化物削减作为 “十二五”的约束性指标。 如何减少机动车氮氧化物排放已成为各地关 注的重点。 珠海市从今年 5月 1日起取消机动车排气简易工况法检测 过渡期整改措施， 届时排气检测不达标的机动车将不能通过年检。 此外， 根据有关法规规定， 对连续三个检测周期排气检测不达标的

2、机动车将实 行强制报废。 下面谨以诊断并维修“长安铃木羚羊轿车年检时氮氧化物 (NOx)排放超标”的故障案例，来说明三元催化器与废气再循环( EGR) 系统是降低氮氧化物 (NOx)排放的有效办法。 一、 故障现象 一辆长安铃木羚羊轿车， 2002 年出厂 (LS5H2ABR92B06*)，搭载 JL474Q1发动机(原型号是 G13B)，其车 辆外形(图 1)。 图 1车辆外形 驾驶员提出的故障现象是：今年 1月份到期年审， 进行 汽车尾气检测时， 结果车辆的 CO和 HC检测都处在正常值， 但 NOX值却 超标（图 2）注 2，无法取得绿色环保标志。 仪表板上的发动机故障灯 不亮，用检测仪

3、 注 3进入其控制系统，没有发现有故障码记录 注 4。 图 2 初检 排气污染物检测报告单（截图） 注 2 二、故障分析与诊断 目前，控制汽车用汽油机污染物排放中的氮氧化物 (NOx) 超标排放 技术可以分为两类： 、降低污染物生成量的技术，又称为机内净化技术，主要采用 的是废气再循环； 、净化或处理发动机排出后污染物的技术，又称为机外净化技 术，主要采用的是三元催化器。三元催化器能同时控制碳氢化合物 (HC) 和一氧化碳 (CO)排放。 1 、利用测量排气温度对三元催化器进行诊断 启动发动机，将发动机转速维持在 2500r/min 左右，预热至 正常工作温度，将车辆举升，用数字式温度计(我是

4、使用非接触式红外 线激光温度计)尽量靠近( 50mm 内)三元催化器的进口和出口，分别 测量三元催化器进口和出口的温度。 三元催化器在正常工作状态下“由 于氧化反应会产生热量”因而其出口温度应高于入口温度 ,一般要高出 2025以上注 5。如果出口温度值低于以上的范围，甚至比入口还低 些，则三元催化器工作不正常， 原因有两种： 一是已失效、 二是有堵塞； 如果三元催化器出口温度值超过以上范围，必定有大量异常的CO 和 HC 参与反应，则说明点火系或燃油系出了问题，需对发动机本身做进 步的检查。 图3 催化器入口的温 度图 4 催化器出口的温度 据上述原理，对此车氮氧化物 （NOX） 超标的故障

5、进行诊断 时，我使用了非接触式数字红外线激光温度计，测量了三元催化器入口 的温度（图 3），其表面温度为摄氏 135.3 度; 测量了三元催化器出口 的温度（图 4），其表面温度为摄氏 173.3 度。经过上述的测量排气温 度的检测方法，说明此车的三元催化器处在正常的工作状态。 2、废气再循环的作用 氮氧化物 （NOx） 发生在高温大负荷的情况下。它的产生第一 要有足够高的温度 1600 度以上（图 5）、第二要有高压足够大的压力、 第三要有多余的氧才能反应， 这三个条件任何一个不满足都不会产生氮 氧化物。这三个条件： 1、高温; 2、高压; 3、混合气稀燃，处于富氧状 态（主要说是前壹个，

6、后面两个是在发动机设计过程中会尽量避免的） 为了破坏这三个条件，、压力基本无法控制；、发动机在设计过程 中已精确控制喷油量，尽量避免稀燃。、目前在用的发动机主要做的 只有壹个：就是使用废气再循环（ EGR）系统，目的是使缸内燃烧温度 降低，减少氮氧化物 （NOx） 产生。 图 5 燃烧温度与 NOx排放量的关系 3、废气再循环在发动机工作过程 为了使燃烧温度降低， 该系统是将一部分废气引到吸入的新 鲜混合气，返回气缸内部进行再循环参与燃烧的方法， 其作用是用来减 少 NOx 的排放量。氮氧化物 NOx 其主要是在高温富氧的条件下生成的。 在发动机工作过程种，如适时、适量地将部分废气再次引入气缸

7、内，因 废气中的主要成分 CO2 比热容比较大，所以废气可将燃烧产生的部分 热量吸收并带出气缸，并对混合气有一定的稀释作用， 因此降低了发动 机燃烧的最高温度和氧含量，从而减少了 NOx 化合物的生成量。但是 过度的废气再循环将会影响发动机的正常工作，特别是在怠速、低转速 小负荷及发动机处于冷态运行时，以及在全负荷（节气门全开）要求发 动机动力性时， 再循环的废气将对发动机的性能产生严重的影响。 因此， 应根据发动机的实际工况及工作条件的变化， 能够自动调整参与再循环 的废气量。实践证明，根据发动机结构的不同，参与再循环的废气量一 般在 6%13%之间变化为宜。 为了使废气再循环量对发动机性能

8、不产生 过度影响，现代电控发动机对废气再循环也采用了闭环控制策略， 对实 际的废气再循环量进行闭环修正反馈控制。 4、步进电机式 EGR阀工作原理 此款羚羊轿车是采用步进电机式废气再循环 EGR 阀，包括 阀体、阀座、阀杆、驱动装置（图 6 所示），其特征在于驱动装置为旋 转式步进电机 。 极向右方向移动，转子随之正转 反之，欲使步进电动 机反转时，相线控制脉冲极向右方向移动，转子随之正转 反之，欲使 步进电动机反转时， 相线控制脉冲按 4 相、3 相、2相、1 相的相顺序依 次超前 90o相位角，定子上 N 极向左方向移动，转子随之反转。 图 6 EGR 阀 结构 图 7 相线绕组的控制电路

9、 三、检查羚羊轿车的步进电机式 EGR阀 首先使用诊断仪 注3进入发动机系统， 观察废气再循环 EGR 阀的数据流。 废气再循环 EGR阀通常在下列条件下开启： 1. 发动机暖 机运转。 2. 转速超过怠速。 ECU根据发动机冷却水温传感器、节气门位 置传感器和空气流量传感器来控制废气再循环 EGR阀的开度 . 在观察发 动机的数据流过程中，无论节气门的开度增大还是减少，其废气再循环 EGR阀的开度都是处在 0（图 8）。 发动机的数据流（截图） 图8 在怠速状态下用诊断仪 注 3 进入测试功能，打开废气再循 环 EGR阀。因为发动机在怠速、低速、小负荷 及冷机时，废气参与再 循环，轻则发动机

10、抖动厉害，重则发动机熄火。但是此车用诊断仪 注 3 进入测试功能打开废气再循环 EGR阀时，发动机都在正常的怠速状态无 变化。说明废气再循环 EGR阀并没有被打开参加工作（图 9）。 图 9 用诊断仪打开废气再循环 EGR 步进电机式 EGR阀的就车检查： 、检查步进电机式 EGR阀的电源电压：将点火开关置于 “ON”位置，然后分别测量从 ECU电源来的端子 b、 e 与搭铁之间的电 压值（应为电池电源电压），如无电压，则步进电机式EGR阀的电源有 故障。实测此车的电源电压为 12.3V（ 图 10）。结论： 步进电机式 EGR 阀的供电电源线正常 图 10 实测此车的电源 电压 、检查 A定

11、子绕组的第 3 相线圈之间的电阻：断开蓄电池 上的负极线；断开 EGR阀插接件；检查 EGR阀插头 b与 a之间的电阻， 检阅维修手册得知：在 20时上述插头之间的电阻应为 2226。实 测此车 EGR阀插头 b 与 a 之间的电阻为 24.4 （图 11）。结论： 步进 电机式 EGR阀的 3 相绕组线圈电阻正常 圈电阻 图 11 实测 3 相绕组线 、用上述方法，检查 A定子绕组的第 1 相线圈之间的电阻； 检查 B定子绕组的第 2 相线圈之间的电阻。都与维修手册的数据相符， 结论：步进电机式 EGR阀的 1相绕组线圈电阻与 2 相绕组线圈电阻都正 常 、当检查到 B定子绕组的第 4 相线

12、圈之间的电阻时：实测 此车 EGR阀插头 e 与 f 之间的电阻为无穷大 （ 图 12）。结论： 步进电机 式 EGR阀的 4 相绕组线圈电阻断路。 图 12 实测 4 相绕组线圈电阻（电 阻为无穷大） 四、故障排除 从上面的检测中可知， 为步进电机式 EGR阀的第 4 相绕组线 圈断路，由于此车的步进电机式废气再循环 EGR 阀的阀体与驱动步进 电机是不能分开出售，所以要一整体更换 EGR阀总成（图 13）。EGR阀 总成后，再次读取数据流：起动发动机暖机，在发动机电动电动冷却风 扇运转，并等待冷却风扇停转后， 把发动机转速提高到 2500转/ 每分钟 时，其废气再循环 EGR阀的开度为 4

13、9（图 14）。可知，废气再循环 EGR阀已参加工作。 图 14 换 图 13EGR阀 EGR阀后的数据流（截图） 再次到检测站进行汽车尾气检测时，结果车辆的 CO、HC和 NOX 都处在正常值（图 15）注 2，取得绿色环保标志。 图 15 复检排气污 染物检测报告单（截图） 注 2 五、结束语 综上所述，通过对“长安铃木羚羊轿车年检时氮氧化物 （NOx）排放超标”的故障排除 有如下体会： 减少机动车染物的排放有两 项技术：为机内净化技术，主要采用的是废气再循环；机外净化技术， 主要采用的是三元催化器。 这次我把这些维修过程总结出来， 供同行们参考， 不当之处， 请批评指正 。 参考资料 电子网络版 上海交通大学出版 1 、 长安铃木羚羊轿车维修手册 2 、 现代汽车维修 黄虎 夏令伟 主编 注 1: 光化学烟雾：氮氧化物 （NOx） 主要是指 NO和 NO2。 NO和 NO2都是对人体有害的气体。 氮氧化物和碳氢化合物 （HC） 在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后产生一种新的二次污 染物 光化学烟雾 , 在这种复杂的光化学反应过程中 , 主要生成光化学氧化剂 （ 主要是 O3） 及其他多种复杂的化合物 , 统称光化学烟雾。 注 2：原自 新港机动车检验站出具的 珠海市机动车排气污染物检测报告单 注 3 : 【车王 1号 全车系检测仪】 生产单位：北京 50