江淮2.7CTI發動機后處理技術解析與故障分析

習健偉，盧 強

（江淮汽車乘用車營銷公司，安徽 合肥 230601）

車用柴油發動機廢氣主要包括NOx、CO、HC、PM顆粒物等，排放后處理技術是為減少發動機排放廢氣造成環境污染而進行適當處理的技術。從國Ⅱ到國Ⅲ，關鍵在于燃油噴射系統；從國Ⅲ到國Ⅳ以上，就必須使用排放后處理技術。目前針對柴油機污染排放控制主要是EGR（廢氣再循環）和SCR（選擇性催化還原）兩條技術路線。

從國際看，歐洲傾向于SCR體系，利用尿素溶液對尾氣中的氮氧化物進行處理；而美日傾向于EGR體系，通過微粒催化轉換器對燃燒產生的微粒進行處理。因為EGR技術路線會增大油耗，且對燃油中的硫比較敏感，而SCR技術路線的燃油經濟性好，能夠有效節省燃油消耗，對柴油機本體改動小，發動機復雜性低，且對硫不敏感。所以，從國內看，大部分柴油機廠商對滿足國V排放均采用了SCR技術路線［1］。

江淮2.7CTI發動機是第3代高壓共軌直噴2.7 L渦輪增壓柴油發動機，采用DOC（Diesel oxidation catalysts，柴油機氧化催化器）＋SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原系統）后處理以降低發動機排放污染，達到國V排放標準，已作為輕型載重汽車及輕型客車的配套動力， 配置在江淮星銳商務車和高端輕型載重汽車。江淮2.7CTI柴油發動機外觀如圖1所示。

圖1 江淮2.7CTI柴油發動機外觀示意圖

1 江淮2.7CTI柴油發動機后處理系統概述

江淮2.7CTI柴油發動機排放控制采用DOC＋SCR技術。車輛后處理總成一共有兩級，DOC氧化催化器安裝在前， SCR選擇性催化還原系統安裝在后。其中DOC氧化催化器有效處理HC、CO，將HC和CO轉化成CO2和H2O，SCR后處理系統利用尿素溶劑在特定的條件下將NOx還原成N2和H2O，有效降低廢氣中的NOx。

1）DOC柴油機氧化催化器，通過貴金屬Pt作用，把HC、CO、可溶性有機成分SOF（顆粒的主要組成成分）氧化成水和二氧化碳，同時把NO氧化成NO2，這一反應也能一定程度地提高 SCR的轉換效率。

2）SCR選擇性催化還原技術，在含氧條件下使還原劑氨和NO選擇性地發生反應裝置，由催化器和尿素水的噴射裝置構成，將尿素溶液噴射出后，尿素與水高溫處理后分解為NH3，然后NH3與NO在催化劑作用下反應生成N2和H2O。將氮氧化物轉化成氮分子的過程需要對氨噴射量和噴射位置控制，通過安裝類似氧傳感器的氨傳感器，當氨擴散到酶集體上改變輸出電壓信號，做閉環反饋給發動機控制系統。在催化酶促進下，通過尿素水溶液熱分解產生NH3來還原排氣中存在的NOx，產生N2和水等無危害氣體［2］。

江淮2.7CTI柴油發動機SCR催化轉換器采用桶式結構，包括催化劑、載體、封裝等，SCR系統連接如圖2所示。

3）排放后處理控制邏輯，尿素噴射量與催化劑的轉換效率有關，ECU 通過接收傳感器輸入的催化劑溫度與廢氣流量信號，查找相應的 MAP，得出對應運行工況下的催化劑轉換效率，ECU 根據轉換效率和氮氧化物的排放計算出需求的尿素量。

圖2 SCR選擇性催化還原系統連接示意圖

由于氨氣在 SCR 催化器中一部分用于催化還原反應，一部分存儲在催化器中，且不同溫度催化器對氨氣的存儲能力也不同，這將導致催化器溫度上升過程時，有部分氨氣從催化器中溢出。為此， ECU 對比當前工況下氨氣在催化器中的理論存儲量與實際存儲量，在有氨氣溢出時，及時減少噴射量；同時ECU會監控下游氮氧傳感器輸入的實際 NOx值，當 NOx值產生偏差時，通過閉環控制調節噴射量，從而使 NOx值穩定在目標值附近。

SCR系統中的尿素溶液在低溫環境下會結冰，工作時需要對尿素加熱解凍，用環境溫度傳感器測量周圍環境的溫度，ECU根據溫度信號控制電磁閥對尿素箱內的尿素溶液進行加熱。

根據國V階段的OBD2+ NOx控制的技術要求，對NOx排放控制實現NOx超過3.5 g/kWh時激活故障燈提醒駕駛員，超過7.0 g/kWh時亮故障燈并激活扭矩限制器。SCR控制邏輯如圖3所示。

圖3 SCR選擇性催化還原技術控制邏輯示意圖

2 2.7CTI發動機SCR系統零部件功能與診斷

2.1 壓差傳感器

實時監測DOC催化器壓力降來確定后處理系統是否正常工作，通過傳感器上的兩個壓力端口引出DOC催化器兩端的壓力，傳感器將測得的結果轉化為電壓值反饋給控制單元，這樣既保證顆粒的充分氧化又避免催化器的堵塞，安裝位置如圖4所示。

圖4 SCR控制邏輯示意圖

壓差傳感器可能導致的故障現象包括系統燈/故障燈常亮，故障代碼主要有：P2003——禁止壓差傳感器的可能性監控；P2002——DOC催化器被拆除；P2453——DOC 壓差電壓信號AfterRun時高于上限；P2455——DOC壓差電壓信號高于上限；P2454——DOC壓差電壓信號低于下限。

壓差傳感器的故障原因及檢查方法如下：①壓差傳感器損壞——檢查傳感器與壓力特性/檢查未啟動狀態壓力與電壓；②排氣溫度傳感器到ECU之間線束故障——開路電壓測試/斷路短路測量；③壓力管泄漏或堵塞；④壓力管接頭松動；⑤兩根壓力管位置裝反；⑥DOC催化器堵塞或者導通——車輛排氣壓力確認/拆卸目視檢測。

2.2 尿素液位溫度傳感器

檢測尿素箱內的尿素溫度和液面高度，尿素溫度為尿素加熱提供依據，尿素液位低時，儀表指示燈點亮，提醒用戶及時補充。

尿素溫度傳感器和尿素液位傳感器集成在一起安裝在尿素箱內，尿素溫度傳感器和尿素液位傳感器均是依靠變值電阻的分壓變化來測量的，可能導致的故障現象為系統燈/故障燈常亮、發動機動力不足。

尿素液位溫度傳感器的故障原因與檢查排除方法如下：①尿素液位溫度傳感器損壞——根據實際液位對比/檢查液位與電阻特性；②尿素液位溫度溫度傳感器到ECU之間線束故障（K15、K18、K09、K85） ——開路檢測電壓供電線5V/檢查各線束開路短路；③尿素管路堵塞導致供液不暢導致無法減壓或壓力故障——目視檢查；④尿素加熱水路堵塞導致尿素溫度與環境溫度不可信——檢查水壓及暢通性。

2.3 尿素泵

內置電機泵由尿素箱抽取尿素溶液經過濾清后，通過壓力平衡單元、閥組與壓力傳感器共同控制，輸出壓力為0.5 MPa（5 bar）。內置化冰加熱器，噴射結束停機，通過回抽泵將出液管路抽至真空，避免結晶。內置壓力傳感器實時監控泵壓，保證壓力并進行相關OBD診斷。尿素泵各接口安裝示意如圖5所示。

尿素泵及控制部分可能導致的故障現象包括尿素泵減壓故障、故障燈亮、發動機動力不足等。相應的故障碼有：P05EE尿素供給單元驅動電路開路故障、P208A尿素泵控制占空比高于有效范圍。

圖5 尿素泵結構與接口安裝示意圖

圖6 SCR控制電路與主繼電器安裝位置示意圖

尿素泵的故障原因與排查方法如下：①SCR主繼電器輸出至尿素泵信號故障，如圖6所示進行排查。②尿素泵線路故障/12 V、搭鐵、3～4 V。③尿素泵占空比不正常——診斷儀占空比確認，若占空比低于5%，回流管堵塞或損壞，則檢查回流管；若占空比高于85%，尿素泵失效或磨損，則檢查尿素泵總成。④尿素泵總成本身故障。

2.4 氮氧傳感器

檢測SCR催化器之后廢氣中氮氧化物的濃度，實現SCR尾氣后處理系統的閉環控制，同時也能夠作用于OBD診斷。該傳感器安裝在SCR催化器后面的排氣管上。

廢氣的O2被電解成O2-，而廢氣中的其他成分（HC、CO、H2）以Pt為催化劑在第1個腔被氧化掉；廢氣中的NOx和少量的O2由第1個腔進入第2個腔，少量的 O2繼續被電解完畢，而廢氣中的NOx被分解為N2和O2，測量所得的再生氧氣量即為NOx濃度。氮氧傳感器工作原理如圖7所示［3］。

圖7 氮氧傳感器工作原理示意圖

3 SCR后處理系統保養與維修注意事項

江淮2.7 C T I柴油發動機尿素消耗量大約為0.5 L/100 km，噴射條件需要排氣溫度達到180 ℃，噴嘴起噴的排氣溫度是190 ℃。一般情況下，每加3次燃油加1次尿素水溶液，一次性最大加注容積為18 L，首次加注容積為21 L。車輛儀表板上有顯示尿素液位的指示燈，當液面低于警戒線時需要添加尿素水溶液。

尿素水溶液應滿足GB 29518或同等級的車用尿素水溶液，不得添加農用尿素及自來水等其他物質，否則會引起OBD報警或者限扭，甚至損壞后處理裝置。如果不小心加錯了燃油或其他溶液進到尿素箱，則應立刻停機、放空尿素箱且用水清洗，清洗后添加尿素溶液，如果不處理會損壞后處理裝置。

手動添加尿素溶液時應該擰開尿素箱蓋，用漏斗引導尿素溶液流進尿素箱，當尿素溶液液面已經達到加注口，則表示加滿。在加注過程中應避免尿素溶液飛濺或者留到箱體表面，如果在箱體表面有殘留可以用濕布進行擦拭，如果不進行處理會出現白色的痕跡為正常現象。用加注槍加注時液位滿時會自動跳槍。

尿素泵主濾網每年或者100 000 km更換一次，以先到者為準［4］。尿素箱總成每年至少要放空清洗一次，尿素加注口濾網每年至少要拆出來清洗一次，尿素箱通氣閥組件每年更換一次。

SCR噴射系統含有柴油機排氣處理液，不要使這些物質進入眼睛，如果進入眼睛，立即用大量的水沖洗至少15 min；避免長時間與皮膚接觸，如果接觸，立即使用肥皂和水清潔皮膚。

維修過程中務必檢查后處理柴油機排氣處理液噴射閥和快接管接頭的輸入和輸出管路、尿素泵濾清器蓋四周是否有泄漏跡象，或存在白色沉積物跡象。

［1］ 羅濤.柴油機排放后處理技術［Z］.高等內燃機原理讀書報告，2008.

［2］ 趙航，王務林.車用柴油發動機后處理技術［M］.北京：中國科學技術出版社，2010.

［3］ 江淮汽車公司.星銳技術培訓資料［Z］. 2016.

［4］ 江淮汽車公司.2.7CTI 發動機維修手冊［Z］. 2016.