許廣偉

摘 要：商用小型汽油機(jī)EGR（Exhaust Gas Recirculation）系統(tǒng)工作原理、EGR系統(tǒng)控制方式、EGR系統(tǒng)作用、EGR系統(tǒng)組成，闡述EGR閥故障診斷現(xiàn)象、檢測方法、排除流程。以商用車N1小型貨運車為例，詳細(xì)論述EGR閥故障對整車怠速影響。通過發(fā)現(xiàn)問題及解決問題，進(jìn)一步了解商用車EGR閥控制原理及布置方式，為后續(xù)商用車動力總成搭載奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：EGR閥 EGR閥漏氣 故障診斷 故障排除

Fault Diagnosis and Elimination of EGR Valve in Commercial Vehicle Gasoline Engine

Xu Guangwei

Abstract：In this paper commercial small gasoline engine EGR （Exhaust Gas Recirculation） system working principle， EGR system control mode， EGR system function， EGR system composition， EGR valve fault diagnosis phenomenon， detection method， troubleshooting process are described. Taking the commercial vehicle N1 small freight car as an example， the effect of the EGR valve failure on the vehicle idling speed is discussed in detail. Through discovering and solving problems， we can further understand the principle and arrangement of commercial vehicle EGR valve control， and lay the foundation for the subsequent commercial vehicle powertrain installation.

Key words：EGR valve， EGR valve leakage， fault diagnosis， troubleshooting

1 引言

伴隨當(dāng)前國際對大氣環(huán)保重視，在大環(huán)境趨勢下國家發(fā)布更為嚴(yán)苛的國六法規(guī)，要求2020年7月1日全面實施，不滿足國六排放標(biāo)準(zhǔn)的車型，實行部分城市停止銷售、注冊登記、遷入。與國五排放標(biāo)準(zhǔn)限值相比，國六B標(biāo)準(zhǔn)的一氧化碳和氮氧化物限值分別下降了50%和42%。甚至比“歐六”的標(biāo)準(zhǔn)更高，可以說是目前全球范圍內(nèi)最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)之一。新排放法規(guī)實施將導(dǎo)致小排量柴油機(jī)，逐步轉(zhuǎn)向汽油機(jī)、雙燃料發(fā)動機(jī)、新能源純電動車。本文主要闡述商用汽油機(jī)廢氣控制系統(tǒng)中，EGR系統(tǒng)整車工作原理、EGR系統(tǒng)控制方式、EGR系統(tǒng)作用、EGR系統(tǒng)組成。以商用車N1小型貨運車為例，EGR閥漏氣故障對整車怠速的影響及排除方法。

2 EGR系統(tǒng)功用及概述

2.1 EGR系統(tǒng)的功用

EGR系統(tǒng)主要用于減少廢氣中NOx的含量，發(fā)動機(jī)在加速或高負(fù)荷時，燃燒室溫度升高促使氮原子和氧原子發(fā)生反應(yīng)生成氮氧化物NOx。燃燒室溫度越高持續(xù)時間越長，氮氧化物NOx生成量就越多。排出廢氣中主要成分二氧化碳CO2、水蒸氣H2O和氮氧化物N2三種氣體的熱容量較高，為了減少NOx生成最好的辦法是降低燃燒室的溫度，EGR系統(tǒng)通過進(jìn)氣歧管再循環(huán)廢氣中的二氧化碳CO2和水蒸氣（H20），降低燃油在混合氣中的比例減少氮氧化物NOx生成。

2.2 EGR系統(tǒng)概述

EGR閥是EGR系統(tǒng)中重要的工作部件，EGR閥按控制方式可分為機(jī)械控制和電控等。目前電控發(fā)動機(jī)EGR閥控制系統(tǒng)采用開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種方式，閉環(huán)控制應(yīng)用較為廣泛，本文重點以該種控制類型進(jìn)行論述。這種控制類型以實際檢測的EGR率或EGR閥開度作為反饋信號，當(dāng)ECU接收到EGR閥控制系統(tǒng)各種信號后，如果符合了EGR閥開啟的條件，則ECU根據(jù)當(dāng)前發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)，給予EGR閥線圈控制脈沖信號電壓，使EGR閥工作。EGR閥位置傳感器或EGR率傳感器則把檢測EGR閥開度或EGR率反饋給ECU，ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)的工況和EGR閥位置傳感器信號或EGR率不斷調(diào)整EGR閥的占空比，使EGR閥開度達(dá)到最佳的狀態(tài)，從而精確控制通過EGR的廢氣量。

以商用車搭載DAM系列發(fā)動機(jī)為例，此型號發(fā)動機(jī)EGR閥控制方式為閉環(huán)控制，該控制系統(tǒng)在EGR閥上布置了一個EGR閥開度傳感器，當(dāng)EGR控制系統(tǒng)正常工作時，EGR閥開度傳感器將EGR閥開度位置信號反饋給ECU整車控制單元，整車控制單元ECU根據(jù)來自EGR控制系統(tǒng)的位置信號和反饋信號，控制EGR電磁閥脈沖信號，從而控制EGR閥開度的大小。

2.3 EGR閥工作原理

EGR閥是EGR控制系統(tǒng)的重要組成部分，作用是控制再次進(jìn)入氣缸的廢氣量。其工作過程是當(dāng)EGR閥開啟時，從排氣管過來的廢氣通過排氣管與閥連接管道進(jìn)入EGR閥，再通過閥門進(jìn)入與進(jìn)氣總管相連接的管道，最后進(jìn)到進(jìn)氣總管和各氣缸內(nèi)。EGR閥開度大小調(diào)整取決于以下參數(shù)，節(jié)氣門體的蝶閥位置、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度、發(fā)動機(jī)排氣溫度、轉(zhuǎn)速傳感器、點火提前角、氧傳感器、負(fù)荷等參數(shù)，不同發(fā)動機(jī)類型在參數(shù)要求上略有不同。EGR閥工作原理如圖1所示。

2.4 EGR閥控制策略

商用車發(fā)動機(jī)EGR閥針角定義與電路控制原理如圖2所示。其中針角4為EGR閥線圈驅(qū)動“+”，針角6為線圈驅(qū)動“-”，針角1為傳感器輸入電源（+5V）、針角2為傳感器接地端、針角3為傳感器信號輸出端。在140℃環(huán)境溫度下工作時，線圈電阻約為 12Ω，此時按線圈最大供電電壓16V計算，通過線圈的電流為1.34A，故超過該電流值的工作時間不得超過10秒，10秒過后必須降低電壓至16V以下，避免線圈發(fā)熱造成燒壞的風(fēng)險。

3 EGR系統(tǒng)整車工作原理

整車電控單元（ ECU）根據(jù)點火開關(guān)、曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器和冷卻液溫度傳感器等輸入信號，判定發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)工況后，利用電磁閥通電或斷電，控制EGR閥開啟與關(guān)閉。EGR控制系統(tǒng)主要是把發(fā)動機(jī)排出的部分廢氣送回到進(jìn)氣歧管，并與新鮮混合氣一起再次進(jìn)入汽缸。由于廢氣中含有大量的二氧化碳和水蒸汽，而這兩種物質(zhì)不能燃燒，卻可以吸收大量的熱能，使汽缸中混合氣的燃燒溫度降低，從而抑制氮氧化物的生成，通過廢氣再循環(huán)EGR控制系統(tǒng)，將排氣中氮氧化物降低，EGR控制系統(tǒng)已被現(xiàn)代車用發(fā)動機(jī)廣泛應(yīng)用。

一般發(fā)動機(jī)在中小負(fù)荷范圍內(nèi)，氮氧化物的生成量隨發(fā)動機(jī)負(fù)荷的增加而增多。因此，再循環(huán)的廢氣量也應(yīng)隨負(fù)荷而增加。在暖機(jī)期間或怠速時，氮氧化物生成量不多，為了保持發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，此時一般不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。發(fā)動機(jī)在全負(fù)荷或高轉(zhuǎn)速下工作時，為了使發(fā)動機(jī)有足夠的動力性，也不進(jìn)行排氣再循環(huán)。因此對現(xiàn)代車用發(fā)動機(jī)更需要廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)。

廢氣再循環(huán)EGR控制系統(tǒng)將發(fā)動機(jī)廢氣導(dǎo)入進(jìn)氣歧管，此時進(jìn)氣歧管壓力升高，使得進(jìn)氣歧管與外部環(huán)境壓差變小，為保證進(jìn)入進(jìn)氣歧管的新鮮空氣量不變，需要增大節(jié)氣門開度，從而降低泵氣損失，提高發(fā)動機(jī)熱效率，同時實現(xiàn)節(jié)油。

4 發(fā)動機(jī)EGR閥漏氣故障現(xiàn)象

根據(jù)EGR閥工作條件和工作原理，EGR閥漏氣必然對發(fā)動機(jī)正常工作產(chǎn)生影響。EGR閥漏氣對發(fā)動機(jī)影響最為明顯的是怠速抖動、發(fā)動機(jī)啟動困難，EGR系統(tǒng)工作是以犧牲動力性換取更低的NOx排放，因此EGR閥在非工作條件下漏氣，不會減少NOx排放反而會降低發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性。根據(jù)怠速抖動故障診斷基本程序確定是EGR閥漏氣，則根據(jù)EGR系統(tǒng)類型和發(fā)動機(jī)類型進(jìn)行EGR閥漏氣故障診斷與排除。

EGR閥漏氣故障最常見的幾個特征，一是發(fā)動機(jī)怠速熱車時，EGR閥與進(jìn)氣歧管間廢氣管道發(fā)熱或發(fā)燙。二是用專業(yè)標(biāo)定設(shè)備檢查發(fā)動機(jī)進(jìn)氣閥體步進(jìn)電機(jī)修正參數(shù)不正確，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動。三是拔缸檢查時，靠近EGR閥到進(jìn)氣歧管間廢氣管道的某缸工作不良，拔缸檢查時變化不明顯。以上特征是診斷發(fā)動機(jī)EGR閥漏氣常用判斷方法。

5 EGR閥漏氣故障案例診斷與檢測方法

造成EGR閥漏氣的主原因有閥桿卡滯、EGR閥線圈損壞、未經(jīng)EGR閥機(jī)械漏氣、ECU控制單元錯誤導(dǎo)致EGR閥開啟不正常等。通過測量線圈控制線的控制電壓、位置信號線的信號電壓，綜合判斷EGR閥在怠速時漏氣的原因，以便根據(jù)不同的原因做出不同的故障排除處理。

5.1 點型故障案例現(xiàn)象

案例1：一臺商用小型貨車在三高試驗前，進(jìn)行系統(tǒng)驗證過程中出現(xiàn)目標(biāo)怠速偏高現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為整車水溫達(dá)到正常值時，怠速轉(zhuǎn)速超出目標(biāo)怠速值20～30轉(zhuǎn)/分，且發(fā)動機(jī)有輕微抖動現(xiàn)象，節(jié)氣門閥體步進(jìn)電機(jī)修正扭矩值超出正常修正范圍，整車發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)流正常。檢查EGR系統(tǒng)，觸摸連接EGR閥與進(jìn)氣總管的廢氣管道，感覺較熱，但沒有燙手的感覺。經(jīng)拆解EGR總成發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有積碳、無水汽痕跡，勻鐵與中心桿接觸部位磨損量大，內(nèi)部積碳導(dǎo)致EGR閥卡滯。其它針角電阻測試均符合正常值。重新更換EGR總成，怠速熱車到正常水溫，觸摸 EGR閥連接進(jìn)氣管的廢氣管道，無過熱現(xiàn)象怠速轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常故障排除。

案例2：一臺商用小型貨車在整車性能標(biāo)定過程中，EGR閥線圈燒蝕導(dǎo)致EGR閥控制失效。分別進(jìn)行EGR閥初始位置電壓測試，測試結(jié)果不合格，流量檢測時反饋電壓不符合設(shè)計值。檢測傳感器芯片各針角間的電阻，傳感器針角4與針角6之間電阻小于1Ω，兩針角為線圈正、負(fù)極測得阻值過低其兩針角線圈間短路。

5.2 診斷基本流程

首先根據(jù)發(fā)動機(jī)診斷流程進(jìn)行各項系統(tǒng)檢查，按照發(fā)動機(jī)配置類型進(jìn)行以下程序排查：

① 檢查發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管及結(jié)連接管路是否漏氣，傳感器是否連接可靠。

② 檢查各缸點火系統(tǒng)、整車油路系統(tǒng)是否正常。

③ 檢查各執(zhí)行器連接是否安全可靠。

④ 采用專業(yè)診斷儀器進(jìn)行故障代碼和數(shù)據(jù)流讀取。

⑤ 對故障可能產(chǎn)生的相關(guān)零部件進(jìn)行測試與理論分析，確定故障具體部位，排除故障常用的方法是更換元器件或維修處理。

6 結(jié)束語

EGR閥控制系統(tǒng)主要作用是減少尾氣中的NOx排出，以及對環(huán)境的污染。EGR閥如果在非正常工作狀態(tài)下漏氣，會影響發(fā)動機(jī)各項性能。如果非正常工作狀態(tài)下漏氣，要依據(jù)經(jīng)驗理論推理、運用邏輯分析、了解EGR閥類型、工作原理及發(fā)動機(jī)類型等進(jìn)行綜合分析和判斷，運用先進(jìn)的診斷工具與儀器進(jìn)行相關(guān)電路和信號檢測，及時準(zhǔn)確找到故障原因加以排除。

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