商用车汽油机EGR阀故障诊断与排除

许广伟

摘 要：商用小型汽油机EGR（Exhaust Gas Recirculation）系统工作原理、EGR系统控制方式、EGR系统作用、EGR系统组成，阐述EGR阀故障诊断现象、检测方法、排除流程。以商用车N1小型货运车为例，详细论述EGR阀故障对整车怠速影响。通过发现问题及解决问题，进一步了解商用车EGR阀控制原理及布置方式，为后续商用车动力總成搭载奠定基础。

关键词：EGR阀 EGR阀漏气 故障诊断 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

伴随当前国际对大气环保重视，在大环境趋势下国家发布更为严苛的国六法规，要求2020年7月1日全面实施，不满足国六排放标准的车型，实行部分城市停止销售、注册登记、迁入。与国五排放标准限值相比，国六B标准的一氧化碳和氮氧化物限值分别下降了50%和42%。甚至比“欧六”的标准更高，可以说是目前全球范围内最严格的排放标准之一。新排放法规实施将导致小排量柴油机，逐步转向汽油机、双燃料发动机、新能源纯电动车。本文主要阐述商用汽油机废气控制系统中，EGR系统整车工作原理、EGR系统控制方式、EGR系统作用、EGR系统组成。以商用车N1小型货运车为例，EGR阀漏气故障对整车怠速的影响及排除方法。

2 EGR系统功用及概述

2.1 EGR系统的功用

EGR系统主要用于减少废气中NOx的含量，发动机在加速或高负荷时，燃烧室温度升高促使氮原子和氧原子发生反应生成氮氧化物NOx。燃烧室温度越高持续时间越长，氮氧化物NOx生成量就越多。排出废气中主要成分二氧化碳CO2、水蒸气H2O和氮氧化物N2三种气体的热容量较高，为了减少NOx生成最好的办法是降低燃烧室的温度，EGR系统通过进气歧管再循环废气中的二氧化碳CO2和水蒸气（H20），降低燃油在混合气中的比例减少氮氧化物NOx生成。

2.2 EGR系统概述

EGR阀是EGR系统中重要的工作部件，EGR阀按控制方式可分为机械控制和电控等。目前电控发动机EGR阀控制系统采用开环控制和闭环控制两种方式，闭环控制应用较为广泛，本文重点以该种控制类型进行论述。这种控制类型以实际检测的EGR率或EGR阀开度作为反馈信号，当ECU接收到EGR阀控制系统各种信号后，如果符合了EGR阀开启的条件，则ECU根据当前发动机工作状态，给予EGR阀线圈控制脉冲信号电压，使EGR阀工作。EGR阀位置传感器或EGR率传感器则把检测EGR阀开度或EGR率反馈给ECU，ECU根据发动机的工况和EGR阀位置传感器信号或EGR率不断调整EGR阀的占空比，使EGR阀开度达到最佳的状态，从而精确控制通过EGR的废气量。

以商用车搭载DAM系列发动机为例，此型号发动机EGR阀控制方式为闭环控制，该控制系统在EGR阀上布置了一个EGR阀开度传感器，当EGR控制系统正常工作时，EGR阀开度传感器将EGR阀开度位置信号反馈给ECU整车控制单元，整车控制单元ECU根据来自EGR控制系统的位置信号和反馈信号，控制EGR电磁阀脉冲信号，从而控制EGR阀开度的大小。

2.3 EGR阀工作原理

EGR阀是EGR控制系统的重要组成部分，作用是控制再次进入气缸的废气量。其工作过程是当EGR阀开启时，从排气管过来的废气通过排气管与阀连接管道进入EGR阀，再通过阀门进入与进气总管相连接的管道，最后进到进气总管和各气缸内。EGR阀开度大小调整取决于以下参数，节气门体的蝶阀位置、发动机进气温度、发动机排气温度、转速传感器、点火提前角、氧传感器、负荷等参数，不同发动机类型在参数要求上略有不同。EGR阀工作原理如图1所示。

2.4 EGR阀控制策略

商用车发动机EGR阀针角定义与电路控制原理如图2所示。其中针角4为EGR阀线圈驱动“+”，针角6为线圈驱动“-”，针角1为传感器输入电源（+5V）、针角2为传感器接地端、针角3为传感器信号输出端。在140℃环境温度下工作时，线圈电阻约为 12Ω，此时按线圈最大供电电压16V计算，通过线圈的电流为1.34A，故超过该电流值的工作时间不得超过10秒，10秒过后必须降低电压至16V以下，避免线圈发热造成烧坏的风险。

3 EGR系统整车工作原理

整车电控单元（ ECU）根据点火开关、曲轴位置传感器、节气门位置传感器和冷却液温度传感器等输入信号，判定发动机运转工况后，利用电磁阀通电或断电，控制EGR阀开启与关闭。EGR控制系统主要是把发动机排出的部分废气送回到进气歧管，并与新鲜混合气一起再次进入汽缸。由于废气中含有大量的二氧化碳和水蒸汽，而这两种物质不能燃烧，却可以吸收大量的热能，使汽缸中混合气的燃烧温度降低，从而抑制氮氧化物的生成，通过废气再循环EGR控制系统，将排气中氮氧化物降低，EGR控制系统已被现代车用发动机广泛应用。

一般发动机在中小负荷范围内，氮氧化物的生成量随发动机负荷的增加而增多。因此，再循环的废气量也应随负荷而增加。在暖机期间或怠速时，氮氧化物生成量不多，为了保持发动机运转的稳定性，此时一般不进行废气再循环。发动机在全负荷或高转速下工作时，为了使发动机有足够的动力性，也不进行排气再循环。因此对现代车用发动机更需要废气再循环控制系统。

废气再循环EGR控制系统将发动机废气导入进气歧管，此时进气歧管压力升高，使得进气歧管与外部环境压差变小，为保证进入进气歧管的新鲜空气量不变，需要增大节气门开度，从而降低泵气损失，提高发动机热效率，同时实现节油。

4 发动机EGR阀漏气故障现象

根据EGR阀工作条件和工作原理，EGR阀漏气必然对发动机正常工作产生影响。EGR阀漏气对发动机影响最为明显的是怠速抖动、发动机启动困难，EGR系统工作是以牺牲动力性换取更低的NOx排放，因此EGR阀在非工作条件下漏气，不会减少NOx排放反而会降低发动机的动力性、经济性、排放性。根据怠速抖动故障诊断基本程序确定是EGR阀漏气，则根据EGR系统类型和发动机类型进行EGR阀漏气故障诊断与排除。

EGR阀漏气故障最常见的几个特征，一是发动机怠速热车时，EGR阀与进气歧管间废气管道发热或发烫。二是用专业标定设备检查发动机进气阀体步进电机修正参数不正确，发动机转速波动。三是拔缸检查时，靠近EGR阀到进气歧管间废气管道的某缸工作不良，拔缸检查时变化不明显。以上特征是诊断发动机EGR阀漏氣常用判断方法。

5 EGR阀漏气故障案例诊断与检测方法

造成EGR阀漏气的主原因有阀杆卡滞、EGR阀线圈损坏、未经EGR阀机械漏气、ECU控制单元错误导致EGR阀开启不正常等。通过测量线圈控制线的控制电压、位置信号线的信号电压，综合判断EGR阀在怠速时漏气的原因，以便根据不同的原因做出不同的故障排除处理。

5.1 点型故障案例现象

案例1：一台商用小型货车在三高试验前，进行系统验证过程中出现目标怠速偏高现象，主要表现为整车水温达到正常值时，怠速转速超出目标怠速值20～30转/分，且发动机有轻微抖动现象，节气门阀体步进电机修正扭矩值超出正常修正范围，整车发动机各系统数据流正常。检查EGR系统，触摸连接EGR阀与进气总管的废气管道，感觉较热，但没有烫手的感觉。经拆解EGR总成发现内部有积碳、无水汽痕迹，匀铁与中心杆接触部位磨损量大，内部积碳导致EGR阀卡滞。其它针角电阻测试均符合正常值。重新更换EGR总成，怠速热车到正常水温，触摸 EGR阀连接进气管的废气管道，无过热现象怠速转速恢复正常故障排除。

案例2：一台商用小型货车在整车性能标定过程中，EGR阀线圈烧蚀导致EGR阀控制失效。分别进行EGR阀初始位置电压测试，测试结果不合格，流量检测时反馈电压不符合设计值。检测传感器芯片各针角间的电阻，传感器针角4与针角6之间电阻小于1Ω，两针角为线圈正、负极测得阻值过低其两针角线圈间短路。

5.2 诊断基本流程

首先根据发动机诊断流程进行各项系统检查，按照发动机配置类型进行以下程序排查：

① 检查发动机进气歧管及结连接管路是否漏气，传感器是否连接可靠。

② 检查各缸点火系统、整车油路系统是否正常。

③ 检查各执行器连接是否安全可靠。

④ 采用专业诊断仪器进行故障代码和数据流读取。

⑤ 对故障可能产生的相关零部件进行测试与理论分析，确定故障具体部位，排除故障常用的方法是更换元器件或维修处理。

6 结束语

EGR阀控制系统主要作用是减少尾气中的NOx排出，以及对环境的污染。EGR阀如果在非正常工作状态下漏气，会影响发动机各项性能。如果非正常工作状态下漏气，要依据经验理论推理、运用逻辑分析、了解EGR阀类型、工作原理及发动机类型等进行综合分析和判断，运用先进的诊断工具与仪器进行相关电路和信号检测，及时准确找到故障原因加以排除。

参考文献：

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[2]谭本忠.汽车波形与数据流分析.机械工业出版社 2013.

[3]吴荣辉.电喷发动机控制系统.福建科学科学技术出版社 2002.

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