国六柴油发动机后处理典型故障原因及排查方法研究

胡贤淼

关键词：国六排放;后处理故障;驾驶性能限制系统;氧化催化转化器;柴油颗粒捕捉器;选择性催化还原

0引言

随着GB17691—2018《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》的正式执行，商用车已经全面进入国六阶段。对比国五阶段后处理相关故障的车辆限制最高扭矩（发动机最大扭矩转速至调速器断油开始点转速间的最大输出扭矩降至外特性扭矩的60%），国六排放法规后处理相关故障的车辆限制区分为初级驾驶性能限制系统（发动机最大扭矩转速至调速器断油开始点转速间的最大输出转矩降至外特性扭矩的75%），和严重驾驶性能限制系统（除初级驾驶性能限制外，限制车辆运行速度至20km/h，即跛行模式）。

在后处理故障激活驾驶性能限制系统后，对用户带来的感知和影响将更加明显。如国五轻货运输车辆在后处理故障时虽然被限制最大扭矩，但由于载重较轻，实际上产生影响较小。而国六激活严重驾驶性能限制系统后，限速至20km/h后车辆则无法正常运营。为快速消除用户对国六车辆后处理故障的抱怨，本文基于现有国六柴油发动机的运行特性，对国六柴油发动机后处理典型故障进行分析，探究故障产生的原因以及排查的步骤，形成可行的诊断方案。

1典型国六柴油机后处理的结构和原理

为满足国六排放法规对NOX和PM的严苛要求，国六发动机在国五发动机基础上进一步优化了尿素后处理系统，并增加了后处理颗粒再生系统。同时，通过提升共轨压力、增加EGR系统等辅助手段，达到降低NOX和PM排放的目的，实现排放升级。

国六后处理系统采用“氧化催化转化器（DOC）+柴油颗粒捕捉器（DPF）+选择性催化还原（SCR）+氨气氧化催化器（ASC）”

技术，以及非空气辅助尿素喷射系统[1]，系统结构如图1所示。

在尿素后处理系统中，通过控制尿素將浓度为32.5%的尿素水溶液喷入排气管，在催化剂作用下，还原剂NH3在290～400℃下有选择地将NO和NO2还原成N2，而几乎不发生NH3与O2的氧化反应，从而提高了N2的选择性，减少了NH3的消耗。尿素与尾气中的NOX在SCR系统中催化剂作用下进行氧化还原反应，生成N2和H2O，降低NOX浓度[2]。尿素后处理系统从国五阶段切换到国六阶段主要在于提升尿素与NOX的反应效率，故障产生与排查机理基本相同，不作为本文研究的重点。

在柴油发动机的后处理颗粒再生系统中，通过DOC进行催化氧化，使发动机排气中的HC、CO、NO和SOF（可溶性有机物）等进一步氧化成CO2和H2O，从而降低HC、CO和PM的量。

DOC使NO部分转化成NO2，可应用于DPF被动再生;而DOC在氧化HC的同时放出热量，可应用于DPF的主动再生[2]。

经过DOC后，尾气中的颗粒物通过DPF进行捕捉净化，并通过发动机热管理在DPF内催化剂作用下快速燃烧消除，这个过程被称为DPF再生[3]。通过这一过程，从而有效降低尾气中PM浓度。

在国六后处理系统运行中，上述过程均实行闭环控制[4]。当输出到达最大范围仍然无法校正至合理状态时，则会出现国六后处理相关故障，并根据诊断逻辑触发相应故障码。同时，系统根据故障的严重程度，激活初级驾驶性能限制和严重驾驶性能限制系统，提示用户需要进行维修。

2国六柴油发动机后处理的典型故障、原因及排查流程

结合国六后处理的结构和原理分析，以及实际应用场景中的情况，目前国六柴油发动机后处理典型故障主要来源于DOC、DPF、NOx传感器、温度传感器（4个）、压差传感器以及相关线路等1个或多个部件工作异常，导致发动机工作异常后出现故障现象。为增强本文的实用性和指导意义，笔者主要从实际车辆运行中出现的故障出发，聚焦国六新增DOC、DPF以及相关传感器、线路等引发的典型故障，研究故障排除的思路和方法[5]。

2.1故障1：DOC转换效率低

故障现象：本司接到服务站求助，一辆搭载国六柴油发动机的车型，发动机能正常运转，但发动机故障警告灯及排放故障指示灯（MIL灯）亮;发动机排气管冒白烟，有刺鼻气味。用故障诊断仪检测，读取到故障码：P0420——氧化催化器（DOC）转化效率低-被动监控（DOC转换效率低）。

电控发动机的故障诊断一般主要从两个方面着手进行分析：一方面从故障表现进行范围锁定，一方面从发动机电控单元内故障码进行辅助分析。两个方面进行结合，形成排查问题的方法和流程。

检查分析：从故障表现来看，发动机正常运转但冒白烟，说明发动机的点火系统正常，有柴油进入到排气系统内但未正常燃烧[6];有刺鼻气味，说明热管理出现异常，导致进入排气系统的柴油和尿素均存在未与尾气完全反应，柴油和尿素的混合物从排气管排出产生刺鼻气味。因此故障初步定位在后处理上。

从故障码分析，触发故障码P0420的诊断条件：当发动机运行在一定工况下，如果DOC上游温度在一定范围，且与下游温差大于限值，发动机转速满足一定限值，HC喷射等（诊断条件1）;DOC转换效率低于限值（诊断条件2）。当触发任何一个条件，则系统会报DOC转换效率低的故障码。因此，可以初步判断故障的原因有：①DOC温度传感器异常或安装错误（对应诊断条件1）;②DOC老化或损坏（对应诊断条件2）;③DOC被拆除（对应诊断条件2）。按照故障排查先易后难的原则，编制排查流程图（图2）。具体排查流程如下。

（1）检查DOC上、下游温度传感器安装、线束连接以及供电是否正常，线束是否存在开路或短路。若异常，则修复或更换传感器或线束;若无异常则进入下一步。一般情况下，如果智能排气温度传感器出现故障，会同时出现与之相关的故障码。

（2）目测检查DOC是否被拆除，如被拆除需重新安装好新的DOC。如没有拆除，进入下一步。

（3）检查DOC上、下游温度传感器探头是否异常，是否积炭。

检查DOC上、下游温度传感器探头是否被垫高，若是，则移除垫片或更换传感器座，恢复传感器正常安装。检查智能排气温度传感器是否分别正确安装在DOC和SCR的上、下游（表1）。

（4）拆检DOC：系统下电，拆下DOC，检查DOC出口端面是否有开裂、泄漏及烧损等损坏现象。若DOC损坏，需更换新的DOC。

故障排除：在指导服务站处理本次故障处理流程中，无智能排气温度传感器的相关故障码，因此主要检查方式为DOC目视检查和相关传感器安装是否垫高及错位检查。检查时需要根据上述步骤逐一核对，才能避免错误判定。经过指导，服务站检查结果为DOC开裂，更换DOC后试车，故障排除。

2.2故障2：DPF堵塞故障故障现象：本司接到服务站求助，一辆搭载国六柴油发动机的车型，起动发动机后，发动机故障灯常亮，MIL灯、排气温度过高报警灯和驾驶员警告灯点亮，DPF再生灯点亮或闪烁;发动机动力不足，出现限速甚至熄火;排气冒黑烟。用故障诊断仪检测，读取到故障码：P244B——DPF堵塞故障（DPF炭载量过载）。

检查分析：从故障表现分析，发动机多个故障灯亮，且DPF再生故障灯点亮，说明DPF相关系统出现故障。发动机已经出现冒黑烟、动力不足、限速甚至熄火，说明已经触发严重驾驶性能限制系统，综合故障表现，本故障初步定位在后处理DPF上。也不排除用户在DPF多次提示再生后未及时再生引发故障。

从故障码分析，触发P244B的诊断条件为：当发动机处于正常燃烧模式，DPF温度在正常温度之间时（诊断条件1），监控到DPF压差值大于诊断阈值（诊断条件2），报DPF堵塞故障。由此可以初步故障原因有：DPF压差传感器取气管堵塞（对应诊断条件1）;DPF炭载量过大未进行再生（对应诊断条件2）;DPF堵塞（对应诊断条件2）。按照故障排查先易后难的原则，编制排查流程图（图3）。具体检查流程如下。

（1）根据DPF压差传感器故障排查步骤，检查DPF压差传感器的线束连接、供电是否正常，线束是否开路或短路。若线束或插接器异常，则修复或更换插接器及线束。一般情况下，DPF压差传感器故障会同时出现与之相关的故障码。

（2）根据DPF压差传感器故障排查步骤，检查DPF压差传感器读值是否正常。若异常，拆下DPF压差传感器取气管路，检查管路是否存在断裂、堵塞或积水现象（若在寒冷地区，还需检查管路是否结冰）。若管路存在上述现象，则清理取气管路或直接更换取气管。若取气管路均正常，但传感器读值异常，则更换传感器。若传感器及取气管路均正常，则进入下一步骤。

（3）系统上电，检查DPF再生灯状态，若DPF再生灯点亮或闪烁，则参照DPF再生操作流程进行行车再生（DPF灯点亮）或驻车再生（DPF灯闪烁）;若DPF再生灯未点亮，则进入下一步骤。

（4）DPF拆检。目测检查DPF是否被拆除，若被拆除，则需重新安装DPF。如果DPF未被拆除，系统下电，拆下DPF，检查DPF前端面是否有积炭或积灰。若积炭或积灰严重（圖4），则需对DPF进行清洁后重新安装。若DPF无法清洁，则直接更换DPF。

另外在拆检过程中，还需检查DPF前、后端面或侧面是否有裂缝，后端面是否有黑点或黑斑，是否存在腐蚀剥落或有浸泡痕迹，以及是否有烧损等损坏等现象。若DPF出现上述损坏现象，则需更换新DPF。

故障排除：在指导服务站处理本次故障处理流程中，无DPF压差传感器故障的相关故障码，因此主要检查方式为目视检查和用户使用调查。检查内容为相关传感器安装是否错误或错位，用户是否没有及时进行DPF再生操作，DPF是否拆除或开裂。服务站与用户沟通得知，在再生灯点亮后一直未进行再生操作，导致DPF堵塞严重。服务站进行再生操作后，试车故障排除。

3国六柴油机后处理的典型故障排查方法和思路

上述2个案例主要从DOC和DPF的常规故障入手，通过对故障码的诊断条件解析，对应实车可能出现的故障点。同时从系统工作原理出发，编制对应故障的排查方法和流程。DOC和DPF零件作为国六柴油发动机新增加的主要总成零件，其故障具备一定的代表性。根据国六发动机的特性，结合之前分析的故障，总结诊断思路如下。

（1）故障现象获取。国六柴油发动机出现后处理相关故障时，一般会伴随着发动机故障灯、MIL灯及驾驶性能系统警告灯等点亮现象。因此确认故障现象时，首先检查是否有上述故障灯点亮，获得初步锁定，缩小排查范围。

（2）故障码获取。由于国六柴油发动机的后处理实现完全闭环控制，增加了多个传感器，因此故障一般会有比较明显的指向性故障码。通过故障码一般可以初步划定故障范围，如传感器故障，一般均有1个或多个相应信号合理性故障码出现。

（3）故障诊断逻辑分析。根据故障码分析故障的诊断条件，包含诊断的准备条件和判定条件。只有理解了诊断条件，才能制定相应的诊断流程和排查步骤。因为故障排查的过程本质上是对诊断条件的逆向分析，只有不满足诊断条件，才会触发相应故障。

（4）根据诊断条件进行故障排查流程设计。根据诊断条件，设计相应的排查流程。在设计诊断流程中，针对DOC和DPF类故障，主要通过排除法来进行诊断，即先排查DOC和DPF正常工作运行的条件是否达到。例如通过相应传感器、线束的故障状态，以及是否出现线束或传感器类故障码，初步判定是否存在线束和传感器故障。然后在正常工作条件下，检查是否为DOC和DPF本体出现故障，比如检查DOC和DPF是否被移除或损坏。

同时在流程设计过程中，按照先易后难原则进行。如较为简单的线路和传感器检查优先进行，可以避免频繁拆除DOC和DPF，影响维修时长。结合系统排除法和先易后难的处理原则，可以设计出较为完善的故障排查流程和思路，避免系统分析后故障排查流程不全和维修时间过长。

4结束语

国六柴油发动机后处理系统相关故障的维修中，DOC及DPF故障是非常典型的故障类型，掌握相关的维修诊断思路对提升国六发动机的检修能力具有非常重要意义。国六车辆的后处理故障类型比国五车辆更多，检查的流程也更加复杂。因此掌握正确检查方法、系统地开展排查，可以更有效处理国六柴油发动机后处理相关故障的故障。本文旨在抛砖引玉，通过典型故障的排查过程设计，总结经验和思路，希望能为其他用户或者维修人员提供帮助。