許高杰（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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某國四發(fā)動機冒黑煙市場問題攻關(guān)

許高杰
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某國四排放的輕卡在特定工況時會出現(xiàn)冒黑煙的情況。經(jīng)過調(diào)查，攻關(guān)，順利解決市場問題。

輕卡；發(fā)動機；冒黑煙

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.087

CLC NO.: U469.6+1Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-253-02

引言

隨著社會不斷的發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴重，其中汽車尾氣污染是不可忽視的一環(huán)。因此國家于2015年全國全面實行國四排放。用戶在使用我公司某款國四車型時，發(fā)現(xiàn)在低檔位急加速時，消聲器會冒出明顯可見的黑煙，不滿足當?shù)氐沫h(huán)保政策，需要進行整改。

1、原因分析

該款車型是當年上市的新款車型，在實驗測試過程中并未發(fā)現(xiàn)冒黑煙的情況出現(xiàn)。同時，在發(fā)動機臺架測試中，發(fā)動機排放水平完全能達到國家第四階段汽車尾氣污染物排放法規(guī)的要求。我們分析可能是由于用戶的使用工況與實驗室條件不同造成的。

2、原因查找

2.1發(fā)動機技術(shù)路線說明

該款車型使用的發(fā)動機技術(shù)路線為EGR+DOC+POC來達到國四排放標準，是使用廢氣再循環(huán)來降低尾氣中的氮氧化物，并通過DOC和POC來降低顆粒物（PM）濃度。一般實際應(yīng)用中，DOC和POC是封裝在一起的，這樣便于整車布置和售后維護。

在前級DOC催化器的氧化作用下，NO與O2結(jié)合成NO2，加上柴油機本身缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生一定量的NO2。NO2進入POC，在含有貴金屬的特殊化學涂層的催化作用下，NO2分子鍵在較低溫度（250℃左右）時斷裂，所需能量為305kJ/mol，產(chǎn)生的O與被捕捉到的C顆粒燃燒，生成CO2。DOC發(fā)生作用需要一定的溫度，如果溫度過低，則不會產(chǎn)生催化作用，但溫度過高，也會產(chǎn)生大量硫酸鹽，讓催化器失效。使用EGR+DOC+POC技術(shù)路線實現(xiàn)國四排放的車輛，用戶在使用較長時間后，因為后處理中不斷會積碳，最終會導致后處理失效。然后就需要進行后處理的維護保養(yǎng)，或者更換。

2.2用戶車輛使用情況調(diào)查

經(jīng)過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該車輛是從正規(guī)渠道購買，并正常保養(yǎng)，而且是購買半年以內(nèi)的新車。除了冒黑煙之外，并沒有其他故障。用戶用車主要是在城區(qū)和城郊之間運送貨物，由于當?shù)亟煌ㄇ闆r不佳，車速最高不超過50km/h，平均車速在35km/h左右。而且由于紅燈較多，需要頻繁地起步加速。導致在一檔升二檔、二檔升三檔急加速時，消聲器會冒出清晰可見的黑煙。

2.3后處理DOC布置位置調(diào)查

由于DOC和POC的催化反應(yīng)需要一定的溫度，所以DOC在排氣系統(tǒng)的布置位置需要盡可能的靠近發(fā)動機排氣口，以獲得足夠高的排氣溫度。經(jīng)過調(diào)查，故障車的DOC處理器距離排氣口約1050mm，屬于正常距離。而且更靠近排氣口的位置發(fā)動機空間較小，很難再縮短二者之間的距離。

為了確認DOC和POC在使用過程中發(fā)揮作用的時間，我們在實驗室模擬了用戶使用情況下DOC處排氣溫度，并測試了給前排氣管增加保溫包裹后DOC前端廢氣的溫度變化。試驗結(jié)果表明，在一檔、二檔情況下，由于車速不高，發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低，DOC前端廢氣溫度達不到催化反應(yīng)的臨界溫度。導致DOC和POC中積碳，最終會有黑煙從消聲器中冒出。低速時后處理中的積碳，需要在高轉(zhuǎn)速和車速情況下，利用高溫廢氣將后處理中的積碳催化燃燒。這叫做后處理再生。前排氣管增加包裹后，廢氣溫度確實有一定的上升，但是不明顯，并不能根本性解決一二檔排氣溫度低的問題。所以這個方案不能作為主要的解決方法。

2.4發(fā)動機生產(chǎn)一致性調(diào)查

柴油機冒黑煙是一個普遍出現(xiàn)的現(xiàn)象，在以往低排放等級的柴油機中經(jīng)常會發(fā)生。大家已經(jīng)總結(jié)發(fā)現(xiàn)了很多會造成這一故障的問題點。主要有進氣不良，噴油提前角及噴油量不正確，排氣被壓過大，柴油機氣門間隙不均等等。針對這些可能存在的問題點，我們逐個進行了仔細地排查。結(jié)果并沒有在我們的車上發(fā)現(xiàn)有此類的問題存在。

3、整改對策

3.1高溫燃燒法

由于用戶在低速工況下使用較多，導致后處理積碳超過限額容量，最終導致后處理來不及處理，尾氣中有黑煙出現(xiàn)。高溫燃燒法就是針對此種情況，做出的一項整改對策。具體方案就是用戶在使用一段時間之后，掛三檔以上檔位，發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持在2500轉(zhuǎn)/分鐘，保持半個小時。利用發(fā)動機高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的高溫廢氣，將后處理中的積碳一次性清除干凈，并有利于后處理的再生。經(jīng)過試驗驗證，本方案可以有效降低后處理中碳的含量。但是這種方案會浪費用戶的燃油經(jīng)濟性，不能作為本次市場問題的主要處理對策。

3.2刷新標定數(shù)據(jù)法

本次市場問題故障為一檔升二檔、二檔升三檔急加速時有黑煙冒出，在平時勻速行駛時并沒有黑煙。所以可以調(diào)整發(fā)動機標定策略，通過車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速對應(yīng)關(guān)系判斷變速箱檔位，適當減小在相應(yīng)檔位急加速時發(fā)動機噴油量來減少尾氣中的PM含量。

經(jīng)過重新刷寫ECU數(shù)據(jù)，調(diào)整特殊工況的發(fā)動機噴油量和噴油提前角，可以有效解決用戶急加速工況下的冒黑煙問題。因為調(diào)低了噴油量，從理論上來說，整車的動力性會變差，經(jīng)濟性會變好。通過轉(zhuǎn)轂試驗，動力性只有略微下降，如下圖所示，整個降低在2%以內(nèi)。在實際駕駛過程中沒有明顯感覺。

4、結(jié)論

通過重新標定發(fā)動機噴油量數(shù)據(jù)和噴油提前角，可以有效解決用戶低檔位急加速時發(fā)動機冒黑煙的問題。市場問題得以有效解決。

[1]余志生.《汽車理論》.第五版.機械工業(yè)出版社,2011年1月.

[2]王望予.《汽車設(shè)計（第4版）》.機械工業(yè)出版社,2011年6月.

[3]張欣.《車用發(fā)動機排放污染與控制》.北京交通大學出版社,2014年2月.

[4]付百學.《汽車發(fā)動機電子控制技術(shù)》.北京理工大學出版社,2011年11月.

[5]趙航.《車用柴油機排放后處理技術(shù)》.中國科學技術(shù)出版社,2010年3月.

China four light truck black smoke problem research

Xu Gaojie
（Anhui Jianghuai Automotive Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601）

Four emissions of light trucks in particular conditions will appear black smoke.After investigation,research,and successfully solve the market problems.

light truck; engine; black smoke

U469.6+1

A

1671-7988（2016）08-253-02

許高杰（1986-），男，助理工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，從事輕型商用車底盤開發(fā)工作。