原创 虹科案例 |Komatsu PC210 LC 挖掘机AdBlue柴油排气处理故障诊断

  本案例中的这台挖掘机之前已经检查过机器并更换了零件。我与操作员进行了小小交谈，他说在第二次检修后，这台挖机运作了大约四个小时，然后就进入了4级警告——发动机、机器性能严重降级。4级警告更恼人的状况是，一打开点火开关就会持续发出警报，且在故障修复之前无法关闭。

        这个案例的有趣之处在于，这台机器之前也遇过类似的问题，并且AdBlue（蓝驱，柴油排气处理技术，下文都简称为AdBlue）/DEF喷油嘴已经更换了两次。有人告诉我，真正的DEF喷油嘴成本约为600英镑，这代表我们已经投入了1200英镑来更换零件，但机器依旧无法使用。

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如同所有的诊断工作一样，验证故障是首要工作。如我所料，当我开启点火开关，我们听到4级警告的警报并且显示当前故障。故障代码可以在技术手册中查到，但4级警告AS00R4代表1级故障码CA3568的故障在维修后经过一段时间仍然存在，该时间长度取决于机器的规格。 

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        每当我们在处理AdBlue柴油排气处理液的问题时，我总是确保储存桶中有添加剂并确保AdBlue的质量。AdBlue或DEF柴油排气处理液，由32.5%的尿素溶液与67.5%的水组成，在-11°C以下冻结。如果机器运行时添加液不足，故障警告灯会亮起，如果没有加满，最终会使发动机限制性能。如果它完全耗尽，则会阻止机器启动。在这种情况下，有太多都是因为AdBlue所导致。内置式传感器回报浓度水平为33.2%，如果你无法读取质量传感器，可以使用示波器来测试质量。

        我们从目视检查中看不出任何明显的问题，因此我们必须关注1级代码CA3568，他指出AdBlue/ DEF喷油嘴故障。首先是使用PicoScope检查喷油嘴的作动情况，来检查机器是否供电驱动喷油嘴。

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1.A通道：供电电压

2.B通道：接地

3.C通道：电流

        Komatsu因为有最全方位的监控器而出名。在某种程度上，它可以当诊断工具，你可以在当中显示当前数据、清除故障码并执行作动测试。由于故障仍然存在，因此机器在运行期间没有激活喷油嘴。为了获取上面的捕获纪录，我们透过监控器对喷油嘴进行作动测试。这是一个脉冲的动作，解释了喷油嘴作动的一定时间。

        我们很开心可以控制喷油嘴，甚至可以辨认出喷油嘴正在移动的针状凸波。

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        确定在正常运作期间未作动喷油嘴的原因。我的想法之一是，如果ECU看到传感器的值不正确，它可能不会下指令给喷油嘴，因为那里没有其他喷油嘴。当我们再一次查看监控器，我们观察到NOx（氮氧化物）传感器输出值。

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        我们知道AdBlue没有被喷射，这解释了SCR出口处的NOx值很高，但涡轮出口浓度水平将保持不变。就像它被卡住了一样，但我们通过举升动臂来增加发动机的负载时，我们看到读数下降到负值，然后他们开始跳动，直到发动机回到怠速然后返回到静态值。由于NOx传感器看的到且很容易接近，我们认为可以对它做非侵入性检测，因此我们将示波器连接到SCR出口NOx传感器的CAN H和 CAN L端子。

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        基于使用PicoScope捕获到的数据，我们可以应用J1939串型译码来协助我们以正确的格式查看。这有助于我们区分废气后处理网络上存在的各种ECU。在这个机器的案例中，废气后处理ECU实际上内建在发动机的ECM中，这就是为什么我们将NOx传感器和发动机放在同一个网络上的原因。我应用了一个链接文件，它以可读的形式显示PGN和源地址值。我关注废气后处理气体1，我认为它是涡轮出口/排气入口处的NOx传感器。数据显示没有发生任何事情，但我们的监控器显示的值是240ppm。我将数据导出为CSV文件，以便更好操作它来使用J1939 DA文件查看数据。

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        我还添加了来自出口NOx传感器的数据，它在140ppm左右徘徊。这与监控器上的数据有关，会不会是我们的NOx传感器有故障? 我不能把它排除在外，但现在是时候变得更具侵入性了。

        我们决定拆下喷油嘴，看看是否可以强制供电来启动喷油嘴，看看喷油嘴是否有堵塞。

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        尽管喷油嘴被激活(我们甚至听到”喀喀声”)，但它没有喷射任何的AdBlue，表示它已经堵塞。

        这代表将要更换第三次喷油嘴。这看起来不太对劲，所以我们回到监控器并且从Komatsu发现了另外一个奇怪的记录！

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        记录列表中，第二条显示AdBlue/DEF喷油嘴在6347小时的时候有过热警告，等于就是在我们检查机器的前20小时。在此之下，有两项发动机冷却系统相关的纪录，一项是发动机冷却液过热。这在建筑设备中并不少见。这些机器所处的环境通常灰尘很多，吸入空气来冷却发动机会把这些污垢与灰尘带入并堵塞散车鳍片，这些纪录是否跟喷油嘴故障有关呢？

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        拆下喷油嘴的冷却管告诉我们任何我们需要知道的事情。从上图中可以看到，管子的端口已经被堵死了。从车身上拆下管路出口可以让我们看得更远，果然，整条管子都完全堵塞了，冷却液无法在喷油嘴周围通过 

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        我还没完全完全了解到冷却对于AdBlue喷射器有这么重要，我在汽车领域第一次接触AdBlue时，喷油嘴通常附有一个大型散热器，并且会放置在车辆行驶时空气会经过的地方。由于喷油嘴只会在再生过程中承受高温，这通常只会在车辆行驶时发生。然而，对于这类型的机器，产生气流是不可能的，因此必须透过其他方式来进行冷却。订购另一个喷油嘴，并且清理了流向喷油嘴本体的管路与冷却液通道，我们希望这是问题的原因。不过建议在冷却系统恢复工作之前对其进行彻底的清洗。在所有类型的非公路机械上有越来越多的废气后处理系统，使得系统更加复杂。我们想知道是否有测试可以快速检查主要作动器的运行与健康状态。安装在Komatsu的系统是Bosch Denoxtronic 2.2。有些轻型或中型商用车上也会看到这套系统。可以在下图中看到这些作动器的基本配置。

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        为了了解我们无法手动运作泵和喷射器的情况下也可以进行测试，我们首先需要了解系统的工作原理。

        从根本上来说，AdBlue废气后处理系统有一定数量的组件。包括了：

        1.AdBlue储存桶

        2.供应模块

        3.添加控制模块

        4.DEF 剂量单元

        5.SCR – 选择性催化还原装置，包含氨过滤器

        6.温度传感器

        7.NOx传感器

        8.用于管路、储存桶和供应模块的加热器组件

        9.AdBlue 质量传感器

       10.AdBlue液面传感器

        11.滤清器

        使用液压图更容易解释回路里的执行部分：

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        1.添加控制模块

        2.AdBlue储存桶

        3.滤清器

        4.单向检查阀与节流阀。节流阀透过限制流量来产生压力

        5.压力传感器

        6.4/2流量控制阀

        7.电动马达驱动单向定量泵

        8.2/2电磁阀(DEF喷射器)

        当点火开关打开后，一旦液体达到工作温度，泵会启动系统。泵从储存桶中抽取液体，油箱压力将上升至9Bar(130psi)左右。这个压力是由回油管中的节流阀产生的，压力是流动的阻力。单向阀可以预防液体从返回侧的储存桶进入供应管路。

        在运行期间，废气后处理ECU会命令喷油嘴打开，使溶液进入排气系统造成化学反应。当AdBlue被引入高温环境时，尿素会分解成氨与异氰酸。这与水蒸气结合产生水解反应、CO2与NH3(氨)。在含有催化剂和高浓度氧气的环境中，在一个含有催化剂与高水平氧气的环境中，发现稀薄燃烧发动机在燃烧后，氨会与废气中的NOx结合形成氮气、二氧化碳和水。

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        当发动机关闭时，废气后处理ECU会命令4/2流量控制阀(6.)，切换它的位置来使泵运送液体从供应管路返回到储存桶。由于单向阀和喷油嘴于关闭位置，真空会开始在管路中建立。为了防止管道塌陷，喷油嘴以高频脉冲使空气进入管道并控制真空量。压力传感器将侦测管路中的真空变化，这在寻找堵塞的时候很有用处。

        随着对系统的有更好的了解，我们藉由运行主动测试当做了一个快速检测，同时监测压力传感器，泵电流与DEF喷油嘴。

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通道A – AdBlue压力

通道B – AdBlue泵电流

通道C – AdBlue/DEF 喷油嘴

        查看通道A。在开始测试之前的压力读数为791mV，这代表系统位运作时为大气压力。当泵开始运作，我们可以看到电流改变表示工作开始且压力开始上升。一旦压力达到稳定，会启动喷油嘴。当测试停止，随着4/2阀开启，压力立即下降。泵仍在转动以将 AdBlue 带回储存桶中，我们开始看到真空开始，因为压力下降到大气压力以下并继续下降到 609 mV 的电压。喷油嘴已经启动，但压力读数没有变化，这表明可能存在堵塞。

        相比之下，下面是在已知良好的系统完成的数据(虽然连接略有不同)。信道A上仍存在压力，但我们使用电压来确定电机速度，而不是电源上的电流。

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        当我们量测在净化期间的压力与电压，我们可以看到它没有低于800mV。这使我们相信我们看到故障机器上的压力传感器堵塞。安装新的喷油嘴后，我们清除了故障码并在运行时再次纪录数据。

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        有趣的是，当喷油嘴的电流在流动时，我们可以看到AdBlue的压力在下降。这表示AdBlue确实被送到排气系统当中。由于这是一个已知的状况，我们可以用这个压力下降来凸显之后的堵塞问题。如果NOx的水平有问题，尽管压力下降，我们也必须将注意力放在喷油嘴或实际的SCR催化剂上。

        当我们查看净化端时，可以看到压力电压稳定在770mV，结果令人满意。

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        希望这篇案例对你有帮助。