【Pico汽車示波器診斷】Komatsu PC210 LC | Komatsu PC210 LC AdBlue 故障

作者:Ben Martins

在Pico公司裡,Steve開始玩一些虛擬機器必須提供更精細的機械分析,而我發現自己還深陷在田野當中,充滿熱量,看著一些正在運行的東西,直到他停止,這在某種程度上已經成為一個流行的笑話。我喜歡這些機器帶給我的挑戰,因為你的診斷方式必須改變。零件並沒有現成的,通常無法在同一天訂購,而且總體要貴上3-4倍。

接下來的冒險從一個背景故事開始,之前已經檢查過機器並更換了零件。我與操作員進行了小小交談,他回報說在第二次檢修後,它運作了大約四個小時,然後進入了4級警告,引擎、機器性能嚴重降級。4級警告的另外一項煩人的部分是,一旦打開點火開關就會持續發出警報,且在故障修復之前無法關閉。

這個故事有趣之處在於,這台機器之前也遇過類似的問題,並且AdBlue/DEF噴射器已經更換了兩次。有人告訴我,真正的DEF噴射器成本約為600英鎊,這代表我們已經投入了1200英鎊的零件,但機器依舊無法使用。

如同所有的診斷工作一樣,驗證故障是首要工作。如我所料,當我開啟點火開關,我們聽到4級警告的警報並且顯示故障。故障代碼可以在技術手冊中查到,但4級警告AS00R4代表1級故障碼CA3568的故障在維修後一段時間仍然存在,該時間長度取決於機器的規格。

每當我們在處理AdBlue的問題我總是確保儲存桶中有添加劑並確保AdBlue的品質。AdBlue或DEF,柴油排氣處理液,由32.5%的尿素溶液與67.5%的水組成,在-11°C以下凍結。如果機器運行時添加液不足,故障警告燈會亮起,如果沒有加滿,最終會使引擎限制性能。如果它完全耗盡,則會阻止機器啟動。在這種情況下,有太多都是因為AdBlue所導致。內置式感知器回報濃度水平為33.2%,如果你無法讀取質量感知器,可以使用折射器來測試品質。

我們從目視檢查中看不出任何明顯的問題,因此我們必須關注1級代碼CA3568,他指出AdBlue/ DEF噴射器故障。首先是使用PicoScope檢查噴射器的作動情況,來檢查機器是否供電驅動噴射器。

  1. A通道:供電電壓
  2. B通道:接地
  3. C通道:電流

Komatsu 有名的是他有最全方位的監控器。在某種程度上,他可以當診斷工具,你可以在當中顯示當前數據、清除故障碼並執行作動測試。由於故障仍然存在,因此機器在運行期間沒有激活噴射器。為了獲取上面的捕獲紀錄,我們透過監控器對噴射器進行作動測試。這是一個脈衝的動作,解釋了噴射器作動的一定時間。如果你想在Komatsu監控器的範例查看故障代碼,請參閱此處

我們很開心可以控制噴射器,甚至可以辨認出噴射器正在移動的針狀凸波。

確定在正常運作期間未作動噴射器的原因。其中一種想法是,如果ECU看到感知器的值不正確,它可能不會下指令給噴射器,因為那裡沒有其他噴射器。當我們再一次查看監控器,我們觀察到NOx感知器輸出值。

我們知道AdBlue沒有被噴射,這解釋了SCR出口處的NOx值很高,但渦輪出口濃度水平將保持不變。就像它被卡住了一樣,但我們通過舉升動臂來增加引擎的負載時,我們看到讀數下降到負值,然後他們開始跳動,直到引擎回到怠速然後返回到靜態值。由於NOx感知器看的到且很容易接近,我們認為可以對它做非侵入性檢測,因此我們將示波器連接到SCR出口NOx感知器的CAN H和 CAN L端子。

藉由使用PicoScope捕獲到的數據,我們可以應用J1939串型譯碼來協助我們以正確的格式查看標題。這有助於我們區分廢氣後處理網路上存在的各種ECU。在這個機器的案例中,廢氣後處理ECU實際上內建在引擎的ECM中,這就是為甚麼我們將NOx感知器和引擎放在同一個網路上的原因。我應用了一個鏈接文件,它以可讀的形式顯示PGN和源位址值。我關注廢氣後處理氣體1,我認為它是渦輪出口/排氣入口處的NOx感知器。數據顯示沒有發生任何事情,但我們的監控器顯示的值是240ppm。 我將數據導出為CSV文件,以便更好操作它來使用J1939 DA文件查看數據。

論壇上有更多關於如何從PicoScope捕獲的數據來確定數值的資訊以及J1939 DA文件中提供的訊息。你可以從我們的一位用戶那裡了解更多資訊,稍後我會在論壇中解釋如何以上述格式導出並查看數據。

我還添加了來自出口NOx感知器的數據,它在140ppm左右徘徊。這與監控器上的數據有關,會不會是我們的NOx感知器有故障? 我不能把它排除在外,但現在是時候變得更具侵入性了。

我們決定拆下噴射器,看看是否可以強制供電來啟動噴射器,看看噴射器是否有堵塞。

儘管噴射器被激活(我們甚至聽到”喀喀聲”),但它沒有噴射任何的AdBlue,表示它已經堵塞。

這代表將要更換第三次噴射器。這看起來不太對勁所以我們回到監控器並且從Komatsu發現了另外一個怪異紀錄!

紀錄列表中的第二個是AdBlue/DEF噴射器在6347小時的時候有過熱警告,等於就是在我們檢查機器的前20小時。在此之下,有兩項引擎冷卻系統相關的紀錄,一項是引擎冷卻液過熱。這在機械設備中並不少見。這些機器所處的環境通常灰塵很多,吸入空氣來冷卻引擎會把這些汙垢與灰塵帶入並堵塞散車鰭片,這些紀錄是否跟噴射器故障有關呢?

拆下噴射器的冷卻管告訴我們任何我們需要知道的事情。從上圖中可以看到,管子的端口已經被堵死了。從車身上拆下管路出口可以讓我們看得更遠,果然,整條管子都完全堵塞了,冷卻液無法在噴射器周圍通過。

我還沒完全了解到冷卻對於AdBlue噴射器有這麼重要,我在汽車領域第一次接觸AdBlue時,噴射器通常附有一個大型散熱器,並且會放置在車輛行駛時空氣會經過的地方。由於噴射器只會在再生過程中承受高溫,這通常只會在車輛行駛時發生。然而,對於這類型的機器,產生氣流是不可能的,因此必須透過其他方式來進行冷卻。

訂購新的噴射器,並且清理了流向噴射器本體的管路與冷卻液通道,我們希望這是問題的原因。不過建議在冷卻系統恢復工作之前對其進行徹底的清洗。在所有類型的非公路機械上有越來越多的廢氣後處理系統,使得系統更加複雜。我們想知道是否有測試可以快速檢查主要作動器的運行與健康狀態。安裝在Komatsu的系統是Bosch Denoxtronic 2.2。有些輕型或中型商用車上也會看到這套系統。可以在下圖中看到這些作動器的基本配置。

為了瞭解我們無法手動運作泵和噴射器的情況下也可以進行測試,我們首先需要了解系統的工作原理。

從根本上來說,AdBlue廢氣後處理系統有一定數量的組件。包括了:

  1. AdBlue儲存桶
  2. 供應模組
  3. 添加控制模組
  4. DEF 劑量單元
  5. SCR – 選擇性催化還原裝置,包含氨過濾器
  6. 溫度感知器
  7. NOx感知器
  8. 用於管路、儲存桶和供應模組的加熱器元件
  9. AdBlue 質量感知器
  10. AdBlue液面感知器
  11. 濾清器

使用液壓圖更容易解釋迴路裡的執行部分:

  1. 添加控制模組
  2. AdBlue儲存桶
  3. 濾清器
  4. 單向檢查閥與節流閥。節流閥透過限制流量來產生壓力
  5. 壓力感知器
  6. 4/2流量控制閥
  7. 電動馬達驅動單向定量泵
  8. 2/2電磁閥(DEF噴射器)

當點火開關打開後,一旦液體達到工作溫度,泵會啟動系統。泵從儲存桶中抽取液體,油箱壓力將上升至9Bar(130psi)左右。這個壓力是由回油管中的節流閥產生的,壓力是流動的阻力。單向閥可以預防液體從返回側的儲存桶進入供應管路。

在運行期間,廢氣後處理ECU會命令噴射器打開,使溶液進入排氣系統造成化學反應。當AdBlue被引入高溫環境時,尿素會分解成氨與異氰酸。這與水蒸氣結合產生水解反應、CO2與NH3(氨)。在含有催化劑和高濃度氧氣的環境中,在一個含有催化劑與高水平氧氣的環境中,發現稀薄燃燒引擎在燃燒後,氨會與廢氣中的NOx結合形成氮氣、二氧化碳和水。

當引擎關閉時,廢氣後處理ECU會命令4/2流量控制閥(6.),切換它的位置來使泵運送液體從供應管路返回到儲存桶。由於單向閥和噴射器於關閉位置,真空會開始在管路中建立。為了防止管道塌陷,噴射器以高頻脈衝使空氣進入管道並控制真空量。壓力感知器將偵測管路中的真空變化,這在尋找堵塞的時候很有用處。

隨著對系統的有更好的了解,我們藉由運行主動測試當做了一個快速檢測,同時監測壓力感知器,泵電流與DEF噴射器。

  • 通道A – AdBlue壓力
  • 通道B – AdBlue泵電流
  • 通道C – AdBlue/DEF 噴射器

查看通道A。在開始測試之前的壓力讀數為791mV,這代表系統位運作時為大氣壓力。當泵開始運作,我們可以看到電流改變表示工作開始且壓力開始上升。一旦壓力達到穩定,會啟動噴射器。當測試停止,隨著4/2閥開啟,壓力立即下降。泵仍在轉動以將 AdBlue 帶回儲存桶中,我們開始看到真空開始,因為壓力下降到大氣壓力以下並繼續下降到 609 mV 的電壓。噴射器已經啟動,但壓力讀數沒有變化,這表明可能存在堵塞。

相比之下,下面是在已知良好的系統完成的數據(雖然連接略有不同)。通道A上仍存在壓力,但我們使用電壓來確定電機速度,而不是電源上的電流。

當我們量測在淨化期間的壓力與電壓,我們可以看到它沒有低於800mV。這使我們相信我們看到故障機器上的壓力感知器堵塞。安裝新的噴射器後,我們清除了故障碼並在運行時再次紀錄數據。

有趣的是,當看噴射器電流在流動時我們可以看到AdBlue的壓力在下降。這表示AdBlue確實被送到排氣系統當中。由於這是一個已知的狀況,我們可以用這個壓力下降來凸顯之後的堵塞問題。如果NOx的水平有問題儘管壓力下降,我們必須將注意力放在噴射器或實際的SCR催化劑。

當我們查看淨化端時,可以看到壓力電壓穩定在770mV,對此我感到滿意。

我希望這在某些程度上有幫助。在診斷的過程中有一些曲折,但有更好的產品之器可能會使行動計劃遠離CAN測試。然而,可以肯定的說我學到了一些新東西! 感謝RCT Power Services的Roy有機會與他一起參與這次的診斷冒險。