挖掘機(jī)AdBlue柴油排氣處理故障診斷

本案例中的這臺(tái)挖掘機(jī)之前已經(jīng)檢查過機(jī)器并更換了零件。我與操作員進(jìn)行了小小交談，他說在第二次檢修后，這臺(tái)挖機(jī)運(yùn)作了大約四個(gè)小時(shí)，然后就進(jìn)入了4級(jí)警告——發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)器性能嚴(yán)重降級(jí)。4級(jí)警告更惱人的狀況是，一打開點(diǎn)火開關(guān)就會(huì)持續(xù)發(fā)出警報(bào)，且在故障修復(fù)之前無法關(guān)閉。

這個(gè)案例的有趣之處在于，這臺(tái)機(jī)器之前也遇過類似的問題，并且AdBlue（藍(lán)驅(qū)，柴油排氣處理技術(shù)，下文都簡稱為AdBlue）/DEF噴油嘴已經(jīng)更換了兩次。有人告訴我，真正的DEF噴油嘴成本約為600英鎊，這代表我們已經(jīng)投入了1200英鎊來更換零件，但機(jī)器依舊無法使用。

如同所有的診斷工作一樣，驗(yàn)證故障是首要工作。如我所料，當(dāng)我開啟點(diǎn)火開關(guān)，我們聽到4級(jí)警告的警報(bào)并且顯示當(dāng)前故障。故障代碼可以在技術(shù)手冊(cè)中查到，但4級(jí)警告AS00R4代表1級(jí)故障碼CA3568的故障在維修后經(jīng)過一段時(shí)間仍然存在，該時(shí)間長度取決于機(jī)器的規(guī)格。

每當(dāng)我們?cè)谔幚鞟dBlue柴油排氣處理液的問題時(shí)，我總是確保儲(chǔ)存桶中有添加劑并確保AdBlue的質(zhì)量。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(jié)。如果機(jī)器運(yùn)行時(shí)添加液不足，故障警告燈會(huì)亮起，如果沒有加滿，最終會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)限制性能。如果它完全耗盡，則會(huì)阻止機(jī)器啟動(dòng)。在這種情況下，有太多都是因?yàn)锳dBlue所導(dǎo)致。內(nèi)置式傳感器回報(bào)濃度水平為33.2%，如果你無法讀取質(zhì)量傳感器，可以使用示波器來測試質(zhì)量。

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(guān)注1級(jí)代碼CA3568，他指出AdBlue/ DEF噴油嘴故障。首先是使用PicoScope檢查噴油嘴的作動(dòng)情況，來檢查機(jī)器是否供電驅(qū)動(dòng)噴油嘴。

1.A通道：供電電壓

2.B通道：接地

3.C通道：電流

Komatsu因?yàn)橛凶钊轿坏谋O(jiān)控器而出名。在某種程度上，它可以當(dāng)診斷工具，你可以在當(dāng)中顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)、清除故障碼并執(zhí)行作動(dòng)測試。由于故障仍然存在，因此機(jī)器在運(yùn)行期間沒有激活噴油嘴。為了獲取上面的捕獲紀(jì)錄，我們透過監(jiān)控器對(duì)噴油嘴進(jìn)行作動(dòng)測試。這是一個(gè)脈沖的動(dòng)作，解釋了噴油嘴作動(dòng)的一定時(shí)間。

我們很開心可以控制噴油嘴，甚至可以辨認(rèn)出噴油嘴正在移動(dòng)的針狀凸波。

確定在正常運(yùn)作期間未作動(dòng)噴油嘴的原因。我的想法之一是，如果ECU看到傳感器的值不正確，它可能不會(huì)下指令給噴油嘴，因?yàn)槟抢餂]有其他噴油嘴。當(dāng)我們?cè)僖淮尾榭幢O(jiān)控器，我們觀察到NOx（氮氧化物）傳感器輸出值。

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(dòng)臂來增加發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載時(shí)，我們看到讀數(shù)下降到負(fù)值，然后他們開始跳動(dòng)，直到發(fā)動(dòng)機(jī)回到怠速然后返回到靜態(tài)值。由于NOx傳感器看的到且很容易接近，我們認(rèn)為可以對(duì)它做非侵入性檢測，因此我們將示波器連接到SCR出口NOx傳感器的CAN H和 CAN L端子。

基于使用PicoScope捕獲到的數(shù)據(jù)，我們可以應(yīng)用J1939串型譯碼來協(xié)助我們以正確的格式查看。這有助于我們區(qū)分廢氣后處理網(wǎng)絡(luò)上存在的各種ECU。在這個(gè)機(jī)器的案例中，廢氣后處理ECU實(shí)際上內(nèi)建在發(fā)動(dòng)機(jī)的ECM中，這就是為什么我們將NOx傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)放在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的原因。我應(yīng)用了一個(gè)鏈接文件，它以可讀的形式顯示PGN和源地址值。我關(guān)注廢氣后處理氣體1，我認(rèn)為它是渦輪出口/排氣入口處的NOx傳感器。數(shù)據(jù)顯示沒有發(fā)生任何事情，但我們的監(jiān)控器顯示的值是240ppm。我將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為CSV文件，以便更好操作它來使用J1939 DA文件查看數(shù)據(jù)。

我還添加了來自出口NOx傳感器的數(shù)據(jù)，它在140ppm左右徘徊。這與監(jiān)控器上的數(shù)據(jù)有關(guān)，會(huì)不會(huì)是我們的NOx傳感器有故障? 我不能把它排除在外，但現(xiàn)在是時(shí)候變得更具侵入性了。

我們決定拆下噴油嘴，看看是否可以強(qiáng)制供電來啟動(dòng)噴油嘴，看看噴油嘴是否有堵塞。

盡管噴油嘴被激活(我們甚至聽到”喀喀聲”)，但它沒有噴射任何的AdBlue，表示它已經(jīng)堵塞。

這代表將要更換第三次噴油嘴。這看起來不太對(duì)勁，所以我們回到監(jiān)控器并且從Komatsu發(fā)現(xiàn)了另外一個(gè)奇怪的記錄！

記錄列表中，第二條顯示AdBlue/DEF噴油嘴在6347小時(shí)的時(shí)候有過熱警告，等于就是在我們檢查機(jī)器的前20小時(shí)。在此之下，有兩項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)相關(guān)的紀(jì)錄，一項(xiàng)是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液過熱。這在建筑設(shè)備中并不少見。這些機(jī)器所處的環(huán)境通?；覊m很多，吸入空氣來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)把這些污垢與灰塵帶入并堵塞散車鰭片，這些紀(jì)錄是否跟噴油嘴故障有關(guān)呢？

拆下噴油嘴的冷卻管告訴我們?nèi)魏挝覀冃枰赖氖虑?。從上圖中可以看到，管子的端口已經(jīng)被堵死了。從車身上拆下管路出口可以讓我們看得更遠(yuǎn)，果然，整條管子都完全堵塞了，冷卻液無法在噴油嘴周圍通過。

我還沒完全完全了解到冷卻對(duì)于AdBlue噴射器有這么重要，我在汽車領(lǐng)域第一次接觸AdBlue時(shí)，噴油嘴通常附有一個(gè)大型散熱器，并且會(huì)放置在車輛行駛時(shí)空氣會(huì)經(jīng)過的地方。由于噴油嘴只會(huì)在再生過程中承受高溫，這通常只會(huì)在車輛行駛時(shí)發(fā)生。然而，對(duì)于這類型的機(jī)器，產(chǎn)生氣流是不可能的，因此必須透過其他方式來進(jìn)行冷卻。訂購另一個(gè)噴油嘴，并且清理了流向噴油嘴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(tǒng)恢復(fù)工作之前對(duì)其進(jìn)行徹底的清洗。在所有類型的非公路機(jī)械上有越來越多的廢氣后處理系統(tǒng)，使得系統(tǒng)更加復(fù)雜。我們想知道是否有測試可以快速檢查主要作動(dòng)器的運(yùn)行與健康狀態(tài)。安裝在Komatsu的系統(tǒng)是Bosch Denoxtronic 2.2。有些輕型或中型商用車上也會(huì)看到這套系統(tǒng)?？梢栽谙聢D中看到這些作動(dòng)器的基本配置。

為了了解我們無法手動(dòng)運(yùn)作泵和噴射器的情況下也可以進(jìn)行測試，我們首先需要了解系統(tǒng)的工作原理。

從根本上來說，AdBlue廢氣后處理系統(tǒng)有一定數(shù)量的組件。包括了：

1.AdBlue儲(chǔ)存桶

2.供應(yīng)模塊

3.添加控制模塊

4.DEF 劑量單元

5.SCR – 選擇性催化還原裝置，包含氨過濾器

6.溫度傳感器

7.NOx傳感器

8.用于管路、儲(chǔ)存桶和供應(yīng)模塊的加熱器組件

9.AdBlue 質(zhì)量傳感器

10.AdBlue液面?zhèn)鞲衅?/p>

11.濾清器

使用液壓圖更容易解釋回路里的執(zhí)行部分：

1.添加控制模塊

2.AdBlue儲(chǔ)存桶

3.濾清器

4.單向檢查閥與節(jié)流閥。節(jié)流閥透過限制流量來產(chǎn)生壓力

5.壓力傳感器

6.4/2流量控制閥

7.電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單向定量泵

8.2/2電磁閥(DEF噴射器)

當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)打開后，一旦液體達(dá)到工作溫度，泵會(huì)啟動(dòng)系統(tǒng)。泵從儲(chǔ)存桶中抽取液體，油箱壓力將上升至9Bar(130psi)左右。這個(gè)壓力是由回油管中的節(jié)流閥產(chǎn)生的，壓力是流動(dòng)的阻力。單向閥可以預(yù)防液體從返回側(cè)的儲(chǔ)存桶進(jìn)入供應(yīng)管路。

在運(yùn)行期間，廢氣后處理ECU會(huì)命令噴油嘴打開，使溶液進(jìn)入排氣系統(tǒng)造成化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)AdBlue被引入高溫環(huán)境時(shí)，尿素會(huì)分解成氨與異氰酸。這與水蒸氣結(jié)合產(chǎn)生水解反應(yīng)、CO2與NH3(氨)。在含有催化劑和高濃度氧氣的環(huán)境中，在一個(gè)含有催化劑與高水平氧氣的環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒后，氨會(huì)與廢氣中的NOx結(jié)合形成氮?dú)?、二氧化碳和水?/p>

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，廢氣后處理ECU會(huì)命令4/2流量控制閥(6.)，切換它的位置來使泵運(yùn)送液體從供應(yīng)管路返回到儲(chǔ)存桶。由于單向閥和噴油嘴于關(guān)閉位置，真空會(huì)開始在管路中建立。為了防止管道塌陷，噴油嘴以高頻脈沖使空氣進(jìn)入管道并控制真空量。壓力傳感器將偵測管路中的真空變化，這在尋找堵塞的時(shí)候很有用處。

隨著對(duì)系統(tǒng)的有更好的了解，我們藉由運(yùn)行主動(dòng)測試當(dāng)做了一個(gè)快速檢測，同時(shí)監(jiān)測壓力傳感器，泵電流與DEF噴油嘴。

通道A – AdBlue壓力

通道B – AdBlue泵電流

通道C – AdBlue/DEF 噴油嘴

查看通道A。在開始測試之前的壓力讀數(shù)為791mV，這代表系統(tǒng)位運(yùn)作時(shí)為大氣壓力。當(dāng)泵開始運(yùn)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(dá)到穩(wěn)定，會(huì)啟動(dòng)噴油嘴。當(dāng)測試停止，隨著4/2閥開啟，壓力立即下降。泵仍在轉(zhuǎn)動(dòng)以將 AdBlue 帶回儲(chǔ)存桶中，我們開始看到真空開始，因?yàn)閴毫ο陆档酱髿鈮毫σ韵虏⒗^續(xù)下降到 609 mV 的電壓。噴油嘴已經(jīng)啟動(dòng)，但壓力讀數(shù)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(tǒng)完成的數(shù)據(jù)(雖然連接略有不同)。信道A上仍存在壓力，但我們使用電壓來確定電機(jī)速度，而不是電源上的電流。

當(dāng)我們量測在凈化期間的壓力與電壓，我們可以看到它沒有低于800mV。這使我們相信我們看到故障機(jī)器上的壓力傳感器堵塞。安裝新的噴油嘴后，我們清除了故障碼并在運(yùn)行時(shí)再次紀(jì)錄數(shù)據(jù)。

有趣的是，當(dāng)噴油嘴的電流在流動(dòng)時(shí)，我們可以看到AdBlue的壓力在下降。這表示AdBlue確實(shí)被送到排氣系統(tǒng)當(dāng)中。由于這是一個(gè)已知的狀況，我們可以用這個(gè)壓力下降來凸顯之后的堵塞問題。如果NOx的水平有問題，盡管壓力下降，我們也必須將注意力放在噴油嘴或?qū)嶋H的SCR催化劑上。

當(dāng)我們查看凈化端時(shí)，可以看到壓力電壓穩(wěn)定在770mV，結(jié)果令人滿意。

希望這篇案例對(duì)你有幫助。

審核編輯 黃昊宇