Komatsu 138US发动机抖动的案例分析

您可能会认为，对于建筑类机器，发动机越小越容易进行工作，但这与事实相去甚远！越小的发动机通常越难以施工。这台小的Komatsu的14T也不例外。

我受托来看这一台2016年的Komatsu 138US，客户抱怨当机器启用油压负载，发动机会抖动并在排气管冒出黑烟。与所有诊断一样，客户访谈对于确保可以重现故障以及任何其他相关讯息（例如最近是否加油）相当重要。

当我们与操作员交谈时，得知机器在热车状态下更糟，仪表上没有显示任何警告，且故障在无任何警告的情况下发生。幸运的是当天机器还未启动，让我们可以观察他的暖机阶段，来验证一旦热起来问题的确会更严重。正常情况下，当我们面临的问题与温度相关时，我们无法在任何温度下进行测试！

我们在发动机舱周围快速检查，来确认没有明显的故障。但是如前所述，较小的机器把所有东西都塞进了一个很小的空间，当你甚至看不到喷射泵和管道时，你就知道你回家时会带着又红又痛的手臂!

起动机器时没有明显的问题，也无不正常的噪音或烟雾。因此我们省略了相对压缩的检测。藉由机器在暖机时的运作，我们可以了解顾客的抱怨。藉由把动臂一直保持向上，将操作杆保持在此位置，我们可以确保液压油泵会向发动机请其最大的扭矩，此时我们正在给发动机施加负载。当发动机还未达热车状态时，故障还不明显。我们注意到发动机转速略有下降，但对于客户抱怨的发动机抖动与冒黑烟的情况还不明显。将机器热车到一定的温度后，我们从驾驶室显示屏幕观察到一些串型数据。Komatsu的机器内置了丰富的资源，技术人员不需扫描工具即可查看某些串行数据。藉由访问检修目录，我们现在可以查看目标与实际EGR的位置、MAF、目标和实际的油轨压力与液压油流体压力等数据，也意味着我们可以开始制定行动计划。

为了获得更多的方向，我们观察显示屏幕上的液压压力，看看我们是否需要注意液压系统或发动机。使发动机过载的液压系统会产生与客户所见类似的情况。这通常会在安全阀设定太高的情况下看到，而在机器中产生更大的压力来提供更大的挖掘力和举升力道。我当然不会推荐这个，因为他会产生更多问题，但能够确定压力可以给你一些方向。藉由使用监控器，我们可以看到机器的压力是正确的，大约在340bar的负载下。

很高兴液压系统的部分看起来正常，我们将液压系统移到我们的行动列表上。当发动机持续暖机，故障开始变得明显。在保持液压系统负载的同时，发动机开始出现抖动，并且转速下降，冒出黑烟。黑烟是由于燃烧不良而产生的，可以归类为空气、燃料、和压缩是最大的因素，也是我们行动清单的前三项。

对于压缩方面，由于机器启动顺畅，甚至在故障状况下也没有失火，所以我们将其移到列表中并专注于空气和燃料。对于建筑类机器，最常见的问题通常与燃料有关，因此获得油轨压力相当重要。我尝试捕捉任何时候的发动机转速，因为能够在四循环期间绘制曲轴加速和减速曲线对于诊断上很有帮助。汽缸ID通常会完成第一次捕获设置，但由于发动机的设计，这并不容易。这将需要更多的侵入性检查，因此我们决定检测排气脉冲，因为我们似乎正在处理不良燃烧。

我们发现了如下问题：

问题1

：油轨压力感知器位置。如前所述，对于较小的发动机要检测组件较困难。一些较大的机器在机器背面的整流器有信箱式的切口，但在这台小型Komatsu并无此设计。下面你可以看到油轨压力感知器，它被埋在进气岐管下面！许多非公路机械在插头外壳还有保护盖，使我们检测更加困难。

问题2

：发动机转速。曲轴位置感知器一样处于困难的位置，我们需要从机器下方取下外盖。进行任何连接都要将测试线穿过皮带，这是我不打算做的事，幸运的是，曲轴位置感知器的齿盘在皮带轮上，所以我需要做的事情就是创造一个传感器就可以让我得到讯号。

带上免钥匙进入探头(TA330)和磁铁。这并不是一个理想的解决方案，而且我还没有计算出 TA330 的极限。通过将磁铁连接到外部主体，然后将其定位到曲轴皮带轮的带齿区域，我设法获得了以下捕获。

考虑到它是我自行创造的方式，这还不错! 计算曲轴数学通道需要更多的分辨率，对磁铁位置改进一些可能有助于解决问题。

通道A：曲轴皮带盘讯号

通道B：油轨压力感知器

通道C：排气脉冲

上方的捕获是在发动机怠速且无负载情况下撷取的。如你所见，燃油压力看起来并不稳定，但这里的重点是排气脉冲。通常我们预期是一个漂亮的均匀波型，但在这台机器上并不稳定。

透过施加发动机负载并观察屏幕，我们可以开始看到一种模式正在出现。

通道A：MAF感知器

通道B：进气岐管的压力值

通道C：油轨压力感知器

最下方为曲轴的频率数学信道

我们可以看到油轨压力随发动机转速降低而产生反应，并且式被控制的。这代表燃油并不是我们要关注的部分。因此，我们必须转移到燃烧室的空气系统。

回到屏幕上可获得的串型数据，我们观察MAF、EGR和增压压力。当机器处于怠速和负载状态时，所有预期的数据和实际数据都是相同的。不过，MAF 有个有趣的单位选择，单位为 kg/s。我认为这在发动机运转时对我们没有帮助，因为该值并没有太大变化，实际上由于发动机转速变化它肯定会改变。

我们有一台豪华的相同机器，配备相同发动机，并且无任何故障。当我们比较两者之间的实际数据时，他们几乎相同。我们发现已经无法使用MAP感知器来得到这些信息，意味着我们必须使用WPS500X来检测。幸运的是，它在进气岐管有一个检测孔，令我们惊讶的是可以安装WPS500X套件中的火星塞适配器!这意味着我们能够看到MAF、油轨压力和进气岐管压力。

MAF感知器是一种数字讯号感知器，但是是反置的，像是在一些PSA车辆上所见。透过内置的频率数学信道，我们可以轻松的把它跟其他通道绘制在一起。

通道A：MAF感知器

通道B：WPS500X量测进气岐管

通道C：油轨压力感知器

最下方为频率数学信道

在查看MAF感知器的频率数学信道时，我们必须记住它的工作方式与你预期的相反。空气越快，频率越低。由此我们可以看出，油轨压力与进气压力和气流模式相同。

技术小提示：

要反转任何数学信道，你可以在信道字母前放置一个减号。例如：要反转上面的频率数学信道，可以输入freq(-A)。

在连接到MAF和进气歧管时，我在机器顶部保持管路确定连接并且WPS500X的适配器不会从岐管弹出。当对机器加载时，我听到了一些平常不会听到的声音。

听到这个音讯时，你应该可以听到机器负载时的空气冲击声，这可以代表一件事情。也就是进气口增压侧的一个孔。如上所述，当站在地面或驾驶舱时是听不到声音的。

沿着此声音，我们发现MAF感知器的外壳在从涡轮增压管到中冷器的增压管上磨出了一个孔洞。

这似乎是MAF外壳的设计缺陷，随着时间的使用，它已经磨穿管道。由于管道所在的位置，在运行过程中机器的正常噪音是听不到的。

虽然我确信这是问题所在，但我们对此部件进行临时修复并向以前一样加载发动机，来验证更换管路后可以解决问题。

藉由使用相同的时基，我们可以进行比较。在上方的捕获中，我们可以看到进气岐管压力在整个缓冲区持续上升，最终达到1bar。

与之前的数据相比，增压压力没有达到1bar，并且在接续的爬升前下降到了0.5bar，发动机也不再抖动，虽然有一些黑烟，但不像临时修复前那么糟糕。

我们想知道为什么只有在发动机热车之后问题才会明显出现。一种理论是，橡胶管随时间而硬化，并且这种刚性允许在橡胶冷却时建立压力。随着发动机和空气温度使管道温度升高，橡胶变得更加柔软，这反过来会使孔洞变大并导致压力下降。随着发动机转速下降，增压压力也下降，因此孔洞重新密封，使压力再次建立并重复此循环。这只是一种理论，如果你们有任何人有其他想法，欢迎分享，我很有兴趣聆听。

像这样的故障很容易迷思方向，尤其找不到任何明显故障时。通过使用示波器，我们可以把感知器的讯号可视化来找到他们的关系。我相信有些人可能已经走向烟雾测试路线，但我不确定他是否会依据必须产生的压力量以及缺口所在的位置来显示。我对烟雾测试的了解有限，不确定它是否被设计到可以加压到此压力，但很乐意得知这部分的信息。

审核编辑：汤梓红