虹科工程机械诊断案例 | 2007年 JCB JS220 挖土机EGR阀故障

我最近注意到Pico做的事情变得相当多样化。虽然主要市场是汽车领域，但Pico Scope也经常应用在其他行业。

随着不同的案例出现，有机会在大型挖土机上度过一天也是一个不容许错失的良好机会。

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客户描述

客户反馈当挖土机运转时发动机冒黑烟，重负载下发动机会熄火。

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技术说明

随着越来越多的植物与农业案例的出现，我感觉自己回到了初始的根源。我仍然对于技术人员缺乏诊断技术感到很惊讶。我一直在努力找寻标准的OBD诊断接口。这意味著作为一名独立的技术人员，你需要大量的诊断设备来供应每个机器。但这是不切实际的，经济上也不允许。我们剩下了技术经验和手册的可能性，如果找的到的话。现在工厂和重机械行业发生的变化是机器变得越来越先进，而且面临严格的废气排放控制。老旧的旋转式燃油喷射系统，就算小石头通过，系统还是可以正常运作，这正在成为遥远的记忆。像是共轨柴油发动机、AdBlue油箱、DPF这些越来越复杂的发动机和排放控制变得很普遍。对于我们大多数玩过汽车的人来说，这听起来可能很正常，但是这些重机械他们对于发动机控制方面的织制不足，通常比较擅长液压控制的部分。这些机械的安全水平要求他们控制液压和流量时要很准确。发动机安装、控制也变得越来越复杂。客户回报关于冒黑烟和失去动力听起来太熟悉了。现在需要快速有效率的诊断。

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工作

与大多数的农业机械一样，发动机并不是JCB的。是一款Isuzu的4HK发动机。与多年来所见相同，汽车制造商经常共享动力系统，但他们试着用自己的标签或塑料饰板来掩盖它。拆该盖板后每个人都可以看到它。

许多不同的发动机应用了完全相同的机器但具有不同的动力输出结合起来，在访问机器之前很难进行大量研究。然而，在察看机器时，我注意到一些熟悉的组件，例如涡轮增压器、MAP传感器、曲轴位置传感器、电子控制喷油嘴、八线的EGR阀….等等，八线?

在察看八线EGR之前，我认为有必要调查一些关于发动机动力不足的相关讯号。

可能还有其他潜在问题，像是：喷油嘴过度喷油、进气堵塞、缸压过低(导致不完全燃烧)以及其他可能导致冒黑烟与电力不足的情况。利用Pico Scope的四个通道，我决定检测曲轴位置、MAP传感器和第一缸喷油嘴的电流讯号，并且我有WPS500X，可以量测进气歧管的压力。我认为确保MAP传感器正常工作是必须的。使用T型件插入WPS500X可以确认MAP传感器输出讯号不会受到干扰。这是确认MAP传感器读数同时量测物理压力得好方法。

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诊断

下列的捕获是在机器达到工作温度时所量测的，发动机运转速度(约为2000RPM)，为了重现故障，将铲斗臂拉进死角。

1. 曲轴位置传感器

2. 曲轴数学通道计算RPM

3. 发动机转速下降代表发动机熄火

4. MAP传感器

5. WPS500X感测进气岐管压力

6. 第一缸喷油嘴电流

我必须应用通道过滤来获得良好的诊断模式，我现在测量了许多不同的机械并且他们似乎都很吵杂。这不是PicoScope的问题，因为我们也可以在捕获后应用过滤器。另一种帮助讯号更清晰的方式是参考传感器或作动器的接地。

不幸的是，我经常找不到线路图，因此电池负极或是底盘接地是次要选择。

通过上面的捕获，我在通道B运用了1kHz的低通滤波器，来帮助我更容易了解正在发生的事情。为了帮助显示讯号的变化，放大信道B来提供更细节的部份。关于缩放功能的信息，可以参阅文章（https://www.picoauto.com/library/training/scope-school-part-3-tips-and-tricks）。

首先我从MAP传感器注意到它与进气歧管物理压力的接近程度。使用WPS500X是为了确认传感器输出给系统与实际状况是否相符。

我知道不总是需要这个功能，但当串型数据不可用的时候，合格的传感器输出对于诊断是相当重要的。

接着，我拿标尺来量测岐管压力，然后再将机器处于负载下并让他停止运转。我发现在1900RPM时，WPS500X的测试压力为133.8mbar，传感器回报的电压为1.332伏特。请记住，在机器不运转的情况下，传感器是具有大气压力的参考电压。因此MAP传感器显示0V并不代表大气压力，在这种情况下我测到1.07V，这是否正确? 我无法给你答案，但安装WPS500X代表我可以确认传感器在发动机关闭且点火开启的状态下回报0 Bar时，是有在读取信息的。

查看WPS500X的结果，1900RPM时对应133.8mbar似乎相当低，尤其是当机器配备涡轮增压时，即使它没有在负载施加的情况下。

老实说，我不确定会发生什么，但我认为考虑涡轮增加气的尺寸，应该要有200mbar。

到目前为止，我相信你们都在叫我赶快”检查EGR”，在制定行动计划时，它会出现在清单上。

我检查了连接来确认我们没有中冷器或管路系统的泄漏，来确保潜在的增加不会漏出。我确实发现排气管的EGR因为严重泄漏而破裂，但我认为这还不足以使MAP那么低。

现在我面临一个我从未见过的东西，一个8线的EGR插头。我很确定有很多这当中你们可能很多人遇过这种形式，但对我来说是第一次。

我可以取下这个管道并继续使用它，但我想了解这其中是如何工作的，而更重要的是帮客户找出故障的证据，不要冒着螺丝会断裂的风险。

这样不仅证明能交代我所花的时间而且是有助于我更了解这个机器，当未来遇到类似情况时就可以更好地应用知识。

如同我之前在很多地方说过的那样，当涉及到这些机械时，技术信息是很神秘的一件事情。在这个情况下虽然我很幸运遇到一颗ISUZU的发动机且找到很多可信的信息。我设法找到了ISUZU的燃油喷射系统手册，其中包含了基本线路图。尽管如此，还有存在了一些差异，而且没有确切的手册也代表很多数据部相关，但我确实在线路图上找到了一个八线的EGR阀。

如你在线路图上所看到的一样，这个EGR阀和此机器一样有八线。也就是电源、接地、三条控制线与三条位置回馈讯号。

注意EGR图描绘的方式：它似乎分成三个相位，U、V、W的使用是我们查看混合动力车和电机马达时会看到而不是EGR阀! 考虑到这一点，我决定接下来要检查阀门实际上是否有移动了。

对于工厂机器那些固定负载的发动机，EGR会在机器运作时持续使用。使用机器时，通常会看到占空比是60%。为了要让ECM去运作EGR阀，可以使用大开油门，如果没有加速踏板的话这并不容易，但尝试过。

这个想法是当我们超速运行时，我们通常预期看到阀门全开来允许最大的EGR作动，将废气带回发动机，因此藉由观察发动机速度和三条控制线的讯号，我们应该可以看到一些东西。

是时候连接Pico示波器了。

1. 曲轴位置传感器

2. 发动机转速(曲轴数学通道)

3. EGR 讯号1

4. EGR 讯号2

5. EGR 讯号3

从上方的捕获你可以看到发动机转速的增加减少变化。对于三个相位的每一个我都在正确的命令在线。当发动机转速降低时你可以看到EGR的命令但为何这三个命令同时完成? 如果他们是被控制的，阀门应该对命令讯号产生交错的形式。我已经检测够了。EGR需要被拆下来检查看看。

正如预测的一样，EGR卡在开启的位置。

我可以确认换上一个新的就可以解决这个故障了。然而PicoScope在任何拆卸之前就确认了故障! 不只这样，我还能保存数据供未来使用。

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结论

为了确保之后我有一个已知的良好参考，在我换上新的EGR阀之前，我拆下了阀门中的电机部件，使用他自己的弹簧让他保持在常闭的位置。如果没有EGR的运行，这样可以让我观察MAP传感器应该要有的读取内容。对以后会很有帮助。

1. 发动机转速

2. 标尺讯息

3. MAP传感器

将发动机转速提高到接近1900RPM并且量测MAP传感器的电压，这个结果是正确的。现在MAP传感器有一个2.5V的讯号代表压力上升了。接着我像之前一样将铲斗拉近死角来增加发动机负载：这个时候发动机转速下降了但没有熄火。也没有冒黑烟。我确实注意到排气变得很热。EGR经常被用来降低燃烧温度因为减少了汽缸内燃烧的氧气。当我们需要增加功率时是很好的，但当发动机固定转速，运行在EGR关闭的状况会造成过多的热量产生。最后一件事情是当我们安装了新的EGR阀时，我们可以看到当机器处于工作转速与温度时他应该做甚么。下方的捕获量测了曲轴位置，EGR位置以及反馈讯号。事后看来，我应该在此处也量测MAP传感器来观察EGR在工作状态与负载状态时会发生什么变化，但时间并有限。

因此，你现在可以看到在发动机转速增加时看到讯号变化，使时发动机并没有施加负载，但可以肯定的是EGR正在被命令且位置传感器的讯号有反馈。我想从上方的反馈你可以看到第三点的通道C是EGR阀的位置反馈讯号，第二点的通道B是EGR的命令讯号。如果不是电压读数，它可能会是相反的。通道B是28V，表示作动；通道C是5V，我将其联想到传感器。我在这里纯粹是根据经验做出假设，可能是错误的。如果有人可以支持这一个部分，将感激不尽。请在下方评论留言! 总而言之，我想说的是即使面对不常见的组件与有限的技术信息，应用Pico Scope准不会错，只是想看看我们预期发生的事情是否确实发生了。提供纪录来支持你耗费的时间与工作对顾客而言与赶快诊断出故障点一样重要。