虹科工程机械诊断案例 | 日立 Zaxis 135挖掘机发动机转速无法提高-电子发烧友网

引言

挖掘机维修往往充满挑战。

一方面，发动机与液压系统之间的电路配置复杂，通用诊断工具少，维修难度大。另一方面，核心部件通常被多层防护板遮盖，拆装不便，零部件价格昂贵，误换代价高。不过不用担心，虹科Pico汽车示波器同样能帮助你高效诊断工程机械故障。

故障现象

一台日立 Zaxis 135挖掘机，客户反馈发动机转速无法提高，导致机器无法移动，被困在工地上。同时，仪表台上出现多个故障警告。

图1 日立 Zaxis 135挖掘机

故障诊断

初步检查

查阅操作手册后，在设备的服务菜单中发现部分隐藏信息，内容类似串行数据。其中，发动机目标转速和实际转速均显示为空白，但油温、冷却液温度等其他发动机数据却可以正常显示。菜单中的另一个项实用功能是查看液压泵压力（厂商已在液压系统中加装了压力传感器）。但遗憾的是，这个数值同样是空白的！

由此可知，显示屏能够接收到部分发动机相关部件的信号，说明通信没有完全中断，但转速和压力相关的数据却完全缺失。

图2 显示屏上转速信息缺失报错

图3 发动机故障警告

基础信号验证

作为共轨柴油发动机，理论上，发动机能启动并运转，则其曲轴位置传感器的信号应当正常。但维修工作不能想当然，我们仍有必要对曲轴信号进行验证。

找到了曲轴位置传感器的信号线，安装了通用转接线。如图4，我们分别采集了曲轴传感器信号（1）、凸轮轴位置传感器信号（2）和1号喷油器电流（3）。

图4 故障挖掘机的曲位、凸位信号与喷油电流

当然，我们在此处采集凸轮轴位置信号与喷油电流的目的，是为了保存一套正常运作时的波形，用于以后的对比验证。你还可以将采集到的波形，上传至波形库、存储到云端，方便未来随时调用。

从图4的波形来看，基础信号均正常，发动机控制系统的核心部分没有问题。既然如此，那问题很有可能出在信息传输环节。于是，我们将排查重点转向设备的通讯系统。

发动机电控单元（ECU）需要将发动机转速信号传输到驾驶室的显示屏上，但目前显示屏的目标转速和实际转速均无数据显示。这些信息是如何传递的？答案是 CAN 总线。

如图5，我们找到了这台挖掘机设备的接线图。

图5 故障挖掘机的接线图

当然，我们用不上整张接线图。如图6，稍加简化，我们只需要关注CAN总线、相关控制单元以及用来调节发动机转速（RPM）的转速调节旋钮。

图6 简化后的接线图

Engine Speed Control Dial: 转速调节旋钮

Information display (INF) : 信息显示屏（INF）

ICF: 仪表组合控制单元。

Machine Control ECU(MCU): 机器控制ECU（MCU）

Engine ECU - ECM :发动机控制ECU（ECM）

如图所示，操作员通过转速控制旋钮发出指令，这个指令同时发送给信息显示屏和机器控制ECU（即MCU）。然后机器控制ECU通过CAN总线将转速请求发送给发动机ECU（即ECM），同时相关数据也会发送到显示屏。这也解释了为何部分发动机数据仍能正常显示：因为这些数据是通过网络共享传输的。

CAN总线波形测试分析

有了推测，接下来需要实际验证。如图7，使用虹科Pico示波器，将探头连接到CAN总线上，观察各个ECU之间的通信情况。在大多数带OBD接口的车辆上，找到CAN总线并不难，但工程机械就没那么方便了。经过一番寻找，我们找到了正确的线路并开始监测，并发现了非常有意思的结果。

图7 将探针连接到CAN总线上

图8是我们采集到的CAN总线波形。其中，蓝色的A通道为CAN高信号，红色的B通道为CAN低信号。CAN总线传输使用的是差分信号，因此我们也添加了数学通道来辅助分析：

• 粉色：A+B通道（CAN高+CAN低）

•紫色：A-B通道（CAN高-CAN低）

正常情况下，CAN高+CAN低为5V，CAN高-CAN低应为规则方波。而在故障挖掘机的某些数据包上，A+B通道出现了异常：

• 前三个数据包在传输时有轻微干扰，但仍保持在正常的5V范围内

• 后面四个数据包的电压则明显被拉高了

图8 故障挖掘机的CAN总线波形

放大对比这两组数据包，差异更加明显。第二组数据包在A+B通道中有明显的失真，看起来很乱，而A-B则相对平稳。这表明CAN总线上确实存在异常，但还不能确定具体是哪个部件的问题。

图9 放大故障挖掘机的CAN总线波形

检查转速控制旋钮

既然不能完全确定CAN总线的问题，我们决定从另一个角度入手——检查转速控制旋钮本身。

这是一个简单的三线设备：5V电源、接地和信号输出。如果它不能向及其控制ECU输出信号，自然就不会有转速变化的请求。

图10 转速控制旋钮

打开点火开关后，用万用表测量旋钮的供电，却发现5V供电缺失！

如图6，不只是转速控制旋钮使用这个5V供电，液压泵压力传感器也用同一个电源。这就解释了为什么仪表盘上的泵压力读数也是空白的。

问题逐渐清晰了：缺少5V供电导致转速控制旋钮无法工作，进而无法控制发动机转速。那么，这个5V电源是从哪里来的呢？答案是：机器控制ECU。

定位故障部件

图11 机器控制ECU所在位置

检查机器控制ECU的电源和接地，均正常。但是它应该输出的5V参考电压却不存在。所有证据都指向同一个结论：机器控制ECU本身损坏了。

这是所有维修人员都不愿面对的时刻——需要更换一个昂贵的控制单元。但基于我们收集的所有证据，这是唯一合理的结论。

故障排除

订购并安装了新的机器控制ECU后，故障彻底解决：

1.原本缺失的5V参考电压恢复正常

2.信息显示屏上的故障代码全部消失

3.转速控制旋钮可以正常工作

4.发动机转速可以正常调节

5.液压泵压力读数也恢复显示

故障总结

我们想再讨论两个问题：

1、CAN总线到底正不正常？

更换好MCU后，我们再次在同一个位置测试了CAN总线信号，如图12。可以看到，CAN H和CAN L的波形与之前测的极为相似，且CAN高+CAN低依然偏离了5V基准线。A-B差分信号依旧非常规律，可以被正确解码。但注意，此时总线上的通讯量相较于故障时明显增加。

图12 正常车的CAN总线波形

我参考了论坛上一篇关于ECU电气特征的帖子，其中提到：“报文/有效载荷传输期间，总线上呈现的显性电压（CAN H 为 3.5V、CAN L 为 1.5V）会因ECU内部的厂商公差、连接情况、部件差异及其在总线上的物理位置不同，成为发送该报文的CAN控制器独有的特征。” 对于工程机械而言，ECU的这种独特特征会更加明显——因为一台设备的制造涉及多个不同厂商：发动机ECU可能来自奔驰、五十铃或斗山，信息显示屏可能出自任意一家供应商，而机器ECU则由整机厂商集成。

因此，在修复故障以后，我们可以将之归入已知的正常波形之列。这也是为什么我们建议大家形成随手采集正常波形的习惯——为未来的维修做准备，避免走弯路。

2、机器控制ECU到底为什么损坏？

初步检测拆下来的旧机器控制ECU，可以发现其表面布满灰尘（图13），但并未发现任何元件完全烧毁。电路板上还有一个元件存在腐蚀（图14）。