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虹科案例 | 2016年 Komatsu 138US負載下發動機抖動

        您可能會認為,對于建築類機器,發動機越小越容易進行工作,但這與事實相去甚遠!越小的發動機通常越難以施工。這台小的Komatsu的14T也不例外

        我受托來看這一台2016年的Komatsu 138US,客戶抱怨當機器啟用油壓負載,發動機會抖動并在排氣管冒出黑煙。與所有診斷一樣,客戶訪談對于確定可以重制故障以及任何其他相關訊息(例如最近是否加油)相當重要。

        當我們與操作員交談時,得知機器在熱車狀态下更糟,儀表上沒有顯示任何警告,且故障在無任何警告的情況下發生。幸運的是當天機器還未啟動,讓我們可以觀察他的暖機階段,來驗證一旦熱起來問題的确會更嚴重。正常情況下,當我們面臨的問題與溫度相關時,我們無法在任何溫度下進行測試!

        我們在發動機艙周圍快速檢查,來确認沒有明顯的故障。但是如前所述,較小的機器把所有東西都塞進了一個很小的空間,當你甚至看不到噴射泵和管道時,你就知道你回家時會帶着又紅又痛的手臂!

虹科案例 | 2016年 Komatsu 138US負載下發動機抖動

        起動機器時沒有明顯的問題,也無不正常的噪音或煙霧。是以我們省略了相對壓縮的檢測。藉由機器在暖機時的運作,我們可以了解顧客的抱怨。藉由把動臂一直保持向上,将操作杆保持在此位置,我們可以確定液壓油泵會向發動機請其最大的扭矩,此時我們正在給發動機施加負載。當發動機還未達熱車狀态時,故障還不明顯。我們注意到發動機轉速略有下降,但對于客戶抱怨的發動機抖動與冒黑煙的情況還不明顯。将機器熱車到一定的溫度後,我們從駕駛室顯示螢幕觀察到一些串型資料。Komatsu的機器内置了豐富的資源,技術人員不需掃描工具即可檢視某些串行資料。藉由通路檢修目錄,我們現在可以檢視目标與實際EGR的位置、MAF、目标和實際的油軌壓力與液壓油流體壓力等資料,也意味着我們可以開始制定行動計劃。 

        為了獲得更多的方向,我們觀察顯示螢幕上的液壓壓力,看看我們是否需要注意液壓系統或發動機。使發動機過載的液壓系統會産生與客戶所見類似的情況。這通常會在安全閥設定太高的情況下看到,而在機器中産生更大的壓力來提供更大的挖掘力和舉升力道。我當然不會推薦這個,因為他會産生更多問題,但能夠确定壓力可以給你一些方向。藉由使用監控器,我們可以看到機器的壓力是正确的,大約在340bar的負載下。

        很高興液壓系統的部分看起來正常,我們将液壓系統移到我們的行動清單上。當發動機持續暖機,故障開始變得明顯。在保持液壓系統負載的同時,發動機開始出現抖動,并且轉速下降,冒出黑煙。黑煙是由于燃燒不良而産生的,可以歸類為空氣、燃料、和壓縮是最大的因素,也是我們行動清單的前三項。

        對于壓縮方面,由于機器啟動順暢,甚至在故障狀況下也沒有失火,是以我們将其移到清單中并專注于空氣和燃料。對于建築類機器,最常見的問題通常與燃料有關,是以獲得油軌壓力相當重要。我嘗試捕捉任何時候的發動機轉速,因為能夠在四循環期間繪制曲軸加速和減速曲線對于診斷上很有幫助。汽缸ID通常會完成第一次捕獲設定,但由于發動機的設計,這并不容易。這将需要更多的侵入性檢查,是以我們決定檢測排氣脈沖,因為我們似乎正在處理不良燃燒。

    我們發現了如下問題:

虹科案例 | 2016年 Komatsu 138US負載下發動機抖動

        問題1:油軌壓力感覺器位置。如前所述,對于較小的發動機要檢測元件較困難。一些較大的機器在機器背面的整流器有信箱式的切口,但在這台小型Komatsu并無此設計。下面你可以看到油軌壓力感覺器,它被埋在進氣岐管下面!許多非公路機械在插頭外殼還有保護蓋,使我們檢測更加困難。

        問題2:發動機轉速。曲軸位置感覺器一樣處于困難的位置,我們需要從機器下方取下外蓋。進行任何連接配接都要将測試線穿過皮帶,這是我不打算做的事,幸運的是,曲軸位置感覺器的齒盤在皮帶輪上,是以我需要做的事情就是創造一個傳感器就可以讓我得到訊号。

        帶上免鑰匙進入探頭(TA330)和磁鐵。這并不是一個理想的解決方案,而且我還沒有計算出 TA330 的極限。通過将磁鐵連接配接到外部主體,然後将其定位到曲軸皮帶輪的帶齒區域,我設法獲得了以下捕獲。

虹科案例 | 2016年 Komatsu 138US負載下發動機抖動

        考慮到它是我自行創造的方式,這還不錯! 計算曲軸數學通道需要更多的分辨率,對磁鐵位置改進一些可能有助于解決問題。

虹科案例 | 2016年 Komatsu 138US負載下發動機抖動

通道A:曲軸皮帶盤訊号

通道B:油軌壓力感覺器

通道C:排氣脈沖

        上方的捕獲是在發動機怠速且無負載情況下撷取的。如你所見,燃油壓力看起來并不穩定,但這裡的重點是排氣脈沖。通常我們預期是一個漂亮的均勻波型,但在這台機器上并不穩定。

        透過施加發動機負載并觀察螢幕,我們可以開始看到一種模式正在出現。

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通道A:MAF感覺器

通道B:進氣岐管的壓力值

通道C:油軌壓力感覺器

最下方為曲軸的頻率數學信道

         我們可以看到油軌壓力随發動機轉速降低而産生反應,并且式被控制的。這代表燃油并不是我們要關注的部分。是以,我們必須轉移到燃燒室的空氣系統。

        回到螢幕上可獲得的串型資料,我們觀察MAF、EGR和增壓壓力。當機器處于怠速和負載狀态時,所有預期的資料和實際資料都是相同的。不過,MAF 有個有趣的機關選擇,機關為 kg/s。我認為這在發動機運轉時對我們沒有幫助,因為該值并沒有太大變化,實際上由于發動機轉速變化它肯定會改變。

        我們有一台豪華的相同機器,配備相同發動機,并且無任何故障。當我們比較兩者之間的實際資料時,他們幾乎相同。我們發現已經無法使用MAP感覺器來得到這些資訊,意味着我們必須使用WPS500X來檢測。幸運的是,它在進氣岐管有一個檢測孔,令我們驚訝的是可以安裝WPS500X套件中的火星塞擴充卡!這意味着我們能夠看到MAF、油軌壓力和進氣岐管壓力。 

        MAF感覺器是一種數字訊号感覺器,但是是反置的,像是在一些PSA車輛上所見。透過内置的頻率數學信道,我們可以輕松的把它跟其他通道繪制在一起。

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通道A:MAF感覺器

通道B:WPS500X量測進氣岐管

通道C:油軌壓力感覺器

最下方為頻率數學信道

         在檢視MAF感覺器的頻率數學信道時,我們必須記住它的工作方式與你預期的相反。空氣越快,頻率越低。由此我們可以看出,油軌壓力與進氣壓力和氣流模式相同。

技術小提示:

要反轉任何數學信道,你可以在信道字母前放置一個減号。

例如:要反轉上面的頻率數學信道,可以輸入freq(-A)。

        在連接配接到MAF和進氣歧管時,我在機器頂部保持管路确定連接配接并且WPS500X的擴充卡不會從岐管彈出。當對機器加載時,我聽到了一些平常不會聽到的聲音(點選連結可聽錄音)。

https://mp.weixin.qq.com/s/rGkQ1MIA4n7-nP_9geZcRw

        聽到這個音訊時,你應該可以聽到機器負載時的空氣沖擊聲,這可以代表一件事情。也就是進氣口增壓側的一個孔。如上所述,當站在地面或駕駛艙時是聽不到聲音的。

    沿着此聲音,我們發現MAF感覺器的外殼在從渦輪增壓管到中冷器的增壓管上磨出了一個孔洞。

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         這似乎是MAF外殼的設計缺陷,随着時間的使用,它已經磨穿管道。由于管道所在的位置,在運作過程中機器的正常噪音是聽不到的。

        雖然我确信這是問題所在,但我們對此部件進行臨時修複并向以前一樣加載發動機,來驗證更換管路後可以解決問題

虹科案例 | 2016年 Komatsu 138US負載下發動機抖動

        藉由使用相同的時基,我們可以進行比較。在上方的捕獲中,我們可以看到進氣岐管壓力在整個緩沖區持續上升,最終達到1bar。

        與之前的資料相比,增壓壓力沒有達到1bar,并且在接續的爬升前下降到了0.5bar,發動機也不再抖動,雖然有一些黑煙,但不像臨時修複前那麼糟糕。

        我們想知道為什麼隻有在發動機熱車之後問題才會明顯出現。一種理論是,橡膠管随時間而硬化,并且這種剛性允許在橡膠冷卻時建立壓力。随着發動機和空氣溫度使管道溫度升高,橡膠變得更加柔軟,這反過來會使孔洞變大并導緻壓力下降。随着發動機轉速下降,增壓壓力也下降,是以孔洞重新密封,使壓力再次建立并重複此循環。這隻是一種理論,如果你們有任何人有其他想法,歡迎分享,我很有興趣聆聽。

        像這樣的故障很容易迷思方向,尤其找不到任何明顯故障時。通過使用示波器,我們可以把感覺器的訊号可視化來找到他們的關系。我相信有些人可能已經走向煙霧測試路線,但我不确定他是否會依據必須産生的壓力量以及缺口所在的位置來顯示。我對煙霧測試的了解有限,不确定它是否被設計到可以加壓到此壓力,但很樂意得知這部分的資訊。

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