01

故障現(xiàn)象

一臺Fiat Kobelco E135履帶式挖掘機(jī)，搭載依維柯4缸柴油發(fā)動機(jī)。客戶描述，這臺機(jī)器的工況向來不是很穩(wěn)定，但從四個月前開始，問題加劇了：發(fā)動機(jī)會在機(jī)器運(yùn)行時突然熄火！

液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是，發(fā)動機(jī)一停，整個系統(tǒng)就癱瘓。技術(shù)人員多次上門檢查，初步判斷是停止電磁閥故障，同時在高壓油泵內(nèi)發(fā)現(xiàn)了金屬碎屑。于是將高壓油泵送回廠里維修，并更換了停止電磁閥。此后，機(jī)器恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

但僅僅4周后，發(fā)動機(jī)再次突然熄火。檢查發(fā)現(xiàn)停止電磁閥又壞了，更換新件后恢復(fù)正常。而幾周后，同樣的問題第三次出現(xiàn)。就這樣，四個月內(nèi)連續(xù)換了四個停止電磁閥。

客戶所更換的停止電磁閥配件本身沒有質(zhì)量問題（部分型號的電磁閥只有原廠件），而工程機(jī)械的診斷又缺少相關(guān)技術(shù)資料和車載診斷系統(tǒng)。客戶很無奈，找到我們，希望可以借助波形，找出電磁閥頻繁損壞的真正原因。

圖1 Fiat Kobelco E135履帶式挖掘機(jī)

02

故障診斷

初步檢測

維修這類工程機(jī)械的難度可以說是相當(dāng)大。除了缺少相關(guān)的技術(shù)資料，診斷的空間也非常有限。比如這臺采用老式的轉(zhuǎn)子燃油泵和正時齒輪設(shè)計(jì)的發(fā)動機(jī)。要進(jìn)入其發(fā)動機(jī)艙檢測，只能通過一道窄縫式的開口或從設(shè)備頂部入手，技術(shù)人員很難進(jìn)行近距離檢查與測試。好在這臺機(jī)器的燃油泵位置比較理想（正對這道窄縫開口），停止電磁閥還算容易接觸到。使用非道路移動機(jī)械套裝中配備的加長連接線，即可更便捷地進(jìn)行測試。

圖2 發(fā)動機(jī)艙的頂部與側(cè)邊窄縫開口

考慮到技術(shù)資料有限，我決定采用非侵入式檢測方法。首先使用虹科Pico汽車示波器，測量停止電磁閥的電流，以及從鑰匙關(guān)閉到打開時的電池電壓變化。目的很簡單：驗(yàn)證電磁閥通電時，電流是否會產(chǎn)生變化，以確認(rèn)它能否正常工作。

如圖3波形顯示，電磁閥通電時，電磁閥線圈有電流通過，至少能確保發(fā)動機(jī)順利起動！

圖3 鑰匙打開到關(guān)閉時的停止電磁閥電流與電池電壓波形

1）24V系統(tǒng)，電壓范圍設(shè)為±50V

2）監(jiān)測電池電壓信號

3）用標(biāo)尺顯示測量值，電池電壓27.06V

4）時間標(biāo)尺標(biāo)記點(diǎn)火時刻

5）停止電磁閥電流上升，確認(rèn)點(diǎn)火時有響應(yīng)

接下來，我們實(shí)際啟動發(fā)動機(jī)進(jìn)行測試。如圖4，我們測量了啟動發(fā)動機(jī)時，電池電壓與停止電磁閥的電流。有一個異常現(xiàn)象：電池電壓出現(xiàn)不規(guī)則的突然上升，停止電磁閥的電流也隨之波動。

放大電流波形后，這種變化更加明顯。電壓最高升至30V以上。在這臺機(jī)器上，能讓電池電壓升高的只有一個部件——發(fā)電機(jī)。

圖4 啟動發(fā)動機(jī)時的電池電壓與電磁閥電流波形

1）Battery voltage ： 電池電壓

2）Current at stop solenoid：停止電磁閥電流

3）Ruler overview ：標(biāo)尺參數(shù)表

4）Scaling x4 to reveal more detail：縮放 x4 以顯示更多細(xì)節(jié)

進(jìn)一步檢測與分析

為了弄明白電池電壓升高時，停止電磁閥上究竟發(fā)生了什么，我決定用交流耦合模式觀察電池電壓。這個模式的好處是：它能清晰顯示發(fā)電機(jī)紋波細(xì)節(jié)，便于判斷二極管或電壓調(diào)節(jié)器是否故障。

使用組合波形測試，能夠更清晰地看到電流電壓變化的先后順序。因此我們使用四通道的虹科Pico汽車示波器，同時監(jiān)測交流/直流電池電壓、停止電磁閥電流和電壓。

如圖5所示，發(fā)電機(jī)紋波明顯異常：約有一秒鐘時間，電壓幾乎完全沒有整流（交流電未轉(zhuǎn)化為直流電），呈現(xiàn)出典型的交流正弦波。正常情況下，交流紋波應(yīng)該在0V附近小幅波動，幅值不超過1V。但實(shí)際測量中，我們設(shè)置的±1V量程都不夠用，波形直接超出范圍。同時還能看到大量不規(guī)則的尖峰脈沖，這些干擾遍布整個電氣系統(tǒng)。

圖5 使用交流耦合模式采集到的相關(guān)波形

1）電池電壓 AC 耦合

2）電池電壓 DC 耦合，停止電磁閥電流和電壓

3）電池和停止電磁閥處的峰值直流電壓

紋波異常時，系統(tǒng)直流電壓也隨之升高，這在停止電磁閥的電壓和電流波形中都能看到。發(fā)電機(jī)輸出明顯不正常，建議立即更換。

故障原因分析

雖然我們已經(jīng)確定了發(fā)電機(jī)故障，但回到客戶最初反映的問題——停止電磁閥為什么會頻繁損壞？過壓現(xiàn)象就是導(dǎo)致這一問題的元兇嗎？

能夠肯定的是：電壓過高會導(dǎo)致線圈電流過大，使電磁閥線圈過熱燒毀。交流紋波異常時，電壓和電流同時升高，這支持了我們的推斷。但這種過電壓是否足以燒毀線圈？遺憾的是，我無法完全證實(shí)這一點(diǎn)，因?yàn)闇y試期間發(fā)動機(jī)并沒有熄火。如要完整的故障證據(jù)，就需要采集到電池電壓升高到足以燒毀線圈的瞬間。

基于現(xiàn)有的證據(jù)，我們已經(jīng)可以確定的是：發(fā)電機(jī)信號嚴(yán)重異常，必須先更換發(fā)電機(jī)，才能展開后續(xù)的診斷工作。

03

故障排除

客戶認(rèn)可了診斷結(jié)果，也同意了更換發(fā)電機(jī)。更換完成后，我們用同樣的方法再次采集相關(guān)波形。

如圖6與圖7，不規(guī)則的尖峰脈沖消失了，僅殘留少量雜波（可能來自其他電氣設(shè)備）。發(fā)電機(jī)的整體信號波形變得清晰了很多。發(fā)動機(jī)持續(xù)運(yùn)行一段時間后，也再沒出現(xiàn)之前那種異常的"波浪"，電池電壓始終穩(wěn)定在28V。

圖6 更換發(fā)電機(jī)前的電池電壓波形

圖7 更換發(fā)電機(jī)后的電池電壓波形

一個多月后進(jìn)行回訪，操作員反饋一切正常，沒有再出現(xiàn)熄火問題。故障排除！

04

故障總結(jié)

對于間歇性故障，如果能捕捉到故障發(fā)生的精確瞬間當(dāng)然最好。但有時候，排除法同樣重要——證明"不是什么"和證明"是什么"一樣有價值。

即使缺少技術(shù)資料，即使看不到大部分部件，即使沒有故障碼可查，從最基礎(chǔ)的測試入手，往往能找到突破口。正如這次的故障，從最簡單的電池電壓測量開始，最終也鎖定了問題根源。

案例作者

Ben Martins

英國Pico工程師

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