安凱天然氣客車高速行駛油門失效故障排除

姜盛杰

（威海交通運輸集團有限公司，山東 威海 264200）

1 故障現象

一輛2013年1月購買的安凱HFF6900K08C客車，裝配濰柴WP6NG240E30電控噴射壓縮天然氣 （CNG）發動機，累計行駛約14000km。據用戶反映，車速在90 km／h以上時，繼續踩油門發動機沒有響應，轉速不會相應升高，并且車輛會有明顯的頓挫感（類似于車輛換檔時，油門與離合器配合不好導致車輛聳車的現象），車速低于90 km／h則行駛正常。用戶反映該故障自購車時就有且出現的頻率較高，基本每天都會出現幾次，在高速公路上行駛尤為明顯。

2 發動機系統基本介紹

濰柴WP6NG240E30發動機裝配伍德沃德OH 2.0第3代電控單點噴射系統，如圖1所示。與第2代天然氣電控預混合技術相比，取消了電控調壓器，增加了FMV燃料計量閥，使得燃料控制更精確，氣耗更低，起動和加速性能良好。

根據用戶的描述，初步分析故障原因可能是車輛高負荷行駛狀態下，燃氣或者空氣供應不足所致，ECM監控到進氣量不足后對發動機進行了功率限制，導致發動機動力輸出下降。

濰柴CNG發動機伍德沃德OH 2.0燃氣供給系統由高壓儲氣瓶、高壓燃料切斷閥、高壓濾清器、減壓器、熱交換器、節溫器、燃料計量閥、混合器、電子節氣門及管路等組成，如圖2所示。

空氣供給系統由空氣濾清器、水冷增壓器、廢氣旁通控制閥、中冷器、節氣門前壓力傳感器 （PTP）、進氣歧管壓力溫度傳感器 （TMAP）、混合器、電子節氣門、氧傳感器及管路等組成，如圖3所示。

壓縮天然氣（CNG）儲存在特制鋼瓶中，存儲壓力最高可達20 MPa，CNG從壓縮氣瓶通過管路，經過高壓燃料切斷閥、高壓燃氣濾清器后進入減壓器減壓至0.7～0.8MPa。由于減壓需要吸收大量的熱，為防止低溫天然氣對系統部件造成損害，減壓后的天然氣進入熱交換器進行升溫。燃氣經過熱交換器加熱后通過節溫器進入FMV，由FMV控制噴射進入混合器中與增壓后的空氣混合。電子節氣門控制混合氣進入發動機氣缸內燃燒做功。

3 故障診斷與分析

首先對天然氣存儲及供氣系統進行檢查。檢查CNG儲氣瓶，氣瓶端氣壓指示6MPa，燃料充足；接通點火開關至ON檔，儀表板燃氣指示表為0.9MPa，用扳手稍微松開燃料計量閥進氣口管路，有大量氣體向外噴射，基本可以判斷供氣系統正常。

連接專用診斷設備，ECM內沒有故障碼，起動發動機，怠速狀態下讀取相關數據，未發現異常，如圖4所示。

考慮到故障是在發動機高負荷狀態下才會出現，高負荷時燃料需求量大，會不會是在高負荷時燃氣或空氣供應不足呢？所以決定和用戶一起試車，以還原車輛出現故障時的狀態。

在試車前，檢查空氣供給系統，拆檢空氣濾清器、進氣管路、增壓器管路及中冷器管路，查看是否存在堵塞或漏氣現象。

重點檢查增壓器，因為空氣進氣量對燃氣發動機功率影響大，發動機對進氣調節控制能力決定發動機性能。增壓低則功率小，系統中不能通過增加燃料來提升動力。否則發動機發生爆震，過多燃料導致排放急劇惡化，燃料經濟性變差。所以空氣供給量直接影響發動機功率輸出，但也不能過度增壓，否則會導致發動機損壞。

為防止過度增壓導致發動機功率超高而損壞發動機，空氣供給系統電控廢氣旁通控制閥與增壓器旁通閥管路相通，以控制增壓器廢氣門驅動氣室的氣體壓力，廢氣旁通控制閥如圖5所示。如果廢氣旁通控制閥損壞，卡滯或開啟位置不夠都會影響增壓器性能。為了排除廢氣旁通控制閥對增壓器的影響，將廢氣旁通控制閥增壓器后空氣接頭斷開，以使增壓器可以全負荷工作，短時間的試車中車輛依然出現了頓挫的故障現象，初步判斷車輛故障不是由空氣供給系統引起，空氣供給系統無故障。

在試車過程中發現用戶對故障的描述并不完全準確，據用戶描述車速超過90 km／h才會出現故障，在實際試車中，車速在任何時候都有可能引起故障，最低時車速僅為40 km／h，油門就失去作用，繼續踩油門車輛頓挫嚴重。此時完全松開油門踏板，再重新踩下油門踏板后又恢復正常，車輛可以正常加速，最高可以加速到100 km／h左右。但車速超過90 km／h后，出現故障的概率很高，這點和用戶反映的情況符合。

經過反復試車發現，該車故障現象較為特殊，有以下幾個特點：①起動性能良好，急加速、爬坡等高負荷工況下動力充沛，說明燃氣及空氣供給系統正常；②車速超過90 km／h后，故障發生頻率較高，說明故障的產生和車速有一定關系；③故障產生后，只要完全釋放油門踏板或者等車速降到90 km／h以下后，車輛又會恢復正常；④沒有故障碼產生，說明電控系統認為該故障現象的產生是在合理的范圍之內，電控單元認為是正常的現象。

綜合以上故障特點及試車獲得的數據分析來看，發動機本身機械、電控系統及附屬的供氣系統并不存在故障。如果供氣系統有故障，會直接影響發動機起動及加速性能。在反復的試車中因為故障表現出與車速有一定相關性，所以重點檢查車速信號與發動機連接部分。

查看電路圖得知，發動機速度信號由位于變速器上的車速傳感器直接提供，信號通過ECM的J1-A12針腳進入ECM，如圖6所示。電控單元ECM通過該速度信號判斷發動機所處工況，繼而控制各執行器進行相應動作。

4 故障原因分析與故障排除

自2012年9月1日起， 《機動車運行安全技術條件》（GB7258—2012）全面實施。這一標準也被稱作 “新國標”。相比原有標準，新國標對大中型客車、重中型載貨汽車、危險品運輸車、校車、公共汽車等重點車輛的安全裝置配備和結構安全提出更高要求，新國標在章節10.5—超速報警和限速功能中規定，車長≥6 m的客車應具有超速報警功能，當行駛速度超過允許的最大行駛速度 （允許的最大行駛速度應≤100km／h）時，能通過視覺或聲覺信號報警。公路客車、旅游客車和危險貨物運輸車及車長＞9m的未設置乘客站立區的公共汽車應具有限速功能，否則應配備限速裝置。限速功能或限速裝置應符合GB／T 24545的要求，且限速功能或限速裝置調定的最大車速對公路客車、旅游客車和未設置乘客站立區的公共汽車不得大于100km／h，對危險貨物運輸車不得大于80km／h。

也就是說客車白天行車速度不超過100 km／h，廠家為防止車輛超速或發動機超負荷，會依據速度做限速處理。連接診斷設備，讀取該車限速數值，如圖7所示，車速限制為100 km／h，要高于故障頻發的速度點90 km／h。該故障速度點未達到車速限制值，理論上分析不會引發車輛頓挫現象。

但在試車過程中，故障的發生表現出與速度有一定的關聯性，為了排除車速對發動機的影響，決定先暫時將電控單元ECM的J1-A12針腳斷開，即斷開ECM對車速信號的接收，然后再次試車，故障現象消失，無論車速達到多少，都沒有產生頓挫現象。將線路恢復后，再次試車，又再次出現頓挫現象。

至此，通過反復的試車及數據分析，終于找到了故障產生的原因，車速信號觸發了 “車速限制”功能，電控單元ECM為防止車輛超速，通過控制電子節氣門減小開度 （電子油門失效），控制燃料計量閥減少噴射，控制高壓燃料切斷閥切斷燃氣供應等方式，減少進入氣缸的混合氣體，使發動機的轉速及輸出扭矩下降，發動機轉速下降會對車輛產生一定的制動效果，車輛由于突然失去動力，車身的慣性與發動機制動共同導致了頓挫現象的產生。

車速限制觸發的條件是車速達到限制值，由此分析還是車速信號出現了問題，才導致車速限制功能提前起作用，在之前的試車環節中，一直都是觀察車輛儀表上的車速變化，會不會是ECM接收的車速信號有問題呢？為了驗證這一想法，將ECM線路恢復后再次試車，重點通過診斷設備觀察ECM接收的車速信號狀況。

在行駛大約5km后，診斷設備界面上的虛擬車速表突然急速上升至143.5km／h，持續大約2 s后恢復至正常指示，如圖8所示。緊接著車輛出現頓挫現象，駕駛員反映加油門不起作用，而此時車輛儀表上示數僅為60km／h左右。查看GPS行車記錄上的示數為63 km／h，說明ECM接收的速度信號與實際不符。ECM以接收到的錯誤車速信號判斷車輛的狀態，導致車輛進入車速限制狀態，引發頓挫現象的產生。

為了查明引起輸入電控單元ECM速度信號錯誤的具體原因，按照先易后難的原則，首先將原車J1－A12速度信號線斷路，重新跨接一根，試車但故障現象依舊。然后用同型號的速度傳感器做替換試驗，試車故障現象沒有再次出現，由此可以斷定是車速傳感器工作不良所致。車速傳感器如圖9所示。

但是如果是車速傳感器損壞，那么試車過程中出現的車輛儀表速度值與診斷設備速度不一致的現象是怎么回事呢？為了解開疑惑，對車輛速度表進行相關試驗，經過試驗發現，由于車輛儀表是電磁線圈驅動指針轉動的機械式儀表，儀表從接收到速度信號到指針做出相應動作會有1～2s的時間差，這樣設計的優點是避免了車速波動時，儀表反應靈敏造成的指針跳動現象。

本故障案例中的車速傳感器出現信號錯誤持續的時間不會超過2 s，所以車輛儀表未做出相應指示，但診斷設備會對每一刻的速度變化做出相應的反映，所以也就出現了車輛儀表速度值與診斷設備速度不一致的現象，這也給故障的診斷帶來了一定的干擾。

更換車速傳感器后，用戶運行一個月，頓挫故障現象沒有再次出現，確認故障徹底排除。