商用車電控發動機電子油門疑難故障排查處理

陳景林

摘要：本文從電子油門的工作原理出發，重點介紹了商用車電控發動機配置的電子油門，出現的NTF故障（返件故障未再現，復檢合格）的原因分析、排查和處理對策，對故障的原因和故障機理進行重點展開分析，最后提出解決故障的處理對策和驗證情況，為后續類似的故障處理和改進設計提供借鑒指導。

關鍵詞：電子油門;NTF故障;故障模式

0 ?引言

現如今，電控發動機已越來越普及，隨之而來，電子油門也越來越頻繁的出現在司機的日常生活中。很多時候，我們經常聽到司機師傅們抱怨發動機油門不穩、加速緩慢、加油無力、反應慢、油門不受控制、油門踩到底馬力達不到額定轉速要求等等故障問題。但有部分故障，在故障件返回后，復檢故障零件功能卻是合格的，重新再裝車驗證，故障未能重現，我們稱之為NTF故障。由于無法重現故障，僅僅依靠發動機故障診斷系統[1]所記錄的歷史故障碼，技術人員很難精準找到故障原因，也就無從制定相應的改進對策，導致后續故障仍頻發，但在源頭上卻束手無策的尷尬境地。如某型電子油門故障返件47件，NTF復檢合格46件，占比高達98%。如何對此類NTF故障進行原因分析排查，對后續的改進提升具有非常緊迫的現實意義。本文重點針對商用車電控發動機配置的電子油門出現的幾例NTF故障的故障模式進行故障解析和分析處理。

在分析之前，我們先簡單介紹下電子油門的工作原理。

1 ?電子油門的工作原理

油門，作為發動機噴油系統控制的重要部件，伴隨發動機噴油技術[2]的發展，經歷了從機械油門向電子油門的發展過渡階段。機械油門：通過油門拉索拉動油門擺臂在一定角度范圍內轉動，從而控制噴油泵柱塞的開啟角度，進而控制噴油量的多少[3]。機械油門適用于機械泵發動機。電子油門：適用于電控發動機（發動機有ECU）。電子油門實際起到信號傳感器的作用，負責傳遞駕駛員的操控信息。最終的響應指令是由發動機ECU結合其它傳感器的信號進行綜合判斷后發出，由噴油器上的電磁閥執行。我們以市場上使用面最廣的BOSCH電控高壓共軌系統為例進行說明。

從圖1中的發動機電子控制系統示意可以看到，發動機ECU通過發動機上安裝的各種傳感器，實時采集油門傳感器、轉速傳感器、水溫傳感器、進氣壓力/溫度傳感器、機油壓力傳感器等各種相關聯的信息數據，經過既定程序的復雜運算后，再輸出具體控制指令，控制電磁閥的開啟時間，從而控制噴射器的噴油響應[4]。

電子油門作為一個位置信號傳感器，主要有接觸式傳感器和非接觸式傳感器兩種類型。具體主要有電壓計式傳感器、霍爾效應傳感器、磁阻傳感器、光電傳感器和感應傳感器幾種。目前使用最廣泛的是霍爾效應傳感器。

如圖2所示，當通電線圈切割磁力線時，會產生霍耳效應，引起電壓的變化，從而輸出按一定規律變化的電壓信號。電子油門踏板的工作原理就是基于霍爾原理，腳踏連桿受外力作用，踏板繞轉軸旋轉，帶動磁環磁片旋轉，從而產生變化的磁場，霍爾芯片感應到磁場的變化，輸出與位移成正比的電壓信號。因此，電子油門最終輸出給發動機ECU的就是電壓信號。霍爾芯片輸出信號線性可編程，可以滿足不同的需求。也可以通過設計好的基準電壓與位移輸出信號比對來實現開關信號功能，控制開關信號的通斷。電控發動機在工作過程，持續對電子油門輸出的電壓信號進行監控、判斷和處理，根據設定的程序判斷電子油門有無故障以及具體的故障類型[5-6]。

2 ?疑難故障案例

2.1 案例1 ?踩油門無反應，發動機轉速恒定維持約1100轉

某用戶反饋車輛行駛過程中突然加不起油，踩油門無反應，始終維持在1000～1100轉左右，發動機轉速上不去，車輛無法正常行駛。維修人員對該車油門踏板線路進行檢測為正常值，判定為油門踏板損壞引起故障，更換新的油門踏板總成后，故障消除。但該電子油門故障件返回后上臺架檢測，性能輸出參數正常。將故障件裝到正常車輛上驗證，使用正常，故障無法再現。

經梳理統計類似故障，發現故障相對集中出現在5～8月份，且是在南方區域偏多。在拆下故障電子油門上的插件時，發現有部分故障件的接頭插件處比較濕潤。因此，初步懷疑可能是接頭進水導致線路故障。進一步拆下電子油門的芯片，剝離其封裝膠，露出電路板，發現電路板上的針腳有不同程度的腐蝕痕跡，見圖3。這證實了故障是由于進水導致。

通過對實車裝配狀態的分析、模擬試驗，最終發現是由于電子油門接插件在安裝時，線束往側面拉扯，導致插頭的密封圈未能緊貼在接口上，側面露出一條縫隙，見圖4。從而水汽可以從露出的縫隙進入芯片內。那么駕駛室內哪來的水汽呢。結合生活經驗分析，發現是由于南方5～8月份時氣候比較潮濕悶熱，空調使用比較頻繁。而電子油門旁邊剛好布置了一個空調出風口，因此，使用空調過程中，電子油門表面溫度通常比較低。在車輛停駛后，外部的水汽就很容易遇冷凝結在電子油門上，包括接頭上。凝結的水珠通過防水塞接口縫隙進入電路板內部，造成油門故障。那返回的故障件未能故障再現又是怎么回事呢？通過顯微鏡對芯片的腐蝕程度進行放大觀察，發現部分腐蝕只是輕微腐蝕，并未導致電路完全斷開。分析應是故障時，水汽過多，導致電路竄電，輸出異常。而故障踏板在換下后，故障出現條件不再持續，在原已進入的水汽揮發后，后續再無水汽進入，因此腐蝕情況不再持續，因此，輸出信號又恢復正常，故障未能再現。油門踏板在高溫高濕以及車輛震動的情況下，造成水霧氣等自傳感器和線束接口處進入，長期滯留于傳感器內部的霧氣對線路造成腐蝕，導致間歇性失效或徹底失效。

后續整改對策：改善插接口處的密封結構，在電路板上增加三防涂漆。減少水汽的進入和降低水汽對電路板的腐蝕作用。

2.2 案例2車主反映車輛在行駛中，經常出現加不上油，時好時壞

用戶反映：車輛在行駛中，經常出現加不上油，限制轉速1200轉。現場檢查發動機正常，檢查底盤線束電壓正常，插入診斷儀顯示油門合理性故障，一路和二路不合理，經檢測油門踏板內部電子元件失效導致故障（測量踏板1電壓5.1V，踏板2電壓0.02，排除線路及接插件均無故障）。對調新油門踏板試車后故障排除。用戶反饋為偶發故障，之前也出現過，有時停駛一小段時間或重新上電后就正常。服務站處理時，故障再現。但故障件返回后，測量有部分能故障再現，一部分未能故障再現。

參照以往處理經驗，先檢查故障件的插接接頭密封件，未發現有損壞或丟失，密封良好。檢查接頭部位，未發現有進水的印跡。進一步拆檢內部電路板，也未發現有腐蝕痕跡，初步可以排除是進水導致的故障。

進一步核查電子油門內部的電路圖，見圖5，發現電路中配置有自恢復保險絲電阻。對故障件電路板進行拆解測量，發現自恢復保險絲電阻為86.7歐，不符合自恢復阻值要求（阻值標準要求≤20歐）。如果該保險絲電阻值過大，分壓過多，會造成輸出電壓信號偏低異常。經對比驗證，最終確認故障原因為：電路板灌膠所用的AB膠中的白油（某批次質量問題）滲入自恢復保險絲中，導致自恢復保險絲阻值異常。

將18件自恢復保險絲放入白油中浸泡，在85℃高溫下存儲1小時和2小時后，分別檢測保險絲電阻值，然后等保險絲恢復到常溫后，再次測試電阻值。測試結果如圖6所示。

從測試結果可以看出，自恢復保險絲滲入白油后，在高溫的作用下，對保險絲電阻值的恢復有較大的影響，且后續恢復的程度隨機不可控，這也給故障件的原因排查增添了不確定因素。

這里有必要補充介紹一下自恢復保險絲的特性：自恢復保險絲為過流性器件，當電路中電流達到跳脫電流時，自恢復保險絲進入高阻態，將電路切斷，維持在一定低電流下，以保護后端器件不會被損壞，這是很多電器件中都會存在的一種保護措施。

在電子油門的電路中，自恢復保險絲與TVS管配合使用提升產品的耐高壓能力，TVS工作時將大電壓短路到地進行泄放、鉗位;利用自恢復保險絲進行限流，降低TVS管的持續功率，使產品能長時間耐高壓。自恢復保險絲的特性如圖7所示。

自恢復保險絲工作原理是通過過流吸熱，電阻升高保護電路，過流消失阻值恢復。但是如果有高頻高壓干擾耦合進入電路，就會存在差異：保險絲工作時，因干擾不同，保險絲F1和F2阻值會不同，其分壓不同，導致進入霍爾的電壓U1和U2產生差異，最終使SIG1和SIG2輸出電壓不同步，可能存在超差。發動機診斷油門信號異常，進入限扭保護或跛行回家狀態，出現加速無力。但油門本身電器未損壞，當高頻高壓干擾消失后，電子油門又恢復正常，表現為NTF。

后續整改對策：對電子油門踏板內部電路進行設計改進，取消自恢復保險絲，改用其他的電路保護機制，以避免受自恢復保險絲相關特性的影響。

3 ?結束語

電子元器件的故障，通常發生在車輛使用過程中，用戶急于處理以恢復運營，技術人員通常很難第一時間到達現場參與故障排查和原因分析。主要依賴于故障件返回后進行故障再現來分析處理。如果故障能再現，故障原因相對好確認。如果是故障未能再現，即NTF故障，就會給原因分析帶來很大的困難，有時還會導致排查方向發現偏移，難以鎖定真正的故障原因。

但雁過留聲，人過留痕，只要發生過，總會或多或少的留下一些蛛絲馬跡。因此，在故障排查過程中，要保持非常的細心，不能輕易放過一絲可疑的細節，要抽絲剝繭，層層展開，由淺入深。山重水復疑無路，柳暗花明又一村。在此拋磚引玉，分享一些工作處理案例，為類似故障的排查提供參考借鑒。

參考文獻：

[1]宋福昌.汽車發動機電控系統故障檢修圖解[M].北京：電子工業出版社，2001.

[2]徐家龍.柴油機電控噴油技術[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]德國BOSCH公司編.魏春源譯.BOSCH汽車工程手冊[M].三版.北京：北京理工大學出版社，2009，4.

[4]祝軻卿，胡建文，冒曉建，等.電控柴油機雙電位器油門踏板控制策略的研究[J].柴油機，2012，15（4）：14-17.

[5]鄭小倩，胡仕強，吳艦.基于概率神經網絡的柴油機故障診斷與預測研究[J].工礦自動化，2013，39（9）：104-108.

[6]蔣玉秀，趙曉歡，鄧元望.基于概率神經網絡的電子油門踏板故障診斷[J].中南大學學報，2019，50（6）：1370-1371.