陳景林

摘要：本文從電子油門的工作原理出發(fā)，重點介紹了商用車電控發(fā)動機配置的電子油門，出現(xiàn)的NTF故障（返件故障未再現(xiàn)，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(xù)類似的故障處理和改進設(shè)計提供借鑒指導。

關(guān)鍵詞：電子油門;NTF故障;故障模式

0 ?引言

現(xiàn)如今，電控發(fā)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(xiàn)在司機的日常生活中。很多時候，我們經(jīng)常聽到司機師傅們抱怨發(fā)動機油門不穩(wěn)、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(zhuǎn)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(xiàn)，我們稱之為NTF故障。由于無法重現(xiàn)故障，僅僅依靠發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)[1]所記錄的歷史故障碼，技術(shù)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(xù)故障仍頻發(fā)，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(xù)的改進提升具有非常緊迫的現(xiàn)實意義。本文重點針對商用車電控發(fā)動機配置的電子油門出現(xiàn)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(fā)動機噴油系統(tǒng)控制的重要部件，伴隨發(fā)動機噴油技術(shù)[2]的發(fā)展，經(jīng)歷了從機械油門向電子油門的發(fā)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(nèi)轉(zhuǎn)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(fā)動機。電子油門：適用于電控發(fā)動機（發(fā)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(fā)動機ECU結(jié)合其它傳感器的信號進行綜合判斷后發(fā)出，由噴油器上的電磁閥執(zhí)行。我們以市場上使用面最廣的BOSCH電控高壓共軌系統(tǒng)為例進行說明。

從圖1中的發(fā)動機電子控制系統(tǒng)示意可以看到，發(fā)動機ECU通過發(fā)動機上安裝的各種傳感器，實時采集油門傳感器、轉(zhuǎn)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(guān)聯(lián)的信息數(shù)據(jù)，經(jīng)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(chǎn)生霍耳效應，引起電壓的變化，從而輸出按一定規(guī)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(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，帶動磁環(huán)磁片旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)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(fā)動機ECU的就是電壓信號?；魻栃酒敵鲂盘柧€性可編程，可以滿足不同的需求。也可以通過設(shè)計好的基準電壓與位移輸出信號比對來實現(xiàn)開關(guān)信號功能，控制開關(guān)信號的通斷。電控發(fā)動機在工作過程，持續(xù)對電子油門輸出的電壓信號進行監(jiān)控、判斷和處理，根據(jù)設(shè)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(fā)動機轉(zhuǎn)速恒定維持約1100轉(zhuǎn)

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(zhuǎn)左右，發(fā)動機轉(zhuǎn)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(shù)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(xiàn)。

經(jīng)梳理統(tǒng)計類似故障，發(fā)現(xiàn)故障相對集中出現(xiàn)在5～8月份，且是在南方區(qū)域偏多。在拆下故障電子油門上的插件時，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(tài)的分析、模擬試驗，最終發(fā)現(xiàn)是由于電子油門接插件在安裝時，線束往側(cè)面拉扯，導致插頭的密封圈未能緊貼在接口上，側(cè)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(nèi)。那么駕駛室內(nèi)哪來的水汽呢。結(jié)合生活經(jīng)驗分析，發(fā)現(xiàn)是由于南方5～8月份時氣候比較潮濕悶熱，空調(diào)使用比較頻繁。而電子油門旁邊剛好布置了一個空調(diào)出風口，因此，使用空調(diào)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(jié)在電子油門上，包括接頭上。凝結(jié)的水珠通過防水塞接口縫隙進入電路板內(nèi)部，造成油門故障。那返回的故障件未能故障再現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)條件不再持續(xù)，在原已進入的水汽揮發(fā)后，后續(xù)再無水汽進入，因此腐蝕情況不再持續(xù)，因此，輸出信號又恢復正常，故障未能再現(xiàn)。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(nèi)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(xù)整改對策：改善插接口處的密封結(jié)構(gòu)，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(jīng)常出現(xiàn)加不上油，時好時壞

用戶反映：車輛在行駛中，經(jīng)常出現(xiàn)加不上油，限制轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)?，F(xiàn)場檢查發(fā)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(jīng)檢測油門踏板內(nèi)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(diào)新油門踏板試車后故障排除。用戶反饋為偶發(fā)故障，之前也出現(xiàn)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(xiàn)。但故障件返回后，測量有部分能故障再現(xiàn)，一部分未能故障再現(xiàn)。

參照以往處理經(jīng)驗，先檢查故障件的插接接頭密封件，未發(fā)現(xiàn)有損壞或丟失，密封良好。檢查接頭部位，未發(fā)現(xiàn)有進水的印跡。進一步拆檢內(nèi)部電路板，也未發(fā)現(xiàn)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(nèi)部的電路圖，見圖5，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(jīng)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(zhì)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(jié)果如圖6所示。

從測試結(jié)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(xù)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(tài)，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(chǎn)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(xù)功率，使產(chǎn)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(chǎn)生差異，最終使SIG1和SIG2輸出電壓不同步，可能存在超差。發(fā)動機診斷油門信號異常，進入限扭保護或跛行回家狀態(tài)，出現(xiàn)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(xiàn)為NTF。

后續(xù)整改對策：對電子油門踏板內(nèi)部電路進行設(shè)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(guān)特性的影響。

3 ?結(jié)束語

電子元器件的故障，通常發(fā)生在車輛使用過程中，用戶急于處理以恢復運營，技術(shù)人員通常很難第一時間到達現(xiàn)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(xiàn)來分析處理。如果故障能再現(xiàn)，故障原因相對好確認。如果是故障未能再現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)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(fā)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(jié)，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：

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[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.

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