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        汽車油位傳感器擋位故障研究

        2018-06-07 05:05:05王新超賈艷伍肖劍濤高玉龍李睿哲
        汽車電器 2018年5期
        關(guān)鍵詞:干簧管簧片油位

        王新超,賈艷伍,肖劍濤,高玉龍,李睿哲

        (北京汽車研究總院有限公司,北京 101300)

        1 油位傳感器故障現(xiàn)象

        某型號(hào)油位傳感器在整車上出現(xiàn)一種故障現(xiàn)象,具體表現(xiàn)為油表指針在3/4擋以下無反應(yīng),即油量降低指針不動(dòng),指針在油表3/4擋以上可以正常擺動(dòng),相同故障發(fā)生在3臺(tái)車上,傳感器為同一批次。

        油位傳感器電路及原理如圖1所示。干簧管為一種磁開關(guān),由玻璃管包裹2個(gè)磁簧片組成,油浮子內(nèi)裝有永磁體,當(dāng)干簧管被永磁體吸合后,該干簧管以下電阻被短路,由于油浮子隨油位浮動(dòng),所以油位與傳感器電阻具有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系。該傳感器的最大設(shè)計(jì)阻值為107.8 Ω,對(duì)應(yīng)油表空油擋,測(cè)量故障件最大輸出阻值為29Ω,對(duì)應(yīng)油表3/4擋。造成此故障可能有兩種原因:一種是電路板自身出現(xiàn)短路,另一種是干簧管失效而無法斷開,兩者均能將3/4擋以下電阻短路,使最大輸出阻值只有29 Ω。

        圖1 傳感器電路原理圖

        2 油位傳感器故障排查

        2.1 PCB板短路排查

        傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示,由左至右依次為套管、塑料管、環(huán)氧樹脂、PCB板。PCB板裝入塑料管后再裝入套管,塑料管中先灌入密封膠,固定住PCB板后再灌入環(huán)氧樹脂,樹脂固化后保護(hù)和密封PCB板。環(huán)氧樹脂在灌裝時(shí)為流體,固化后堅(jiān)硬,這也使得故障件難以完整拆解。

        排查PCB板是否存在短路,需要暴露出PCB板布線面,經(jīng)環(huán)氧樹脂溶解劑浸泡后的PCB板如圖3所示,焊點(diǎn)光滑牢固,且未見連焊現(xiàn)象,可以排除PCB板短路問題。由于溶解劑對(duì)干簧管玻璃有腐蝕作用,經(jīng)浸泡后的干簧管已損壞。

        圖2 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

        圖3 PCB板拆解示意圖

        2.2 干簧管失效排查

        干簧管的簧片觸點(diǎn)密封在玻璃管內(nèi),內(nèi)部充滿惰性氣體,觸點(diǎn)含惰性貴金屬銠,能減少電弧放電對(duì)觸點(diǎn)表面的損耗。干簧管的玻璃管損壞后,內(nèi)部惰性氣體泄露,簧片觸點(diǎn)的壽命就會(huì)縮短[1]。

        干簧管焊接前需要將其管腳由直線型彎折90°,管腳彎折后插入PCB板孔焊接,管腳彎折前后狀態(tài)如圖4所示。彎折管腳一般使用專用工裝,工裝上有凹槽并帶有磁性,可以防止彎折管腳時(shí)干簧管錯(cuò)動(dòng),避免彎角時(shí)損壞干簧管,即使干簧管損壞,在焊接后檢測(cè)時(shí)也會(huì)被發(fā)現(xiàn)。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)排查時(shí),隨機(jī)彎折了一批干簧管,經(jīng)測(cè)試,干簧管性能達(dá)標(biāo)。

        圖4 干簧管彎折前后狀態(tài)示意圖

        干簧管無法斷開是因?yàn)榛善l(fā)生粘連。為驗(yàn)證干簧管的粘連現(xiàn)象,進(jìn)行了如下試驗(yàn):干簧管作為磁開關(guān)和油泵電機(jī)串聯(lián),電源電壓為12 V,利用永磁體吸合干簧管,電路連通后電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)干簧管簧片間閃現(xiàn)火花,一段時(shí)間后移開永磁體,電機(jī)依然運(yùn)轉(zhuǎn),干簧管無法斷開而失效,火花產(chǎn)生的熱量使簧片粘連在一起。但此種現(xiàn)象在整車上不會(huì)出現(xiàn),試驗(yàn)時(shí)干簧管中電流達(dá)到0.9 A,已經(jīng)超過干簧管正常工作電流0.5 A,此試驗(yàn)僅為驗(yàn)證干簧管粘連失效模式。

        審查傳感器生產(chǎn)記錄時(shí),發(fā)現(xiàn)該批故障件在生產(chǎn)時(shí)調(diào)整過PCB板在套管內(nèi)的安裝角度,此舉是為了使干簧管遠(yuǎn)離泵芯一邊,減小磁場(chǎng)對(duì)干簧管的干擾。由于調(diào)整PCB板角度時(shí),其下部已經(jīng)灌樹脂,樹脂已在逐漸固化,此時(shí)PCB板會(huì)受到外力扭曲,可能會(huì)造成干簧管損傷。拆解另一故障件時(shí),發(fā)現(xiàn)PCB板明顯扭曲變形,如圖5所示,失效發(fā)生在3/4擋是因?yàn)樵撎幍呐まD(zhuǎn)變形最大。

        圖5 PCB板在套管內(nèi)扭轉(zhuǎn)示意圖

        為驗(yàn)證推測(cè),將一根正常的PCB板人為扭轉(zhuǎn)一定角度,然后將PCB板與油表連接后放入電磁線圈內(nèi),電磁線圈使干簧管以10次/min頻率閉合,經(jīng)過8h后,傳感器最大輸出阻值為29 Ω,與整車故障件現(xiàn)象一致。

        將失效的干簧管放入300倍放大儀下觀察,可以看見簧片觸點(diǎn)無間隙,而正常的簧片觸點(diǎn)則有可見間隙,如圖6所示。正常的干簧管在磁場(chǎng)靠近后,能觀察到簧片吸合動(dòng)作,而失效的干簧管則無反應(yīng)。

        圖6 簧片間隙示意圖

        油位傳感器在PCB板被扭轉(zhuǎn)并使用一段時(shí)間后失效是因?yàn)榛善g隙減小,當(dāng)油浮子的磁場(chǎng)使該干簧管處于時(shí)開時(shí)合時(shí)容易形成電弧放電,放電火花熱量使簧片觸點(diǎn)粘連,3/4擋簧片粘連后,其以下?lián)跷皇А?/p>

        3 傳感器故障整改措施

        油位傳感器PCB板四周灌裝樹脂的作用是提高防震性和密封性,但當(dāng)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)則不利于完整拆解,導(dǎo)致故障分析困難,且樹脂需要較長(zhǎng)固化時(shí)間,生產(chǎn)效率不高。由于需要人工將PCB板裝入套管,調(diào)整角度時(shí)容易因灌裝樹脂造成干簧管損壞。為避免出現(xiàn)此問題,該傳感器不再在塑料管內(nèi)灌裝環(huán)氧樹脂,改為兩端少量灌密封膠,密封膠不覆蓋電路部分,兩端再使用橡膠座固定PCB板。

        4 總結(jié)

        油位傳感器3/4擋失效是因?yàn)樯a(chǎn)傳感器時(shí)為調(diào)整PCB板的安裝角度,外力扭轉(zhuǎn)PCB板造成干簧管損傷,使用一段時(shí)間后,簧片間電弧放電使簧片觸點(diǎn)粘連,無法斷開,傳感器最大阻值停在29Ω,油表最低油位只能顯示到3/4擋。

        [1] 孟維信. 燃油傳感器失效故障排除[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2017(16):45-46.

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