论文部分内容阅读
摘要：针对爆震传感器对搭铁短路问题，结合车辆发生故障时运行工况及环境条件，对爆震传感器的绝缘电阻设计值、壳体材料进行分析与试验验证。
关键词：爆震传感器;对搭铁短路;绝缘电阻设计值;塑料粒子;试验
中图分类号：U463文献标识码：A
爆震传感器是发动机控制系统的重要组成零部件之一。它是采用压电效应原理制成的传感器，主要由套筒底座、绝缘线圈、压电元件、配重块、壳体和插接器组成（图1），通过安装螺栓固定在发动机缸体上Ⅲ。在发动机的控制系统中，爆震传感器的作用是将发动机爆震时产生的机械振动信号转换为相应的电压信号，并输出给发动机控制单元，进而监控发动机缸内燃烧时是否产生爆震、早燃等异常现象。发动机控制系统根据预先设定的控制条件对点火角度等控制参数进行适应性调节，进而消除爆震、早燃的出现，有利于提高发动机的工作平顺性、排放性及燃油经济性。
1问题现象描述
市场上多辆汽油车在运行过程中，发现仪表板上报出故障提示，同时出现发动机扭矩被限制的现象。用专用诊断仪读取多辆车的故障码，均存在爆震传感器（压电式爆震传感器）对搭铁短路故障码，无其他故障码。
2常规检查与常规解析
（1）爆震传感器插接器、端子无虚接，连接线束外观无损坏。
（2）用数字式万用表测量车辆蓄电池电压和相关搭铁线，均符合要求。
（3）用数字式万用表检查传感器插接器2个端子间的绝缘电阻，其电阻值在正常范围内。
（4）用INCA采集相关的数据，同样没有发现问题。
（5）更换新的点火线圈、火花塞，爆震传感器对搭铁短路故障未能解决。
（6）对多辆故障车更换新的爆震传感器，车辆运行一段时间后，再次出现爆震传感器对搭铁短路的故障。
以上操作说明发动机控制系统是正常的，初步判断可能是爆震传感器零件本身故障导致的。
3爆震传感器对搭铁短路现象深入解析
随机抽取了3辆车上的爆震传感器，并在常温（20℃）下对其（故障件A、故障件B、故障件C）进行绝缘电阻测试，结果见表1。
从表1中可以看出：常温20℃时3辆车上的原装爆震传感器绝缘电阻均满足设计要求。
通过对多辆车故障发生的运行工况进行统计分析，发现爆震传感器对搭铁短路的现象均是车辆在行驶过程中，而车辆在原地怠速工况时并无此现象。由此推断，此故障的发生条件之一是可能与车辆运行时发动机舱内温度较高的因素有关。
为此，在120℃高温下让爆震传感器故障件A、故障件B和故障件C进行绝缘电阻测试，结果见表2。对新的爆震传感器进行120℃高温绝缘电阻测试，结果见表3。由表2、表3可知：在120℃时的高温下，3个新的爆震传感器绝缘电阻可以满足设计要求。
根据上述测试结果，对爆震传感器的绝缘电阻设计值和壳体塑料粒子的绝缘性进行了试验分析验证。
提升爆震传感器绝缘电阻设计值，使其在120℃高温下的电阻值大于1.00×105kΩ。对新制作的爆震传感器样件在120℃高温下进行绝缘电阻测试，结果见表4。
从表4中可以看出：在120℃高温下，爆震传感器样件4、样件5和样件6的绝缘电阻值满足设计要求。
将样件4、样件5和样件6分别安装在故障车上，并将车辆历史故障清除，车辆运行一段时间后，爆震传感器对搭铁短路故障再次出现。拆下3个样件，在高温120℃下再次进行绝缘电阻测试，结果见表5。
从表5中可以看出：提升绝缘电阻设计值的爆震传感器在120℃高温下的绝缘电阻值依旧偏低，不满足设计要求。
通过对爆震传感器对搭铁短路故障的车辆所在地、运行环境再次调研，发现故障发生的区域均是湿度较大的地区。为此，我们将原始故障件A、故障件B和故障件C在100℃环境烘干100h并进行绝缘电阻测试。对烘干后故障件A、故障件B、故障件C进行120℃高温绝缘电阻测试，结果见表6。
从表6中可以看出：爆震传感器高温烘干后，绝缘电阻测试值满足设计要求。
经查询相关资料得知，爆震传感器单H粒子是金属基的稳定剂，吸湿后，绝缘性能会降低。针对现有爆震传感器塑料粒子的特性，将爆震传感器壳体的材料由单H塑料粒子改为双H塑料粒子。双H塑料粒子是添加电中性的稳定剂，提升尼龙吸水后的绝缘性能。
将双H塑料粒子、单H塑料粒子爆震传感器进行双85试验（在温度为85°C±0.5°C、湿度为85%±3%的恒定条件下，对试验零部件进行的试验），试验周期为96h，之后在120°C环境下进行绝缘电阻测试，结果见表了。
从表了中可以看出，单H塑料粒子样件经过双85试验后，爆震传感器对搭铁电阻测试值不满足设计要求。而双H塑料粒子样件经过双85试验后，爆震传感器对搭铁电阻测试值满足设计要求。将双H塑料粒子样件装在故障车上进行测试，爆震传感器对搭铁短路故障不再出现。
4结论
通过对某车型汽油发动机在行驶过程中“爆震传感器对搭铁短路”故障进行排查，锁定了爆震傳感器壳体的单H塑料粒子吸湿后的导电性是绝缘电阻下降的决定性因素。通过对爆震传感器壳体材料进行升级，即将壳体的材料由单H塑料粒子改为双H塑料粒子，并通了过一系列的单品验证、试验验证和实车验证，彻底解决“爆震传感器对搭铁短路”的问题。因此，笔者对爆震传感器的研发及故障解析有了新的认知，为后续电控零部件故障的解析积累了宝贵的经验。
关键词：爆震传感器;对搭铁短路;绝缘电阻设计值;塑料粒子;试验
中图分类号：U463文献标识码：A
爆震传感器是发动机控制系统的重要组成零部件之一。它是采用压电效应原理制成的传感器，主要由套筒底座、绝缘线圈、压电元件、配重块、壳体和插接器组成（图1），通过安装螺栓固定在发动机缸体上Ⅲ。在发动机的控制系统中，爆震传感器的作用是将发动机爆震时产生的机械振动信号转换为相应的电压信号，并输出给发动机控制单元，进而监控发动机缸内燃烧时是否产生爆震、早燃等异常现象。发动机控制系统根据预先设定的控制条件对点火角度等控制参数进行适应性调节，进而消除爆震、早燃的出现，有利于提高发动机的工作平顺性、排放性及燃油经济性。
1问题现象描述
市场上多辆汽油车在运行过程中，发现仪表板上报出故障提示，同时出现发动机扭矩被限制的现象。用专用诊断仪读取多辆车的故障码，均存在爆震传感器（压电式爆震传感器）对搭铁短路故障码，无其他故障码。
2常规检查与常规解析
（1）爆震传感器插接器、端子无虚接，连接线束外观无损坏。
（2）用数字式万用表测量车辆蓄电池电压和相关搭铁线，均符合要求。
（3）用数字式万用表检查传感器插接器2个端子间的绝缘电阻，其电阻值在正常范围内。
（4）用INCA采集相关的数据，同样没有发现问题。
（5）更换新的点火线圈、火花塞，爆震传感器对搭铁短路故障未能解决。
（6）对多辆故障车更换新的爆震传感器，车辆运行一段时间后，再次出现爆震传感器对搭铁短路的故障。
以上操作说明发动机控制系统是正常的，初步判断可能是爆震传感器零件本身故障导致的。
3爆震传感器对搭铁短路现象深入解析
随机抽取了3辆车上的爆震传感器，并在常温（20℃）下对其（故障件A、故障件B、故障件C）进行绝缘电阻测试，结果见表1。
从表1中可以看出：常温20℃时3辆车上的原装爆震传感器绝缘电阻均满足设计要求。
通过对多辆车故障发生的运行工况进行统计分析，发现爆震传感器对搭铁短路的现象均是车辆在行驶过程中，而车辆在原地怠速工况时并无此现象。由此推断，此故障的发生条件之一是可能与车辆运行时发动机舱内温度较高的因素有关。
为此，在120℃高温下让爆震传感器故障件A、故障件B和故障件C进行绝缘电阻测试，结果见表2。对新的爆震传感器进行120℃高温绝缘电阻测试，结果见表3。由表2、表3可知：在120℃时的高温下，3个新的爆震传感器绝缘电阻可以满足设计要求。
根据上述测试结果，对爆震传感器的绝缘电阻设计值和壳体塑料粒子的绝缘性进行了试验分析验证。
提升爆震传感器绝缘电阻设计值，使其在120℃高温下的电阻值大于1.00×105kΩ。对新制作的爆震传感器样件在120℃高温下进行绝缘电阻测试，结果见表4。
从表4中可以看出：在120℃高温下，爆震传感器样件4、样件5和样件6的绝缘电阻值满足设计要求。
将样件4、样件5和样件6分别安装在故障车上，并将车辆历史故障清除，车辆运行一段时间后，爆震传感器对搭铁短路故障再次出现。拆下3个样件，在高温120℃下再次进行绝缘电阻测试，结果见表5。
从表5中可以看出：提升绝缘电阻设计值的爆震传感器在120℃高温下的绝缘电阻值依旧偏低，不满足设计要求。
通过对爆震传感器对搭铁短路故障的车辆所在地、运行环境再次调研，发现故障发生的区域均是湿度较大的地区。为此，我们将原始故障件A、故障件B和故障件C在100℃环境烘干100h并进行绝缘电阻测试。对烘干后故障件A、故障件B、故障件C进行120℃高温绝缘电阻测试，结果见表6。
从表6中可以看出：爆震传感器高温烘干后，绝缘电阻测试值满足设计要求。
经查询相关资料得知，爆震传感器单H粒子是金属基的稳定剂，吸湿后，绝缘性能会降低。针对现有爆震传感器塑料粒子的特性，将爆震传感器壳体的材料由单H塑料粒子改为双H塑料粒子。双H塑料粒子是添加电中性的稳定剂，提升尼龙吸水后的绝缘性能。
将双H塑料粒子、单H塑料粒子爆震传感器进行双85试验（在温度为85°C±0.5°C、湿度为85%±3%的恒定条件下，对试验零部件进行的试验），试验周期为96h，之后在120°C环境下进行绝缘电阻测试，结果见表了。
从表了中可以看出，单H塑料粒子样件经过双85试验后，爆震传感器对搭铁电阻测试值不满足设计要求。而双H塑料粒子样件经过双85试验后，爆震传感器对搭铁电阻测试值满足设计要求。将双H塑料粒子样件装在故障车上进行测试，爆震传感器对搭铁短路故障不再出现。
4结论
通过对某车型汽油发动机在行驶过程中“爆震传感器对搭铁短路”故障进行排查，锁定了爆震傳感器壳体的单H塑料粒子吸湿后的导电性是绝缘电阻下降的决定性因素。通过对爆震传感器壳体材料进行升级，即将壳体的材料由单H塑料粒子改为双H塑料粒子，并通了过一系列的单品验证、试验验证和实车验证，彻底解决“爆震传感器对搭铁短路”的问题。因此，笔者对爆震传感器的研发及故障解析有了新的认知，为后续电控零部件故障的解析积累了宝贵的经验。