汽車油位傳感器擋位故障研究

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(wú)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(kāi)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(wú)法斷開(kāi)，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(shù)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(shù)脂，樹(shù)脂固化后保護(hù)和密封PCB板。環(huán)氧樹(shù)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(shù)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(jiàn)連焊現(xiàn)象，可以排除PCB板短路問(wèn)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(wú)法斷開(kāi)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(kāi)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(kāi)永磁體，電機(jī)依然運(yùn)轉(zhuǎn)，干簧管無(wú)法斷開(kāi)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(guò)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(guò)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(shù)脂，樹(shù)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(guò)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(jiàn)簧片觸點(diǎn)無(wú)間隙，而正常的簧片觸點(diǎn)則有可見(jiàn)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(wú)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(kāi)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(shù)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(shù)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(shù)脂造成干簧管損壞。為避免出現(xiàn)此問(wèn)題，該傳感器不再在塑料管內(nèi)灌裝環(huán)氧樹(shù)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(wú)法斷開(kāi)，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.