柴油機(jī)電氣信號(hào)接觸不良分析

李麗萍 賈小麗 程冬梅 劉明 徐鵬

摘要：本文針對(duì)某柴油機(jī)噴油器信號(hào)接觸不良問題進(jìn)行了分析研究，全面分析了造成信號(hào)接觸不良的原因，結(jié)果表明線束端子壓接質(zhì)量及ECU和線束振動(dòng)不同步是導(dǎo)致故障發(fā)生的主要原因。同時(shí)對(duì)于柴油機(jī)電氣信號(hào)接觸不良故障排查提供參考。

Abstract： In this paper， the problem of bad signal contact of a diesel injector is analyzed， and the causes of bad signal contact are analyzed comprehensively. The results show that the main causes of the fault are the clamping quality of wiring harness terminals and the asynchronization of ECU and wiring harness vibration.At the same time， it provides reference for troubleshooting the bad contact of diesel engine electrical signal.

關(guān)鍵詞：接觸不良;電氣信號(hào);線束;端子

Key words： poor contact;electrical signal;wiring harness;terminals

中圖分類號(hào)：U448.213? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0170-03

0? 引言

隨著電控柴油機(jī)的普及以及不斷升級(jí)的排放法規(guī)的推動(dòng)，電控柴油機(jī)上安裝的電子元器件越來越多，從國三階段的單純的高壓共軌燃油系統(tǒng)相關(guān)的電氣元件，發(fā)展到國六階段，柴油機(jī)上的電氣元件已經(jīng)涵蓋了冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)及后處理系統(tǒng)等柴油機(jī)上的各個(gè)系統(tǒng)。同時(shí)柴油機(jī)和整車之間的交互信號(hào)也不斷增多。到了國六階段，柴油機(jī)上需要傳遞的電氣信號(hào)已經(jīng)有幾百種之多，這些系統(tǒng)的正常工作依賴于柴油機(jī)所有電氣信號(hào)的穩(wěn)定可靠傳輸。

電氣信號(hào)傳輸過程中經(jīng)常碰到的問題有信號(hào)開路、信號(hào)短路、信號(hào)接觸不良等。而信號(hào)接觸不良發(fā)生后，時(shí)常伴隨信號(hào)時(shí)有時(shí)無，現(xiàn)場(chǎng)排查鎖定原因非常困難。因此研究影響電氣信號(hào)接觸不良的影響因素非常重要。本文針對(duì)某柴油機(jī)運(yùn)行過程中頻繁發(fā)生的信號(hào)接觸不良問題進(jìn)行了分析，提出改進(jìn)方案并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

1? 問題描述

某大缸徑柴油機(jī)在進(jìn)行道路驗(yàn)證過程中，電控單元（electronic control unit，ECU）頻繁報(bào)噴油器開路、噴油器對(duì)地短路、油量計(jì)量單元開路故障，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)，無法正常運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試線束針腳通斷無問題，更換線束運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)再次報(bào)出故障。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查ECU發(fā)現(xiàn)，報(bào)處故障的執(zhí)行器對(duì)應(yīng)的ECU針腳有如圖1所示的發(fā)黑現(xiàn)象，更換ECU后故障解決。

2? 原因分析

2.1 端子分析

由于金屬與空氣中的氧接觸會(huì)產(chǎn)生化學(xué)變化，生成金屬氧化層，所以為確保端子連接部位保持穩(wěn)定的接觸電阻，防止端子氧化、腐蝕，端子表面都會(huì)設(shè)置鍍層進(jìn)行保護(hù)。

本柴油機(jī)ECU端子表面鍍銀，故障ECU端子表面有發(fā)黑現(xiàn)象，為分析發(fā)黑物質(zhì)，將針腳發(fā)黑的端子取下觀察并分析黑色物質(zhì)成分，結(jié)果表明，針腳發(fā)黑區(qū)域產(chǎn)生了嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象，如圖2所示，端子表面鍍層已被磨去，露出底部基材，且端子基材銅已被氧化，黑色物質(zhì)為氧化銅。

端子接觸點(diǎn)鍍層在受到破壞后，接觸點(diǎn)會(huì)快速氧化，氧化層的電阻較大，直接導(dǎo)致接觸點(diǎn)電阻迅速上升，端子的溫度也隨之上升，同時(shí)溫度的上升又增加電阻的阻值，形成一個(gè)惡性循環(huán)，最終引起電流傳輸失效。因此可判斷ECU端子磨損是該柴油機(jī)發(fā)生開路、短路故障的原因。

端子生產(chǎn)過程中鍍層工藝控制不良可能導(dǎo)致新ECU端子鍍層厚度不滿足要求，從而引起端子磨損。對(duì)該ECU中未使用的端子鍍層厚度進(jìn)行進(jìn)一步分析，結(jié)果如圖3所示，表面鍍銀層厚度滿足要求，打底鎳鍍層不滿足要求（該款端子要求底部Ni鍍層厚度為2-4μm，表面鍍銀鍍層厚度為4-6μm）。端子磨損起源于端子表面，打底鍍層對(duì)端子磨損影響較小，因此ECU端子鍍層厚度不是引起端子磨損的原因。

2.2 線束分析

2.2.1 線束壓接分析

線束端子的壓接工藝是確保電路導(dǎo)通和接觸良好的核心工藝，壓接過程中需控制的關(guān)鍵尺寸如圖4所示，正確的端子壓接應(yīng)符合下列要求：

①導(dǎo)線放置時(shí)絕緣層伸出長(zhǎng)度a和銅絲伸出長(zhǎng)度b需滿足端子壓接規(guī)范;

②端子應(yīng)分別壓緊在導(dǎo)體和絕緣層上，導(dǎo)體不應(yīng)壓斷，絕緣層不應(yīng)壓入導(dǎo)體壓接部位，壓接完成后，導(dǎo)體高度h、導(dǎo)體寬度e、絕緣皮高度、絕緣皮寬度尺寸均需滿足端子壓接規(guī)范。

端子壓接完成后插入連接器時(shí)，需保證端子不能彎曲，彎曲的端子插入連接器會(huì)導(dǎo)致端子和連接器配合出現(xiàn)問題，端子承受應(yīng)力。

將本柴油機(jī)ECU發(fā)黑端子針腳對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)線束端端子取下，目視檢查并測(cè)量端子壓接高度和壓接寬度，結(jié)果如圖5和表1所示，端子外觀有明顯彎曲，且導(dǎo)體、絕緣皮壓接高度和壓接寬度均不滿足要求。該線束端子壓接質(zhì)量不合格。因此，線束端端子壓接質(zhì)量不合格是導(dǎo)致ECU端子磨損的原因之一。

2.2.2 線束固定分析

線束固定對(duì)電器信號(hào)的傳輸也會(huì)產(chǎn)生影響，線束安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)以后，連接器和線束固定點(diǎn)都已經(jīng)被固定起來了，當(dāng)連接器線束的第一固定點(diǎn)和連接器不在一個(gè)零件時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，端子和導(dǎo)線之間會(huì)產(chǎn)生作用力與反作用力，而連接器各個(gè)端子導(dǎo)線的松弛度不同，松弛度比較緊的端子會(huì)承受比較大的拉力，從而引起端子磨損，信號(hào)瞬斷。

本柴油機(jī)線束ECU端第一固定點(diǎn)的固定如圖6所示，ECU線束第一固定點(diǎn)通過一個(gè)固定在ECU上的線束支架進(jìn)行固定，線束支架固定在ECU的固定螺栓上，雖然固定螺栓連著減震墊，但線束支架和螺栓實(shí)質(zhì)為剛性接觸，這就導(dǎo)致線束支架的振動(dòng)是減震前的振動(dòng)，而ECU接插件位置的振動(dòng)是經(jīng)過橡膠墊減震后的，二者振動(dòng)不同步，從而導(dǎo)致ECU公端子和母端子振動(dòng)不同步，端子相對(duì)振動(dòng)，引起端子磨損。

3? 優(yōu)化措施

通過以上分析可以看出，引起本柴油機(jī)頻繁報(bào)出開路、短路故障的原因?yàn)镋CU端子磨損，而引起ECU端子磨損的可能原因有：

①發(fā)動(dòng)機(jī)線束端子壓接質(zhì)量不合格;

②發(fā)動(dòng)機(jī)線束第一固定點(diǎn)振動(dòng)同ECU接插件振動(dòng)不同步。

3.1 線束壓接質(zhì)量不合格優(yōu)化

發(fā)動(dòng)機(jī)線束端子壓接質(zhì)量不合格問題經(jīng)和發(fā)動(dòng)機(jī)線束供應(yīng)商落實(shí)，因缺乏配套端子壓接模具，該線束生產(chǎn)過程中采用人工手動(dòng)壓線，端子壓接質(zhì)量不可控。整改措施為線束供應(yīng)商購入端子壓接模具，模具準(zhǔn)備好后經(jīng)壓接測(cè)試，結(jié)果表明，經(jīng)設(shè)備壓接的線束可以滿足端子壓接要求，且壓接質(zhì)量比較穩(wěn)定，經(jīng)模具壓接的端子尺寸如表2所示。

3.2 線束和接插件振動(dòng)不同步優(yōu)化

為解決ECU線束同ECU接插件振動(dòng)不同步的問題，對(duì)線束支架固定點(diǎn)進(jìn)行了重新選擇，將線束支架固定點(diǎn)設(shè)置在ECU上非減震墊位置，線束支架同ECU為剛性連接，并優(yōu)化了線束支架結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后線束支架固定結(jié)構(gòu)如圖7所示。

對(duì)優(yōu)化前后的方案進(jìn)行了ECU振動(dòng)測(cè)試及ECU公母端接插件相對(duì)位移測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所示，測(cè)試結(jié)果表明，優(yōu)化前后ECU振動(dòng)均滿足ECU限值要求，但是優(yōu)化后方案公母端接插件相對(duì)位移較原方案大幅度下降。

并對(duì)優(yōu)化后線束及線束支架進(jìn)行了1500小時(shí)道路驗(yàn)證，道路驗(yàn)證機(jī)未發(fā)生開路、短路故障，且ECU端子鍍層未見異常。

4? 總結(jié)

ECU端子鍍層工藝、發(fā)動(dòng)機(jī)線束壓接質(zhì)量、發(fā)動(dòng)機(jī)線束固定對(duì)端子鍍層可靠性均有影響，柴油機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需要保證傳感器和執(zhí)行器線束的第一固定點(diǎn)同傳感器和執(zhí)行器振動(dòng)同步，帶有減震墊的固定點(diǎn)需要仔細(xì)判斷固定點(diǎn)是減震前還是減震后。電氣信號(hào)接觸不良故障是發(fā)動(dòng)機(jī)常見的一種故障，影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。本文根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了查核信號(hào)接觸不良的方法，并將該方法應(yīng)用到了實(shí)際案例中，對(duì)于后期查核電氣信號(hào)接觸不良故障具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]茍榮非，等.汽車線束端子連接可靠性技術(shù)研究[J].汽車電器，2018（05）.

[2]王彥波，等.影響汽車連接器電流傳輸?shù)囊蛩胤治鯷J].汽車電器，2019（12）.

[3]劉新龍.電接觸條件下的微動(dòng)磨損性能影響因素研究[D].西南交通大學(xué)，2018（3）.

[4]蔣廷云，等.淺談汽車電線束的品質(zhì)控制[J].汽車電器，2013（04）.