硫污染对发动机控制器的影响分析与研究

赵光亮 杨英振 史家涛 孙博

（潍柴动力股份有限公司 山东省潍坊市 261000）

1 前言

共轨式电控燃油喷射系统是通过驱动电路对喷油器高速电磁阀进行控制实现对喷油量、喷油定时和喷油速率的控制，实现柴油机排放性能、动力性能和经济性能的最佳匹配。因此，喷油器驱动电路响应快慢影响着控制精度，从而影响着发动机的性能[1]。

前期市场反馈，多台某型柴油机出现控制器故障及喷油故障，更换控制器后恢复正常。本文结合故障案例及整车的工作环境，逐层分析，对该问题进行了定位、分析与改进。

2 故障描述

该型柴油机所匹配的整车属于同一运输队，每月运输硫磺矿石4～5 次，在2016年8～2017年4月间，多次出现控制器故障及喷油故障，通过排查、更换发动机控制器后故障排除，但对于造成该故障的具体原因不明确，存在较大的售后质量隐患。

3 原因分析

3.1 喷油器驱动波形测试及硬件电路分析

图1：第1 缸喷油器的异常与正常驱动波形对比图

首先对发动机控制器喷油驱动电路进行了检测，显示第1 缸、第2 缸、第3 缸喷油波形错误，第1 缸喷油器的驱动波形如图1所示。

根据喷油器驱动电路Peak&Hold 驱动方式推断，第1 缸喷油的高边电压未达到BOOST 电压设定的50V，由此判断控制BOOST电压的电路失效。

据此用示波器测量发现控制BOOST 升压电路中支路中的某一电阻两端P1、P2 电压波形异常，该电阻两端的波形如图2所示，P2 点波形错误。

逐一排查该部分电路的元器件，发现控制BOOST 电压的自举电路中的某一27Ω 的电阻开路，导致喷油高边电压达不到BOOST电压，更换该电阻后，喷油波形恢复正常。

3.2 实物拆检与电阻失效模式分析

测量发现，该电阻的阻值实测为33.99MΩ，已远超出其25.65Ω～28.35Ω 的正常阻值范围。

为进一步确认该电阻的失效模式，对电阻进行了剖面的扫描电子显微镜分析，失效电阻的外观及分析过程与结果如图3、图4所示。

图2：BOOST 电路某一电阻异常与正常波形对比图

图3：失效电阻的外观及剖面示意图

图4：扫描电子显微镜分析结果图

图5：失效电阻能谱分析结果图

图6：更改三防胶材料前后的试验结果

扫描电子显微镜分析显示电阻内层的Ag有遭受“污染”的迹象，为确认该“污染物”的成分，采用能量色散X 射线光谱仪并结合扫描电子显微镜对失效样品进行微区成分分析，分析结果如图5所示。

能量色散X 射线光谱仪分析显示，失效电阻样品中有Ag2S 产生，黑色硫化银Ag2S[2,3]为非导电物质，致使电路开路，发动机控制器失效，发动机无法正常工作。

经市场调查，反馈硫化失效地区为化工矿场，使用环境含硫较多，使用的环境比较恶劣，这为控制器的硫化提供了基础。

4 预防措施

通过以上分析，虽然发动机控制器内部进行过防腐蚀处理，此次发动机控制器失效原因为车辆在在外部高硫环境下应用，造成硫进入发动机控制器内部致断路失效。

针对该问题，可以采取将发动机控制器的单板组件涂覆材料更改为具有抗硫化功能的三防胶，同时，完善硫化反应可靠性测试标准，以便更准确评估产品的抗硫化腐蚀能力。

同时，还可以使用抗硫化电阻，有效阻隔含硫气体侵蚀电阻银电极，提高电阻抗硫化能力。

5 方案验证与措施固化

对改用抗硫化三防胶之后的控制器进行抗硫化评估对比试验，更改三防胶材料前后的试验结果如图6所示。

试验结果表明，改用抗硫化三防胶，将电路板裸露在15.2mg/m3的硫化氢气体环境中进行196 小时的耐腐蚀试验后，控制器元器件无明显腐蚀，功能测试正常，符合设计要求。

将改进之后的抗硫化加强型发动机控制器发往客户抱怨集中地区进行验证，同类故障没有出现，该问题得到了彻底解决。

6 结论

本文分析了柴油发动机控制器中由于硫污染导致的电阻硫化的失效模式，最终引起发动机功率不足，鉴于整车及发动机上的继电器、发电机、接插件等均含有Ag 的存在，其失效模式有一定共性，其分析方法和解决措施可为今后预防电阻硫化提供一些参考，具有推广借鉴意义。