柴油机电气信号接触不良分析

李丽萍 贾小丽 程冬梅 刘明 徐鹏

摘要：本文针对某柴油机喷油器信号接触不良问题进行了分析研究，全面分析了造成信号接触不良的原因，结果表明线束端子压接质量及ECU和线束振动不同步是导致故障发生的主要原因。同时对于柴油机电气信号接触不良故障排查提供参考。

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.

关键词：接触不良;电气信号;线束;端子

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

中图分类号：U448.213                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0170-03

0  引言

随着电控柴油机的普及以及不断升级的排放法规的推动，电控柴油机上安装的电子元器件越来越多，从国三阶段的单纯的高压共轨燃油系统相关的电气元件，发展到国六阶段，柴油机上的电气元件已经涵盖了冷却系统、润滑系统、空气系统及后处理系统等柴油机上的各个系统。同时柴油机和整车之间的交互信号也不断增多。到了国六阶段，柴油机上需要传递的电气信号已经有几百种之多，这些系统的正常工作依赖于柴油机所有电气信号的稳定可靠传输。

电气信号传输过程中经常碰到的问题有信号开路、信号短路、信号接触不良等。而信号接触不良发生后，时常伴随信号时有时无，现场排查锁定原因非常困难。因此研究影响电气信号接触不良的影响因素非常重要。本文针对某柴油机运行过程中频繁发生的信号接触不良问题进行了分析，提出改进方案并进行了试验验证。

1  问题描述

某大缸径柴油机在进行道路验证过程中，电控单元（electronic control unit，ECU）频繁报喷油器开路、喷油器对地短路、油量计量单元开路故障，导致发动机停机，无法正常运行。现场测试线束针脚通断无问题，更换线束运行一段时间后会再次报出故障。经现场检查ECU发现，报处故障的执行器对应的ECU针脚有如图1所示的发黑现象，更换ECU后故障解决。

2  原因分析

2.1 端子分析

由于金属与空气中的氧接触会产生化学变化，生成金属氧化层，所以为确保端子连接部位保持稳定的接触电阻，防止端子氧化、腐蚀，端子表面都会设置镀层进行保护。

本柴油机ECU端子表面镀银，故障ECU端子表面有发黑现象，为分析发黑物质，将针脚发黑的端子取下观察并分析黑色物质成分，结果表明，针脚发黑区域产生了严重的磨损现象，如图2所示，端子表面镀层已被磨去，露出底部基材，且端子基材铜已被氧化，黑色物质为氧化铜。

端子接触点镀层在受到破坏后，接触点会快速氧化，氧化层的电阻较大，直接导致接触点电阻迅速上升，端子的温度也随之上升，同时温度的上升又增加电阻的阻值，形成一个恶性循环，最终引起电流传输失效。因此可判断ECU端子磨损是该柴油机发生开路、短路故障的原因。

端子生产过程中镀层工艺控制不良可能导致新ECU端子镀层厚度不满足要求，从而引起端子磨损。对该ECU中未使用的端子镀层厚度进行进一步分析，结果如图3所示，表面镀银层厚度满足要求，打底镍镀层不满足要求（该款端子要求底部Ni镀层厚度为2-4μm，表面镀银镀层厚度为4-6μm）。端子磨损起源于端子表面，打底镀层对端子磨损影响较小，因此ECU端子镀层厚度不是引起端子磨损的原因。

2.2 线束分析

2.2.1 线束压接分析

线束端子的压接工艺是确保电路导通和接触良好的核心工艺，压接过程中需控制的关键尺寸如图4所示，正确的端子压接应符合下列要求：

①导线放置时绝缘层伸出长度a和铜丝伸出长度b需满足端子压接规范;

②端子应分别压紧在导体和绝缘层上，导体不应压断，绝缘层不应压入导体压接部位，压接完成后，导体高度h、导体宽度e、绝缘皮高度、絕缘皮宽度尺寸均需满足端子压接规范。

端子压接完成后插入连接器时，需保证端子不能弯曲，弯曲的端子插入连接器会导致端子和连接器配合出现问题，端子承受应力。

将本柴油机ECU发黑端子针脚对应的发动机线束端端子取下，目视检查并测量端子压接高度和压接宽度，结果如图5和表1所示，端子外观有明显弯曲，且导体、绝缘皮压接高度和压接宽度均不满足要求。该线束端子压接质量不合格。因此，线束端端子压接质量不合格是导致ECU端子磨损的原因之一。

2.2.2 线束固定分析

线束固定对电器信号的传输也会产生影响，线束安装到发动机以后，连接器和线束固定点都已经被固定起来了，当连接器线束的第一固定点和连接器不在一个零件时，发动机运行过程中，端子和导线之间会产生作用力与反作用力，而连接器各个端子导线的松弛度不同，松弛度比较紧的端子会承受比较大的拉力，从而引起端子磨损，信号瞬断。

本柴油机线束ECU端第一固定点的固定如图6所示，ECU线束第一固定点通过一个固定在ECU上的线束支架进行固定，线束支架固定在ECU的固定螺栓上，虽然固定螺栓连着减震垫，但线束支架和螺栓实质为刚性接触，这就导致线束支架的振动是减震前的振动，而ECU接插件位置的振动是经过橡胶垫减震后的，二者振动不同步，从而导致ECU公端子和母端子振动不同步，端子相对振动，引起端子磨损。

3  优化措施

通过以上分析可以看出，引起本柴油机频繁报出开路、短路故障的原因为ECU端子磨损，而引起ECU端子磨损的可能原因有：

①发动机线束端子压接质量不合格;

②发动机线束第一固定点振动同ECU接插件振动不同步。

3.1 线束压接质量不合格优化

发动机线束端子压接质量不合格问题经和发动机线束供应商落实，因缺乏配套端子压接模具，该线束生产过程中采用人工手动压线，端子压接质量不可控。整改措施为线束供应商购入端子压接模具，模具准备好后经压接测试，结果表明，经设备压接的线束可以满足端子压接要求，且压接质量比较稳定，经模具压接的端子尺寸如表2所示。

3.2 线束和接插件振动不同步优化

为解决ECU线束同ECU接插件振动不同步的问题，对线束支架固定点进行了重新选择，将线束支架固定点设置在ECU上非减震垫位置，线束支架同ECU为刚性连接，并优化了线束支架结构，优化后线束支架固定结构如图7所示。

对优化前后的方案进行了ECU振动测试及ECU公母端接插件相对位移测试，测试结果如表3所示，测试结果表明，优化前后ECU振动均满足ECU限值要求，但是优化后方案公母端接插件相对位移较原方案大幅度下降。

并对优化后线束及线束支架进行了1500小时道路验证，道路验证机未发生开路、短路故障，且ECU端子镀层未见异常。

4  总结

ECU端子镀层工艺、发动机线束压接质量、发动机线束固定对端子镀层可靠性均有影响，柴油机设计时需要保证传感器和執行器线束的第一固定点同传感器和执行器振动同步，带有减震垫的固定点需要仔细判断固定点是减震前还是减震后。电气信号接触不良故障是发动机常见的一种故障，影响着发动机的可靠性。本文根据实际经验总结了查核信号接触不良的方法，并将该方法应用到了实际案例中，对于后期查核电气信号接触不良故障具有指导意义。

参考文献：

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