安凱天然氣客車高速行駛油門失效故障排除

姜盛杰

（威海交通運(yùn)輸集團(tuán)有限公司，山東 威海 264200）

1 故障現(xiàn)象

一輛2013年1月購買的安凱HFF6900K08C客車，裝配濰柴WP6NG240E30電控噴射壓縮天然氣 （CNG）發(fā)動機(jī)，累計行駛約14000km。據(jù)用戶反映，車速在90 km／h以上時，繼續(xù)踩油門發(fā)動機(jī)沒有響應(yīng)，轉(zhuǎn)速不會相應(yīng)升高，并且車輛會有明顯的頓挫感（類似于車輛換檔時，油門與離合器配合不好導(dǎo)致車輛聳車的現(xiàn)象），車速低于90 km／h則行駛正常。用戶反映該故障自購車時就有且出現(xiàn)的頻率較高，基本每天都會出現(xiàn)幾次，在高速公路上行駛尤為明顯。

2 發(fā)動機(jī)系統(tǒng)基本介紹

濰柴WP6NG240E30發(fā)動機(jī)裝配伍德沃德OH 2.0第3代電控單點噴射系統(tǒng)，如圖1所示。與第2代天然氣電控預(yù)混合技術(shù)相比，取消了電控調(diào)壓器，增加了FMV燃料計量閥，使得燃料控制更精確，氣耗更低，起動和加速性能良好。

根據(jù)用戶的描述，初步分析故障原因可能是車輛高負(fù)荷行駛狀態(tài)下，燃?xì)饣蛘呖諝夤?yīng)不足所致，ECM監(jiān)控到進(jìn)氣量不足后對發(fā)動機(jī)進(jìn)行了功率限制，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)動力輸出下降。

濰柴CNG發(fā)動機(jī)伍德沃德OH 2.0燃?xì)夤┙o系統(tǒng)由高壓儲氣瓶、高壓燃料切斷閥、高壓濾清器、減壓器、熱交換器、節(jié)溫器、燃料計量閥、混合器、電子節(jié)氣門及管路等組成，如圖2所示。

空氣供給系統(tǒng)由空氣濾清器、水冷增壓器、廢氣旁通控制閥、中冷器、節(jié)氣門前壓力傳感器 （PTP）、進(jìn)氣歧管壓力溫度傳感器 （TMAP）、混合器、電子節(jié)氣門、氧傳感器及管路等組成，如圖3所示。

壓縮天然氣（CNG）儲存在特制鋼瓶中，存儲壓力最高可達(dá)20 MPa，CNG從壓縮氣瓶通過管路，經(jīng)過高壓燃料切斷閥、高壓燃?xì)鉃V清器后進(jìn)入減壓器減壓至0.7～0.8MPa。由于減壓需要吸收大量的熱，為防止低溫天然氣對系統(tǒng)部件造成損害，減壓后的天然氣進(jìn)入熱交換器進(jìn)行升溫。燃?xì)饨?jīng)過熱交換器加熱后通過節(jié)溫器進(jìn)入FMV，由FMV控制噴射進(jìn)入混合器中與增壓后的空氣混合。電子節(jié)氣門控制混合氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)燃燒做功。

3 故障診斷與分析

首先對天然氣存儲及供氣系統(tǒng)進(jìn)行檢查。檢查CNG儲氣瓶，氣瓶端氣壓指示6MPa，燃料充足；接通點火開關(guān)至ON檔，儀表板燃?xì)庵甘颈頌?.9MPa，用扳手稍微松開燃料計量閥進(jìn)氣口管路，有大量氣體向外噴射，基本可以判斷供氣系統(tǒng)正常。

連接專用診斷設(shè)備，ECM內(nèi)沒有故障碼，起動發(fā)動機(jī)，怠速狀態(tài)下讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)異常，如圖4所示。

考慮到故障是在發(fā)動機(jī)高負(fù)荷狀態(tài)下才會出現(xiàn)，高負(fù)荷時燃料需求量大，會不會是在高負(fù)荷時燃?xì)饣蚩諝夤?yīng)不足呢？所以決定和用戶一起試車，以還原車輛出現(xiàn)故障時的狀態(tài)。

在試車前，檢查空氣供給系統(tǒng)，拆檢空氣濾清器、進(jìn)氣管路、增壓器管路及中冷器管路，查看是否存在堵塞或漏氣現(xiàn)象。

重點檢查增壓器，因為空氣進(jìn)氣量對燃?xì)獍l(fā)動機(jī)功率影響大，發(fā)動機(jī)對進(jìn)氣調(diào)節(jié)控制能力決定發(fā)動機(jī)性能。增壓低則功率小，系統(tǒng)中不能通過增加燃料來提升動力。否則發(fā)動機(jī)發(fā)生爆震，過多燃料導(dǎo)致排放急劇惡化，燃料經(jīng)濟(jì)性變差。所以空氣供給量直接影響發(fā)動機(jī)功率輸出，但也不能過度增壓，否則會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)損壞。

為防止過度增壓導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率超高而損壞發(fā)動機(jī)，空氣供給系統(tǒng)電控廢氣旁通控制閥與增壓器旁通閥管路相通，以控制增壓器廢氣門驅(qū)動氣室的氣體壓力，廢氣旁通控制閥如圖5所示。如果廢氣旁通控制閥損壞，卡滯或開啟位置不夠都會影響增壓器性能。為了排除廢氣旁通控制閥對增壓器的影響，將廢氣旁通控制閥增壓器后空氣接頭斷開，以使增壓器可以全負(fù)荷工作，短時間的試車中車輛依然出現(xiàn)了頓挫的故障現(xiàn)象，初步判斷車輛故障不是由空氣供給系統(tǒng)引起，空氣供給系統(tǒng)無故障。

在試車過程中發(fā)現(xiàn)用戶對故障的描述并不完全準(zhǔn)確，據(jù)用戶描述車速超過90 km／h才會出現(xiàn)故障，在實際試車中，車速在任何時候都有可能引起故障，最低時車速僅為40 km／h，油門就失去作用，繼續(xù)踩油門車輛頓挫嚴(yán)重。此時完全松開油門踏板，再重新踩下油門踏板后又恢復(fù)正常，車輛可以正常加速，最高可以加速到100 km／h左右。但車速超過90 km／h后，出現(xiàn)故障的概率很高，這點和用戶反映的情況符合。

經(jīng)過反復(fù)試車發(fā)現(xiàn)，該車故障現(xiàn)象較為特殊，有以下幾個特點：①起動性能良好，急加速、爬坡等高負(fù)荷工況下動力充沛，說明燃?xì)饧翱諝夤┙o系統(tǒng)正常；②車速超過90 km／h后，故障發(fā)生頻率較高，說明故障的產(chǎn)生和車速有一定關(guān)系；③故障產(chǎn)生后，只要完全釋放油門踏板或者等車速降到90 km／h以下后，車輛又會恢復(fù)正常；④沒有故障碼產(chǎn)生，說明電控系統(tǒng)認(rèn)為該故障現(xiàn)象的產(chǎn)生是在合理的范圍之內(nèi)，電控單元認(rèn)為是正常的現(xiàn)象。

綜合以上故障特點及試車獲得的數(shù)據(jù)分析來看，發(fā)動機(jī)本身機(jī)械、電控系統(tǒng)及附屬的供氣系統(tǒng)并不存在故障。如果供氣系統(tǒng)有故障，會直接影響發(fā)動機(jī)起動及加速性能。在反復(fù)的試車中因為故障表現(xiàn)出與車速有一定相關(guān)性，所以重點檢查車速信號與發(fā)動機(jī)連接部分。

查看電路圖得知，發(fā)動機(jī)速度信號由位于變速器上的車速傳感器直接提供，信號通過ECM的J1-A12針腳進(jìn)入ECM，如圖6所示。電控單元ECM通過該速度信號判斷發(fā)動機(jī)所處工況，繼而控制各執(zhí)行器進(jìn)行相應(yīng)動作。

4 故障原因分析與故障排除

自2012年9月1日起， 《機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB7258—2012）全面實施。這一標(biāo)準(zhǔn)也被稱作 “新國標(biāo)”。相比原有標(biāo)準(zhǔn)，新國標(biāo)對大中型客車、重中型載貨汽車、危險品運(yùn)輸車、校車、公共汽車等重點車輛的安全裝置配備和結(jié)構(gòu)安全提出更高要求，新國標(biāo)在章節(jié)10.5—超速報警和限速功能中規(guī)定，車長≥6 m的客車應(yīng)具有超速報警功能，當(dāng)行駛速度超過允許的最大行駛速度 （允許的最大行駛速度應(yīng)≤100km／h）時，能通過視覺或聲覺信號報警。公路客車、旅游客車和危險貨物運(yùn)輸車及車長＞9m的未設(shè)置乘客站立區(qū)的公共汽車應(yīng)具有限速功能，否則應(yīng)配備限速裝置。限速功能或限速裝置應(yīng)符合GB／T 24545的要求，且限速功能或限速裝置調(diào)定的最大車速對公路客車、旅游客車和未設(shè)置乘客站立區(qū)的公共汽車不得大于100km／h，對危險貨物運(yùn)輸車不得大于80km／h。

也就是說客車白天行車速度不超過100 km／h，廠家為防止車輛超速或發(fā)動機(jī)超負(fù)荷，會依據(jù)速度做限速處理。連接診斷設(shè)備，讀取該車限速數(shù)值，如圖7所示，車速限制為100 km／h，要高于故障頻發(fā)的速度點90 km／h。該故障速度點未達(dá)到車速限制值，理論上分析不會引發(fā)車輛頓挫現(xiàn)象。

但在試車過程中，故障的發(fā)生表現(xiàn)出與速度有一定的關(guān)聯(lián)性，為了排除車速對發(fā)動機(jī)的影響，決定先暫時將電控單元ECM的J1-A12針腳斷開，即斷開ECM對車速信號的接收，然后再次試車，故障現(xiàn)象消失，無論車速達(dá)到多少，都沒有產(chǎn)生頓挫現(xiàn)象。將線路恢復(fù)后，再次試車，又再次出現(xiàn)頓挫現(xiàn)象。

至此，通過反復(fù)的試車及數(shù)據(jù)分析，終于找到了故障產(chǎn)生的原因，車速信號觸發(fā)了 “車速限制”功能，電控單元ECM為防止車輛超速，通過控制電子節(jié)氣門減小開度 （電子油門失效），控制燃料計量閥減少噴射，控制高壓燃料切斷閥切斷燃?xì)夤?yīng)等方式，減少進(jìn)入氣缸的混合氣體，使發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速及輸出扭矩下降，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降會對車輛產(chǎn)生一定的制動效果，車輛由于突然失去動力，車身的慣性與發(fā)動機(jī)制動共同導(dǎo)致了頓挫現(xiàn)象的產(chǎn)生。

車速限制觸發(fā)的條件是車速達(dá)到限制值，由此分析還是車速信號出現(xiàn)了問題，才導(dǎo)致車速限制功能提前起作用，在之前的試車環(huán)節(jié)中，一直都是觀察車輛儀表上的車速變化，會不會是ECM接收的車速信號有問題呢？為了驗證這一想法，將ECM線路恢復(fù)后再次試車，重點通過診斷設(shè)備觀察ECM接收的車速信號狀況。

在行駛大約5km后，診斷設(shè)備界面上的虛擬車速表突然急速上升至143.5km／h，持續(xù)大約2 s后恢復(fù)至正常指示，如圖8所示。緊接著車輛出現(xiàn)頓挫現(xiàn)象，駕駛員反映加油門不起作用，而此時車輛儀表上示數(shù)僅為60km／h左右。查看GPS行車記錄上的示數(shù)為63 km／h，說明ECM接收的速度信號與實際不符。ECM以接收到的錯誤車速信號判斷車輛的狀態(tài)，導(dǎo)致車輛進(jìn)入車速限制狀態(tài)，引發(fā)頓挫現(xiàn)象的產(chǎn)生。

為了查明引起輸入電控單元ECM速度信號錯誤的具體原因，按照先易后難的原則，首先將原車J1－A12速度信號線斷路，重新跨接一根，試車但故障現(xiàn)象依舊。然后用同型號的速度傳感器做替換試驗，試車故障現(xiàn)象沒有再次出現(xiàn)，由此可以斷定是車速傳感器工作不良所致。車速傳感器如圖9所示。

但是如果是車速傳感器損壞，那么試車過程中出現(xiàn)的車輛儀表速度值與診斷設(shè)備速度不一致的現(xiàn)象是怎么回事呢？為了解開疑惑，對車輛速度表進(jìn)行相關(guān)試驗，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，由于車輛儀表是電磁線圈驅(qū)動指針轉(zhuǎn)動的機(jī)械式儀表，儀表從接收到速度信號到指針做出相應(yīng)動作會有1～2s的時間差，這樣設(shè)計的優(yōu)點是避免了車速波動時，儀表反應(yīng)靈敏造成的指針跳動現(xiàn)象。

本故障案例中的車速傳感器出現(xiàn)信號錯誤持續(xù)的時間不會超過2 s，所以車輛儀表未做出相應(yīng)指示，但診斷設(shè)備會對每一刻的速度變化做出相應(yīng)的反映，所以也就出現(xiàn)了車輛儀表速度值與診斷設(shè)備速度不一致的現(xiàn)象，這也給故障的診斷帶來了一定的干擾。

更換車速傳感器后，用戶運(yùn)行一個月，頓挫故障現(xiàn)象沒有再次出現(xiàn)，確認(rèn)故障徹底排除。