硫污染對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的影響分析與研究

趙光亮 楊英振 史家濤 孫博

（濰柴動(dòng)力股份有限公司 山東省濰坊市 261000）

1 前言

共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)是通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)噴油器高速電磁閥進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量、噴油定時(shí)和噴油速率的控制，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)排放性能、動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的最佳匹配。因此，噴油器驅(qū)動(dòng)電路響應(yīng)快慢影響著控制精度，從而影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能[1]。

前期市場(chǎng)反饋，多臺(tái)某型柴油機(jī)出現(xiàn)控制器故障及噴油故障，更換控制器后恢復(fù)正常。本文結(jié)合故障案例及整車的工作環(huán)境，逐層分析，對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了定位、分析與改進(jìn)。

2 故障描述

該型柴油機(jī)所匹配的整車屬于同一運(yùn)輸隊(duì)，每月運(yùn)輸硫磺礦石4～5 次，在2016年8～2017年4月間，多次出現(xiàn)控制器故障及噴油故障，通過(guò)排查、更換發(fā)動(dòng)機(jī)控制器后故障排除，但對(duì)于造成該故障的具體原因不明確，存在較大的售后質(zhì)量隱患。

3 原因分析

3.1 噴油器驅(qū)動(dòng)波形測(cè)試及硬件電路分析

圖1：第1 缸噴油器的異常與正常驅(qū)動(dòng)波形對(duì)比圖

首先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器噴油驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了檢測(cè)，顯示第1 缸、第2 缸、第3 缸噴油波形錯(cuò)誤，第1 缸噴油器的驅(qū)動(dòng)波形如圖1所示。

根據(jù)噴油器驅(qū)動(dòng)電路Peak&Hold 驅(qū)動(dòng)方式推斷，第1 缸噴油的高邊電壓未達(dá)到BOOST 電壓設(shè)定的50V，由此判斷控制BOOST電壓的電路失效。

據(jù)此用示波器測(cè)量發(fā)現(xiàn)控制BOOST 升壓電路中支路中的某一電阻兩端P1、P2 電壓波形異常，該電阻兩端的波形如圖2所示，P2 點(diǎn)波形錯(cuò)誤。

逐一排查該部分電路的元器件，發(fā)現(xiàn)控制BOOST 電壓的自舉電路中的某一27Ω 的電阻開路，導(dǎo)致噴油高邊電壓達(dá)不到BOOST電壓，更換該電阻后，噴油波形恢復(fù)正常。

3.2 實(shí)物拆檢與電阻失效模式分析

測(cè)量發(fā)現(xiàn)，該電阻的阻值實(shí)測(cè)為33.99MΩ，已遠(yuǎn)超出其25.65Ω～28.35Ω 的正常阻值范圍。

為進(jìn)一步確認(rèn)該電阻的失效模式，對(duì)電阻進(jìn)行了剖面的掃描電子顯微鏡分析，失效電阻的外觀及分析過(guò)程與結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖2：BOOST 電路某一電阻異常與正常波形對(duì)比圖

圖3：失效電阻的外觀及剖面示意圖

圖4：掃描電子顯微鏡分析結(jié)果圖

圖5：失效電阻能譜分析結(jié)果圖

圖6：更改三防膠材料前后的試驗(yàn)結(jié)果

掃描電子顯微鏡分析顯示電阻內(nèi)層的Ag有遭受“污染”的跡象，為確認(rèn)該“污染物”的成分，采用能量色散X 射線光譜儀并結(jié)合掃描電子顯微鏡對(duì)失效樣品進(jìn)行微區(qū)成分分析，分析結(jié)果如圖5所示。

能量色散X 射線光譜儀分析顯示，失效電阻樣品中有Ag2S 產(chǎn)生，黑色硫化銀Ag2S[2,3]為非導(dǎo)電物質(zhì)，致使電路開路，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器失效，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法正常工作。

經(jīng)市場(chǎng)調(diào)查，反饋硫化失效地區(qū)為化工礦場(chǎng)，使用環(huán)境含硫較多，使用的環(huán)境比較惡劣，這為控制器的硫化提供了基礎(chǔ)。

4 預(yù)防措施

通過(guò)以上分析，雖然發(fā)動(dòng)機(jī)控制器內(nèi)部進(jìn)行過(guò)防腐蝕處理，此次發(fā)動(dòng)機(jī)控制器失效原因?yàn)檐囕v在在外部高硫環(huán)境下應(yīng)用，造成硫進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)控制器內(nèi)部致斷路失效。

針對(duì)該問(wèn)題，可以采取將發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的單板組件涂覆材料更改為具有抗硫化功能的三防膠，同時(shí)，完善硫化反應(yīng)可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，以便更準(zhǔn)確評(píng)估產(chǎn)品的抗硫化腐蝕能力。

同時(shí)，還可以使用抗硫化電阻，有效阻隔含硫氣體侵蝕電阻銀電極，提高電阻抗硫化能力。

5 方案驗(yàn)證與措施固化

對(duì)改用抗硫化三防膠之后的控制器進(jìn)行抗硫化評(píng)估對(duì)比試驗(yàn)，更改三防膠材料前后的試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，改用抗硫化三防膠，將電路板裸露在15.2mg/m3的硫化氫氣體環(huán)境中進(jìn)行196 小時(shí)的耐腐蝕試驗(yàn)后，控制器元器件無(wú)明顯腐蝕，功能測(cè)試正常，符合設(shè)計(jì)要求。

將改進(jìn)之后的抗硫化加強(qiáng)型發(fā)動(dòng)機(jī)控制器發(fā)往客戶抱怨集中地區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，同類故障沒(méi)有出現(xiàn)，該問(wèn)題得到了徹底解決。

6 結(jié)論

本文分析了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中由于硫污染導(dǎo)致的電阻硫化的失效模式，最終引起發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足，鑒于整車及發(fā)動(dòng)機(jī)上的繼電器、發(fā)電機(jī)、接插件等均含有Ag 的存在，其失效模式有一定共性，其分析方法和解決措施可為今后預(yù)防電阻硫化提供一些參考，具有推廣借鑒意義。