安凯天然气客车高速行驶油门失效故障排除

姜盛杰

（威海交通运输集团有限公司，山东 威海 264200）

1 故障现象

一辆2013年1月购买的安凯HFF6900K08C客车，装配潍柴WP6NG240E30电控喷射压缩天然气 （CNG）发动机，累计行驶约14000km。据用户反映，车速在90 km／h以上时，继续踩油门发动机没有响应，转速不会相应升高，并且车辆会有明显的顿挫感（类似于车辆换档时，油门与离合器配合不好导致车辆耸车的现象），车速低于90 km／h则行驶正常。用户反映该故障自购车时就有且出现的频率较高，基本每天都会出现几次，在高速公路上行驶尤为明显。

2 发动机系统基本介绍

潍柴WP6NG240E30发动机装配伍德沃德OH 2.0第3代电控单点喷射系统，如图1所示。与第2代天然气电控预混合技术相比，取消了电控调压器，增加了FMV燃料计量阀，使得燃料控制更精确，气耗更低，起动和加速性能良好。

根据用户的描述，初步分析故障原因可能是车辆高负荷行驶状态下，燃气或者空气供应不足所致，ECM监控到进气量不足后对发动机进行了功率限制，导致发动机动力输出下降。

潍柴CNG发动机伍德沃德OH 2.0燃气供给系统由高压储气瓶、高压燃料切断阀、高压滤清器、减压器、热交换器、节温器、燃料计量阀、混合器、电子节气门及管路等组成，如图2所示。

空气供给系统由空气滤清器、水冷增压器、废气旁通控制阀、中冷器、节气门前压力传感器 （PTP）、进气歧管压力温度传感器 （TMAP）、混合器、电子节气门、氧传感器及管路等组成，如图3所示。

压缩天然气（CNG）储存在特制钢瓶中，存储压力最高可达20 MPa，CNG从压缩气瓶通过管路，经过高压燃料切断阀、高压燃气滤清器后进入减压器减压至0.7～0.8MPa。由于减压需要吸收大量的热，为防止低温天然气对系统部件造成损害，减压后的天然气进入热交换器进行升温。燃气经过热交换器加热后通过节温器进入FMV，由FMV控制喷射进入混合器中与增压后的空气混合。电子节气门控制混合气进入发动机气缸内燃烧做功。

3 故障诊断与分析

首先对天然气存储及供气系统进行检查。检查CNG储气瓶，气瓶端气压指示6MPa，燃料充足；接通点火开关至ON档，仪表板燃气指示表为0.9MPa，用扳手稍微松开燃料计量阀进气口管路，有大量气体向外喷射，基本可以判断供气系统正常。

连接专用诊断设备，ECM内没有故障码，起动发动机，怠速状态下读取相关数据，未发现异常，如图4所示。

考虑到故障是在发动机高负荷状态下才会出现，高负荷时燃料需求量大，会不会是在高负荷时燃气或空气供应不足呢？所以决定和用户一起试车，以还原车辆出现故障时的状态。

在试车前，检查空气供给系统，拆检空气滤清器、进气管路、增压器管路及中冷器管路，查看是否存在堵塞或漏气现象。

重点检查增压器，因为空气进气量对燃气发动机功率影响大，发动机对进气调节控制能力决定发动机性能。增压低则功率小，系统中不能通过增加燃料来提升动力。否则发动机发生爆震，过多燃料导致排放急剧恶化，燃料经济性变差。所以空气供给量直接影响发动机功率输出，但也不能过度增压，否则会导致发动机损坏。

为防止过度增压导致发动机功率超高而损坏发动机，空气供给系统电控废气旁通控制阀与增压器旁通阀管路相通，以控制增压器废气门驱动气室的气体压力，废气旁通控制阀如图5所示。如果废气旁通控制阀损坏，卡滞或开启位置不够都会影响增压器性能。为了排除废气旁通控制阀对增压器的影响，将废气旁通控制阀增压器后空气接头断开，以使增压器可以全负荷工作，短时间的试车中车辆依然出现了顿挫的故障现象，初步判断车辆故障不是由空气供给系统引起，空气供给系统无故障。

在试车过程中发现用户对故障的描述并不完全准确，据用户描述车速超过90 km／h才会出现故障，在实际试车中，车速在任何时候都有可能引起故障，最低时车速仅为40 km／h，油门就失去作用，继续踩油门车辆顿挫严重。此时完全松开油门踏板，再重新踩下油门踏板后又恢复正常，车辆可以正常加速，最高可以加速到100 km／h左右。但车速超过90 km／h后，出现故障的概率很高，这点和用户反映的情况符合。

经过反复试车发现，该车故障现象较为特殊，有以下几个特点：①起动性能良好，急加速、爬坡等高负荷工况下动力充沛，说明燃气及空气供给系统正常；②车速超过90 km／h后，故障发生频率较高，说明故障的产生和车速有一定关系；③故障产生后，只要完全释放油门踏板或者等车速降到90 km／h以下后，车辆又会恢复正常；④没有故障码产生，说明电控系统认为该故障现象的产生是在合理的范围之内，电控单元认为是正常的现象。

综合以上故障特点及试车获得的数据分析来看，发动机本身机械、电控系统及附属的供气系统并不存在故障。如果供气系统有故障，会直接影响发动机起动及加速性能。在反复的试车中因为故障表现出与车速有一定相关性，所以重点检查车速信号与发动机连接部分。

查看电路图得知，发动机速度信号由位于变速器上的车速传感器直接提供，信号通过ECM的J1-A12针脚进入ECM，如图6所示。电控单元ECM通过该速度信号判断发动机所处工况，继而控制各执行器进行相应动作。

4 故障原因分析与故障排除

自2012年9月1日起， 《机动车运行安全技术条件》（GB7258—2012）全面实施。这一标准也被称作 “新国标”。相比原有标准，新国标对大中型客车、重中型载货汽车、危险品运输车、校车、公共汽车等重点车辆的安全装置配备和结构安全提出更高要求，新国标在章节10.5—超速报警和限速功能中规定，车长≥6 m的客车应具有超速报警功能，当行驶速度超过允许的最大行驶速度 （允许的最大行驶速度应≤100km／h）时，能通过视觉或声觉信号报警。公路客车、旅游客车和危险货物运输车及车长＞9m的未设置乘客站立区的公共汽车应具有限速功能，否则应配备限速装置。限速功能或限速装置应符合GB／T 24545的要求，且限速功能或限速装置调定的最大车速对公路客车、旅游客车和未设置乘客站立区的公共汽车不得大于100km／h，对危险货物运输车不得大于80km／h。

也就是说客车白天行车速度不超过100 km／h，厂家为防止车辆超速或发动机超负荷，会依据速度做限速处理。连接诊断设备，读取该车限速数值，如图7所示，车速限制为100 km／h，要高于故障频发的速度点90 km／h。该故障速度点未达到车速限制值，理论上分析不会引发车辆顿挫现象。

但在试车过程中，故障的发生表现出与速度有一定的关联性，为了排除车速对发动机的影响，决定先暂时将电控单元ECM的J1-A12针脚断开，即断开ECM对车速信号的接收，然后再次试车，故障现象消失，无论车速达到多少，都没有产生顿挫现象。将线路恢复后，再次试车，又再次出现顿挫现象。

至此，通过反复的试车及数据分析，终于找到了故障产生的原因，车速信号触发了 “车速限制”功能，电控单元ECM为防止车辆超速，通过控制电子节气门减小开度 （电子油门失效），控制燃料计量阀减少喷射，控制高压燃料切断阀切断燃气供应等方式，减少进入气缸的混合气体，使发动机的转速及输出扭矩下降，发动机转速下降会对车辆产生一定的制动效果，车辆由于突然失去动力，车身的惯性与发动机制动共同导致了顿挫现象的产生。

车速限制触发的条件是车速达到限制值，由此分析还是车速信号出现了问题，才导致车速限制功能提前起作用，在之前的试车环节中，一直都是观察车辆仪表上的车速变化，会不会是ECM接收的车速信号有问题呢？为了验证这一想法，将ECM线路恢复后再次试车，重点通过诊断设备观察ECM接收的车速信号状况。

在行驶大约5km后，诊断设备界面上的虚拟车速表突然急速上升至143.5km／h，持续大约2 s后恢复至正常指示，如图8所示。紧接着车辆出现顿挫现象，驾驶员反映加油门不起作用，而此时车辆仪表上示数仅为60km／h左右。查看GPS行车记录上的示数为63 km／h，说明ECM接收的速度信号与实际不符。ECM以接收到的错误车速信号判断车辆的状态，导致车辆进入车速限制状态，引发顿挫现象的产生。

为了查明引起输入电控单元ECM速度信号错误的具体原因，按照先易后难的原则，首先将原车J1－A12速度信号线断路，重新跨接一根，试车但故障现象依旧。然后用同型号的速度传感器做替换试验，试车故障现象没有再次出现，由此可以断定是车速传感器工作不良所致。车速传感器如图9所示。

但是如果是车速传感器损坏，那么试车过程中出现的车辆仪表速度值与诊断设备速度不一致的现象是怎么回事呢？为了解开疑惑，对车辆速度表进行相关试验，经过试验发现，由于车辆仪表是电磁线圈驱动指针转动的机械式仪表，仪表从接收到速度信号到指针做出相应动作会有1～2s的时间差，这样设计的优点是避免了车速波动时，仪表反应灵敏造成的指针跳动现象。

本故障案例中的车速传感器出现信号错误持续的时间不会超过2 s，所以车辆仪表未做出相应指示，但诊断设备会对每一刻的速度变化做出相应的反映，所以也就出现了车辆仪表速度值与诊断设备速度不一致的现象，这也给故障的诊断带来了一定的干扰。

更换车速传感器后，用户运行一个月，顿挫故障现象没有再次出现，确认故障彻底排除。