汽车油位传感器挡位故障研究

2018-06-07王新超贾艳伍肖剑涛高玉龙李睿哲

汽车电器 2018年5期

王新超，贾艳伍，肖剑涛，高玉龙，李睿哲

（北京汽车研究总院有限公司，北京 101300）

1 油位传感器故障现象

某型号油位传感器在整车上出现一种故障现象，具体表现为油表指针在3/4挡以下无反应，即油量降低指针不动，指针在油表3/4挡以上可以正常摆动，相同故障发生在3台车上，传感器为同一批次。

油位传感器电路及原理如图1所示。干簧管为一种磁开关，由玻璃管包裹2个磁簧片组成，油浮子内装有永磁体，当干簧管被永磁体吸合后，该干簧管以下电阻被短路，由于油浮子随油位浮动，所以油位与传感器电阻具有一定对应关系。该传感器的最大设计阻值为107.8 Ω，对应油表空油挡，测量故障件最大输出阻值为29Ω，对应油表3/4挡。造成此故障可能有两种原因：一种是电路板自身出现短路，另一种是干簧管失效而无法断开，两者均能将3/4挡以下电阻短路，使最大输出阻值只有29 Ω。

图1 传感器电路原理图

2 油位传感器故障排查

2.1 PCB板短路排查

传感器结构如图2所示，由左至右依次为套管、塑料管、环氧树脂、PCB板。PCB板装入塑料管后再装入套管，塑料管中先灌入密封胶，固定住PCB板后再灌入环氧树脂，树脂固化后保护和密封PCB板。环氧树脂在灌装时为流体，固化后坚硬，这也使得故障件难以完整拆解。

排查PCB板是否存在短路，需要暴露出PCB板布线面，经环氧树脂溶解剂浸泡后的PCB板如图3所示，焊点光滑牢固，且未见连焊现象，可以排除PCB板短路问题。由于溶解剂对干簧管玻璃有腐蚀作用，经浸泡后的干簧管已损坏。

图2 传感器结构示意图

图3 PCB板拆解示意图

2.2 干簧管失效排查

干簧管的簧片触点密封在玻璃管内，内部充满惰性气体，触点含惰性贵金属铑，能减少电弧放电对触点表面的损耗。干簧管的玻璃管损坏后，内部惰性气体泄露，簧片触点的寿命就会缩短［1］。

干簧管焊接前需要将其管脚由直线型弯折90°，管脚弯折后插入PCB板孔焊接，管脚弯折前后状态如图4所示。弯折管脚一般使用专用工装，工装上有凹槽并带有磁性，可以防止弯折管脚时干簧管错动，避免弯角时损坏干簧管，即使干簧管损坏，在焊接后检测时也会被发现。在生产现场排查时，随机弯折了一批干簧管，经测试，干簧管性能达标。

图4 干簧管弯折前后状态示意图

干簧管无法断开是因为簧片发生粘连。为验证干簧管的粘连现象，进行了如下试验：干簧管作为磁开关和油泵电机串联，电源电压为12 V，利用永磁体吸合干簧管，电路连通后电机运转，此时干簧管簧片间闪现火花，一段时间后移开永磁体，电机依然运转，干簧管无法断开而失效，火花产生的热量使簧片粘连在一起。但此种现象在整车上不会出现，试验时干簧管中电流达到0.9 A，已经超过干簧管正常工作电流0.5 A，此试验仅为验证干簧管粘连失效模式。

审查传感器生产记录时，发现该批故障件在生产时调整过PCB板在套管内的安装角度，此举是为了使干簧管远离泵芯一边，减小磁场对干簧管的干扰。由于调整PCB板角度时，其下部已经灌树脂，树脂已在逐渐固化，此时PCB板会受到外力扭曲，可能会造成干簧管损伤。拆解另一故障件时，发现PCB板明显扭曲变形，如图5所示，失效发生在3/4挡是因为该处的扭转变形最大。

图5 PCB板在套管内扭转示意图

为验证推测，将一根正常的PCB板人为扭转一定角度，然后将PCB板与油表连接后放入电磁线圈内，电磁线圈使干簧管以10次/min频率闭合，经过8h后，传感器最大输出阻值为29 Ω，与整车故障件现象一致。

将失效的干簧管放入300倍放大仪下观察，可以看见簧片触点无间隙，而正常的簧片触点则有可见间隙，如图6所示。正常的干簧管在磁场靠近后，能观察到簧片吸合动作，而失效的干簧管则无反应。

图6 簧片间隙示意图

油位传感器在PCB板被扭转并使用一段时间后失效是因为簧片间隙减小，当油浮子的磁场使该干簧管处于时开时合时容易形成电弧放电，放电火花热量使簧片触点粘连，3/4挡簧片粘连后，其以下挡位失效。

3 传感器故障整改措施

油位传感器PCB板四周灌装树脂的作用是提高防震性和密封性，但当传感器出现故障时则不利于完整拆解，导致故障分析困难，且树脂需要较长固化时间，生产效率不高。由于需要人工将PCB板装入套管，调整角度时容易因灌装树脂造成干簧管损坏。为避免出现此问题，该传感器不再在塑料管内灌装环氧树脂，改为两端少量灌密封胶，密封胶不覆盖电路部分，两端再使用橡胶座固定PCB板。