汽車油位傳感器擋位故障研究

王新超，賈艷伍，肖劍濤，高玉龍，李睿哲

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

1 油位傳感器故障現象

某型號油位傳感器在整車上出現一種故障現象，具體表現為油表指針在3/4擋以下無反應，即油量降低指針不動，指針在油表3/4擋以上可以正常擺動，相同故障發生在3臺車上，傳感器為同一批次。

油位傳感器電路及原理如圖1所示。干簧管為一種磁開關，由玻璃管包裹2個磁簧片組成，油浮子內裝有永磁體，當干簧管被永磁體吸合后，該干簧管以下電阻被短路，由于油浮子隨油位浮動，所以油位與傳感器電阻具有一定對應關系。該傳感器的最大設計阻值為107.8 Ω，對應油表空油擋，測量故障件最大輸出阻值為29Ω，對應油表3/4擋。造成此故障可能有兩種原因：一種是電路板自身出現短路，另一種是干簧管失效而無法斷開，兩者均能將3/4擋以下電阻短路，使最大輸出阻值只有29 Ω。

圖1 傳感器電路原理圖

2 油位傳感器故障排查

2.1 PCB板短路排查

傳感器結構如圖2所示，由左至右依次為套管、塑料管、環氧樹脂、PCB板。PCB板裝入塑料管后再裝入套管，塑料管中先灌入密封膠，固定住PCB板后再灌入環氧樹脂，樹脂固化后保護和密封PCB板。環氧樹脂在灌裝時為流體，固化后堅硬，這也使得故障件難以完整拆解。

排查PCB板是否存在短路，需要暴露出PCB板布線面，經環氧樹脂溶解劑浸泡后的PCB板如圖3所示，焊點光滑牢固，且未見連焊現象，可以排除PCB板短路問題。由于溶解劑對干簧管玻璃有腐蝕作用，經浸泡后的干簧管已損壞。

圖2 傳感器結構示意圖

圖3 PCB板拆解示意圖

2.2 干簧管失效排查

干簧管的簧片觸點密封在玻璃管內，內部充滿惰性氣體，觸點含惰性貴金屬銠，能減少電弧放電對觸點表面的損耗。干簧管的玻璃管損壞后，內部惰性氣體泄露，簧片觸點的壽命就會縮短［1］。

干簧管焊接前需要將其管腳由直線型彎折90°，管腳彎折后插入PCB板孔焊接，管腳彎折前后狀態如圖4所示。彎折管腳一般使用專用工裝，工裝上有凹槽并帶有磁性，可以防止彎折管腳時干簧管錯動，避免彎角時損壞干簧管，即使干簧管損壞，在焊接后檢測時也會被發現。在生產現場排查時，隨機彎折了一批干簧管，經測試，干簧管性能達標。

圖4 干簧管彎折前后狀態示意圖

干簧管無法斷開是因為簧片發生粘連。為驗證干簧管的粘連現象，進行了如下試驗：干簧管作為磁開關和油泵電機串聯，電源電壓為12 V，利用永磁體吸合干簧管，電路連通后電機運轉，此時干簧管簧片間閃現火花，一段時間后移開永磁體，電機依然運轉，干簧管無法斷開而失效，火花產生的熱量使簧片粘連在一起。但此種現象在整車上不會出現，試驗時干簧管中電流達到0.9 A，已經超過干簧管正常工作電流0.5 A，此試驗僅為驗證干簧管粘連失效模式。

審查傳感器生產記錄時，發現該批故障件在生產時調整過PCB板在套管內的安裝角度，此舉是為了使干簧管遠離泵芯一邊，減小磁場對干簧管的干擾。由于調整PCB板角度時，其下部已經灌樹脂，樹脂已在逐漸固化，此時PCB板會受到外力扭曲，可能會造成干簧管損傷。拆解另一故障件時，發現PCB板明顯扭曲變形，如圖5所示，失效發生在3/4擋是因為該處的扭轉變形最大。

圖5 PCB板在套管內扭轉示意圖

為驗證推測，將一根正常的PCB板人為扭轉一定角度，然后將PCB板與油表連接后放入電磁線圈內，電磁線圈使干簧管以10次/min頻率閉合，經過8h后，傳感器最大輸出阻值為29 Ω，與整車故障件現象一致。

將失效的干簧管放入300倍放大儀下觀察，可以看見簧片觸點無間隙，而正常的簧片觸點則有可見間隙，如圖6所示。正常的干簧管在磁場靠近后，能觀察到簧片吸合動作，而失效的干簧管則無反應。

圖6 簧片間隙示意圖

油位傳感器在PCB板被扭轉并使用一段時間后失效是因為簧片間隙減小，當油浮子的磁場使該干簧管處于時開時合時容易形成電弧放電，放電火花熱量使簧片觸點粘連，3/4擋簧片粘連后，其以下擋位失效。

3 傳感器故障整改措施

油位傳感器PCB板四周灌裝樹脂的作用是提高防震性和密封性，但當傳感器出現故障時則不利于完整拆解，導致故障分析困難，且樹脂需要較長固化時間，生產效率不高。由于需要人工將PCB板裝入套管，調整角度時容易因灌裝樹脂造成干簧管損壞。為避免出現此問題，該傳感器不再在塑料管內灌裝環氧樹脂，改為兩端少量灌密封膠，密封膠不覆蓋電路部分，兩端再使用橡膠座固定PCB板。

4 總結

油位傳感器3/4擋失效是因為生產傳感器時為調整PCB板的安裝角度，外力扭轉PCB板造成干簧管損傷，使用一段時間后，簧片間電弧放電使簧片觸點粘連，無法斷開，傳感器最大阻值停在29Ω，油表最低油位只能顯示到3/4擋。

［1］ 孟維信. 燃油傳感器失效故障排除［J］.內燃機與配件，2017（16）：45-46.