发动机线束接地对电控件工作影响的研究

引言

    在发动机台架试验中，经常会遇到因线束问题导致发动机无法正常运行的情况，最典型的是线束pin脚定义的差异或者发动机接插件的变化所导致的零部件报故障㈣。通常的解决方法是进行飞线（采用临时的导线进行连接，跳过原有的试验线束或发动机集成线束。），将报故障的传感器针脚和ECU端线束连接插头（分线盒）上对应的位置直接连接。在遇到台架线束供电问题时，有时需要将常电(12V稳定电源）、点火开关、连接到主继电器上的传感器等飞线到电柜箱或者供电转接盒上。有些线束故障比较隐蔽很难发现，如线束虚接、接地、线束短路等。本文主要论述使用过程中因线束接地问题所导致的故障。

1 接地对信号测量的影响

    在台架试验中，经常需要测量转速、进气凸轮轴和排气凸轮轴的信号。一般情况下，采用示波器的探针与相应传感器的信号线相连接进行测量，有时因通道数量不够或疏忽大意，探针的接地端没有与发动机接地连接，导致测量出的信号因受干扰而出现较大的失真，并出现其它相位偏差。图1为示波器连接图，图2为接地时的信号测量结果，图3为未接地时的信号测量结果。

图1 示波器连接

    从图2和图3可以看出，在测量相位信号时，如果不接地，测量的信号存在较多干扰，不利于数据分析。

图2 信号测量（接地）

图3 信号测量（未接地）

2 接地对点火的影响

    在对某发动机进行台架试验时，发现发动机转矩始终为负值，油耗仪所测得的油耗为正值，怀疑发动机只喷油不点火。针对该情况，做出以下故障排除措施：

    1)线束连接正常，发动机也没报故障，排除传感器问题。

    2)将火花塞裸露在外与缸体接触，发现无点火放电迹象，证实点火存在问题。

    3)更换普通火花塞以及集成气缸压力传感器火花塞，仍然不着火。

    4)更换新线束，仍然不着火。

    5)更换之前使用正常的线束，进行传感器飞线，仍然不着火。

    6)检查点火线圈线束原理图。

    点火线圈线束原理如图4所示。

图4 点火线圈线束原理图

    从图4可以看出，有接地需求，且接地线已连接到发动机机体上，用万用表测量发动机接地情况，发现发动机缸体部分区域并未与地连通，原因是安装发动机时，支架使用了防震塑料件，导致发动机没有完全接地。用导线将缸体与地连接后，发动机正常着火。

    一般而言，发动机本体通过安装支架接地，或者线束本身预留有接地的导线。如果遇到线束没接地且安装支架使用塑料件的情况，需用另外的导线将发动机和蓄电池负极相连接。

3 接地对燃烧的影响

    在某GDI发动机前期性能开发过程中，发现各缸燃烧很不均匀，各缸的AI50%和p_max差异较大。在某一固定转速下，负荷越小，各缸燃烧均匀性越好；负荷越大，各缸燃烧均匀性越差。且燃烧速度越快(AI50%越小)，缸内最大爆发压力p_max越高。图5为各缸燃烧不均匀性p_max表现，图6为各缸燃烧快慢表现。从图5和图6可以看出，1缸燃烧速度最快，p_max最大；3缸燃烧速度最慢，p_max最小。

图5 不同油轨压力下的pmax

图6 各缸燃烧快慢表现

    在部分工况，1缸和3缸的AI50%可能相差12°CA以上(高转速时，发动机相对负荷r1>40%)，针对该情况，做出以下故障排除措施：

    1)1缸和3缸的集成气缸压力传感器火花塞互换，问题仍然存在，排除火花塞问题。

    2)检查各缸压缩压力，为1.5MPa左右，无异常。

    3)进行分缸断油。任意切断对某一缸的供油时，油耗仪油耗下降1/3，但转矩却下降了1/2左右，观察indicom燃烧数据，发现在任意一缸断油时，其他2个缸的燃烧效率都会下降，经推断，原因可能为各缸进气不均匀。

    4)检查点火信号是否异常。用示波器查看各缸点火信号，如图7所示。从图7可以看出，各缸点火信号都呈现阶梯形。对照如图8所示的正常点火信号图可知，点火信号比较异常。更换点火线圈后状况并未得到改善，怀疑线束有问题。

图7 异常点火信号

图8 正常点火信号

    经核查，线束原理图有误，图中标注点火线圈的接地线与ECU的屏蔽地相连。线束改造时，也完全按照线束原理图执行，但点火线圈的点火能量很大，直接干扰了ECU的控制信号。点火线圈1次充电可能点火2次，在期望的点火角之前开始点火。也就是点火信号呈现阶梯形，每1个下降沿点火1次。将线束原理图进行更改，如图9所示。将点火线圈的接地线单独就近连接到发动机所在的地上，点火信号呈现正常方波，不再出现2次点火现象，发动机运行正常。

图9 更改后的点火线圈线束原理图

    线束原理图错误导致的接地问题一般很难发现，发动机标定开始前，一定要让硬件工程师核查线束原理图的准确性，详细测量线束连接情况，以免影响发动机正常运行。

4 结论

    本文就接地问题对发动机运行的影响进行了案例分析，强调了接地正确的重要性，为发动机标定提供了相关经验，也为后续的发动机研发遇到此类问题提供了解决方案。主要结论如下：

    1)接地问题往往很容易被忽略，需引起重视。

    2)接地问题通常是由于线束问题造成的，需根据线束原理图逐个排查，找到因接地问题导致发动机故障的真正原因。

    3)接地问题有时是由于线束原理图错误导致的，建议在发动机标定前，由硬件工程师确认线束原理图的准确性。

    4)在相位信号测量过程中，连接信号线的同时需确保示波器的探针接地，以提高信号测量的准确性。

    5)一般而言，发动机本体或者线束都是自带接地的，如果遇到线束没接地并且安装支架使用塑料件的情况，需单独用导线将发动机接地，避免出现不着火情况。