故障檢修與技術(shù)維護

水溫傳感器壞了癥狀及故障原因分析

 

摘要：水溫傳感器是冷卻液溫度傳感器的別稱，其工作性能的好壞對柴油發(fā)電機的噴油量有很大影響，進而影響柴油發(fā)電機的燃燒性能。當混合氣過濃或過稀時，柴油發(fā)電機的燃燒情況變壞，會引起柴油發(fā)電機不易啟動，運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，這時應(yīng)檢查水溫傳感器。康明斯發(fā)電機廠家在本文對水溫傳感器的電壓標準進行了解析，并介紹了傳感器的基本工作原理和應(yīng)用場景。在水溫傳感器出現(xiàn)工作異常時，需要應(yīng)考慮電壓測量范圍、輸出信號、精度以及安裝方式是否正確和穩(wěn)固的因素。

 

一、水溫傳感器的常規(guī)檢測

 

1、水溫傳感器工作原理

      水溫傳感器原理圖如圖1所示，容器內(nèi)的水位傳感器，將感受到的水位信號傳送到控制器，控制器內(nèi)的計算機將實測的水位信號與設(shè)定信號進行比較，得出偏差，然后根據(jù)偏差的性質(zhì)，向給水電動閥發(fā)出“開”“關(guān)”的指令，保證容器達到設(shè)定水位。進水程序完成后，溫控部份的計算機向供給熱媒的電動閥發(fā)出“開”的指令，于是系統(tǒng)開始對容器內(nèi)的水進行加熱。到設(shè)定溫度時?？刂破鞑虐l(fā)出關(guān)閥的命令、切斷熱源，系統(tǒng)進入保溫狀態(tài)。程序編制過程中，確保系統(tǒng)在沒有達到安全水位的情況下，控制熱源的電動調(diào)節(jié)閥不開閥，從而避免了熱量的損失與事故的發(fā)生。

      水溫水位傳感器由溫控器部分與水位控制部分組成，如圖2所示。水溫傳感器安裝在發(fā)動機缸體或缸蓋的水套上，與冷卻液直接接觸，用于測量發(fā)動機的冷卻液溫度。冷卻液溫度表使用的溫度傳感器是一個負溫度系數(shù)熱敏電阻 （NTC） ，其阻值隨溫度升高而降低，有一根導(dǎo)線與電控單元ECU相連。另一根為搭鐵線。

 

圖1  水溫傳感器工作原理圖

圖2  柴油機水溫傳感器位置圖

 

2、水溫傳感器電阻檢查

      關(guān)閉點火開關(guān)，拔下水溫傳感器連接器接頭，用高阻抗數(shù)字式萬用表Q擋就車檢查傳感器接頭兩端子間電阻。用萬用表電阻擋測，有的是兩線的，直接正負表筆接兩個針腳就行，三線的一般是三角型針腳或者一字形針腳，三角型針腳的的測底邊兩腳，一字形針腳的測邊上兩腳，三角型的頂角和一字形的中間針腳一般是接到儀表盤的。電阻值特性曲線圖如圖3所示，其電阻值在溫度低時大，在溫度高時小，在熱機狀態(tài)時電阻應(yīng)小于1kQ。

      從柴油發(fā)電機上拆下水溫傳感器，將傳感器放到燒杯里的水中，如圖4所示。加熱杯中的水，用萬用表測量在不同溫度下兩端子間電阻，如果測量結(jié)果與規(guī)定值相差很大，則應(yīng)更換水溫傳感器。 檢測的注意事項如下：

圖3  水溫傳感器電阻值特性曲線圖

圖4  水溫傳感器在不同溫度下電阻值測量方法

 

3、水溫傳感器輸出信號電壓的檢查

      水溫傳感器的電壓標準是指傳感器輸出信號的電壓范圍。一般情況下，傳感器的電壓標準是5V或12V，即傳感器輸出的信號電壓在5V或12V之間。當然，也有一些特殊的傳感器，比如高壓傳感器，其電壓標準可能會更高。常見傳感器故障后電壓信號變化如圖5所示。

（1）用萬能表檢測

      在柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)時，從水溫傳感器連接器信號輸出端“B"接線柱或從ECU的連接器"2”端子上，用萬用表的電壓擋測量水溫傳感器輸出的電壓信號值。其電壓大小應(yīng)隨冷卻水溫度變化而變化，溫度低時信號電壓高，溫度高時信號電壓低，測量結(jié)果應(yīng)符合規(guī)定。

（2）用示波器檢測

      如果具備條件，最好用示波器來觀察發(fā)動機冷卻液溫度傳感器的信號電壓變化，因為萬用表只能看一個時間點的電壓，示波器可以看電壓變化趨勢。冷卻液溫度傳感器一般分兩條線，一條電源線，一條接地線。我們給示波器的一個通道接上一根BNC轉(zhuǎn)香蕉頭線。紅色香蕉頭接上一根刺針，黑色香蕉頭接上一個鱷魚夾。黑色鱷魚夾搭鐵接地，紅色刺針就刺入冷卻液溫度傳感器的電源線。

      啟動發(fā)動機，然后把示波器時基打到至少50s，調(diào)節(jié)示波器的垂直檔位，使波形在屏幕內(nèi)合適位置。開啟示波器的低通濾波功能，推薦低通30KHz。然后等待波形的變化。

4、水溫傳感器與ECU連接線束檢查

（1）檢查水溫傳感器線路的通斷

      水溫傳感器線路連接如圖6所示。用萬用表的電阻擋，分別測量1#端子與A58#端子、2#端子與A41#端子之間的電阻值，來判斷外線路是否存在短路及斷路故障。

（2）水溫傳感器電壓值測量

     關(guān)閉點火開關(guān)，拔下水溫傳感器插頭，點火開關(guān)ON,測量線束側(cè)1#、2#端子之間的電壓應(yīng)為5V。

（3）測量傳感器與ECU之間的線路是否有虛接或搭鐵的現(xiàn)象

      用高阻抗萬用表Q擋，測量傳感器信號端“B”與ECU的“2”端子間電阻及傳感器地線端“A”與ECU的“4”端子間電阻，線路應(yīng)導(dǎo)通，若不導(dǎo)通或電阻值大于1Q，說明傳感器線束存在斷路或連接器接頭接觸不良，應(yīng)進一步檢查或更換。

 

圖5  柴油機傳感器電壓信號故障變化

圖6  水溫傳感器與ECU電路連接圖

 

 二、柴油機傳感器的模擬故障檢測

 

      現(xiàn)有的多傳感器融合模型，按體系結(jié)構(gòu)可劃分為分布式結(jié)構(gòu)和集中式結(jié)構(gòu)兩種；按信息抽象的程度可劃分為數(shù)據(jù)層融合、特征層融合和決策層融合3個信息融合層次?？紤]到設(shè)備故障診斷的特殊性，文中提出了一種適用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的分布式多傳感器體系結(jié)構(gòu)和二級融合模型。在這種模型中，信息處理過程分為3個步驟完成，即信號處理(或稱特征抽取)、局部多指標融合和全局融合。

1、故障模型處理步驟

（1）信號處理級

      根據(jù)傳感器和檢測對象的性質(zhì)，對原始數(shù)據(jù)進行處理，提取特征參數(shù)作為診斷指標。這些指標對故障應(yīng)具有一定的敏感性和可靠性。原則上說，對一個信號序列的處理方法可以有無窮多種，提取的診斷指標也可以有無窮多個。因此，選擇快速有效的信號處理方法，提取對故障敏感、可靠的診斷指標，是信號處理級的研究重點。信號處理方法大致有時域分析、幅域分析、頻域分析、時-頻分析、小波及小波包分析、現(xiàn)代譜分析、最佳濾波等等，關(guān)于這方面已有很多專著和論文。

（2）局部融合級

      從信號處理級提取的多個診斷指標被相互關(guān)聯(lián)、匹配和融合，并形成局部診斷結(jié)果。局部融合的多指標來源于單傳感器或同類傳感器群，其聯(lián)合分布容易獲得，故采用嵌入約束方法求解。在融合模型建立之前，需首先對指標的有效性進行檢驗和評價，去掉那些不提供附加信息的指標。局部融合級的實驗分布采用無信息分布，將實驗信息的融合放在全局融合級統(tǒng)一處理。

 （3）全局融合級

      來源于局部融合結(jié)點的多個診斷結(jié)果(信度分配)被重新組合、關(guān)聯(lián)，形成全局決策。將人為的先驗知識放在與局部診斷結(jié)果同等的地位進行融合。全局融合級還應(yīng)考慮各種決策的風(fēng)險，并做出使可能的損失最小的決策。文中的全局融合方法采用的是證據(jù)組合法中的概率論方法，將局部診斷結(jié)果與先驗知識都作為證據(jù)之一進行統(tǒng)一處理，證據(jù)的支持程度用條件概率分布表示。

 2、故障模型建立的優(yōu)點

（1）柴油機多傳感器故障診斷二級融合模型的建立，有利于提高柴油機故障診斷的精確性和可靠性。

（2）定義的兩種概率組合運算將多傳感器決策層融合問題轉(zhuǎn)化為這兩種運算的組合問題，這無疑大大簡化了對源信息的分析和綜合，有利于發(fā)展通用的信息融合軟、硬件產(chǎn)品；

（3）多傳感器與多故障的關(guān)聯(lián)檢驗表明，缸蓋振動傳感器能提供缸內(nèi)壓力信息；氣缸壓力傳感器能提供氣門漏氣信息；

（4）對各缸功率不平衡故障的多傳感器診斷實例表明，多傳感器融合的后驗概率分布比單傳感器的后驗概率更加“集中”,同一置信水平下的置信區(qū)間更加“窄”,診斷的精確性更高。

 

總結(jié)：

      柴油機是一種面廣、量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的往復(fù)式動力機械，其故障診斷問題一直是設(shè)備診斷學(xué)的重點和難題。目前已形成了多種診斷方法和手段，如溫度監(jiān)測、油液監(jiān)測、振動監(jiān)測、性能參數(shù)監(jiān)測等，這些方法按照各自的工作原理，從不同的角度獲得柴油機不同形式的工作狀態(tài)信息。但就目前來看，這些方法大多僅利用單一信源信息，單從某個角度對柴油機實施診斷，缺乏對多源多維信息的協(xié)同處理和綜合利用，因而在準確性、可靠性和實用性等方面都存在著不同程度的缺陷。從設(shè)備診斷學(xué)的角度看，任何一種診斷對象，單從一方面來反映該對象的狀態(tài)行為都是不完整的，只有從多方面獲取關(guān)于同一對象的多維信息，再加以集成和融合，才可以得到該對象行為的更精確反映，才能更準確、可靠地實施狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。本文采用多傳感器信息融合技術(shù)，探討了柴油機故障診斷的方法。

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