故障檢修與技術(shù)維護(hù)

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(duì)柴油發(fā)電機(jī)的噴油量有很大影響，進(jìn)而影響柴油發(fā)電機(jī)的燃燒性能。當(dāng)混合氣過(guò)濃或過(guò)稀時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)的燃燒情況變壞，會(huì)引起柴油發(fā)電機(jī)不易啟動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，這時(shí)應(yīng)檢查水溫傳感器。康明斯發(fā)電機(jī)廠家在本文對(duì)水溫傳感器的電壓標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了解析，并介紹了傳感器的基本工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景。在水溫傳感器出現(xiàn)工作異常時(shí)，需要應(yīng)考慮電壓測(cè)量范圍、輸出信號(hào)、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(cè)

 

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(hào)傳送到控制器，控制器內(nèi)的計(jì)算機(jī)將實(shí)測(cè)的水位信號(hào)與設(shè)定信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差，然后根據(jù)偏差的性質(zhì)，向給水電動(dòng)閥發(fā)出“開”“關(guān)”的指令，保證容器達(dá)到設(shè)定水位。進(jìn)水程序完成后，溫控部份的計(jì)算機(jī)向供給熱媒的電動(dòng)閥發(fā)出“開”的指令，于是系統(tǒng)開始對(duì)容器內(nèi)的水進(jìn)行加熱。到設(shè)定溫度時(shí)。控制器才發(fā)出關(guān)閥的命令、切斷熱源，系統(tǒng)進(jìn)入保溫狀態(tài)。程序編制過(guò)程中，確保系統(tǒng)在沒有達(dá)到安全水位的情況下，控制熱源的電動(dòng)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(dòng)機(jī)缸體或缸蓋的水套上，與冷卻液直接接觸，用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度。冷卻液溫度表使用的溫度傳感器是一個(gè)負(fù)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(jī)水溫傳感器位置圖

 

2、水溫傳感器電阻檢查

      關(guān)閉點(diǎn)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(wàn)用表Q擋就車檢查傳感器接頭兩端子間電阻。用萬(wàn)用表電阻擋測(cè)，有的是兩線的，直接正負(fù)表筆接兩個(gè)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(cè)底邊兩腳，一字形針腳的測(cè)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(shí)大，在溫度高時(shí)小，在熱機(jī)狀態(tài)時(shí)電阻應(yīng)小于1kQ。

      從柴油發(fā)電機(jī)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(wàn)用表測(cè)量在不同溫度下兩端子間電阻，如果測(cè)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(cè)的注意事項(xiàng)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(cè)量方法

 

3、水溫傳感器輸出信號(hào)電壓的檢查

      水溫傳感器的電壓標(biāo)準(zhǔn)是指?jìng)鞲衅鬏敵鲂盘?hào)的電壓范圍。一般情況下，傳感器的電壓標(biāo)準(zhǔn)是5V或12V，即傳感器輸出的信號(hào)電壓在5V或12V之間。當(dāng)然，也有一些特殊的傳感器，比如高壓傳感器，其電壓標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)更高。常見傳感器故障后電壓信號(hào)變化如圖5所示。

（1）用萬(wàn)能表檢測(cè)

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

（2）用示波器檢測(cè)

      如果具備條件，最好用示波器來(lái)觀察發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器的信號(hào)電壓變化，因?yàn)槿f(wàn)用表只能看一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的電壓，示波器可以看電壓變化趨勢(shì)。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(gè)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(gè)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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，然后把示波器時(shí)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(wàn)用表的電阻擋，分別測(cè)量1#端子與A58#端子、2#端子與A41#端子之間的電阻值，來(lái)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(cè)量

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

（3）測(cè)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(wàn)用表Q擋，測(cè)量傳感器信號(hào)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(shuō)明傳感器線束存在斷路或連接器接頭接觸不良，應(yīng)進(jìn)一步檢查或更換。

 

圖5  柴油機(jī)傳感器電壓信號(hào)故障變化

圖6  水溫傳感器與ECU電路連接圖

 

 二、柴油機(jī)傳感器的模擬故障檢測(cè)

 

      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(gè)信息融合層次。考慮到設(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(cè)和故障診斷的分布式多傳感器體系結(jié)構(gòu)和二級(jí)融合模型。在這種模型中，信息處理過(guò)程分為3個(gè)步驟完成，即信號(hào)處理(或稱特征抽取)、局部多指標(biāo)融合和全局融合。

1、故障模型處理步驟

（1）信號(hào)處理級(jí)

      根據(jù)傳感器和檢測(cè)對(duì)象的性質(zhì)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取特征參數(shù)作為診斷指標(biāo)。這些指標(biāo)對(duì)故障應(yīng)具有一定的敏感性和可靠性。原則上說(shuō)，對(duì)一個(gè)信號(hào)序列的處理方法可以有無(wú)窮多種，提取的診斷指標(biāo)也可以有無(wú)窮多個(gè)。因此，選擇快速有效的信號(hào)處理方法，提取對(duì)故障敏感、可靠的診斷指標(biāo)，是信號(hào)處理級(jí)的研究重點(diǎn)。信號(hào)處理方法大致有時(shí)域分析、幅域分析、頻域分析、時(shí)-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(jí)

      從信號(hào)處理級(jí)提取的多個(gè)診斷指標(biāo)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(biāo)來(lái)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(duì)指標(biāo)的有效性進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，去掉那些不提供附加信息的指標(biāo)。局部融合級(jí)的實(shí)驗(yàn)分布采用無(wú)信息分布，將實(shí)驗(yàn)信息的融合放在全局融合級(jí)統(tǒng)一處理。

 （3）全局融合級(jí)

      來(lái)源于局部融合結(jié)點(diǎn)的多個(gè)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(yàn)知識(shí)放在與局部診斷結(jié)果同等的地位進(jìn)行融合。全局融合級(jí)還應(yīng)考慮各種決策的風(fēng)險(xiǎn)，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(yàn)知識(shí)都作為證據(jù)之一進(jìn)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(diǎn)

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

（2）定義的兩種概率組合運(yùn)算將多傳感器決策層融合問題轉(zhuǎn)化為這兩種運(yùn)算的組合問題，這無(wú)疑大大簡(jiǎn)化了對(duì)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(yàn)表明，缸蓋振動(dòng)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(duì)各缸功率不平衡故障的多傳感器診斷實(shí)例表明，多傳感器融合的后驗(yàn)概率分布比單傳感器的后驗(yàn)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(jī)是一種面廣、量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的往復(fù)式動(dòng)力機(jī)械，其故障診斷問題一直是設(shè)備診斷學(xué)的重點(diǎn)和難題。目前已形成了多種診斷方法和手段，如溫度監(jiān)測(cè)、油液監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、性能參數(shù)監(jiān)測(cè)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(jī)不同形式的工作狀態(tài)信息。但就目前來(lái)看，這些方法大多僅利用單一信源信息，單從某個(gè)角度對(duì)柴油機(jī)實(shí)施診斷，缺乏對(duì)多源多維信息的協(xié)同處理和綜合利用，因而在準(zhǔn)確性、可靠性和實(shí)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(duì)象，單從一方面來(lái)反映該對(duì)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(duì)象的多維信息，再加以集成和融合，才可以得到該對(duì)象行為的更精確反映，才能更準(zhǔn)確、可靠地實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(jī)故障診斷的方法。

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