故障檢修與技術維護

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電機的噴油量有很大影響，進而影響柴油發電機的燃燒性能。當混合氣過濃或過稀時，柴油發電機的燃燒情況變壞，會引起柴油發電機不易啟動，運轉不平穩，這時應檢查水溫傳感器。康明斯發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用場景。在水溫傳感器出現工作異常時，需要應考慮電壓測量范圍、輸出信號、精度以及安裝方式是否正確和穩固的因素。

 

一、水溫傳感器的常規檢測

 

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，控制器內的計算機將實測的水位信號與設定信號進行比較，得出偏差，然后根據偏差的性質，向給水電動閥發出“開”“關”的指令，保證容器達到設定水位。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出“開”的指令，于是系統開始對容器內的水進行加熱。到設定溫度時。控制器才發出關閥的命令、切斷熱源，系統進入保溫狀態。程序編制過程中，確保系統在沒有達到安全水位的情況下，控制熱源的電動調節閥不開閥，從而避免了熱量的損失與事故的發生。

      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動機缸體或缸蓋的水套上，與冷卻液直接接觸，用于測量發動機的冷卻液溫度。冷卻液溫度表使用的溫度傳感器是一個負溫度系數熱敏電阻 （NTC） ，其阻值隨溫度升高而降低，有一根導線與電控單元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

      關閉點火開關，拔下水溫傳感器連接器接頭，用高阻抗數字式萬用表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，在熱機狀態時電阻應小于1kQ。

      從柴油發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，如果測量結果與規定值相差很大，則應更換水溫傳感器。 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

      在柴油發電機運轉時，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，測量結果應符合規定。

（2）用示波器檢測

      如果具備條件，最好用示波器來觀察發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。

      啟動發動機，然后把示波器時基打到至少50s，調節示波器的垂直檔位，使波形在屏幕內合適位置。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

     關閉點火開關，拔下水溫傳感器插頭，點火開關ON,測量線束側1#、2#端子之間的電壓應為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，線路應導通，若不導通或電阻值大于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

 

      現有的多傳感器融合模型，按體系結構可劃分為分布式結構和集中式結構兩種；按信息抽象的程度可劃分為數據層融合、特征層融合和決策層融合3個信息融合層次。考慮到設備故障診斷的特殊性，文中提出了一種適用于設備狀態監測和故障診斷的分布式多傳感器體系結構和二級融合模型。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

      根據傳感器和檢測對象的性質，對原始數據進行處理，提取特征參數作為診斷指標。這些指標對故障應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、現代譜分析、最佳濾波等等，關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聯、匹配和融合，并形成局部診斷結果。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一處理。

 （3）全局融合級

      來源于局部融合結點的多個診斷結果(信度分配)被重新組合、關聯，形成全局決策。將人為的先驗知識放在與局部診斷結果同等的地位進行融合。全局融合級還應考慮各種決策的風險，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組合法中的概率論方法，將局部診斷結果與先驗知識都作為證據之一進行統一處理，證據的支持程度用條件概率分布表示。

 2、故障模型建立的優點

（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，有利于發展通用的信息融合軟、硬件產品；

（3）多傳感器與多故障的關聯檢驗表明，缸蓋振動傳感器能提供缸內壓力信息；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間更加“窄”,診斷的精確性更高。

 

總結：

      柴油機是一種面廣、量大、結構復雜的往復式動力機械，其故障診斷問題一直是設備診斷學的重點和難題。目前已形成了多種診斷方法和手段，如溫度監測、油液監測、振動監測、性能參數監測等，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。從設備診斷學的角度看，任何一種診斷對象，單從一方面來反映該對象的狀態行為都是不完整的，只有從多方面獲取關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、可靠地實施狀態監測和故障診斷。本文采用多傳感器信息融合技術，探討了柴油機故障診斷的方法。

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