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(chēng)，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(jìn)而影響柴油發(fā)電機的燃燒性能。當混合氣過(guò)濃或過(guò)稀時(shí)，柴油發(fā)電機的燃燒情況變壞，會(huì )引起柴油發(fā)電機不易啟動(dòng)，運轉不平穩，這時(shí)應檢查水溫傳感器?？得魉拱l(fā)電機廠(chǎng)家在本文對水溫傳感器的電壓標準進(jìn)行了解析，并介紹了傳感器的基本工作原理和應用場(chǎng)景。在水溫傳感器出現工作異常時(shí)，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(shí)測的水位信號與設定信號進(jìn)行比較，得出偏差，然后根據偏差的性質(zhì)，向給水電動(dòng)閥發(fā)出“開(kāi)”“關(guān)”的指令，保證容器達到設定水位。進(jìn)水程序完成后，溫控部份的計算機向供給熱媒的電動(dòng)閥發(fā)出“開(kāi)”的指令，于是系統開(kāi)始對容器內的水進(jìn)行加熱。到設定溫度時(shí)?？刂破鞑虐l(fā)出關(guān)閥的命令、切斷熱源，系統進(jìn)入保溫狀態(tài)。程序編制過(guò)程中，確保系統在沒(méi)有達到安全水位的情況下，控制熱源的電動(dòng)調節閥不開(kāi)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)機缸體或缸蓋的水套上，與冷卻液直接接觸，用于測量發(fā)動(dòng)機的冷卻液溫度。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(xiàn)與電控單元ECU相連。另一根為搭鐵線(xiàn)。

 

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(diǎn)火開(kāi)關(guān)，拔下水溫傳感器連接器接頭，用高阻抗數字式萬(wàn)用表Q擋就車(chē)檢查傳感器接頭兩端子間電阻。用萬(wàn)用表電阻擋測，有的是兩線(xiàn)的，直接正負表筆接兩個(gè)針腳就行，三線(xiàn)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(pán)的。電阻值特性曲線(xiàn)圖如圖3所示，其電阻值在溫度低時(shí)大，在溫度高時(shí)小，在熱機狀態(tài)時(shí)電阻應小于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(wàn)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(xiàn)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(huì )更高。常見(jiàn)傳感器故障后電壓信號變化如圖5所示。

（1）用萬(wàn)能表檢測

      在柴油發(fā)電機運轉時(shí)，從水溫傳感器連接器信號輸出端“B"接線(xiàn)柱或從ECU的連接器"2”端子上，用萬(wàn)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(shí)信號電壓高，溫度高時(shí)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(lái)觀(guān)察發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度傳感器的信號電壓變化，因為萬(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。冷卻液溫度傳感器一般分兩條線(xiàn)，一條電源線(xiàn)，一條接地線(xiàn)。我們給示波器的一個(gè)通道接上一根BNC轉香蕉頭線(xiàn)。紅色香蕉頭接上一根刺針，黑色香蕉頭接上一個(gè)鱷魚(yú)夾。黑色鱷魚(yú)夾搭鐵接地，紅色刺針就刺入冷卻液溫度傳感器的電源線(xiàn)。

      啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機，然后把示波器時(shí)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(kāi)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(xiàn)束檢查

（1）檢查水溫傳感器線(xiàn)路的通斷

      水溫傳感器線(xiàn)路連接如圖6所示。用萬(wàn)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(lái)判斷外線(xiàn)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(diǎn)火開(kāi)關(guān)，拔下水溫傳感器插頭，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)ON,測量線(xiàn)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(xiàn)路是否有虛接或搭鐵的現象

      用高阻抗萬(wàn)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(xiàn)端“A”與ECU的“4”端子間電阻，線(xiàn)路應導通，若不導通或電阻值大于1Q，說(shuō)明傳感器線(xiàn)束存在斷路或連接器接頭接觸不良，應進(jìn)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(gè)信息融合層次?？紤]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(tài)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(guò)程分為3個(gè)步驟完成，即信號處理(或稱(chēng)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(zhì)，對原始數據進(jìn)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(shuō)，對一個(gè)信號序列的處理方法可以有無(wú)窮多種，提取的診斷指標也可以有無(wú)窮多個(gè)。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(diǎn)。信號處理方法大致有時(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、現代譜分析、最佳濾波等等，關(guān)于這方面已有很多專(zhuān)著(zhù)和論文。

（2）局部融合級

      從信號處理級提取的多個(gè)診斷指標被相互關(guān)聯(lián)、匹配和融合，并形成局部診斷結果。局部融合的多指標來(lái)源于單傳感器或同類(lèi)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(jìn)行檢驗和評價(jià)，去掉那些不提供附加信息的指標。局部融合級的實(shí)驗分布采用無(wú)信息分布，將實(shí)驗信息的融合放在全局融合級統一處理。

 （3）全局融合級

      來(lái)源于局部融合結點(diǎn)的多個(gè)診斷結果(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果同等的地位進(jìn)行融合。全局融合級還應考慮各種決策的風(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(jìn)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(yōu)點(diǎn)

（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(wèn)題轉化為這兩種運算的組合問(wèn)題，這無(wú)疑大大簡(jiǎn)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(dòng)傳感器能提供缸內壓力信息；氣缸壓力傳感器能提供氣門(mén)漏氣信息；

（4）對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(dòng)力機械，其故障診斷問(wèn)題一直是設備診斷學(xué)的重點(diǎn)和難題。目前已形成了多種診斷方法和手段，如溫度監測、油液監測、振動(dòng)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(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)角度對柴油機實(shí)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(shí)用性等方面都存在著(zhù)不同程度的缺陷。從設備診斷學(xué)的角度看，任何一種診斷對象，單從一方面來(lái)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(shí)施狀態(tài)監測和故障診斷。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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