基于波形分析法的冷卻液溫度傳感器故障機(jī)理探析

摘 要：冷卻液溫度傳感器是電控發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中主要傳感器之一，其工作運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)噴油量等參數(shù)的優(yōu)化控制。針對(duì)傳統(tǒng)故障診斷方法缺乏機(jī)理分析的缺點(diǎn)，以冷卻液溫度傳感器為例，利用波形分析法闡述了冷卻液溫度傳感器故障產(chǎn)生的機(jī)理，可以從根源上診斷冷卻液溫度傳感器的故障源所在，為發(fā)動(dòng)機(jī)其它傳感器的故障診斷提供了有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：波形分析 傳感器 故障 機(jī)理

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.65+1\t\t文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A\t\t文章編號(hào)：1672-3791（2011）10（a）-0131-02

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制燃油噴射系統(tǒng)主要由傳感器檢測(cè)到不同環(huán)境、不同工況的各種信號(hào)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)的控制器（ECU），經(jīng)過(guò)ECU與存儲(chǔ)的各種工況的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析精確計(jì)算，做出判斷來(lái)控制噴油器的燃油噴射量，以及正確點(diǎn)火。常見(jiàn)傳感器有空氣流量傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、曲軸位置傳感器、氧傳感器等。

汽車(chē)傳感器的工作環(huán)境和條件比較惡劣，因此，傳感器能否精確可靠地工作對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)至關(guān)重要。冷卻液溫度傳感器是電控發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中主要傳感器之一，它向發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)ECU提供發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液變化信息，是ECU實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)噴油量等參數(shù)優(yōu)化控制的重要依據(jù)。作為發(fā)動(dòng)機(jī)的主要傳感器之一，冷卻液溫度傳感器即在發(fā)動(dòng)機(jī)電控過(guò)程中承擔(dān)著“眼睛”的角色，若使用效果不好同時(shí)也是發(fā)動(dòng)機(jī)新的故障源之一。

傳感器的波形一般分為正常波形和異常波形兩種。正常波形是指發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)故障正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況下所得到的波形。異常波形是指電控發(fā)動(dòng)機(jī)有明顯故障和傳感器有故障時(shí)輸出的波形。由于傳感器有故障，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生故障特征，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能下降，所以當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障特征時(shí)，只要用示波器判斷傳感器信號(hào)波形是否異常，就可以知道傳感器是否有故障，從而就可以準(zhǔn)確診斷。

1 試驗(yàn)工況設(shè)置

由于不同的試驗(yàn)工況可能出現(xiàn)不同的試驗(yàn)現(xiàn)象，因此在分析冷卻液溫度傳感器故障特征時(shí)，為了使試驗(yàn)結(jié)果具有代表性和可比性，選擇典型的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)工況進(jìn)行。

在發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)工況下，根據(jù)冷卻液溫度信號(hào)噴油控制模塊增加噴油量，當(dāng)冷卻液溫度為85℃～90℃時(shí)，ECU不增加噴油。所以在暖機(jī)工況下，冷卻液溫度傳感器故障對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響很大。為了研究冷卻液溫度傳感器故障產(chǎn)生的機(jī)理，選定暖機(jī)工況為試驗(yàn)工況。在選定的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)工況下，傳感器信號(hào)的采集方法和在暖機(jī)工況下的輸出信號(hào)如圖1和圖2所示。

2 冷卻液溫度傳感器信號(hào)斷開(kāi)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗和排放的影響

為了研究溫度傳感器輸出斷開(kāi)故障對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)排放的影響，通過(guò)故障模擬臺(tái)的控制裝置，接通、斷開(kāi)冷卻液溫度傳感器輸出信號(hào)，同時(shí)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和排放有關(guān)的參數(shù)。

通過(guò)對(duì)比故障設(shè)置前后的發(fā)動(dòng)機(jī)有無(wú)冷卻液溫度信號(hào)，來(lái)分析溫度信號(hào)對(duì)油耗、λ、CO、HC和NOx等排放的影響。原機(jī)與無(wú)冷卻液溫度信號(hào)時(shí)的轉(zhuǎn)速、油耗、λ、CO、HC和NOx排放對(duì)比如圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所示。

從表1和圖3、圖4、圖5可以看出，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度為22℃時(shí)，無(wú)信號(hào)與有信號(hào)之間存在如下關(guān)系：轉(zhuǎn)速增加8r/min(0.6%)，油耗增加0.1kg/h(7.4%)，λ下降0.021(2.5%)，CO排放增加0.59%(15%)，HC排放增加39ppm(10%)，NOx排放下降14ppm(12%)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度為90℃時(shí)，無(wú)信號(hào)與有信號(hào)之間的關(guān)系發(fā)生了一些變化：轉(zhuǎn)速增高3r/min(0.4%)，油耗增加0.02kg/h(2.3%)，λ下降0.01(1.3%)，CO排放增加0.13%(10%)，HC排放增加52ppm(17%)，NOx排放下降9ppm(7.5%)。這主要是因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)冷卻溫度信號(hào)斷開(kāi)情況下，電腦ECU未接收到冷卻液溫度傳感器的信號(hào)，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)處于故障運(yùn)行模式，ECU按預(yù)先設(shè)定的程序工作，增加了供油量。

由圖6可以看出:無(wú)冷卻液溫度信號(hào)時(shí)的CO排放略高于原機(jī)。這主要是因?yàn)?CO的生成主要是由于燃料的不完全燃燒。無(wú)冷卻溫度信號(hào)時(shí)，由于電控單元接收不到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度信號(hào)，按故障運(yùn)行模式就導(dǎo)致混合氣加濃、燃料不完全燃燒，所以使CO的排放比原機(jī)略大。

在圖7上，無(wú)冷卻溫度信號(hào)時(shí)的HC排放略高于原機(jī)，原因也是由于無(wú)冷卻液溫度信號(hào)時(shí)，電控單元控制混合氣加濃，額外燃油導(dǎo)致燃燒不完全增加。

在圖8上，無(wú)冷卻液溫度信號(hào)時(shí)的NOx排放比原機(jī)小，這是因?yàn)?NOx的生成是由于混合氣中有剩余O2的存在以及燃燒溫度高等造成的。當(dāng)冷卻溫度信號(hào)斷開(kāi)以后電控單元對(duì)混合氣進(jìn)行加濃，混合氣比原機(jī)濃，故NOx的生成量比原機(jī)的小。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)卻液溫度傳感器信號(hào)斷開(kāi)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)工況，混合氣變濃，CO和HC排放升高，NOx排放降低。(2)在冷卻溫度傳感器正常工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)溫度增大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到正常轉(zhuǎn)速。但是冷卻溫度傳感器輸送低溫假信號(hào)時(shí)，與正常暖機(jī)工況相比，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油耗、CO，HC、排放增加，NOx排放減小。

參考文獻(xiàn)

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①基金項(xiàng)目：本項(xiàng)目為浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2011年科研項(xiàng)目，編號(hào)11YB07。

作者簡(jiǎn)介：張立（1978—），男，浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)專(zhuān)業(yè)教師，主要從事汽車(chē)電器電控研究。