汽車水溫傳感器的特性分析與檢測探討

涂祖蕾

（云南能源職業(yè)技術學院，云南曲靖 655000）

0 引言

車輛水溫傳感器的操作功用對發(fā)動機的燃油噴發(fā)量有很大影響，進而影響其點火功用。當混合物太濃或太稀時，發(fā)動機的點火條件變差，將導致發(fā)動機難以啟動和不均勻作業(yè)，此時請檢查水溫傳感器是否正常作業(yè)。因而，把握車輛水溫傳感器的檢測原理和故障診斷技巧、檢測方法非常重要。

1 汽車水溫傳感器簡介

1.1 水溫傳感器的結構與原理

水溫傳感器的中心是熱敏電阻，它是具有負溫度電阻系數(shù)的半導體。當水溫高時，電阻將下降，否則電阻將越來越高。通過測試，當水溫為-40 ℃時，熱敏電阻的電阻約為30 kΩ；當水溫為90 ℃時，熱敏電阻的電阻約為1 kΩ。當冷卻液溫度改變時，熱敏電阻的電阻值也相應改變，電阻的改變將導致電路中電壓和電流的改變，電壓改變會將信號發(fā)送到計算機中的ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）。ECU 能夠根據(jù)電壓信號和溫度，從計算機的數(shù)據(jù)庫中找到與電壓信號相對應的冷卻液溫度，恰當操控和調整打針量。當水溫低時，燃料的蒸發(fā)功能相對較差，濃混合汽將被提供給發(fā)動機，在發(fā)動機啟動過程中能夠附著在冷發(fā)動機上，有利于延長發(fā)動機的使用壽命。

1.2 水溫傳感器的作用

為了確保ECU 可以精確控制發(fā)動機的正常運行，其內部電路向發(fā)動機冷卻液溫度傳感器提供5 V 直流信號，并檢測其電壓降，在必要的時候連續(xù)且精確地監(jiān)視發(fā)動機冷卻液的溫度，以校準控制參數(shù)，精確地核算噴射脈沖寬度和排氣凈化。例如，在86 ℃下的發(fā)動機應噴灑比正常溫度高10%的燃料，以使發(fā)動機快速預熱并削減發(fā)動機的低溫磨損；當溫度升高到86 ℃以上時，發(fā)動機應噴灑較少的機油，并且溫度應緩慢升高，因而其功用非常重要。

水溫傳感器將冷卻水的溫度轉換成電信號，該電信號按如下方法輸入電子操控單元：①查看噴射量，當溫度較低時，添加打針量；②查看點火提早角，添加低溫點火提早角，推遲點火提早角，避免高溫爆燃；③調控怠速操控閥，當溫度低時，電子操控單元根據(jù)水溫感應信號操控慢速操控閥的動作得以進步速度；④調控廢氣循環(huán)閥。

2 汽車水溫傳感器的發(fā)展歷程

依據(jù)水溫傳感器的功用，轎車上曾常見兩種水溫傳感器：一種是與水溫表匹配的水溫傳感器，另一種是發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中運用的水溫傳感器。在轎車技術的發(fā)展中，與外表相匹配的水溫傳感器首次出現(xiàn)，但隨著電子燃油噴射發(fā)動機的出現(xiàn)，電控發(fā)動機本身也需要特別的水溫傳感器，因此在前期的電控發(fā)動機轎車中，兩個水溫傳感器一個用于水溫表、一個用于發(fā)動機電子控制系統(tǒng)。隨著技術的進一步發(fā)展，兩個傳感器已集成到可在網(wǎng)絡中工作的新的車輛電氣系統(tǒng)中：發(fā)動機電子控制系統(tǒng)完成水溫檢測，然后在CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡）總線上共享水溫信息，儀器從CAN 網(wǎng)絡中獲取水溫信息以顯示當時發(fā)動機溫度，因此能夠運用前兩個傳感器中的一個來作為水溫傳感器。

從用于水表的原始水溫傳感器開始，僅一根電線用于輸出，傳感器的另一端與外殼連接。這樣，當水溫傳感器安裝在發(fā)動機上時，水溫計和水溫傳感器之間存在一系列聯(lián)系。由于水溫的變化，水溫傳感器的電阻發(fā)生變化，然后串聯(lián)電路中的電流發(fā)生變化。水溫表顯示指針視點的變化，對應駕駛員當時要調查的溫度。在電子操控發(fā)動機出現(xiàn)之后，在原有基礎上增加了兩線制水溫傳感器，該傳感器專門用于發(fā)動機的電子操控系統(tǒng)。采用兩根電線，是因為電子操控系統(tǒng)所需的水溫信號相對準確，而殼體接地類型的電路簡單，由發(fā)動機接地側上的電流引起。由于測量信號的干擾，電子操控系統(tǒng)供給了特別的負極線，該負極線直接返回到發(fā)動機操控單元以完成精確的測量。其工作原理圖如圖1 所示。

某些車輛將兩個傳感器組合在一起以方便裝置，例如比亞迪F3 采用圖1 中的三線水溫傳感器。水溫表中運用的傳感器經(jīng)過外殼接地，發(fā)動機中運用的水溫傳感器經(jīng)過負極線銜接，顯示應用中采用三線制水溫傳感器。在這種傳感器的檢測中，可以按照上述分析根據(jù)故障現(xiàn)象確認檢測辦法。

“時代超人”這一車型采用了四線制水溫傳感器，因為該型車的水溫傳感器不是由螺釘裝置的，而是經(jīng)過橡膠圈和彈性擋圈的裝置辦法裝置的，因此傳感器外殼不能作為電極，只能運用四線密封形式，因此該型車上采用四線水溫傳感器，并且兩個傳感器彼此獨立。

圖1 電控系統(tǒng)水溫傳感器

3 汽車水溫傳感器的特性

某些金屬材料的電阻，其阻值隨溫度的升高而升高，但某些材料（如半導體）的電阻阻值隨溫度的升高而下降，這種電阻值隨溫度改變的器材稱為熱敏電阻。依據(jù)電阻的改變，大致可分為3 類：①正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）在工作溫度范圍內，其電阻值隨溫度升高而升高的熱敏電阻；②負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）是其電阻值隨溫度升高而減小的電阻；③臨界溫度熱敏電阻（CTR）是一種在臨界溫度下電阻值急劇減小的熱敏電阻。

熱敏電阻是向半導體材料中添加金屬氧化物，根據(jù)所需形狀在1000 ℃以上的高溫下燒結制成的。根據(jù)氧化物的比例和燒結溫度的不同，可以獲得具有不同特性的熱敏電阻。熱敏電阻的工作溫度范圍為-20 ℃～+130 ℃，可用于檢測水溫和空氣溫度；工作溫度范圍為600 ℃～1000 ℃的熱敏電阻通常用于檢測發(fā)動機排氣溫度。

4 水溫傳感器的檢測方法

4.1 電阻檢測

（1）檢查電阻。首先將點火開關轉到關閉方位，卸下發(fā)動機的水溫連接傳感器導線，然后使用數(shù)字高阻抗萬用表的Ω 檔測試水溫傳感器的電阻值，以檢測水溫與電阻之間的聯(lián)系是否相反。如果相反，則需要再次測驗傳感器。

（2）單次檢查電阻。拔下冷卻水溫度傳感器的連接器，從啟動器上卸下傳感器，將傳感器放入盛有水的燒杯中，加熱燒杯中的水，測量燒杯兩頭的電阻。水溫傳感器在不同的水溫條件下運用萬用表Ω 檔，將測量值與車輛修理手冊中的規(guī)范值進行比較，然后確定是否要更換冷卻水溫度傳感器。

4.2 輸出信號電壓檢測

測驗熱敏電阻后，有必要測驗輸出信號的電壓。將卸下的水溫傳感器組裝后，連通傳感器的連接電路，將傳感器的點火開關轉到打開方位以發(fā)動發(fā)動機開關，然后用萬用表測量傳感器的兩個端子，將測得的端子電壓與冷卻液電壓進行比較。假如兩個電壓成反比，則表明輸出信號電壓正常，否則輸出信號電壓有故障。

4.3 溫度傳感器與ECU 連接線的檢查

將萬用表轉到蜂鳴器位置，然后將萬用表銜接到傳感器和ECU 的兩端。如果萬用表播放“嗶”聲，則電路已銜接；如果萬用表未播放蜂鳴聲，則可能是銜接的電線之間開路或銜接器插頭之間銜接不良，找出故障的具體原因，然后更換。

5 水溫傳感器的主要故障

5.1 熱機啟動困難

熱機啟動困難是指在發(fā)動機封閉并在發(fā)動機達到正常溫度后再次發(fā)動時難以發(fā)動的故障。這種故障通常是由以下狀況引起的：①水溫傳感器開路；②水溫傳感器的插接器已斷開或與ECU 相連的線束中部已斷開；③因為水溫傳感器的內部老化，電阻值保持在高位或僅在高電阻區(qū)域發(fā)生變化。以上3 個條件將導致傳感器的電阻值大于實際值，而較大的電阻值將導致傳感器向計算機輸送較大的電壓信號。根據(jù)此信號，發(fā)動機ECU判斷冷卻液溫度相對較低，發(fā)動機ECU 向燃料噴發(fā)器發(fā)送低溫燃料供給信號，以增加燃料噴發(fā)量。發(fā)動時，因為ECU 收到的信號低于現(xiàn)場冷卻液溫度，將控制噴發(fā)器噴發(fā)多于實際需要的燃料，這雖有利于冷發(fā)動，但是當發(fā)動機很熱時，將很難發(fā)動。

5.2 冷啟動困難

冷發(fā)動困難是指當發(fā)動機冷卻液溫度低時發(fā)動機很難發(fā)動，在發(fā)動機升溫后便恢復工作。通常是由以下3 個條件引起的：①傳感器內部短路，電阻值為0 Ω；②傳感器的內部老化具有穩(wěn)定的小電阻值，或電阻值僅在小電阻區(qū)域內變化；③傳感器的電源線因為損壞而接地，電阻值為0 Ω。以上3 個條件會使傳感器的電阻值小于實際值，會使電流和電壓信號由較小的傳感器發(fā)送到計算機。發(fā)動機ECU 向燃料噴發(fā)器發(fā)送高溫燃料供給信號，以削減燃料噴發(fā)量。發(fā)動時，因為ECU 收到的信號高于現(xiàn)場冷卻液溫度，它將控制噴油器排放更少的燃料，由于混合汽不濃，發(fā)動機很難發(fā)動。當發(fā)動機溫度較低時，最難發(fā)動；一旦引擎發(fā)動，發(fā)動機就可以正常作業(yè)而不會出現(xiàn)異常。

6 結語

隨著轎車工業(yè)技術的不斷發(fā)展，轎車發(fā)動機水溫傳感器的故障診斷技術不斷更新。作為機電一體化的典型產品，發(fā)動機主要由微型計算機控制，其功用在很大程度上取決于發(fā)動機內部傳感器的功用，并且發(fā)動機的大多數(shù)故障都來自傳感器。因此，基于理論剖析和現(xiàn)場經(jīng)驗，有必要分析和檢測傳感器故障，以進一步改進和完善。