基于波形分析法的冷卻液溫度傳感器故障機理探析

摘 要：冷卻液溫度傳感器是電控發動機控制系統中主要傳感器之一，其工作運行狀態的好壞直接影響到發動機噴油量等參數的優化控制。針對傳統故障診斷方法缺乏機理分析的缺點，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生的機理，可以從根源上診斷冷卻液溫度傳感器的故障源所在，為發動機其它傳感器的故障診斷提供了有益的借鑒。

關鍵詞：波形分析 傳感器 故障 機理

中圖分類號：U463.65+1\t\t文獻標識碼：A\t\t文章編號：1672-3791（2011）10（a）-0131-02

汽車發動機電子控制燃油噴射系統主要由傳感器檢測到不同環境、不同工況的各種信號傳給發動機的控制器（ECU），經過ECU與存儲的各種工況的標準數據進行比較，分析精確計算，做出判斷來控制噴油器的燃油噴射量，以及正確點火。常見傳感器有空氣流量傳感器、進氣壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、曲軸位置傳感器、氧傳感器等。

汽車傳感器的工作環境和條件比較惡劣，因此，傳感器能否精確可靠地工作對發動機至關重要。冷卻液溫度傳感器是電控發動機控制系統中主要傳感器之一，它向發動機控制系統ECU提供發動機冷卻液變化信息，是ECU實施發動機噴油量等參數優化控制的重要依據。作為發動機的主要傳感器之一，冷卻液溫度傳感器即在發動機電控過程中承擔著“眼睛”的角色，若使用效果不好同時也是發動機新的故障源之一。

傳感器的波形一般分為正常波形和異常波形兩種。正常波形是指發動機無故障正常運轉工況下所得到的波形。異常波形是指電控發動機有明顯故障和傳感器有故障時輸出的波形。由于傳感器有故障，導致發動機產生故障特征，從而使發動機工作性能下降，所以當發動機出現故障特征時，只要用示波器判斷傳感器信號波形是否異常，就可以知道傳感器是否有故障，從而就可以準確診斷。

1 試驗工況設置

由于不同的試驗工況可能出現不同的試驗現象，因此在分析冷卻液溫度傳感器故障特征時，為了使試驗結果具有代表性和可比性，選擇典型的發動機試驗工況進行。

在發動機暖機工況下，根據冷卻液溫度信號噴油控制模塊增加噴油量，當冷卻液溫度為85℃～90℃時，ECU不增加噴油。所以在暖機工況下，冷卻液溫度傳感器故障對電控發動機性能的影響很大。為了研究冷卻液溫度傳感器故障產生的機理，選定暖機工況為試驗工況。在選定的發動機試驗工況下，傳感器信號的采集方法和在暖機工況下的輸出信號如圖1和圖2所示。

2 冷卻液溫度傳感器信號斷開對發動機油耗和排放的影響

為了研究溫度傳感器輸出斷開故障對發動機經濟性和發動機排放的影響，通過故障模擬臺的控制裝置，接通、斷開冷卻液溫度傳感器輸出信號，同時測量發動機經濟性和排放有關的參數。

通過對比故障設置前后的發動機有無冷卻液溫度信號，來分析溫度信號對油耗、λ、CO、HC和NOx等排放的影響。原機與無冷卻液溫度信號時的轉速、油耗、λ、CO、HC和NOx排放對比如圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，試驗數據見表1所示。

從表1和圖3、圖4、圖5可以看出，當發動機冷卻液溫度為22℃時，無信號與有信號之間存在如下關系：轉速增加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%)。當發動機冷卻液溫度為90℃時，無信號與有信號之間的關系發生了一些變化：轉速增高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%)。這主要是因為在發動機冷卻溫度信號斷開情況下，電腦ECU未接收到冷卻液溫度傳感器的信號，判斷發動機處于故障運行模式，ECU按預先設定的程序工作，增加了供油量。

由圖6可以看出:無冷卻液溫度信號時的CO排放略高于原機。這主要是因為:CO的生成主要是由于燃料的不完全燃燒。無冷卻溫度信號時，由于電控單元接收不到發動機冷卻液溫度信號，按故障運行模式就導致混合氣加濃、燃料不完全燃燒，所以使CO的排放比原機略大。

在圖7上，無冷卻溫度信號時的HC排放略高于原機，原因也是由于無冷卻液溫度信號時，電控單元控制混合氣加濃，額外燃油導致燃燒不完全增加。

在圖8上，無冷卻液溫度信號時的NOx排放比原機小，這是因為: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。當冷卻溫度信號斷開以后電控單元對混合氣進行加濃，混合氣比原機濃，故NOx的生成量比原機的小。

3 結語

(1)卻液溫度傳感器信號斷開時，發動機暖機工況，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，發動機暖機時，隨著發動機溫度增大，發動機轉速下降到正常轉速。但是冷卻溫度傳感器輸送低溫假信號時，與正常暖機工況相比，發動機轉速、油耗、CO，HC、排放增加，NOx排放減小。

參考文獻

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①基金項目：本項目為浙江經貿職業技術學院2011年科研項目，編號11YB07。

作者簡介：張立（1978—），男，浙江經貿職業技術學院汽車專業教師，主要從事汽車電器電控研究。