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動機的燃油噴發量有很大影響，進而影響其點火功用。當混合物太濃或太稀時，發動機的點火條件變差，將導致發動機難以啟動和不均勻作業，此時請檢查水溫傳感器是否正常作業。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送到計算機中的ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）。ECU 能夠根據電壓信號和溫度，從計算機的數據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，燃料的蒸發功能相對較差，濃混合汽將被提供給發動機，在發動機啟動過程中能夠附著在冷發動機上，有利于延長發動機的使用壽命。

1.2 水溫傳感器的作用

為了確保ECU 可以精確控制發動機的正常運行，其內部電路向發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，在必要的時候連續且精確地監視發動機冷卻液的溫度，以校準控制參數，精確地核算噴射脈沖寬度和排氣凈化。例如，在86 ℃下的發動機應噴灑比正常溫度高10%的燃料，以使發動機快速預熱并削減發動機的低溫磨損；當溫度升高到86 ℃以上時，發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調控廢氣循環閥。

2 汽車水溫傳感器的發展歷程

依據水溫傳感器的功用，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，另一種是發動機電子控制系統中運用的水溫傳感器。在轎車技術的發展中，與外表相匹配的水溫傳感器首次出現，但隨著電子燃油噴射發動機的出現，電控發動機本身也需要特別的水溫傳感器，因此在前期的電控發動機轎車中，兩個水溫傳感器一個用于水溫表、一個用于發動機電子控制系統。隨著技術的進一步發展，兩個傳感器已集成到可在網絡中工作的新的車輛電氣系統中：發動機電子控制系統完成水溫檢測，然后在CAN（Controller Area Network，控制器局域網絡）總線上共享水溫信息，儀器從CAN 網絡中獲取水溫信息以顯示當時發動機溫度，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動機上時，水溫計和水溫傳感器之間存在一系列聯系。由于水溫的變化，水溫傳感器的電阻發生變化，然后串聯電路中的電流發生變化。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。在電子操控發動機出現之后，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動機的電子操控系統。采用兩根電線，是因為電子操控系統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，電子操控系統供給了特別的負極線，該負極線直接返回到發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過外殼接地，發動機中運用的水溫傳感器經過負極線銜接，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故障現象確認檢測辦法。

“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。依據電阻的改變，大致可分為3 類：①正溫度系數熱敏電阻（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，根據所需形狀在1000 ℃以上的高溫下燒結制成的。根據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，卸下發動機的水溫連接傳感器導線，然后使用數字高阻抗萬用表的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動發動機開關，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動機封閉并在發動機達到正常溫度后再次發動時難以發動的故障。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域發生變化。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。根據此信號，發動機ECU判斷冷卻液溫度相對較低，發動機ECU 向燃料噴發器發送低溫燃料供給信號，以增加燃料噴發量。發動時，因為ECU 收到的信號低于現場冷卻液溫度，將控制噴發器噴發多于實際需要的燃料，這雖有利于冷發動，但是當發動機很熱時，將很難發動。

5.2 冷啟動困難

冷發動困難是指當發動機冷卻液溫度低時發動機很難發動，在發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定的小電阻值，或電阻值僅在小電阻區域內變化；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送到計算機。發動機ECU 向燃料噴發器發送高溫燃料供給信號，以削減燃料噴發量。發動時，因為ECU 收到的信號高于現場冷卻液溫度，它將控制噴油器排放更少的燃料，由于混合汽不濃，發動機很難發動。當發動機溫度較低時，最難發動；一旦引擎發動，發動機就可以正常作業而不會出現異常。

6 結語

隨著轎車工業技術的不斷發展，轎車發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動機內部傳感器的功用，并且發動機的大多數故障都來自傳感器。因此，基于理論剖析和現場經驗，有必要分析和檢測傳感器故障，以進一步改進和完善。