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冷卻液溫度傳感器原理、故障檢查和響應(yīng)測(cè)試
發(fā)布時(shí)間:2023-11-13 22:46:14  ▏閱讀:

 

新聞主題

康明斯柴油機(jī)冷卻液溫度傳感器原理、故障檢查和響應(yīng)測(cè)試

 

前言:發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器是一種用于測(cè)量柴油發(fā)電機(jī)水溫的重要傳感器。其作用是將冷卻液的溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào),供康明斯控制系統(tǒng)使用。在柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,如果發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器出現(xiàn)故障,將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱或過(guò)冷,嚴(yán)重影響柴油發(fā)電機(jī)組的性能與運(yùn)行,可能還會(huì)引起報(bào)警停機(jī),導(dǎo)致無(wú)法正常給企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行供電。因此,當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)的ECU報(bào)出冷卻液溫度傳感器型號(hào)電壓過(guò)高或過(guò)低故障時(shí),應(yīng)如何進(jìn)行響應(yīng)測(cè)試以確定故障區(qū)域和類(lèi)型,相信你讀完本文內(nèi)容,將會(huì)在從中得出答案。

 

一、工作原理

 

      柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器使用時(shí),將導(dǎo)熱部伸入冷卻液內(nèi),通過(guò)外螺紋接頭將傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)出水口,將連接接口與儀表連接,安裝十分簡(jiǎn)便。通過(guò)導(dǎo)熱外殼導(dǎo)熱,環(huán)形溫度電阻和水溫電阻根據(jù)溫度變化,阻值會(huì)發(fā)生變化,將水溫信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸至外部的儀表。冷卻液溫度傳感器通常采用熱敏電阻或熱電偶作為感測(cè)元件,通過(guò)測(cè)量冷卻液的溫度來(lái)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。具體工作原理如下:

1、熱敏電阻原理

      熱敏電阻是一種電阻值隨溫度變化的元件,冷卻液溫度傳感器中采用的常見(jiàn)熱敏電阻材料是鉑電阻(PT100或PT1000)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí),冷卻液開(kāi)始流動(dòng),而溫度傳感器所在的位置通常是在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液循環(huán)系統(tǒng)的高溫區(qū)域,如發(fā)動(dòng)機(jī)水套管或水泵附近。因此,當(dāng)冷卻液溫度升高時(shí),熱敏電阻的電阻值下降。

      根據(jù)熱敏電阻的特性,其阻值隨溫度的變化而變化,信號(hào)電壓也隨之發(fā)生變化,ECU再根據(jù)當(dāng)前的水溫信號(hào)控制噴油量等;說(shuō)通俗點(diǎn)讓就是為發(fā)動(dòng)機(jī)ECU提供水溫信號(hào),用于啟動(dòng)、怠速、正常運(yùn)行時(shí)的點(diǎn)火正時(shí)、噴油脈寬的控制。冷卻液溫度傳感器為負(fù)溫度系數(shù)電阻計(jì)NTC,隨著溫度的升高,其電阻值會(huì)下降;DME通過(guò)測(cè)量其電壓值,可以計(jì)算出電阻的大小,從而推算出冷卻液溫度;冷卻液溫度傳感器有2個(gè)PIN腳;其中,PIN 1為信號(hào)線,PIN 2為接地線。

2、 熱電偶原理

      熱電偶是由兩種不同金屬材料的導(dǎo)線組成。溫度差會(huì)引起兩種金屬之間產(chǎn)生溫差電勢(shì),這是熱電效應(yīng)的基本原理。冷卻液溫度傳感器中常用的熱電偶類(lèi)型是K型熱電偶。傳感器通過(guò)測(cè)量熱電偶產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)計(jì)算冷卻液的溫度。

3、工作影響

      發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器的精度和可靠性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能和壽命有著重要影響。

(1)傳感器的精度指的是傳感器輸出的溫度值與實(shí)際溫度值之間的差異。通常情況下,傳感器的精度應(yīng)在一定范圍內(nèi),以確保ECU能夠準(zhǔn)確地調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作參數(shù)。

(2)傳感器的可靠性指的是傳感器在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性。

      傳感器應(yīng)能夠在各種工況下正常工作,并能夠承受發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、溫度變化等因素的影響。此外,傳感器應(yīng)具有一定的抗電磁干擾能力,以避免外部電磁信號(hào)對(duì)傳感器的影響。無(wú)論是熱敏電阻還是熱電偶,冷卻液溫度傳感器的工作原理都是利用材料的溫度敏感性質(zhì)來(lái)測(cè)量冷卻液的溫度變化。

 

冷卻液溫度傳感器電路圖-柴油發(fā)電機(jī)組.png

圖1  冷卻液溫度傳感器電路原理圖

冷卻液溫度傳感器結(jié)構(gòu)圖.png

圖2  冷卻液溫度傳感器結(jié)構(gòu)圖

 

二、故障檢查方法

 

      一般冷卻液溫度傳感器故障后,會(huì)有以下故障癥狀水溫表不準(zhǔn)或不工作、冷起動(dòng)困難、混合氣過(guò)濃、怠速過(guò)高、風(fēng)扇不轉(zhuǎn)或常轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。為了檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器是否正常工作,可以采用以下方法:

1、就機(jī)檢查

      當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器故障時(shí),儀表盤(pán)的溫度指示器通常會(huì)出現(xiàn)異常??梢酝ㄟ^(guò)觀察儀表盤(pán)上的冷卻液溫度指示器是否顯示不合理的溫度值,如過(guò)高或過(guò)低,來(lái)初步判斷傳感器是否正常工作。

(1)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到”OFF”,拔下傳感器接插件,將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到”ON”,測(cè)量傳感器接插件1腳與搭鐵間電壓是否在4.9V~5.1V范圍內(nèi)。如果測(cè)量結(jié)果不正確,則應(yīng)檢查電瓶是否供電正常,或出現(xiàn)了ECU輸出電壓不正常的狀況,或線束出現(xiàn)斷路或接觸不良等狀況。測(cè)量傳感器電阻,并記錄;

(2)測(cè)量傳感器接插件2腳與搭鐵之間是否導(dǎo)通,如果不導(dǎo)通則應(yīng)檢查線束是否斷路或接觸不良;

(3)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到”OFF”,插上傳感器接插件,拔下ECU上的A端線束接插件,找到對(duì)應(yīng)的A58與A41,測(cè)量它們之間的傳感器電阻,若測(cè)得結(jié)果與步驟1測(cè)得結(jié)果偏差較大,則說(shuō)明線束出現(xiàn)故障的可能性較大。根據(jù)當(dāng)時(shí)的溫度情況查找傳感器電阻溫度對(duì)照表,若實(shí)測(cè)的電阻值與理論值出入較大,則傳感器出故障的可能性較大。

2、使用診斷工具

      故障診斷儀可以幫助檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器的工作情況。通過(guò)連接故障診斷儀到發(fā)電機(jī)組的OBD接口,并進(jìn)行掃描,可以獲取與傳感器相關(guān)的故障碼。如果出現(xiàn)與傳感器故障相關(guān)的故障碼,就可以確認(rèn)傳感器可能存在問(wèn)題。

3、測(cè)量傳感器的電阻值

   發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器通常是NTC(負(fù)溫度系數(shù))類(lèi)型的傳感器??梢允褂萌f(wàn)用表測(cè)量傳感器的電阻值,并與廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。如果測(cè)量得到的電阻值與標(biāo)準(zhǔn)值相差較大,就可以判斷傳感器存在故障。

(1)拆下冷卻液溫度傳感器

      關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān),冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)分鐘,排放冷卻液,拔下冷卻液溫度傳感器導(dǎo)線連接器,然后用19#的梅花扳手將冷卻液溫度傳感器,從發(fā)動(dòng)機(jī)出水管上拆下。

(2)裝配實(shí)驗(yàn)裝備

      把傳感器置于傳感器固定架上,并把其放置于燒杯中;把燒杯安置在支架上往燒杯內(nèi)加水,水剛好滿至傳感器安裝螺母下線合適。在燒杯中放置一支溫度計(jì)。用酒精燈加熱杯中的水,讓其受熱。

(3)測(cè)量冷卻液溫度傳感器的電阻

      用導(dǎo)線將傳感器與萬(wàn)用表表筆連接良好,使用歐姆KΩ檔,觀察溫度計(jì)和萬(wàn)用表的讀數(shù)變化;隨著溫度逐漸升高,所顯示的電阻值下降,冷卻液溫度傳感器的電阻值與溫度的高低成反比,見(jiàn)表1。若不符合,應(yīng)更換冷卻液溫度傳感器。

 

表1    冷卻水溫度傳感器溫度與阻止的對(duì)應(yīng)關(guān)系表 

溫度 t
阻值R
溫度 t
阻值R
溫度 t
阻值R
(℃)
(kΩ)
(℃)
(kΩ)
(℃)
(kΩ)
-40
40.49~50.14
25
1.94~2.17
90
0.24~0.25
-30
23.58~28.65
30
1.62~1.80
100
0.18~0.19
-20
14.10~16.83
40
1.12~1.23
110
0.14~0.15
-10
8.64~10.15
50
0.80~0.87
120
0.11~0.12
0
5.47~6.23
60
0.57~0.62
130
0.086~0.093
10
3.54~4.04
70
0.42~0.45
140
0.068~0.074
20
2.35~2.65
80
0.31~0.33
 
 

 

(4)檢測(cè)后恢復(fù)設(shè)備

      測(cè)量完畢,將溫度計(jì)拿出,熄滅酒精燈,關(guān)閉萬(wàn)用表,待水溫冷卻后,將傳感器拿出,重新安裝到柴油機(jī)上,注意安裝密封膠或密封圈,加注冷卻液。

4、 觀察發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)

      當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器故障時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一些異常癥狀。例如,發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)因?yàn)槔鋮s液溫度過(guò)高而出現(xiàn)過(guò)熱的情況,或者因?yàn)闇囟冗^(guò)低而無(wú)法正常啟動(dòng)。通過(guò)觀察發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài),可以初步判斷傳感器是否存在問(wèn)題。

 

三、傳感器故障響應(yīng)試驗(yàn)

 

       中國(guó)產(chǎn)的柴油發(fā)電機(jī)想要出口到歐盟必然需要進(jìn)行發(fā)電機(jī)組CE認(rèn)證。一般而言,發(fā)電機(jī)組CE認(rèn)證會(huì)涉及到LVD(低電壓CE認(rèn)證)、EMC(電磁兼容CE認(rèn)證)、MD(機(jī)械CE認(rèn)證)等多項(xiàng)歐盟指令。2016年12月31日,歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)正式發(fā)布發(fā)電機(jī)組2016版安全標(biāo)準(zhǔn)《ENISO8528-13:2016往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)引擎驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)組-第13部分:安全》。

      ECM響應(yīng)測(cè)試在排除傳感器及線路故障時(shí)廣泛采用。具體做法是,當(dāng)某一傳感器報(bào)出信號(hào)電壓過(guò)高或過(guò)低故障時(shí),人為制造反向故障,然后觀察ECM響應(yīng)性,以確定故障部位。經(jīng)過(guò)完整的響應(yīng)測(cè)試,能夠確認(rèn)故障發(fā)生在傳感器、線束,還是ECU。下面以康明斯柴油機(jī)冷卻液溫度傳感器為例,介紹響應(yīng)測(cè)試方法。

1、現(xiàn)行故障:144

● PID: P110

● SPN: 110

● FMI: 3

● 指示燈: 黃色

● SRT: QU-144

     ECM監(jiān)測(cè)觸針22上的電壓預(yù)期檢測(cè)在 0.5 和 4.5 伏之間變化。如果電壓高于 4.95 伏,則 ECM 將記錄故障代碼 144。其原因可能是由信號(hào)或回路導(dǎo)線存在開(kāi)路、電壓對(duì)信號(hào)或回路導(dǎo)線短路或傳感器開(kāi)路故障造成的。

     冷卻液溫度電路中檢測(cè)到高電壓的響應(yīng)測(cè)試,步驟框圖如圖3所示。

提示:斷開(kāi)傳感器或ECM插接器進(jìn)行測(cè)試前,應(yīng)先檢查觸針是否臟污或損壞。更換ECM前,應(yīng)確認(rèn)ECM供電電路是否正常。

2、現(xiàn)行故障:145

● PID: P110

● SPN: 110

● FMI: 4

● 指示燈: 黃色

● SRT: QU-145

      ECM監(jiān)測(cè)觸針22上的電壓預(yù)期檢測(cè)在 0.21 和 4.95 伏之間變化。如果電壓低于 0.21 伏持續(xù) 2 秒以上,則 ECM 將記錄故障代碼 145。其原因可能是由電源導(dǎo)線或回路導(dǎo)線上存在對(duì)地短路或傳感器內(nèi)部接地故障造成的。

      冷卻液溫度電路中檢測(cè)到低電壓的響應(yīng)測(cè)試,步驟框圖如圖4所示。

 

冷卻液溫度傳感器電壓高故障響應(yīng)測(cè)試-柴油發(fā)電機(jī)組.png

冷卻液溫度傳感器電壓高故障響應(yīng)測(cè)試步驟

冷卻液溫度傳感器電壓低故障響應(yīng)測(cè)試-柴油發(fā)電機(jī)組.png

冷卻液溫度傳感器電壓低故障響應(yīng)測(cè)試步驟

 

總結(jié):

      綜上所述,發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器通過(guò)測(cè)量熱敏電阻的電阻值變化來(lái)判斷冷卻液的溫度,從而調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作參數(shù)。以上方法只能初步判斷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器的工作情況,如果懷疑傳感器存在問(wèn)題,最好將發(fā)電機(jī)組送到專(zhuān)業(yè)的發(fā)電機(jī)維修廠或康明斯售后站進(jìn)行檢測(cè)和維修。及早發(fā)現(xiàn)和解決傳感器故障,可以避免發(fā)動(dòng)機(jī)因過(guò)熱或過(guò)冷而受損,保障發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行安全。由于傳感器的精度和可靠性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和壽命至關(guān)重要。因此,在柴油發(fā)電機(jī)組維護(hù)過(guò)程中,應(yīng)定期檢查和更換傳感器,以確保發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行和高效工作。

 


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