康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

故障检修与技术维护

水温传感器坏了症状及故障原因分析

 

摘要：水温传感器是冷却液温度传感器的别称，其工作性能的好坏对柴油发电机的喷油量有很大影响，进而影响柴油发电机的燃烧性能。当混合气过浓或过稀时，柴油发电机的燃烧情况变坏，会引起柴油发电机不易启动，运转不平稳，这时应检查水温传感器。康明斯发电机厂家在本文对水温传感器的电压标准进行了解析，并介绍了传感器的基本工作原理和应用场景。在水温传感器出现工作异常时，需要应考虑电压测量范围、输出信号、精度以及安装方式是否正确和稳固的因素。

 

一、水温传感器的常规检测

 

1、水温传感器工作原理

      水温传感器原理图如图1所示，容器内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到控制器，控制器内的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向给水电动阀发出“开”“关”的指令，保证容器达到设定水位。进水程序完成后，温控部份的计算机向供给热媒的电动阀发出“开”的指令，于是系统开始对容器内的水进行加热。到设定温度时。控制器才发出关阀的命令、切断热源，系统进入保温状态。程序编制过程中，确保系统在没有达到安全水位的情况下，控制热源的电动调节阀不开阀，从而避免了热量的损失与事故的发生。

      水温水位传感器由温控器部分与水位控制部分组成，如图2所示。水温传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套上，与冷却液直接接触，用于测量发动机的冷却液温度。冷却液温度表使用的温度传感器是一个负温度系数热敏电阻 （NTC） ，其阻值随温度升高而降低，有一根导线与电控单元ECU相连。另一根为搭铁线。

 

图1  水温传感器工作原理图

图2  柴油机水温传感器位置图

 

2、水温传感器电阻检查

      关闭点火开关，拔下水温传感器连接器接头，用高阻抗数字式万用表Q挡就车检查传感器接头两端子间电阻。用万用表电阻挡测，有的是两线的，直接正负表笔接两个针脚就行，三线的一般是三角型针脚或者一字形针脚，三角型针脚的的测底边两脚，一字形针脚的测边上两脚，三角型的顶角和一字形的中间针脚一般是接到仪表盘的。电阻值特性曲线图如图3所示，其电阻值在温度低时大，在温度高时小，在热机状态时电阻应小于1kQ。

      从柴油发电机上拆下水温传感器，将传感器放到烧杯里的水中，如图4所示。加热杯中的水，用万用表测量在不同温度下两端子间电阻，如果测量结果与规定值相差很大，则应更换水温传感器。 检测的注意事项如下：

图3  水温传感器电阻值特性曲线图

图4  水温传感器在不同温度下电阻值测量方法

 

3、水温传感器输出信号电压的检查

      水温传感器的电压标准是指传感器输出信号的电压范围。一般情况下，传感器的电压标准是5V或12V，即传感器输出的信号电压在5V或12V之间。当然，也有一些特殊的传感器，比如高压传感器，其电压标准可能会更高。常见传感器故障后电压信号变化如图5所示。

（1）用万能表检测

      在柴油发电机运转时，从水温传感器连接器信号输出端“B"接线柱或从ECU的连接器"2”端子上，用万用表的电压挡测量水温传感器输出的电压信号值。其电压大小应随冷却水温度变化而变化，温度低时信号电压高，温度高时信号电压低，测量结果应符合规定。

（2）用示波器检测

      如果具备条件，最好用示波器来观察发动机冷却液温度传感器的信号电压变化，因为万用表只能看一个时间点的电压，示波器可以看电压变化趋势。冷却液温度传感器一般分两条线，一条电源线，一条接地线。我们给示波器的一个通道接上一根BNC转香蕉头线。红色香蕉头接上一根刺针，黑色香蕉头接上一个鳄鱼夹。黑色鳄鱼夹搭铁接地，红色刺针就刺入冷却液温度传感器的电源线。

      启动发动机，然后把示波器时基打到至少50s，调节示波器的垂直档位，使波形在屏幕内合适位置。开启示波器的低通滤波功能，推荐低通30KHz。然后等待波形的变化。

4、水温传感器与ECU连接线束检查

（1）检查水温传感器线路的通断

      水温传感器线路连接如图6所示。用万用表的电阻挡，分别测量1#端子与A58#端子、2#端子与A41#端子之间的电阻值，来判断外线路是否存在短路及断路故障。

（2）水温传感器电压值测量

     关闭点火开关，拔下水温传感器插头，点火开关ON,测量线束侧1#、2#端子之间的电压应为5V。

（3）测量传感器与ECU之间的线路是否有虚接或搭铁的现象

      用高阻抗万用表Q挡，测量传感器信号端“B”与ECU的“2”端子间电阻及传感器地线端“A”与ECU的“4”端子间电阻，线路应导通，若不导通或电阻值大于1Q，说明传感器线束存在断路或连接器接头接触不良，应进一步检查或更换。

 

图5  柴油机传感器电压信号故障变化

图6  水温传感器与ECU电路连接图

 

 二、柴油机传感器的模拟故障检测

 

      现有的多传感器融合模型，按体系结构可划分为分布式结构和集中式结构两种；按信息抽象的程度可划分为数据层融合、特征层融合和决策层融合3个信息融合层次。考虑到设备故障诊断的特殊性，文中提出了一种适用于设备状态监测和故障诊断的分布式多传感器体系结构和二级融合模型。在这种模型中，信息处理过程分为3个步骤完成，即信号处理(或称特征抽取)、局部多指标融合和全局融合。

1、故障模型处理步骤

（1）信号处理级

      根据传感器和检测对象的性质，对原始数据进行处理，提取特征参数作为诊断指标。这些指标对故障应具有一定的敏感性和可靠性。原则上说，对一个信号序列的处理方法可以有无穷多种，提取的诊断指标也可以有无穷多个。因此，选择快速有效的信号处理方法，提取对故障敏感、可靠的诊断指标，是信号处理级的研究重点。信号处理方法大致有时域分析、幅域分析、频域分析、时-频分析、小波及小波包分析、现代谱分析、最佳滤波等等，关于这方面已有很多专著和论文。

（2）局部融合级

      从信号处理级提取的多个诊断指标被相互关联、匹配和融合，并形成局部诊断结果。局部融合的多指标来源于单传感器或同类传感器群，其联合分布容易获得，故采用嵌入约束方法求解。在融合模型建立之前，需首先对指标的有效性进行检验和评价，去掉那些不提供附加信息的指标。局部融合级的实验分布采用无信息分布，将实验信息的融合放在全局融合级统一处理。

 （3）全局融合级

      来源于局部融合结点的多个诊断结果(信度分配)被重新组合、关联，形成全局决策。将人为的先验知识放在与局部诊断结果同等的地位进行融合。全局融合级还应考虑各种决策的风险，并做出使可能的损失最小的决策。文中的全局融合方法采用的是证据组合法中的概率论方法，将局部诊断结果与先验知识都作为证据之一进行统一处理，证据的支持程度用条件概率分布表示。

 2、故障模型建立的优点

（1）柴油机多传感器故障诊断二级融合模型的建立，有利于提高柴油机故障诊断的精确性和可靠性。

（2）定义的两种概率组合运算将多传感器决策层融合问题转化为这两种运算的组合问题，这无疑大大简化了对源信息的分析和综合，有利于发展通用的信息融合软、硬件产品；

（3）多传感器与多故障的关联检验表明，缸盖振动传感器能提供缸内压力信息；气缸压力传感器能提供气门漏气信息；

（4）对各缸功率不平衡故障的多传感器诊断实例表明，多传感器融合的后验概率分布比单传感器的后验概率更加“集中”,同一置信水平下的置信区间更加“窄”,诊断的精确性更高。

 

总结：

      柴油机是一种面广、量大、结构复杂的往复式动力机械，其故障诊断问题一直是设备诊断学的重点和难题。目前已形成了多种诊断方法和手段，如温度监测、油液监测、振动监测、性能参数监测等，这些方法按照各自的工作原理，从不同的角度获得柴油机不同形式的工作状态信息。但就目前来看，这些方法大多仅利用单一信源信息，单从某个角度对柴油机实施诊断，缺乏对多源多维信息的协同处理和综合利用，因而在准确性、可靠性和实用性等方面都存在着不同程度的缺陷。从设备诊断学的角度看，任何一种诊断对象，单从一方面来反映该对象的状态行为都是不完整的，只有从多方面获取关于同一对象的多维信息，再加以集成和融合，才可以得到该对象行为的更精确反映，才能更准确、可靠地实施状态监测和故障诊断。本文采用多传感器信息融合技术，探讨了柴油机故障诊断的方法。

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