涂祖蕾

（云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南曲靖 655000）

0 引言

車(chē)輛水溫傳感器的操作功用對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴發(fā)量有很大影響，進(jìn)而影響其點(diǎn)火功用。當(dāng)混合物太濃或太稀時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火條件變差，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)難以啟動(dòng)和不均勻作業(yè)，此時(shí)請(qǐng)檢查水溫傳感器是否正常作業(yè)。因而，把握車(chē)輛水溫傳感器的檢測(cè)原理和故障診斷技巧、檢測(cè)方法非常重要。

1 汽車(chē)水溫傳感器簡(jiǎn)介

1.1 水溫傳感器的結(jié)構(gòu)與原理

水溫傳感器的中心是熱敏電阻，它是具有負(fù)溫度電阻系數(shù)的半導(dǎo)體。當(dāng)水溫高時(shí)，電阻將下降，否則電阻將越來(lái)越高。通過(guò)測(cè)試，當(dāng)水溫為-40 ℃時(shí)，熱敏電阻的電阻約為30 kΩ；當(dāng)水溫為90 ℃時(shí)，熱敏電阻的電阻約為1 kΩ。當(dāng)冷卻液溫度改變時(shí)，熱敏電阻的電阻值也相應(yīng)改變，電阻的改變將導(dǎo)致電路中電壓和電流的改變，電壓改變會(huì)將信號(hào)發(fā)送到計(jì)算機(jī)中的ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）。ECU 能夠根據(jù)電壓信號(hào)和溫度，從計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中找到與電壓信號(hào)相對(duì)應(yīng)的冷卻液溫度，恰當(dāng)操控和調(diào)整打針量。當(dāng)水溫低時(shí)，燃料的蒸發(fā)功能相對(duì)較差，濃混合汽將被提供給發(fā)動(dòng)機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中能夠附著在冷發(fā)動(dòng)機(jī)上，有利于延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，其內(nèi)部電路向發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器提供5 V 直流信號(hào)，并檢測(cè)其電壓降，在必要的時(shí)候連續(xù)且精確地監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度，以校準(zhǔn)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(dòng)機(jī)應(yīng)噴灑比正常溫度高10%的燃料，以使發(fā)動(dòng)機(jī)快速預(yù)熱并削減發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫磨損；當(dāng)溫度升高到86 ℃以上時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)噴灑較少的機(jī)油，并且溫度應(yīng)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(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)按如下方法輸入電子操控單元：①查看噴射量，當(dāng)溫度較低時(shí)，添加打針量；②查看點(diǎn)火提早角，添加低溫點(diǎn)火提早角，推遲點(diǎn)火提早角，避免高溫爆燃；③調(diào)控怠速操控閥，當(dāng)溫度低時(shí)，電子操控單元根據(jù)水溫感應(yīng)信號(hào)操控慢速操控閥的動(dòng)作得以進(jìn)步速度；④調(diào)控廢氣循環(huán)閥。

2 汽車(chē)水溫傳感器的發(fā)展歷程

依據(jù)水溫傳感器的功用，轎車(chē)上曾常見(jiàn)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(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中運(yùn)用的水溫傳感器。在轎車(chē)技術(shù)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(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，電控發(fā)動(dòng)機(jī)本身也需要特別的水溫傳感器，因此在前期的電控發(fā)動(dòng)機(jī)轎車(chē)中，兩個(gè)水溫傳感器一個(gè)用于水溫表、一個(gè)用于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，兩個(gè)傳感器已集成到可在網(wǎng)絡(luò)中工作的新的車(chē)輛電氣系統(tǒng)中：發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)完成水溫檢測(cè)，然后在CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線上共享水溫信息，儀器從CAN 網(wǎng)絡(luò)中獲取水溫信息以顯示當(dāng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，因此能夠運(yùn)用前兩個(gè)傳感器中的一個(gè)來(lái)作為水溫傳感器。

從用于水表的原始水溫傳感器開(kāi)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(dāng)水溫傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上時(shí)，水溫計(jì)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(diǎn)的變化，對(duì)應(yīng)駕駛員當(dāng)時(shí)要調(diào)查的溫度。在電子操控發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)之后，在原有基礎(chǔ)上增加了兩線制水溫傳感器，該傳感器專門(mén)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的電子操控系統(tǒng)。采用兩根電線，是因?yàn)殡娮硬倏叵到y(tǒng)所需的水溫信號(hào)相對(duì)準(zhǔn)確，而殼體接地類型的電路簡(jiǎn)單，由發(fā)動(dòng)機(jī)接地側(cè)上的電流引起。由于測(cè)量信號(hào)的干擾，電子操控系統(tǒng)供給了特別的負(fù)極線，該負(fù)極線直接返回到發(fā)動(dòng)機(jī)操控單元以完成精確的測(cè)量。其工作原理圖如圖1 所示。

某些車(chē)輛將兩個(gè)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(yùn)用的傳感器經(jīng)過(guò)外殼接地，發(fā)動(dòng)機(jī)中運(yùn)用的水溫傳感器經(jīng)過(guò)負(fù)極線銜接，顯示應(yīng)用中采用三線制水溫傳感器。在這種傳感器的檢測(cè)中，可以按照上述分析根據(jù)故障現(xiàn)象確認(rèn)檢測(cè)辦法。

“時(shí)代超人”這一車(chē)型采用了四線制水溫傳感器，因?yàn)樵撔蛙?chē)的水溫傳感器不是由螺釘裝置的，而是經(jīng)過(guò)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(yùn)用四線密封形式，因此該型車(chē)上采用四線水溫傳感器，并且兩個(gè)傳感器彼此獨(dú)立。

圖1 電控系統(tǒng)水溫傳感器

3 汽車(chē)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(dǎo)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(nèi)，其電阻值隨溫度升高而升高的熱敏電阻；②負(fù)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(dǎo)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(jié)制成的。根據(jù)氧化物的比例和燒結(jié)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(cè)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(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度。

4 水溫傳感器的檢測(cè)方法

4.1 電阻檢測(cè)

（1）檢查電阻。首先將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到關(guān)閉方位，卸下發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫連接傳感器導(dǎo)線，然后使用數(shù)字高阻抗萬(wàn)用表的Ω 檔測(cè)試水溫傳感器的電阻值，以檢測(cè)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(cè)驗(yàn)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(dòng)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(cè)量燒杯兩頭的電阻。水溫傳感器在不同的水溫條件下運(yùn)用萬(wàn)用表Ω 檔，將測(cè)量值與車(chē)輛修理手冊(cè)中的規(guī)范值進(jìn)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(hào)電壓檢測(cè)

測(cè)驗(yàn)熱敏電阻后，有必要測(cè)驗(yàn)輸出信號(hào)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(diǎn)火開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到打開(kāi)方位以發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)，然后用萬(wàn)用表測(cè)量傳感器的兩個(gè)端子，將測(cè)得的端子電壓與冷卻液電壓進(jìn)行比較。假如兩個(gè)電壓成反比，則表明輸出信號(hào)電壓正常，否則輸出信號(hào)電壓有故障。

4.3 溫度傳感器與ECU 連接線的檢查

將萬(wàn)用表轉(zhuǎn)到蜂鳴器位置，然后將萬(wàn)用表銜接到傳感器和ECU 的兩端。如果萬(wàn)用表播放“嗶”聲，則電路已銜接；如果萬(wàn)用表未播放蜂鳴聲，則可能是銜接的電線之間開(kāi)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(jī)啟動(dòng)困難

熱機(jī)啟動(dòng)困難是指在發(fā)動(dòng)機(jī)封閉并在發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到正常溫度后再次發(fā)動(dòng)時(shí)難以發(fā)動(dòng)的故障。這種故障通常是由以下?tīng)顩r引起的：①水溫傳感器開(kāi)路；②水溫傳感器的插接器已斷開(kāi)或與ECU 相連的線束中部已斷開(kāi)；③因?yàn)樗疁貍鞲衅鞯膬?nèi)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(gè)條件將導(dǎo)致傳感器的電阻值大于實(shí)際值，而較大的電阻值將導(dǎo)致傳感器向計(jì)算機(jī)輸送較大的電壓信號(hào)。根據(jù)此信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU判斷冷卻液溫度相對(duì)較低，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 向燃料噴發(fā)器發(fā)送低溫燃料供給信號(hào)，以增加燃料噴發(fā)量。發(fā)動(dòng)時(shí)，因?yàn)镋CU 收到的信號(hào)低于現(xiàn)場(chǎng)冷卻液溫度，將控制噴發(fā)器噴發(fā)多于實(shí)際需要的燃料，這雖有利于冷發(fā)動(dòng)，但是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)很熱時(shí)，將很難發(fā)動(dòng)。

5.2 冷啟動(dòng)困難

冷發(fā)動(dòng)困難是指當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度低時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)很難發(fā)動(dòng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)升溫后便恢復(fù)工作。通常是由以下3 個(gè)條件引起的：①傳感器內(nèi)部短路，電阻值為0 Ω；②傳感器的內(nèi)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(nèi)變化；③傳感器的電源線因?yàn)閾p壞而接地，電阻值為0 Ω。以上3 個(gè)條件會(huì)使傳感器的電阻值小于實(shí)際值，會(huì)使電流和電壓信號(hào)由較小的傳感器發(fā)送到計(jì)算機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 向燃料噴發(fā)器發(fā)送高溫燃料供給信號(hào)，以削減燃料噴發(fā)量。發(fā)動(dòng)時(shí)，因?yàn)镋CU 收到的信號(hào)高于現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)機(jī)很難發(fā)動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較低時(shí)，最難發(fā)動(dòng)；一旦引擎發(fā)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)就可以正常作業(yè)而不會(huì)出現(xiàn)異常。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著轎車(chē)工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫傳感器的故障診斷技術(shù)不斷更新。作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，發(fā)動(dòng)機(jī)主要由微型計(jì)算機(jī)控制，其功用在很大程度上取決于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部傳感器的功用，并且發(fā)動(dòng)機(jī)的大多數(shù)故障都來(lái)自傳感器。因此，基于理論剖析和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，有必要分析和檢測(cè)傳感器故障，以進(jìn)一步改進(jìn)和完善。