轿车温度传感器分析（共8篇）
轿车温度传感器分析 篇1
温度传感器是在仪器设备和各种产品中重要的测试器件之一,并因其种类繁多、性能稳定、测量准确等优点在生产和生活中得到广泛应用[1].温度传感器自动测试系统是检测温度传感器并确保其符合测试要求的重要设备.该系统的误差将直接关系到由温度传感器测得的工艺参数的准确性,并最终影响到产品质量[2].现以美国哈特公司生产的6331WGQK型温度传感器自动检测系统为例,对该系统的误差进行分析.
1 系统组成
温度传感器自动检测系统主要由深井式恒温槽、深井式低温槽、堆栈式测温仪主机、传感器测试模块、标准器、多路串口转换开关、自动检测软件、计算机、打印机等组成.此系统的最大特点是利用堆栈测温仪主机和测试模块代替了传统中所用的绝缘电阻表等电测设备,通过检测软件实时显示被测温度传感器的温度值及特征曲线,并直接输出检测报告,免去了后期繁杂的数据处理,极大地减小了劳动强度,提高了工作效率.系统的工作原理图见图1.
2 测试的方法、建模与误差来源
2.1 测试方法
选取一只性能稳定的铂电阻传感器,系统采用比较法测量铂电阻传感器在0℃、100℃时的电阻值.将标准铂电阻与被测铂电阻同时放入恒温油槽中,待温度稳定后(大于30 min) ,通过对标准电阻
与被测铂电阻的逐点比较,由系统软件读出两者的电阻值,再由标准电阻算出实际温度,最后通过公式自动计算出被测铂电阻实际电阻值.
2.2 数学模型的建立
实际检测中,热源温度值x经常稍微偏离预期温度值t,所以按照式(1)计算预期温度t时的电阻值
Rt=Rx+(dR/dt)t·△t (1)
式中,Rt为t℃温度时被测实际电阻值;Rx为t℃温度附近x℃时被测温度传感器的电阻值;(dR/dt)t为t℃温度时被测传感器电阻随温度的变化率;Δt为检定恒温槽温度偏离检定值.
t=(R*t-R*x)/(dR/dt)*t (2)
式中,Rt*为t℃温度时标准器的电阻值;R*x为x℃温度时标准器的电阻值;(dR /dt)*t为t℃温度时标准器的电阻随温度的变化率.
2.3 温度传感器自动检测系统的误差来源
温度传感器自动检测系统的系统误差是由组成系统的各部分引入的,主要包括对被检温度传感器测量重复性引入的误差;检测过程中温场的不均匀性引入的误差;电测设备引入的误差;标准器引入的误差等.
3 系统误差不确定度的分析与评定
对于测量结果的误差分析,主要是找出测量结果与真值之差,而真值不可能真正得到,只能估计真值是在某个量值范围内,为了能更加客观地表达测量结果的误差,用不确定度来对测量结果进行分析与评定.不确定度是指测量结果带有的一个参数,用以表征合理赋予被测量的分散性,它是被测量客观值在某一量值范围内的一个评定.标准偏差表征的不确定度,称为标准不确定度,用u来表示[3].
3.1 被检温度传感器测量重复性的标准不确定度u1分量
标准不确定度u1是被检传感器输出的电阻值的不重复性引起的,采用A类方法进行评定.
根据JJF1098-2003的要求,现取一只稳定的A级铂电阻传感器连续测量6次,用贝塞尔公式计算重复性,如表1所示.
故0 ℃时不确定度为0.000 9,100 ℃时为0.000 2.
3.2 温场的不均匀性的标准不确定度u2分量
标准不确定度u2是由深井式恒温槽、深井式低温槽温度分布不均匀性引起的,采用B类方法进行评定.
按照检测要求,因恒温槽均匀性不大于0.01 ℃,则半区间为0.005 ℃.在该区间内可认为均匀分布,覆盖因子
3.3 电测设备引入的标准不确定度u3
标准不确定度u3主要由堆栈式测温仪测量回路寄生电势引起的,采用B类方法进行评定.
根据标准传感器测试模块2 560的技术指标,在0 ℃时准确度为±0.01 ℃,在100 ℃时准确度为±0.014 ℃,可认为均匀分布,覆盖因子
3.4 标准器本身引入的标准不确定度分量u4
不确定度分量u4是由标准铂电阻传感器本身阻值的不重复性引起的,采用B类不确定度进行评定.
由标准铂电阻的检定证书得:标准铂电阻的扩展不确定度为U=0.013(k=3).故u4=U/k=0.013/3=0.004.
3.5 标准不确定度各分量一览表
为了便于对各个标准不确定度分量有更加直观的了解,绘制表格如表2.
4 检测系统总不确定度的评定
4.1 合成标准不确定度
将以上4个主要标准不确定度分量进行合成,得到合成标准不确定度,用uc来表示.
0 ℃时:
100 ℃时:
4.2 扩展不确定度
为了更能准确地表示测量结果,需要给出一个测量区间,使被测量的值大部分位于其中,为此用扩展不确定度来表示.扩展不确定度由标准不确定度uc乘以包含因子k得到,记为U.
0 ℃时:Uk1=k×uc1= 0.016 (k=2)
100 ℃时:Uk2 = k×uc2 = 0.019 (k=2)
5 结 束 语
通过以上对温度传感器自动检测系统不确定度的数据分析可以看出,对系统不确定性影响较大的几个方面分别是被检温度传感器测量重复性的、检测过程中温场的不均匀性的、电测设备的测量误差和标准器本身的误差.因此,在日常系统的使用中要注意观察这几个方面的变化,堆栈式测温仪和标准器要定期检定,油槽温场的均匀性也要定期测试,这样才能保证系统的可靠性和稳定性.同时由于用来测试温度传感器,所以对测试环境要求较高[4].如堆栈式测温仪推荐使用温度为18 ℃~28 ℃,当超出这一范围时,必须考虑仪表的温度系数.同时在油槽中,传感器的插入深度必须大于300 mm,否则会造成整个传感器与周围环境存在热交换形成一定的温度梯度,从而导致测量误差.
参考文献
[1] 孙宝元.传感器及应用手册[M].北京:北京机械出版社,2004:8-32.
[2] 周鸿仁,刘秀蓉,杜晓松.温度传感器与快速测温[J].世界电子元器件,1997(7):8-59.
[3] 费业泰.误差理论与数据处理[M].北京:机械工业出版社,2000:2-55.
[4] 邓隐北.同时测量应力、温度和振频的光纤传感器[J].光电技术应用,2007,22(5):35-38.
参考文献
[1]孙宝元.传感器及应用手册[M].北京:北京机械出版社,2004:8-32.
[2]周鸿仁,刘秀蓉,杜晓松.温度传感器与快速测温[J].世界电子元器件,1997(7):8-59.
[3]费业泰.误差理论与数据处理[M].北京:机械工业出版社,2000:2-55.
[4]邓隐北.同时测量应力、温度和振频的光纤传感器[J].光电技术应用,2007,22(5):35-38.
轿车温度传感器分析 篇2
【摘 要】本文简明扼要地从阐述进气歧管压力传感器的结构和原理入手，主要介绍了一辆93款丰田佳美轿车，由于进气歧管压力传感器老化损坏，使输出电压值比标准低，从而导致发动机动力不足，加速不良故障诊断与排除的过程。
【关键词】丰田佳美；进气歧管压力传感器故障；检修
0.前言
D型电控汽油机中普通应用的压力传感器是半导体压敏式传感器，它是ECU的基本输入信号之一。当进气压力传感器出现故障时，就不能精确地测出进入发动机的空气量，从而计算喷油时间，将导致发动机运转异常，排气冒黑烟，加速不良，怠速熄火等。要准确迅速诊断进气压力传感器的故障必须全面深刻了解进气歧管压力传感器的结构原理，掌握该传感器的检修技巧，运用科学的分析方法和技巧，熟练地利用诊断仪器仪表进行检测，根据检测结果作出正确的判断。
1.故障现象
一辆93款丰田佳美轿车，发动机型号为4S-FE，发动机运转时，怠速正常，但中负荷加速不良。此故障严重地影响了该车的正常运行。
2.进气歧管压力传感器工作原理
93款丰田佳美轿车的4S-FE型电发动机采用进气歧管压力传感器，此压力传感器又叫压感式空气流量计，其作用是采用测量空气密度来间接测量发动机的进气量。是（BOSCH）博世D型燃油喷射系统的重要部件。
进气歧管压力传感器的内部结构如下（图1）所示。
压力转换元件是用半导体的压阻效应制成的硅膜片，硅膜片的一面是真空室，另一面导入进气歧管的真空。硅膜片周围有4个应变电阻以惠斯顿电桥方式连接（附图2），ECU给进气歧管压力传感器输出一个电压参考信号，当进气歧管压力传感器变化时即传感器的电阻也发生变化，ECU可以通过检测进气歧管压力传感器的输出电压来确定进气歧管的压力，从而间接确定空气流量，高的压力即低真空度（高电压）说明空气流量大，需要较多的燃油。低的压力即高真空度（低电压）说明空气流量少，需要少的燃油。由于硅膜片的一侧是真空，因此硅膜片的另一侧进气歧管内的真空度越高，硅膜片的变形就越大，这就可以用惠斯顿电桥将硅膜片的变形变成不同的电信号。因为电信号很微弱，所以需要运用集成电路放大后输出至ECU。这种压力传感器输出的电信号具有随进气歧管真空度的增大而线性下降的特性。
3.故障的原因与分析
进气歧管压力传感器的接线如（图3）所示。当传感器发生故障后ECU将得不到正确的进气量信号，从而不能正常地进行喷油量控制，造成混合气过浓或过稀，使发动机运转异常，排气冒黑烟，加速不良，怠速熄火等现象。
根据以上故障的检查分析，该车可能有五个方面的故障原因：
（1）进气歧管堵塞或或漏气，进气过少或过多，使混合气过浓或过稀，发动机都不能正常发挥动力。
（2）点火系工作不良使混合气燃烧不好，如火花塞点火不良，点火线圈或分缸线漏电等。
（3）气缸压力不符合原厂设计要求。
（4）燃油压力低或喷油嘴堵塞使喷油过少，混合气过稀，发动机动力不足。
（5）发动机控制喷油的主要要传感器工作不良，如节气门位置传感器，进气歧管压力传感器。
4.故障的诊断与排除
（1）读取故障码，找到发动机引擎室诊断接头，上面标有“DIAGNOSIS”字母，用一根导线跨接TE1和E1，打开点火开关到ON档，不起动发动机，观察仪表板上的故障灯的闪烁情况，结果没有显示故障码，说明电控系统正常。在没有故障码的情况下，只能逐个系统进行检查了。
（2）首先检查进气系统，在进气歧管上接上真空表，检查进气歧管真空度，从而判断进气系统是否堵塞或漏气，使混合气过浓或过稀，检测结果是，怠速时的歧管真空度为64Kpa，符合该车的标准值。检查进气温度传感，接通THA与E2端子检查电压符合标准。经检查节气门位置传感器输出电压全闭0.4V，全开3.8V为正常标准。接着检查点火系统，火花塞试火跳火良好，也可以排除点火系统工作不良所造成的故障了。缸压不够也会造成发动机动力不足和加速不良的。所以又用气缸压力表检查了发动机各缸的压力，首先拨下各缸的分缸线，然后用工具拆下所有的火花塞，接上气缸压力表，启动发动机，转速在250rpm，各缸的压力均在1100Kpa以上，符合该车气缸压力的要求。
（3）检查燃油供给系统，首先进行油压测试，把燃油压力表安装到燃油虑清器出口处，起动发动机测量油压，测得怠速油压为235Kpa，标准为206～255Kpa。脱开燃油压力调节器的真空软管，堵住管口，测得油压为290Kpa，标准为265～304Kpa。关闭发动机，检查发动机关闭后5min内，看燃油压力是否保持在147Kpa以上，经观察油压在210 Kpa以上，证明系统油压正常。清洗喷油嘴，故障仍然存在。
1）检查真空软管，检查进气歧管压力传感器的真空管与节气门体和传感器的连接是否漏气，软管是否老化，折断和挤压等没有异常现象。
检查传感器线路，将插接器拔下，检查各端子是否存在锈鉵，氧化可导致接触不良，经检查各连接口均无锈鉵，连接可靠。
2）输入电压的检测拔下传感器上的插接器接通点火开关，但不启动发动机，用万用表测量VCC与E2之间电压（图4）。经检测电压值为4.9V，说明电压值正常。将插接器插回传感器上，并进行输出电压的检查。
3）输出电压的检测。
接通点火开关，拆下连接进气歧管压力传感器与进气歧管真空软管的一端；在大气压下PIM（信号）端子与E2端子的电压值，经测量电压为3.5V，标准为3.3-3.9V，在正常范围内。于是将进气压力传感器的真空软管如（图5）所示接手动抽真空器，此时应由两人合作。
图5 对进气歧管压力传感器施加真空
其中一人测PIM端子与E2端子的电压值（图6），另一人操纵手动抽真空器，向进气歧管压力传感器提高加真空度。
4）从真空表的真空读数13.3Kpa（100mmHg）开始，以每次递增13.3Kpa，一直增到66.9Kpa（500mmHg）为止.测量在不同真空度下进气歧管压力传感器的输出电压值，应当符合表一的参考数值。否则，说明传感器有故障，应予更换。
经仔细观察，发现进气歧管压力传感器输出电压值比标准低，ECU会判断进气较少，决定喷油量相应减少，造成混合气过稀，影响发动机动力不足，加速不良，最后更换进气压力传感器，路试一切正常，再未出现加速不良的故障了。
5.结束语
通过以上诊断，利用经验分析故障的原因，最终将故障排除。造成这一故障主要原因是：由于进气歧管压力传感器老化损坏造成电控单元ECU判断进气量减少，而控制喷油量减少，使供给发动机的混合气过稀而引致发动机动力不足、加速不良。在自诊断系统无故障码输出的情况下，我们针对故障的现象，分析出故障的部位，并加以排除。因此我们在维修当中不能纯粹依赖故障码来判断，必须利用理论分析，逐一原因进行分析排查。
【参考文献】
[1]徐淼，汪立亮，张仕奇编著.现代汽车电子控制汽油喷系统原理与检修.电子工业出版社.
[2]潘旭峰编著.现代汽车电子技术.北京理工大学出版社.
轿车温度传感器分析 篇3
近期国外在气路静电监测方面的主要研究包括:Melissa Wilcox等[3]从距离、速度、径向位置和燃气涡轮机的几何形状四个维度对小型及中型发动机的静电传感器的最佳监测位置进行了研究。在不同的工况下, 发动机尾气中的静电粒子流的路径不同, 这对传感器的灵敏度有明显的影响。该研究得出结论是静电传感器的最佳监测位置为尾喷管口的径向位置。此处尾气流速最快、温度最高, 且多个传感器同时监测能够实现对发动机气路静电变化的全面覆盖监测。英美等国家通过实验监测发动机气路中静电信号水平的变化, 判断发动机的健康状态。经过长时间的探索和大量实验验证, 英美等国家已经成功将此项技术作为健康管理技术中的一项分技术应用到先进的F35战斗机中[4]。Novis[5]给出了气路静电监测技术F-35战斗机上的应用, 对F-35战机发动机的健康管理所起到的重要作用。
目前, 我国发动机气路静电监测技术的研究仍然处于起步阶段, 南京航空航天大学民航学院的民机运用工程技术中心2007年开始对发动机静电监测技术进行研究。文振华等人[6,7]对发动机尾气静电监测技术的原理进行了研究, 采用有限元法对气路静电传感器的感应特性进行了仿真研究, 并设计了相应的静电信号特征值的提取方法, 最后在发动机气路模拟环境中进行了可行性的验证实验。李耀华等[8]建立了首台发动机试车台并对发动机尾气静电信号进行了实验研究。针对静电监测信号随发动机输出功率变化而变化的特点, 从信号时域和特征参数变化规律两个角度展开了讨论, 分析了发动机输出功率对静电信号的影响。文献[9, 10]对发动机燃烧效率正常衰退时静电监测信号的变化趋势进行监测, 并提出了确定特征参数基准线的方法, 通过多次试验对发动机气路静电特征参数基准线进行了验证。
由于国外关于发动机静电监测技术的深入研究处于军事保密等原因, 文献非常少。目前国内研究主要以某型航空发动机的地面台架实验为基础展开, 研究发动机静电传感器的温度漂移特性具有重要意义。
将采用时间序列分析方法对传感器温度漂移进行建模, 分析传感器的线性漂移和非线性漂移特性, 并对传感器温漂进行预测, 为传感器的稳定性提供分析依据。
1 传感器温度漂移分析
1.1 ARMA-GARCH模型
1.1.1 ARMA模型
自回归模型和滑动平均模型的组合, 便构成了用于描述平稳随机过程的自回归滑动平均模型AR-MA, 数学公式为
式 (1) 中p为自回归模型的阶数, q为移动平均模型的阶数;φi (i=1, 2, …, p) 为模型的待定系数, εt为误差, yt为一个平稳时间序列。
1.1.2 ARCH方程
若一个平稳随机变量xt可以表示为AR (p) 形式, 其随机误差项的方差可用误差项平方的q阶分布滞后模型描述,
则称ut服从q阶的ARCH过程, 记作ut$ARCH (q) 。其中式 (2) 称作均值方程, 式 (3) 称作ARCH方程。
ARCH (q) 模型式 (3) 是关于σt2的分布滞后模型。为避免ut2的滞后项过多, 可采用加入σt2的滞后项的方法。可给出如下形式,
此模型称为广义自回归条件异方差模型, 用GARCH (1, 1) 表示。
GARCH模型的一般表达式是含有q个ARCH项和p个GARCH项, 即GARCH (p, q) ,
1.1.3 ARMA-GARCH模型
ARMA-GARCH模型称为广义自回归条件异方差模型, 表达式如式 (6) 。
该模型用ARMA模型表示时间序列数据的均值特征, 用GARCH模型表示条件异方差。ARIMA (p, d, q) 是ARMA (p, q) 模型的扩展, d为使之成为平稳序列所做的差分阶数。
1.2 温度漂移分析
1.2.1 模型识别
对时间序列进行特性分析, 构造一阶差分序列的自相关函数和偏自相关函数。分析完成后, 如果模型的特征能够在计算结果中得到体现, 则说明ARIMA (p, 1, q) 过程能够和此时间序列相对应起来。如果不符合上述情况, 则在相关统计特性出现之前需要一直进行高阶的差分计算。如果时间序列中存在周期性波动, 则序列中间隔某一相同期数的相应数据点必然存在某种程度的相关关系。
1.2.2 ARIMA模型参数估计
ARIMA模型参数 (p, d, q) 的参数估计, 是指对己选出的模型参数进行估计, 需要利用有关样本数据来完成上述参数估计。此过程需要估计出p个自回归参数1, 2, …, p, q个移动平均参数θ1, θ2, …, θq。在完成时间序列的阶次的拟合和模型结构的判定后, 接下来要拟合模型参数1, 2, …, p, θ1, θ2, …, θq。
ARMA模型阶数的辨识方法, 被称为AIC (a-information criterion) 准则。AIC准则即最小信息量准则, 其准则函数以似然函数值和未知参数数量为变量。其中, 似然函数值是用来衡量模型拟合效果的最常用指标。
AIC准则的最佳准则函数以加权函数的形式表达参数个数和拟合精度的综合影响。
设{Xi, 1≤t≤N}为一时间序列的样本, 用AR (n) 模型对它进行描述。^σε2 (n) +2 (n+1) 代表拟合残差方差, 定义AIC准则函数如下
SBC准则函数表示为:SBC=2ln模型的极大似然函数值+ln N模型中未知参数的个数
中心化ARMA (p, q) 模型的SBC准则函数为:
1.2.3 GARCH模型参数估计
在对传感器数据进行ARIMA建模之后, 需要判断残差序列是否具有条件异方差性。首先得到残差时序数据, 进行残差拟合。若拟合效果好, 则认为建立模型是合理的。否则, 重新修正。对于ARCH效应, 可采用Mc Leod-Li检验和LM检验。
Mc Leod-Li检验表达式为
式 (9) 中T为样本容量, p是设定的滞后阶数, ε是模型残差序列, rj2 (ε2) 是模型残差序列平方的j阶自相关系数。
LM检验:残差序列中直到p阶都不存在ARCH效应, 构建一个辅助回归计算
式 (10) 中是残差, 根据回归计算可以得到一个统计量T×R2, R2为方程的拟合优度, T是样本容量。
1.2.4 模型的综合
由上面的步骤可以得到GARCH模型的方程。并和ARIMA模型一起得到ARIMA-GARCH模型。
1.2.5 模型预测
当模型识别、参数估计和诊断检验依次进行, 并对所得到的时间序列预测模型较为满意后, 通过此模型进行序列预测则成为接下来要解决的问题。利用最终的模型, 可以计算得到航空发动机静电传感器的预测值。
2 实验分析
2.1 数据来源
数据由某型号涡喷发动机试车提供, 该实验发动机于2011年7月开始240 h寿命考核试车[11]。试车间隔阶段为1 h。静电监测从该发动机寿命试验第100阶段开始, 至第240阶段结束;第1 h静电传感器受高速气流的冲击导致线路连接处插头接地舍弃不用, 共有效监测139个阶段。
结合我国“传感器主要性能指标计算方法” (GB/T 18459—2001) 。使用如下常用计算公式作为零点温漂指标。
式 (11) 中是室温T1下传感器的零点平均值输出值;则是在温度T2保温1 h后, 传感器的零点平均输出值, 本实验中T2一般为某一较高温度;为在T1温度下传感器的理论满量程输出。
图1给出了静电传感器的原始漂移曲线, 它是每隔1 h采样计算所得的漂移数据。在验证过程中, 采用基于ARIMA-GARCH模型的建模方法对此漂移数据进行建模和数据预测。
2.2 实验分析
通过实验数据分析得AR (1) 模型, 均值估计值为0.188 24, 模型表达式为 (设温度漂移量为x)
通过实验数据分析得到MA (1) 模型, 为 (设温度漂移量为x)
分析得到被估计参数MA (1, 1) 与AR (1, 1) 的检验p值分别为0.027 5和0.611 7, 均大于检验水平0.001, 认为ARMA (1, 1) 模型下的两个未知参数检验不显著, 使用此模型建模未达到检验水平。采用ARIMA模型继续分析。
根据AIC和SBC原则, ARIMA (1, 1, 0) 、ARIMA (0, 1, 1) ARIMA (1, 1, 1) 模型的AIC和SBC信息量分别为:201.886 8和206.625 7、199.408 1和204.147、201.157 6和208.266。得出ARIMA (0, 1, 1) 拟合原序列的AIC和SBC的信息量最小。故最优后的温度漂移应该是ARIMA (0, 1, 1) 序列, 即MA (1) 模型xt=0.186 19+xt-1+εt-0.523 24εt-1。对ARI-MA (0, 1, 1) 模型进行序列自相关分析 (图2) 。
由图2可以看出, 1阶差分后的序列已经具备了自相关系数的1阶截尾性。延迟一阶之后的自相关系数满足2倍标准差的条件, 可以判定序列具有短期相关性。
2.3 GARCH模型分析
在ARIMA (0, 1, 1) 模型的基础上建立条件异方差模型, 分析可得残差平方的自相关系数2阶截尾, 偏自相关系数1阶截尾。说明:残差的方差是由前期扰动项决定的, 因而具有较强的ARCH效应。也就是说静电传感器未来的温度漂移和历史的温度漂移有关系。所以可建立GARCH (2, 1) 模型。
建立模型结果为:
式中, ut为剔除了线性漂移后的时间序列, σt2为ut的方差。描述拟合效果的统计量见表1。
从各个统计量来看, 拟合方程效果很好。由于考虑了残差序列的条件异方差性, 其方差不再是定值, 而是一个需要分析的变量。对残差使用Mc Leod-Li检验和ARCH LM检验进行分析。
分析拟合后残差的Mc Leod-Li检验和ARCH LM检验, 如图3和图4所示。两种检验大多数点都落在了95%置信区间内 (图3和图4红线标示了5%) , 只有少数落在了95%附近。因此, 建立GARCH模型后, 静电传感器的温度非线性漂移 (即ARCH效应) 得到了修正。
2.4 数据预测
建立的ARIMA (0, 1, 1) -GARCH (2, 1) 模型预测结果 (部分) 如表2所示。表中第一列表示观察值序号;第二列列出的是序列各期的预测值, 第一步的预测值是20.574 4 uv/℃。第三列表示预测的标准差;第四列与第五列分别表示预测值95%的置信上限和置信下限。
为了观察模型的预测效果, 本文将原序列图、序列拟合图、预测值95%的置信上限和下限画在一起, 具体图形如图5所示。
根据图5的结果可以发现本文所提出的模型预测结果理想, 能够较好地预测出发动机传感器的温度, 能够将长时间的高温实验对传感器稳定性造成的影响能够控制在合理范围内。
3 总结
本文采用ARIMA-GARCH模型对传感器温度的线性和非线性漂移进行了建模预测, 找出温度漂移数据的变化规律。对于线性漂移, 滞后1阶的样本自相关系数大于2倍标准差, 说明该温漂序列具有短期相关性。对于非线性漂移, 残差平方的自相关系数2阶截尾, 偏自相关系数1阶截尾, 说明具有ARCH效应。研究结果表明, 在不影响信度的情况下, 本文提出的模型能够更加精确的预测发动机传感器的温度。
目前, 在其他类传感器如文献[12, 13]等分析了ARCH效应的特性。下一步, 将研究多种传感器融合下的温度漂移特性。
摘要：高稳定性的传感器是传感器设计追求的目标, 其中温漂是影响设计传感器性能稳定性的主要因素。采用ARIMAGARCH模型对传感器温度的线性和非线性漂移进行了建模, 找出温度漂移数据的变化规律。对于线性漂移, 滞后1阶的样本自相关系数大于2倍标准差, 说明该温漂序列具有短期相关性。对于非线性漂移, 残差平方的自相关系数2阶截尾, 偏自相关系数1阶截尾, 说明具有ARCH效应。研究结果表明, 在不影响信度的情况下, 提出的模型能够更加精确的预测置信区间, 表明长时间的高温实验对传感器稳定性造成的影响能够控制在合理范围内。
轿车温度传感器分析 篇4
关键词：单片机,温度控制,温度传感器
引言:温度是生活及生产中最基本的物理量, 它表征的是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。在很多生产过程中, 温度的测量直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。因此, 温度的测量在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。近年来, 温度的检测在理论上发展比较成熟, 但在实际测量中, 如何保证快速实时地进行采样, 确保数据的正确传输, 仍然是目前需要解决的问题。
在温度的测量技术中, 接触式测温发展较早, 这种测量方法的优点是:简单、可靠、低廉, 测量精度较高, 一般能够测得真实温度;但由于检测元件热惯性的影响, 响应时间较长, 对热容量小的物体难以实现精确的测量, 并且该方法不适宜于对腐蚀性介质测温, 不能用于极高温测量, 难于测量运动物体的温度。非接触式测温是通过对辐射能量的检测来实现温度测量的方法, 其优点是:不破坏被测温场, 可以测量热容量小的物体, 适于测量运动温度, 还可以测量区域的温度分布, 响应速度较快。但也存在测量误差较大, 仪表指示值一般仅代表表观温度, 结构复杂, 价格昂贵等缺点。因此, 在实际的测量中, 要根据具体的测量对象选择合适的测量方法, 在满足测量精度要求的前提下尽量减少人力和物力的投入。
1 温度测量系统的功能要求
温度测量系统主要分为两大部分:现场温度测量仪表和上位机程序。现场温度测量仪表主要用于建立标准的高精度温度场, 并在温度传感器将温度转换为数字信号后将现场温度信号传送到上位机。上位机程序负责接受下位机的数据并以作出相应的处理动作或供人工查询操作。
1.1 现场温度控制仪表
(1) 温度的测量和显示功能:对于工作现场的温度的实时测量, 显示实际的测量温度以及目标控制温度的值; (2) 工作参数的设定功能:温度测量现场仪表的工作参数可以重新设定, 方便根据实际的工作环境选择最佳的工作参数; (3) 远程通信功能:现场温度测量仪表可以把测得的温度的值、工作参数传送给上位机。
1.2 上位机程序:
(1) 串口通信功能:从PC机串口读取现场仪表传送上来的各项数据; (2) 界面显示:显示每台表的工作状态以及每台表所测量得到的温度值; (3) 历史数据的保存:把下位机传送上来的数据按年、月、日保存在PC机中可以供以后调档查看; (4) 打印功能:可以打印历史数据, 温度曲线。
2 温度测量系统的主要性能指标
输入种类:DS18B20数字输入;输入点数:1个;温度控制范围:-55℃~125℃;测量误差:<±0.5℃;显示:LED显示;通信接口:RS485
3 系统概述
欲对温度进行实时测量和监控, 必须要有一个现场测量, 显示, 现场修改参数, 并将测量结果直接传回上位机的完整系统.DS18B20数字温度传感器, 9位数字量表示温度值, 分辨率0.5℃, 且能在1秒内完成被测温度的数值转换.它的温度报警限设定值TH和TL存放在非易失性存储器中, 掉电后不会丢失, 并可自由设定, 因此对于随时调整现场温度监控监控报警标准提供了很大的便利.因此, 由温度传感器, 单片机, 上位机构成了一个闭环系统, 可随时监控现场温度并调整监控状态。
数字传感器采用美国DALLAS公司生产的DS18B20数字温度传感器, 用于检测环境温度, 并将温度直接转换为数字信号。控制部分采用ATmega8单片机作为核心部件。采集到的温度通过LED显示输出。现场可采用键盘对系统进行简单的操作, 便于适应工业现场的多变需求。通过RS485通讯模块, 将采集到的信息传送给上位机, 便于上位机处理现场信号, 并发送指令给温度测量装置。
4 系统硬件设计
4.1 单片机概述
单片机诞生于20世纪70年代, 象Fairchid公司研制的F8单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元 ( (Center Processing Unit, 也即常称的CPU) 和数据存储器 (RAM) 、程序存储器 (RAM) 及其他I/O通信口集成在一块芯片上, 构成一个最小的计算机系统, 而现代的单片机则加上了中断单元, 定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路, 使得单片机的功能越来越强大, 应用更广泛。
4.2 ATmega8单片机
ATmega8是ATMEL公司在2002年推出的一款新型的AVR高档单片机, 其芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路, 具备AVR高档单片机MEGE系列的全部性能和特点。由于采用了小引脚封装 (为DIP28和TQFP/MLF32) , 价格仅和低档单片机相当, 再加上AVR单片机的系统内在可编程特性, 使得无需购买昂贵的仿真器, 只需要一条编程下载线就可以进行单片机嵌入式系统的设计和开发, 这尤其适合非专业的研究人员掌握应用于系统的设计与开发。
ATmega8是一款采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVR RIS侧精简指令集) 结构的8bit单片机。AV R单片机的核心是将32个工作寄存器和丰富的指令集连接在一起, 所有的工作寄存器都与ALU (算术逻辑单元) 直接相连, 实现了在一个时钟周期内执行的一条指令同时访问 (读/写) 2个独立寄存器的操作。这种结构提高了代码效率, 使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期。因此, ATmega8可以达到将近1 MIPS/MHz的性能, 运行速度比普通的单片机高出10倍。
结语
ATmega8的主要性能特点如下: (1) 高性能、低功耗:8bit AVR微控制器, 先进的RISC精简指令集结构, 130条功能强大的指令, 大多数为单周期指令, 32个8B的通用工作寄存器, 工作在16MHz时具有16MIPS的性能;片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器。8 kB的Flash程序存储器, 可擦写次数大于10, 000次;512B的E2PRROM擦写次数至少100, 000次;支持可在线编程 ( (ISP) 和可应用自编程 ( (IAP) :可编程的程序加密位; (2) 丰富强大的外部接口性能:3个PWM通道, 可实现任意lbb以内的、相位和频率可调的PWM脉宽调制输出;6通道A/D转换;一个12C的串行接口, 一个可编程的USART接口;一个支持主/从、收/发的SPI同步串行接口;2个带预分频的8b定时/计数器, 1个带预分频的16b定时/计数器;带片内RC振荡器的可编程看门狗定时器。正是由于这些特性才实现了系统中的温湿度检测、红外学习遥控等功能; (3) 特殊的微控制器性能:可控制的上电复位延时电路和可编程的欠电压检测电路:内部和外部共18个中断源:5种休眠模式 (空闲, ADC噪声抑制, 省电, 掉电, 待命) 。
参考文献
[1]雷少刚.基于AD590组成的温度测量电路及应用[J].西安航空技术高等专科学校学报, 2007, (03) :21-22
[2]唐亚明, 徐保磊, 吕永东, 李建龙.热电偶冷端补偿电路在物理实验中的应用[J].实验科学与技术, 2007, (06) :6-7
轿车温度传感器分析 篇5
石油测井是石油工业中最基本和最重要的环节。井下环境具有高温、高压的特点, 地磁、地电等外界环境也会产生较大的干扰, 导致一般材料的传感器在井下作业时不能精确测量井下的数据。陶瓷材料的耐高温性能极好, 且具有优良的耐磨性和耐化学腐蚀性能, 陶瓷优异性能能满足井下复杂工况的作业条件, 所以陶瓷传感器在石油测井应用方面有极其广阔的前景[1]。
本文针对石油测井陶瓷在烧结过程中经常遇到开裂的问题, 应用有限元法研究陶瓷烧结过程中的降温阶段温度场变化, 分析不同的降温曲线对陶瓷坯体内部温度场的影响规律, 为优化烧结工艺提出理论据。
1 三维有限元模型的建立
1.1 建立几何模型
本文模拟烧结对象为石油测井陶瓷传感器电极, 成分为Al2O3[1]。
1.2 定义材料性能参数
Al2O3陶瓷热物性参数见表1, 弹性模量为200 GPa, 泊松比为0.3。
1.3 边界条件及载荷的施加
已知陶瓷坯体在1 200℃环境下保温1 h后进行冷却。温度载荷施加分为2类:
1) 等斜率烧结曲线。从1 200℃开始分别按照15°、30°、45°的烧结曲线加载, 如图1所示。
2) 变斜率烧结曲线。切线斜率逐渐变大 (上凸) , 切线斜率逐渐变小 (下凹) 。等时间下的直线斜率及变斜率烧结曲线对比图如图2所示。
2 降温过程中温度场的计算及结果分析
2.1 不同等斜率烧结曲线下的温度场的分布
在降温阶段, 降温至30℃左右时不同烧结曲线下可以知道, 最高温度集中在圆孔的下端面区域, 而两端面最大圆角区域温度值最低。这是由于传热过程中陶瓷体厚壁降温比较慢, 而薄壁区降温比较快。
在ANSYS热分析后处理模块中, 温度梯度表示单位长度内的温度变化速率, 温度梯度越小表示受热时间越长, 在相变过程中产生的残余应力就相对较小[3,4]。在降温结束阶段, 随着烧结曲线斜率的增加, 即降温速率的变快, 陶瓷坯体整体的温度梯度数值有增大的趋势。且切线斜率在一定范围内波动时 (约30°以前) , 温度梯度数值变化幅度较小, 切线斜率超过30°后, 随着斜率增加温度梯度数值有明显变大的趋势。综合考虑时间与烧结性能, 选取30°烧结曲线为最佳。
2.2 变斜率烧结曲线下的温度场的分布
将30°等斜率烧结曲线转化为变斜率烧结曲线, 说明变斜率烧结曲线对陶瓷烧结性能的影响。现选取垂直于薄壁区域中心且平行于陶瓷坯体前后两端的截面为研究对象, 进行温度场的分析, 截面如图3所示。降温过程中, 不同烧结曲线下截面温度梯度在1 200 s时刻分布云图如图4所示。
从陶瓷坯体中选取4个有代表性的节点A、B、C、D如图3所示, 得到不同烧结曲线下温度梯度随时间变化曲线图, 如图5所示。
由图5可知, 在三种烧结曲线下, 在同一时刻节点A温度梯度数值始终最大, 节点D次之, 节点B、C温度梯度相对较小, 这是由于陶瓷坯体自身结构复杂, 厚薄不一, 薄壁区域传热快, 而端面区域传热相对较慢。
在降温过程中, 采用等斜率的烧结曲线, 各节点温度梯度随时间有变大的趋势, 但变大的速率趋于平缓;采用下凹烧结曲线, 各节点温度梯度开始随时间逐渐变大, 达到一个最大值后温度梯度随时间逐渐减小;采用上凸烧结曲线各节点温度梯度随时间逐渐变大, 且变化趋势越来越大。从数值上比较可知, 采用下凹的降温烧结曲线, 最大温度梯度为1 800℃/m左右, 小于等斜率曲线下的2 020℃/m及上凸曲线下的3 240℃/m。且在降温终了阶段, 下凹曲线下温度梯度数值为80℃/m左右, 均远低于等斜率曲线和上凸烧结曲线下的数值。
3 结论
1) 不同等斜率的降温曲线对陶瓷烧结性能有显著影响, 主要体现在采用斜率大 (即升温速率快) 的烧结曲线, 能减少烧结时间, 但会增加烧结过程中的温度梯度, 降低陶瓷的烧结性能。针对本文的烧结对象, 采用30°的烧结曲线为宜。
2) 变斜率的降温曲线会对陶瓷烧结产生明显影响, 采用下凹斜率的降温曲线, 能大大降低温度梯度, 提高烧结性能。
摘要：在陶瓷烧结降温过程中, 对不同温度曲线下的温度场分布进行了有限元分析, 并将模拟结果进行了对比。结果表明, 不同斜率的烧结曲线对陶瓷烧结降温过程中温度场的分布有显著影响, 综合考虑时间与烧结性能, 采用30°等直线斜率的烧结曲线最佳, 下凹的变斜率温度曲线有助于改善烧结性能, 上凸的变斜率曲线则相反。
关键词：陶瓷烧结,降温过程,温度曲线,有限元
参考文献
[1]杨雄, 刘昌明, 吴文秀.测井陶瓷探头真空扩散焊接工艺正交优化试验[J].热加工工艺, 2008, 37 (21) :3-5.
[2]尹虹, 胡晓力.陶瓷烧成过程中温度场数值模拟及仿真[J].中国陶瓷, 2003, 39 (3) :12-14.
[3]沈骏, 贺建苍.降低陶瓷材料烧结温度的探讨[C]//电工陶瓷第六次学术年会暨学术交流会论文集, 2000:61-66.
[4]周海球, 肖汉宁.热分析技术在陶瓷材料烧结过程中的应用研究[D].长沙:湖南大学, 2012.
轿车温度传感器分析 篇6
为了确认故障现象, 与车主一起试车。发动机起动不顺利, 要连续起动好几次, 且必须将加速踏板踩到底 (电喷车起动时不需要加油) 才能着车。着车后发动机很快就抖动起来, 且出现熄火迹象, 故障指示灯也一直亮着。为了避免再次起动, 只好迅速加油。车主见状说:就得这样, 脚不能离开踏板, 稍不留意就会熄火。在等一交通灯时, 由于只顾与车主聊天, 忽略了该车的“毛病”, 车子又熄火了, 起动了好几次才着车。
故障诊断:北京现代伊兰特轿车MFI控制系统 (电控多点燃油喷射系统) 电路如图1、图2所示。根据起动困难和怠速不稳的现象, 凭经验感觉可能是旋转滑阀式怠速马达被积碳卡住了。拆下怠速马达, 用小号“一”字螺丝刀压下阀片, 松手后阀片能快速回位, 怠速马达虽有积碳, 但并没有被卡住。为了保险起见, 用化油器清洗剂把怠速马达阀片及座清洗干净, 并用风枪吹干。
用北京现代Hi-Scan专用故障诊断仪读取故障码, 读出一个故障码“P0134”, 含义是“氧传感器不能工作”。为了判断该故障码是历史码还是新生码, 用诊断仪消码, 结果发现消除不了, 因此初步断定故障是由于氧传感器失效引起的。
氧传感器安装在排气管上, 有2个, 分别位于三元催化转化器的前后。后氧传感器主要用来监测三元催化转化器的工作好坏, 一般故障多发生在前氧传感器。伊兰特轿车采用四线式氧化锆型前氧传感器, 传感器内侧与大气相通, 外侧与排气接触。在高温下, 当内、外侧的氧浓度存在差别时, 通过氧离子产生电位差。前氧传感器将这一电位差信息传给发动机控制单元 (ECU) , ECU据此控制喷油量, 从而把混合气的浓度调节在理论空燃比 (14.7∶1) 附近。氧传感器相当于混合气的浓度开关, 是电喷发动机实行闭环控制不可缺少的重要部件。
前氧传感器加热丝的电阻值一般为5～7Ω, 如果加热丝烧断, 氧传感器很难达到正常的工作温度。前氧传感器提供的电位差信号范围为0.1～0.9V, 且在这个范围内快速波动, 波动频率一般为30次/min左右。当电位差信号在0.1～0.3V之间时, ECU判定为混合气偏稀;当电位差信号在0.6～0.9V之间时, ECU判定为混合气偏浓;当信号在0.45V左右为最佳。如果氧传感器在一定时间内没有0.45V左右的信号电压输出, 或者信号电压波动频率不符合标准, ECU即认为氧传感器失效。
氧传感器端面的颜色正常应为淡灰色, 若呈棕色, 是由于“铅”中毒引起的;若呈白色, 是由于“硅”中毒引起的;若呈黑色, 则是由于积碳引起的。
根据故障码的提示, 在发动机室拔下前氧传感器插头, 用万用表电阻档测量3号与4号端子之间的电阻为6Ω (标准值为5～7Ω) , 说明传感器加热丝良好;测量1号端子与搭铁之间的电阻为∞, 说明没有搭铁现象;测量1号与2号、1号与3号端子之间的电阻都是∞, 说明均没有短路现象。
拆下仪表台左下护板, 找到发动机控制器 (PCM) , 拔下PCM的连接线束, 将万用表的一根表笔接到8号针脚上, 另一人在外面将另一表笔接到前氧传感器线束插头的3号端子上, 将万用表调到电阻档, 仪表显示为0.5Ω;再测量43号针脚与1号端子、59号针脚与2号端子之间的电阻值, 均为0.5Ω;接着测量蓄电池正极与传感器线束4号端子之间的电阻为0.6Ω, 正常。装复发动机PCM控制线束, 打开点火开关, 用万用表直流电压档测量前氧传感器插头4号端子与蓄电池负极之间的电压为12.6V, 也正常。
拆下前氧传感器, 观察顶端面呈淡灰色, 没有问题。找来同一型号车的前氧传感器进行替换试验, 故障现象依然存在, 故障指示灯仍然常亮。以上检测表明前氧传感器本身及线路没有问题, 至此维修思路陷入困惑中。
进行动态测试。在前氧传感器插头的1号和2号端子上分别小心地插上大头针, 使大头针与线束里的铜线充分接触。起动预热几分钟后, 使发动机转速稳定在2500r/min左右, 用万用表直流电压档测量大头针上的输出电压, 其波动范围很小, 只在0.1～0.3V之间波动, 表明发动机混合气偏稀。检查各真空管、进气歧管均不漏气, 检查空气滤清器上盖到节气门体的进气软管也正常。起动发动机, 在各气管连接处喷洒化油器清洗剂 (这是违规操作, 不提倡) , 发动机转速没有变化。
检查燃油压力。伊兰特轿车采用可防止高温燃油从发动机流回油箱的无回油管供油系统 (RLFS) , 机械式燃油压力调节器, 无真空管, 过度供给的燃油可在燃油泵内进行回油, 也就是回油管在燃油泵里。从发动机室保险盒中取出燃油泵继电器, 起动发动机, 释放燃油压力。燃油泵位于后排座位下的油箱内, 为了便于检查, 自制了一个“三通”接头。将空气滤清器上盖与节气门的连接软管取下来, 从燃油共轨上拆下供油软管, 接上“三通”接头和燃油压力表。插回油泵继电器, 起动发动机, 压力表显示油压为245kPa, 在标准值 (235～314kPa) 范围内;熄火10min后, 油压也没有明显下降。
检查喷油嘴。断开喷油嘴总线束插头及各喷油嘴线束, 拆下供油软管和燃油共轨, 取出喷油嘴, 用万用表检测喷油嘴线圈的电阻, 4个喷油嘴阻值均在标准值 (13～17Ω) 范围内。插回喷油嘴总线束, 将点火开关置于“ON”位, 用万用表直流电压档分别测量4个喷油嘴线束的高电平和低电平, 4个喷油嘴的高电平都有12.6V, 低电平均为0V。将各喷油嘴装到油嘴分析仪上通电检测, 4个喷油嘴均喷出锥度约30°且雾化良好的油雾。观察数分钟, 4个喷油嘴喷出的油量相差不大, 在允许范围内, 断电后4个喷油嘴均未见滴漏现象。
以上检查证明该车气路、油路不存在异常。考虑到发动机怠速发抖, 进一步检查点火情况, 各缸高压线不存在破损漏电情况。拆下4个火花塞, 清理积碳后, 用塞规将电极间隙统一调整至标准范围内 (1.0～1.1mm) 。将火花塞逐一插回各缸高压线, 打起动机观察, 火花塞都跳出强烈的蓝色火花。
由于以上检查没有发现问题, 转而检查其它可能引起混合气偏稀的传感器。
检查水温传感器。拔下线束插头, 拆下水温传感器, 用万用表测量其1号与3号端子 (由于水温传感器是与水温表感应塞为一体的, 所以有3根线, 1号和3号端子是传感器的热敏电阻) 间的电阻为1.8kΩ。在纸杯内装上约80～90℃的热水, 将传感器放入热水中, 1号与3号端子之间的电阻变为0.36kΩ;将纸杯内的水温调整至30～40℃, 1号与3号端子之间的电阻变为1.1kΩ。以上结果符合水温传感器热敏电阻负温度系数的特性, 表明水温传感器是良好的。
拆下仪表台下护板, 取出发动机控制器PCM总线束, 测量31号针脚与1号端子之间的电阻为0.5Ω, 73号针脚与3号端子之间的电阻也是0.5Ω, 1号、3号端子导线之间不存在短路现象。装回水温传感器, 恢复线路。
检查节气门位置传感器。先用化油器清洗剂把节气门里面清洗干净并用布擦干。拔下传感器线束插头, 测量1号与3号端子之间的电阻, 用一只手慢慢打开节气门, 电阻值在1.1～4.0kΩ之间随节气门开度的加大而增加。插回各线束插接器, 将点火开关置于“ON”位, 给1、2、3号端子插上大头针, 用万用表直流电压档测量2号与3号端子之间的电压为5V;1号与2号端子之间的电压为0.4V, 慢慢转动节气门, 电压随之增大, 节气门完全打开时电压为4.5V, 均正常。
检查进气温度传感器和进气压力传感器。伊兰特轿车上这2个传感器制作成一体, 安装在节气门与进气门之间的进气歧管上, 2个传感器共用一条搭铁线。拆下传感器线束插头, 把传感器拿到别的运转着的汽车排气管口处, 用万用表测量3号与4号端子之间的电阻, 开始时为0.9kΩ, 很快就变为0.8kΩ、0.75kΩ, 随着温度的升高电阻值下降, 说明进气温度传感器正常。用万用表测量PCM线束插头60号针孔与1号端子之间的电阻为0.5Ω、44号针孔与2号端子之间的电阻为0.6Ω、56号针孔与3号端子之间的电阻为0.5Ω、48号针孔与4号端子之间的电阻为0.5Ω。再测量1、2、3、4号端子之间的搭铁情况, 电阻都是∞, 说明线路正常。
由于进气压力传感器直接安装在进气歧管上, 没有真空管接口, 不方便用真空枪来检测, 所以只好将其装回原位, 插好线束。给1、2、4号端子插上大头针, 用万用表直流电压档测量2号与4号端子之间的电压为5V, 说明有信号电源。起动发动机, 测量1号与4号端子之间的电压为1.5V, 慢慢打开节气门直至全开, 电压值没有变化, 这不符合信号电压应随着节气门开度的增大而增大的规律, 于是怀疑此传感器有问题。
换上一个新的进气压力传感器, 发动机很顺利地起动了, 故障码也可以清除了。为了保险起见, 又到外面试了一圈车, 故障没有再现, 说明故障已彻底排除。
为了搞清楚故障的具体原因, 用手砂轮小心地打开进气压力传感器, 发现原来是传感器内的膜片边缘发生了轻微的脱落, 导致感应电压不能随气压的变化而变化, 即PCM只能得到虚假的进气量信号, 相应地提供稀混合气, 前氧传感器输出长的低电平反馈信号, 缺少频率的变化, 使PCM误以为前氧传感器出现故障。
轿车温度传感器分析 篇7
故障检查:接车后,用故障诊断仪Tech 2读取发动机故障码,无故障码显示。由于空调压缩机不工作,所以先检查空调系统。拔下空调压缩机电磁离合器接线插头,给电磁离合器两端子加蓄电池电压,电磁离合器吸合,说明电磁离合器正常,导致压缩机不工作的原因可能是空调控制电路。
因为电磁离合器是受空调压力开关控制的,所以先检查空调压力开关。经检查,发现空调压力开关插头松动(空调压力开关在空气滤清器正下方,见图1)。将空调压力开关插头插牢,起动发动机,打开空调开关,10s后压缩机开始工作,但散热器风扇不转。又过了几分钟,散热器风扇还是不转,十几分钟后,出现发动机温度过高现象。
发动机温度过高的原因有:冷却液量不足或变质;散热器前部有灰尘;冷却系统管路泄漏或堵塞;节温器打不开;点火正时过迟或过早;散热器风扇损坏;散热器风扇控制电路故障;水泵故障;气缸盖和气缸体裂纹、堵塞;水泵皮带松动等。
经检查,散热器前部没有灰尘,水泵皮带松紧度正常,冷却液液面高度偏低。加足冷却液后试车,故障仍然存在。因冷车起动后怠速和加速都良好,所以可以确定点火正时没有问题。分析引起故障的原因可能是散热器风扇和散热器风扇控制电路。
先用故障诊断仪Tech 2检查风扇是否工作,具体步骤如下:
(1)打开点火开关(不起动发动机),连接故障诊断仪Tech 2,进入“Powertrain”(发动机动力系统),选择“F2-Special Function”(特殊功能),按回车键后进入以下界面:
(2)选择“F0-Engine Output Controls”(发动机输出控制)，按回车键后屏幕显示：
(3)选择“F0-Fan Relay”(风扇继电器),按回车键后屏幕显示:
(4)选择“F0-Fans Low Speed”(风扇低速控制),按回车键后屏幕显示:
选择“on”,主、辅散热器风扇都不运转(正常情况下主、辅散热器风扇应同时低速运转)。
(5)返回到步骤(3),选择“F1-Fans High Speed”(风扇高速控制),按回车键后屏幕显示:
选择“on”,主、辅散热器风扇均不运转,5s之后风扇还是不运转(正常情况下主、辅散热器风扇应同时高速运转)。
通过以上检查可以判断,该车主、辅散热器风扇没有高、低速。引起这种故障的原因主要是主、辅散热器风扇损坏或其控制电路有问题。为了判断主、辅散热器风扇是否损坏,拔下主、辅散热器风扇插头,直接给主、辅散热器风扇施加蓄电池电压,两个风扇都能高速运转,说明风扇没有问题,故障可能是由风扇控制电路引起的。上海别克君威2.0轿车发动机散热器风扇控制电路如图2所示。
1)风扇的低速控制
当冷却液温度超过106℃或空调系统工作(空调压力传感器电压为2.0V)、点火开关闭合且冷却液温度超过140℃时,动力系统控制模块(PCM)控制散热器风扇低速运转。此时,C1-6端子搭铁,为继电器12提供搭铁回路,继电器12工作(别克君威2.0轿车继电器、熔断丝的安装位置如图3所示,其示意图如图4所示),此时主、辅两个散热器风扇串联,每个风扇的工作电压为供电电压的一半,主、辅散热器风扇同时低速运转,其电流路径为:熔断丝6→散热器风扇低速继电器12的触点30、87→主散热器风扇电机→散热器风扇控制继电器9的触点30、87A→辅助散热器风扇电机→搭铁(G117)。
2)风扇的高速控制
当冷却液温度超过110℃,空调制冷剂压力大于1.67MPa(空调压力传感器电压为2.5V)时,PCM控制散热器风扇高速运转。此时,C1-6端子和C1-5端子均搭铁,为继电器9、10和12提供搭铁回路,此时主、辅两个散热器风扇并联,每个风扇都有单独的搭铁通路,因而风扇以高速运转。
主散热器风扇的电流路径为:熔断丝6→继电器12的触点30、87→主散热器风扇电机→继电器9的触点30、87→搭铁(G117)。
辅助散热器风扇的电流路径为:熔断丝21→继电器10的触点30、87→辅助散热器风扇电机→搭铁(G117)。
分析散热器风扇控制电路可以得出以下几点结论:
(1)若C1-6端子不能搭铁、熔断丝6烧断、散热器风扇控制继电器9或散热器风扇低速继电器12损坏,会导致左侧的主散热器风扇没有高、低速,辅助散热器风扇只有高速没有低速的现象。
(2)若C1-6端子和C1-5端子同时不能搭铁、熔断丝6和熔断丝21同时烧断、继电器12、9、10同时损坏、搭铁点G117不能搭铁,会导致主、辅散热器风扇没有高、低速的现象。
(3)若继电器9损坏、熔断丝21烧断,会导致主、辅散热器风扇只有低速没有高速的现象。
故障排除：根据上述分析，判断该车故障属于第(2)种情况。检查熔断丝6和熔断丝21，发现熔断丝正常，但熔断丝21烧断，并发现烧断的熔断丝是10A的，遂更换了一个15A的熔断丝。然后，用一根导线一端与C1-6端子连接，另一端搭铁，主、辅散热器风扇仍不工作。再用导线将散热器风扇低速继电器的触点87A和30短接，两个风扇均低速运转，说明继电器12没有问题，问题可能是继电器9的触点3和87A接触不良。更换继电器9后试车，发动机不再出现高温，冷却液温度报警灯不再点亮，两个风扇均工作正常，故障排除。
总结：该车由于空调压力开关插头松动，导致压缩机电磁离合器不吸合，即使打开了空调开关，空调压缩机也不工作。又由于继电器9的触点30和87A接触不良，导致主、辅散热器风扇没有低速;熔断丝21烧断，导致主、辅散热器风扇没有高速。
这例故障的排除告诉我们，在遇到一些无故障码显示的故障时一定要认真分析控制电路的原理根据原理分析故障原因，这样才能事半功倍。此外，对用电设备不能随便换用额定电流过大或过小的熔断丝，使用额定电流过大的熔断丝，容易导致用电设备烧坏，使用额定电流过小的熔断丝，容易导致熔断丝烧断。
轿车温度传感器分析 篇8
现代的汽油发动机,为了提高其动力性与经济性,通过选取最大的点火提前角或增大压缩比来实现。但点火提前角过大,会使发动机活塞上行还未到达上止点时,电火花就点燃混合气,令混合气提前点燃做功,产生对上行的活塞进行反冲的阻碍作用,这样很容易引起燃烧爆震。而燃烧爆震会使发动机气缸活塞组受高压作用,使机体及冷却系统过热,以致功力下降,油耗上升,甚至还可使活塞顶部产生积碳或溶化。为了使发动机功率发挥到最佳状态而又不发生爆震现象,必须要将点火提前角控制在爆震发生的临界数值上,其最有效的方法是装用爆震传感器,使其感知爆震发生时压力波的信号,进而自动推迟点火提前角至最佳值,达到自动消除爆震的目的。但若爆震传感器有故障,则会将造成发动机的控制失调,影响发动机的使用性能。
1、故障现象
有一台皇冠3.0轿车,因冷却液泄漏造成严重损坏,进行大修后不足2个月,车主则反映,车辆在刚修好后基本是正常的,但近期却出现冷、热车都启动困难且高速无力的现象,时速行驶在100km/h时,就感到动力不足,加速无力。检查车辆,故障指示灯不亮,显示电控系统无故障码存在。启动车辆,发动机有启动征兆,但需连续启动很长时间才能启动成功,路试感觉发动机发闷无力,最高车速勉强达到100km/h。
2、故障原因分析
此车刚大修不久,经观察,启动后工作平稳且无机械异响,可以说机械原因造成此故障的可能性甚微。该皇冠3.0装备的是直列六缸2JZ-GE电子控制D型多点汽油喷射发动机,电控单元ECU是依据曲轴位置信号进行判缸,在燃油压力正常的情况下,根据启动信号、转速信号、冷却液温度、节气门位置等信号,以ECU内存信息为基准,通过计算比较后进行启动时点火正时与空燃比的控制,启动后ECU根据进气歧管压力、发动机转速、节气门位置等信号决定最佳点火提前角及空燃比,而且根据进气温度、冷却液温度、爆震等信号对点火提前角及空燃比进行修正,以此达到最佳的控制。通常,根据工作原理分析,造成发动机启动困难或高速无力故障有以下原因:
1)起动困难:
(1):燃油压力过低;
(2):点火正时失准;
(3):水温传感器损坏;
(4):怠速阀卡死进气不良;
(5):爆震传感器损坏。
2)高速无力:
(1):燃油压力过低;
(2):点火正时失准
(3):节气门位置传感器损坏;
(4);进气歧管压力传感器损坏
(5):爆震传感器损坏。
3、故障诊断与排除
根据以上分析,对有可能产生故障的部分进行检测:
(1):油压检测。连接好燃油压力表后,起动发动机,测得燃油压力:怠速为234kpa,符合原厂怠速标准(228—255kpa)的要求,拔掉油压调节器接管,真空压力为305kpa,也符合原厂标准(225—315kpa)的要求。夹紧回油管检测油压升到475kpa,也符合应比怠速油压高150—300kpa标准,证明系统油压正常。
(2):点火正时测试。预热发动机后,将转速表的探头与检查
连接器的IG“-”连接(注意:转速表探头不得再碰触车身或搭铁,否则会损坏点火器),用连接线连接TE1和E1端子,用正时灯照射曲轴皮带上的正时标记,发动机在怠速时(700r/min),点火提前角为上止点前8度,而此车原厂标准是10度,稍慢了一点。
经上述的测试,我注意到点火提前角稍慢,这稍慢的点火正时,按常规也不至于引至启动困难和高速无力。但检查分电器发现调整范围己到尽头,不能再调。是什么原因引起的呢?用起动机带动发动机运转,此时检查点火正时,结果点火提前角在上止点前1—2度,明显反映点火提前角过小,这一发现促使我更怀疑故障是点火正时的影响所致,于是,检查空转高速与带负荷高速时的点火正时。这一检查,问题就出来了,高速空转尚可,带负荷高速时点火提前角明显失调,车速一过65km/h,点火提前角就只有5—6度,大大低于正常的提前角20—25度这一范围。是什么原因造成点火提前角过小,而ECU的自诊断系统又未能检测出其故障码呢?这只能有两个可能,一是点火正时机械控制系统故障;二是ECU信号处理与控制系统的隐性(传感器)故障。经检查,正时齿轮记号对正,正时皮带松紧度适中,打开分电器盖,分火头也对正第一缸且稍偏前。由于分电器采用了微机控制点火系统,没有点火提前机构,分电器仅起到点火顺序分配高压电的作用。检查信号发生器的间隙及固定情况,以及中高压线及分火线、分火盖等,结果均为正常,说明机械系统无问题。由于电控单元ECU是根据发动机转速、进气歧管压力、节气门位置等信号决定最佳点火提前角,同时根据进气温度、冷却水温、爆震信号等来修正点火提前角的,所以ECU不能检测到故障并以代码形式储存起来,这应该为传感器的隐性损坏。我依据平时的工作经验对各传感器进行仔细的检测:
(1)进气歧管压力传感器检查。在UCC与E2间加5v电压,在几种状态下,检查PIM与E2间电压,传感器连接器连接如图1,检测结果见表1。
(2)节气门位置传感器检查:传感器的连接图连接如图2,检测结果见表2。
水温传感器、进气温度传感器检查。检测结果见表3。
上述的检查数据表明,进气歧管压力传感器、节气门位置传感器、水温传感器及进气温度传感器都正常。那么最可疑的就是爆震传感器了。由于爆震传感器分别装于机体两侧且拆装不太方便,故在关掉点火开关的情况下,我拔下爆震传感器的连接端子,凭着试一试的念头起动发动机。当起动机一转动,发动机马上能启动,且一连几次,都能顺利启动,此时发动机故障指示灯是点亮的。
常用的爆震传感器有磁电式和压电式2种,2JZ—GE发动机装用的是共振型压电式爆震传感器,其内部结构如图3,控制波形如图4,控制电路图如图5传感器安装在发动机缸体上,发动机爆震时产生的压力波传给缸体,使质量块产生作用力施加到压电晶体上,压电晶体两端产生电荷通过电缆传输到ECU (ECU已先预存一个固定爆震频率),ECU根据电荷信号,通过计算比较,对点火提前角进行自动控制。原理如方框图所示:
关闭点火开关后,用平时准备的连接端子插入爆震传感器连接座,并引出边线,然后用万用表检测爆震传感器两端子间及端子与发动机机体(外壳)间的电阻。其中,1号爆震传感器两端间电阻为690欧,端子与外壳间的电阻为无穷大;2号爆震传感器两端子间及端子与外壳均为无穷大,符合原厂标准,即1号爆震传感器已损坏。拆下此爆震传感器仔细检查,发现一侧有水渍,用手扳动未觉松动,但见有微裂缝,于是更换新件,插回连接端子,拔下EFI保险丝30秒,以消除试车时的故障码。再次试车,冷热启动都正常,进行路试,轻松就能跑上120km/h。第二天再次启动试车一切正常。
通常ECU监测到爆震传感器损坏,会启动自我保护系统,将点火提前角锁定在某一固定值(该车标准为10度),以保证发动机的正常起动与行驶,并点亮仪表板上的故障警告灯,发出警告。那么,这车为什么会同时出现冷热启动困难且高速无力,又无故障码显示的情况呢?
因为传感器有微裂纹并进了水,造成两信号引线间通过水渍产生电阻,这电阻只是使电脑ECU误认为爆震信号的正常信号,所以就发出控制推迟点火提前角和降低混合比的错误指令,致使冷、热启动困难。启动后,由于质量块振动,使端子间电阻暂时分开,ECU回复到接受正常的信号,使发动机回复正常状态。高速时,由于发动机高速运转使传感器内质量块振动频率加剧,两端间的电阻又重现,并传给ECU,从而又使ECU重新发出推迟点火提前角的错误指令,造成发动机高速无力。
4、结论
通过以上分析诊断,采取一系列排除方法,终于将这台皇冠3.0轿车发动机冷热车启动困难且高速无力的故障排除了。从中得出结论,这一故障只要是由于爆震传感器的短路故障,引起ECU接收错误的信号,进而发出错误指令所致的。
参考文献
[1]徐淼汪立亮张仕奇编著.现代汽车电子控制汽油喷射系统原理与检修.北京:电子工业出版社,2008.
[2]谢绍发编著.皇冠3.0 2JZ-GE发动机维修.广东:广东科技出版社,1999.