汽车水温传感器的特性分析与检测探讨

涂祖蕾

（云南能源职业技术学院，云南曲靖 655000）

0 引言

车辆水温传感器的操作功用对发动机的燃油喷发量有很大影响，进而影响其点火功用。当混合物太浓或太稀时，发动机的点火条件变差，将导致发动机难以启动和不均匀作业，此时请检查水温传感器是否正常作业。因而，把握车辆水温传感器的检测原理和故障诊断技巧、检测方法非常重要。

1 汽车水温传感器简介

1.1 水温传感器的结构与原理

水温传感器的中心是热敏电阻，它是具有负温度电阻系数的半导体。当水温高时，电阻将下降，否则电阻将越来越高。通过测试，当水温为-40 ℃时，热敏电阻的电阻约为30 kΩ；当水温为90 ℃时，热敏电阻的电阻约为1 kΩ。当冷却液温度改变时，热敏电阻的电阻值也相应改变，电阻的改变将导致电路中电压和电流的改变，电压改变会将信号发送到计算机中的ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）。ECU 能够根据电压信号和温度，从计算机的数据库中找到与电压信号相对应的冷却液温度，恰当操控和调整打针量。当水温低时，燃料的蒸发功能相对较差，浓混合汽将被提供给发动机，在发动机启动过程中能够附着在冷发动机上，有利于延长发动机的使用寿命。

1.2 水温传感器的作用

为了确保ECU 可以精确控制发动机的正常运行，其内部电路向发动机冷却液温度传感器提供5 V 直流信号，并检测其电压降，在必要的时候连续且精确地监视发动机冷却液的温度，以校准控制参数，精确地核算喷射脉冲宽度和排气净化。例如，在86 ℃下的发动机应喷洒比正常温度高10%的燃料，以使发动机快速预热并削减发动机的低温磨损；当温度升高到86 ℃以上时，发动机应喷洒较少的机油，并且温度应缓慢升高，因而其功用非常重要。

水温传感器将冷却水的温度转换成电信号，该电信号按如下方法输入电子操控单元：①查看喷射量，当温度较低时，添加打针量；②查看点火提早角，添加低温点火提早角，推迟点火提早角，避免高温爆燃；③调控怠速操控阀，当温度低时，电子操控单元根据水温感应信号操控慢速操控阀的动作得以进步速度；④调控废气循环阀。

2 汽车水温传感器的发展历程

依据水温传感器的功用，轿车上曾常见两种水温传感器：一种是与水温表匹配的水温传感器，另一种是发动机电子控制系统中运用的水温传感器。在轿车技术的发展中，与外表相匹配的水温传感器首次出现，但随着电子燃油喷射发动机的出现，电控发动机本身也需要特别的水温传感器，因此在前期的电控发动机轿车中，两个水温传感器一个用于水温表、一个用于发动机电子控制系统。随着技术的进一步发展，两个传感器已集成到可在网络中工作的新的车辆电气系统中：发动机电子控制系统完成水温检测，然后在CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）总线上共享水温信息，仪器从CAN 网络中获取水温信息以显示当时发动机温度，因此能够运用前两个传感器中的一个来作为水温传感器。

从用于水表的原始水温传感器开始，仅一根电线用于输出，传感器的另一端与外壳连接。这样，当水温传感器安装在发动机上时，水温计和水温传感器之间存在一系列联系。由于水温的变化，水温传感器的电阻发生变化，然后串联电路中的电流发生变化。水温表显示指针视点的变化，对应驾驶员当时要调查的温度。在电子操控发动机出现之后，在原有基础上增加了两线制水温传感器，该传感器专门用于发动机的电子操控系统。采用两根电线，是因为电子操控系统所需的水温信号相对准确，而壳体接地类型的电路简单，由发动机接地侧上的电流引起。由于测量信号的干扰，电子操控系统供给了特别的负极线，该负极线直接返回到发动机操控单元以完成精确的测量。其工作原理图如图1 所示。

某些车辆将两个传感器组合在一起以方便装置，例如比亚迪F3 采用图1 中的三线水温传感器。水温表中运用的传感器经过外壳接地，发动机中运用的水温传感器经过负极线衔接，显示应用中采用三线制水温传感器。在这种传感器的检测中，可以按照上述分析根据故障现象确认检测办法。

“时代超人”这一车型采用了四线制水温传感器，因为该型车的水温传感器不是由螺钉装置的，而是经过橡胶圈和弹性挡圈的装置办法装置的，因此传感器外壳不能作为电极，只能运用四线密封形式，因此该型车上采用四线水温传感器，并且两个传感器彼此独立。

图1 电控系统水温传感器

3 汽车水温传感器的特性

某些金属材料的电阻，其阻值随温度的升高而升高，但某些材料（如半导体）的电阻阻值随温度的升高而下降，这种电阻值随温度改变的器材称为热敏电阻。依据电阻的改变，大致可分为3 类：①正温度系数热敏电阻（PTC）在工作温度范围内，其电阻值随温度升高而升高的热敏电阻；②负温度系数热敏电阻（NTC）是其电阻值随温度升高而减小的电阻；③临界温度热敏电阻（CTR）是一种在临界温度下电阻值急剧减小的热敏电阻。

热敏电阻是向半导体材料中添加金属氧化物，根据所需形状在1000 ℃以上的高温下烧结制成的。根据氧化物的比例和烧结温度的不同，可以获得具有不同特性的热敏电阻。热敏电阻的工作温度范围为-20 ℃～+130 ℃，可用于检测水温和空气温度；工作温度范围为600 ℃～1000 ℃的热敏电阻通常用于检测发动机排气温度。

4 水温传感器的检测方法

4.1 电阻检测

（1）检查电阻。首先将点火开关转到关闭方位，卸下发动机的水温连接传感器导线，然后使用数字高阻抗万用表的Ω 档测试水温传感器的电阻值，以检测水温与电阻之间的联系是否相反。如果相反，则需要再次测验传感器。

（2）单次检查电阻。拔下冷却水温度传感器的连接器，从启动器上卸下传感器，将传感器放入盛有水的烧杯中，加热烧杯中的水，测量烧杯两头的电阻。水温传感器在不同的水温条件下运用万用表Ω 档，将测量值与车辆修理手册中的规范值进行比较，然后确定是否要更换冷却水温度传感器。

4.2 输出信号电压检测

测验热敏电阻后，有必要测验输出信号的电压。将卸下的水温传感器组装后，连通传感器的连接电路，将传感器的点火开关转到打开方位以发动发动机开关，然后用万用表测量传感器的两个端子，将测得的端子电压与冷却液电压进行比较。假如两个电压成反比，则表明输出信号电压正常，否则输出信号电压有故障。

4.3 温度传感器与ECU 连接线的检查

将万用表转到蜂鸣器位置，然后将万用表衔接到传感器和ECU 的两端。如果万用表播放“哔”声，则电路已衔接；如果万用表未播放蜂鸣声，则可能是衔接的电线之间开路或衔接器插头之间衔接不良，找出故障的具体原因，然后更换。

5 水温传感器的主要故障

5.1 热机启动困难

热机启动困难是指在发动机封闭并在发动机达到正常温度后再次发动时难以发动的故障。这种故障通常是由以下状况引起的：①水温传感器开路；②水温传感器的插接器已断开或与ECU 相连的线束中部已断开；③因为水温传感器的内部老化，电阻值保持在高位或仅在高电阻区域发生变化。以上3 个条件将导致传感器的电阻值大于实际值，而较大的电阻值将导致传感器向计算机输送较大的电压信号。根据此信号，发动机ECU判断冷却液温度相对较低，发动机ECU 向燃料喷发器发送低温燃料供给信号，以增加燃料喷发量。发动时，因为ECU 收到的信号低于现场冷却液温度，将控制喷发器喷发多于实际需要的燃料，这虽有利于冷发动，但是当发动机很热时，将很难发动。

5.2 冷启动困难

冷发动困难是指当发动机冷却液温度低时发动机很难发动，在发动机升温后便恢复工作。通常是由以下3 个条件引起的：①传感器内部短路，电阻值为0 Ω；②传感器的内部老化具有稳定的小电阻值，或电阻值仅在小电阻区域内变化；③传感器的电源线因为损坏而接地，电阻值为0 Ω。以上3 个条件会使传感器的电阻值小于实际值，会使电流和电压信号由较小的传感器发送到计算机。发动机ECU 向燃料喷发器发送高温燃料供给信号，以削减燃料喷发量。发动时，因为ECU 收到的信号高于现场冷却液温度，它将控制喷油器排放更少的燃料，由于混合汽不浓，发动机很难发动。当发动机温度较低时，最难发动；一旦引擎发动，发动机就可以正常作业而不会出现异常。

6 结语

随着轿车工业技术的不断发展，轿车发动机水温传感器的故障诊断技术不断更新。作为机电一体化的典型产品，发动机主要由微型计算机控制，其功用在很大程度上取决于发动机内部传感器的功用，并且发动机的大多数故障都来自传感器。因此，基于理论剖析和现场经验，有必要分析和检测传感器故障，以进一步改进和完善。