基于溫升合理性的機(jī)油溫度傳感器故障診斷研究

李志強(qiáng) 繆豐隆 李家榮

摘要：當(dāng)機(jī)油溫度傳感器在安裝孔中松動(dòng)以致脫落時(shí)，傳感器探頭不再和機(jī)油相接觸。此時(shí)傳感器輸出電壓信號(hào)仍在合理范圍內(nèi)，但計(jì)算出的溫度不再是真實(shí)的機(jī)油溫度值。提出一種基于溫升合理性的故障診斷算法，來準(zhǔn)確識(shí)別上述故障。最后建立模型并驗(yàn)證算法的有效性。

Abstract： When the oil temperature sensor is out of the installing position， the sensor sample pole is not touched with the oil fluid. But the sensor sample voltage is still in the valid rage. The result is that the calculating temperature according to the sensor sample voltage is different with the actual oil temperature. We develop an algorithm based on the oil temperature increasing character to judge the signal implausible. At last we set up the module according the above new algorithm to verify its usefulness.

關(guān)鍵詞：機(jī)油溫度傳感器;故障診斷;溫升合理性

Key words： oil temperature sensor;error diagnostic;temperature increase plausible

中圖分類號(hào)：U464.233? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）24-0004-03

0? 引言

對于保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)油是非常重要的一種液體，機(jī)油有冷卻、潤滑以及防磨損等功能。當(dāng)機(jī)油溫度過高后，后果會(huì)非常嚴(yán)重。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件之間是存在一層由機(jī)油形成的油膜，從而降低摩擦。并且需要通過機(jī)油進(jìn)行冷卻以及帶走零部件之間的相對運(yùn)動(dòng)過程產(chǎn)生的磨損物質(zhì)[1-4]。當(dāng)機(jī)油溫度過高后，機(jī)油會(huì)出現(xiàn)變質(zhì)的情況。長期處于過熱狀態(tài)，機(jī)油的老化速度會(huì)加快，加劇零部件磨損，最終出現(xiàn)燒瓦，拉缸等事故[5-6]。

1? 機(jī)油溫度傳感器故障診斷算法現(xiàn)狀

目前機(jī)油溫度傳感器的故障診斷算法都是基于傳感器電壓信號(hào)范圍來判別的[7-8]，如：根據(jù)傳感器輸出電壓信號(hào)過低或者過高來判定傳感器出現(xiàn)短路或者開路故障（如圖1所示）。

當(dāng)傳感器在安裝孔中松動(dòng)以致脫落時(shí)，傳感器探頭已經(jīng)不再和機(jī)油相接觸。此時(shí)傳感器輸出電壓信號(hào)仍在合理范圍內(nèi)，但根據(jù)傳感器輸出的電壓信號(hào)計(jì)算出的溫度已經(jīng)不再是真實(shí)的機(jī)油溫度值。目前行業(yè)內(nèi)通用的故障診斷算法無法識(shí)別出上述故障模式。導(dǎo)致當(dāng)出現(xiàn)傳感器脫落并且實(shí)際機(jī)油溫度已經(jīng)過高，但采集到的機(jī)油溫度偏低，未及時(shí)對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行過熱保護(hù)，最終發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生損壞。

2? 溫升合理性的故障診斷算法原理以及參數(shù)確定

發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理為通過將燃料壓燃或點(diǎn)燃后，在燃燒過程中，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最終輸出動(dòng)力。但是在上述的能量轉(zhuǎn)化過程，目前最高的發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率也不超過50%。而這些損失的熱量會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液以及機(jī)油的溫度上升。

基于上述原理，得出在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作過程，機(jī)油溫度傳感器輸出的溫度信號(hào)會(huì)發(fā)生一定幅度的變化，并將該結(jié)論用于機(jī)油溫度傳感器的故障診斷。同時(shí)為解決故障漏報(bào)以及誤報(bào)現(xiàn)象，對低溫啟動(dòng)、常溫啟動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)后再次啟動(dòng)等多種工況下的機(jī)油溫度傳感器溫度信號(hào)變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（如表1所示）。

基于表1中統(tǒng)計(jì)的不同啟動(dòng)前機(jī)油溫度以及運(yùn)行工況下的機(jī)油溫升數(shù)據(jù)，確認(rèn)在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前，機(jī)油溫度小于60攝氏度情況下，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行10分鐘后，溫升一定會(huì)大于8攝氏度的結(jié)論。所以選定“60攝氏度”以及“8攝氏度”兩個(gè)判定閥值。

3? 基于溫升合理性的機(jī)油溫度傳感器故障診斷流程以及仿真驗(yàn)證

3.1 診斷流程

基于上述診斷原理，設(shè)計(jì)如圖2所示的故障診斷流程。其總共由5個(gè)步驟組成。

步驟1為讀入機(jī)油溫度傳感器的輸出電壓值。

步驟2為判斷機(jī)油溫度傳感器是否出現(xiàn)短路故障。判定出現(xiàn)短路故障后，則跳轉(zhuǎn)到結(jié)束環(huán)節(jié)。如果未出現(xiàn)短路故障，則跳轉(zhuǎn)到步驟3。

步驟3為判斷機(jī)油溫度傳感器是否出現(xiàn)開路故障。判定出現(xiàn)開路故障后，則跳轉(zhuǎn)到結(jié)束環(huán)節(jié)。如果未出現(xiàn)開路故障，則跳轉(zhuǎn)到步驟4。

步驟4為判斷在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前，機(jī)油溫度是否小于60攝氏度。如果大于60攝氏度，則跳轉(zhuǎn)到結(jié)束環(huán)節(jié)。如果小于60攝氏度，則跳轉(zhuǎn)到步驟5。

步驟5為判斷在發(fā)動(dòng)機(jī)10分鐘運(yùn)行期間，最高機(jī)油溫度與發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前的機(jī)油溫度之間的差值是否大于8攝氏度。如果大于8攝氏度，則機(jī)油溫度信號(hào)正常，否則判定發(fā)生機(jī)油溫度傳感器溫升合理性故障。

3.2 仿真驗(yàn)證

基于上述溫升合理性故障診斷流程，建立模型并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。測試數(shù)據(jù)來源于工作電源為5000mV的機(jī)油溫度傳感器輸出的電壓信號(hào)。根據(jù)傳感器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，其輸出的最低電壓信號(hào)為500mV，最高電壓信號(hào)為4500mV。所以當(dāng)傳感器輸出電壓信號(hào)小于500mV并持續(xù)5秒時(shí)，判定出現(xiàn)短路故障。當(dāng)傳感器輸出電壓信號(hào)大于4500mV并持續(xù)5秒時(shí)，判定出現(xiàn)開路故障。

第一步驗(yàn)證機(jī)油溫度傳感器輸出的電壓信號(hào)“OilTSnsr_uRaw”在合理電壓范圍內(nèi)并且滿足溫升變化的情況。從圖3的仿真結(jié)果可以判斷出，未誤報(bào)出短路故障“ERR_SRCLoOilTSnsr”、開路故障“ERR_SRCHiOilTSnsr”以及溫升合理性故障“ERR_TempIncOilTSnsr”，輸出溫度“OilTSnsr_t”跟隨輸入電壓信號(hào)正常變化。

第二步驗(yàn)證機(jī)油溫度傳感器輸出的電壓信號(hào)“OilTSnsr_uRaw”小于500mV的情況。從圖4的仿真結(jié)果可以判斷出，正確識(shí)別出短路故障“ERR_SRCLoOilTSnsr”，未誤報(bào)開路故障“ERR_SRCHiOilTSnsr”以及溫升合理性故障“ERR_TempIncOilTSnsr”。在檢測到短路故障后，輸出溫度“OilTSnsr_t”使用130攝氏度的替代值。

第三步驗(yàn)證機(jī)油溫度傳感器輸出的電壓信號(hào)“OilTSnsr_uRaw”大于4500mV的情況。從圖5的仿真結(jié)果可以判斷出，正確識(shí)別出開路故障“ERR_SRCHiOilTSnsr”，未誤報(bào)短路故障“ERR_SRCLoOilTSnsr”以及溫升合理性故障“ERR_TempIncOilTSnsr”。在檢測到開路故障后，輸出溫度“OilTSnsr_t”使用130攝氏度的替代值。

第四步驗(yàn)證機(jī)油溫度傳感器輸出的電壓信號(hào)“OilTSnsr_uRaw”在合理電壓范圍內(nèi)但不滿足溫升變化的情況。從圖6的仿真結(jié)果可以判斷出，正確識(shí)別出溫升合理性故障“ERR_TempIncOilTSnsr”，未誤報(bào)短路故障“ERR_SRCLoOilTSnsr”以及開路故障“ERR_SRCHiOilTSnsr”。在檢測到溫升合理性故障后，輸出溫度“OilTSnsr_t”使用130攝氏度的替代值。

4? 結(jié)束語

首先介紹機(jī)油溫度過高對發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行安全帶來的危害，然后分析目前行業(yè)內(nèi)機(jī)油溫度傳感器的故障診斷算法都是基于傳感器電壓信號(hào)范圍是否合理來進(jìn)行判別的。當(dāng)傳感器在安裝孔中松動(dòng)以致脫落時(shí)，傳感器探頭不再和機(jī)油相接觸。此時(shí)傳感器輸出電壓信號(hào)仍在合理范圍內(nèi)，但根據(jù)傳感器輸出的電壓信號(hào)計(jì)算出的溫度已經(jīng)不再是真實(shí)的機(jī)油溫度值。目前行業(yè)內(nèi)通用的故障診斷算法無法識(shí)別出上述故障模式。提出一種基于溫升合理性的故障診斷算法，來準(zhǔn)確識(shí)別上述故障。最后根據(jù)本文提出的基于溫升合理性的故障診斷算法，建立模型并驗(yàn)證算法的有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]于秀香.柴油機(jī)機(jī)油的作用與使用注意事項(xiàng)[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2020（7）：109.

[2]陸玉靖.發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的作用與選擇[J].桂林航天工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2008，13（4）：61-62.

[3]楊蕘燦，葉君芳.機(jī)油的作用和換油的檢測方法[J].科技致富向?qū)В?011（5）：197.

[4]李世軍，劉翼疆，趙海. 機(jī)油的作用及其在選用中的幾個(gè)問題[J].汽車運(yùn)用，2011（10）：53-54.

[5]李壯舉，孫麗萍.發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油溫度高的原因及應(yīng)采取的措施[J].吉林農(nóng)業(yè)C版，2011（10）：133.

[6]高雯，楊榕，王潔.汽油機(jī)油高溫泡沫性指標(biāo)影響因素分析[J].潤滑與密封，2018，43（4）：133-136.

[7]劉青掌，李洪.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器工作原理及故障診斷[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2015（1）：35.

[8]李捷輝，丁樂盛，毛功平.基于Simulink的小型汽油機(jī)溫度傳感器自診斷軟件開發(fā)[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2015（5）：87-92.