基于溫升合理性的機油溫度傳感器故障診斷研究

李志強 繆豐隆 李家榮

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

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：U464.233? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）24-0004-03

0? 引言

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

1? 機油溫度傳感器故障診斷算法現(xiàn)狀

目前機油溫度傳感器的故障診斷算法都是基于傳感器電壓信號范圍來判別的[7-8]，如：根據(jù)傳感器輸出電壓信號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以致脫落時，傳感器探頭已經(jīng)不再和機油相接觸。此時傳感器輸出電壓信號仍在合理范圍內(nèi)，但根據(jù)傳感器輸出的電壓信號計算出的溫度已經(jīng)不再是真實的機油溫度值。目前行業(yè)內(nèi)通用的故障診斷算法無法識別出上述故障模式。導(dǎo)致當(dāng)出現(xiàn)傳感器脫落并且實際機油溫度已經(jīng)過高，但采集到的機油溫度偏低，未及時對發(fā)動機進行過熱保護，最終發(fā)動機發(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)動機的工作原理為通過將燃料壓燃或點燃后，在燃燒過程中，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動能，最終輸出動力。但是在上述的能量轉(zhuǎn)化過程，目前最高的發(fā)動機熱效率也不超過50%。而這些損失的熱量會使發(fā)動機冷卻液以及機油的溫度上升。

基于上述原理，得出在發(fā)動機正常工作過程，機油溫度傳感器輸出的溫度信號會發(fā)生一定幅度的變化，并將該結(jié)論用于機油溫度傳感器的故障診斷。同時為解決故障漏報以及誤報現(xiàn)象，對低溫啟動、常溫啟動、發(fā)動機熱機后再次啟動等多種工況下的機油溫度傳感器溫度信號變化情況進行統(tǒng)計（如表1所示）。

基于表1中統(tǒng)計的不同啟動前機油溫度以及運行工況下的機油溫升數(shù)據(jù)，確認在發(fā)動機啟動前，機油溫度小于60攝氏度情況下，在發(fā)動機運行10分鐘后，溫升一定會大于8攝氏度的結(jié)論。所以選定“60攝氏度”以及“8攝氏度”兩個判定閥值。

3? 基于溫升合理性的機油溫度傳感器故障診斷流程以及仿真驗證

3.1 診斷流程

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

步驟1為讀入機油溫度傳感器的輸出電壓值。

步驟2為判斷機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)動機啟動前，機油溫度是否小于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)動機10分鐘運行期間，最高機油溫度與發(fā)動機起動前的機油溫度之間的差值是否大于8攝氏度。如果大于8攝氏度，則機油溫度信號正常，否則判定發(fā)生機油溫度傳感器溫升合理性故障。

3.2 仿真驗證

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

第一步驗證機油溫度傳感器輸出的電壓信號“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”跟隨輸入電壓信號正常變化。

第二步驗證機油溫度傳感器輸出的電壓信號“OilTSnsr_uRaw”小于500mV的情況。從圖4的仿真結(jié)果可以判斷出，正確識別出短路故障“ERR_SRCLoOilTSnsr”，未誤報開路故障“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。

第三步驗證機油溫度傳感器輸出的電壓信號“OilTSnsr_uRaw”大于4500mV的情況。從圖5的仿真結(jié)果可以判斷出，正確識別出開路故障“ERR_SRCHiOilTSnsr”，未誤報短路故障“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。

第四步驗證機油溫度傳感器輸出的電壓信號“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，正確識別出溫升合理性故障“ERR_TempIncOilTSnsr”，未誤報短路故障“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

首先介紹機油溫度過高對發(fā)動機運行安全帶來的危害，然后分析目前行業(yè)內(nèi)機油溫度傳感器的故障診斷算法都是基于傳感器電壓信號范圍是否合理來進行判別的。當(dāng)傳感器在安裝孔中松動以致脫落時，傳感器探頭不再和機油相接觸。此時傳感器輸出電壓信號仍在合理范圍內(nèi)，但根據(jù)傳感器輸出的電壓信號計算出的溫度已經(jīng)不再是真實的機油溫度值。目前行業(yè)內(nèi)通用的故障診斷算法無法識別出上述故障模式。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，建立模型并驗證算法的有效性。

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