Diagnozowanie czujników temperatury

©

Udostępnij:

Pomiar temperatury cieczy chłodzącej z uwagi na poprawność pracy silnika, a w szczególności ilościowe zużycie paliwa, jest ważnym parametrem wykonawczym. Najczęściej do pomiaru temperatury medium chłodzącego w silniku wykorzystuje się czujniki rezystancyjne ze współczynnikiem temperaturowym dodatnim PTC lub ujemnym NTC.

Współczynniki temperaturowe decydują o charakterze przebiegu sygnału napięciowego, który może zwiększać lub zmniejszać swoje wartości w zależności od rzeczywistej temperatury czynnika w układzie chłodzenia. Ich funkcja to analizowanie i przetwarzanie mierzonych wielkości wejściowych na sygnały napięciowe niezbędne do poprawnej pracy układu zasilania silnika. Czujniki takie w większości posiadają połączenie masowe, sygnału wejściowego – zasilanie oraz sygnału wyjściowego – przebieg napięciowy sterujący. Przebiegi wartości zmian rezystancji będące indywidualną cechą czujnika temperatury w zależności od modelu i marki samochodu są w nich przekształcane na analogowe napięcie w wyniku uzupełnienia dzielnika napięcia o rezystancję neutralną temperaturowo lub o przeciwnej zależności.

Pierwotna charakterystyka czujnika podczas przetwarzania napięciowego może ulegać niewielkiemu przekształceniu także z powodu zasilania go prądem wymuszającym, co powoduje – wskutek połączenia trzypunktowego – zmianę czułości pomiarowej. Dopuszcza się wówczas dostrajanie czujnika za pomocą dodatkowych rezystorów: równoległego i szeregowego. Zależność ta z punktu widzenia diagnozowania jest bardzo ważna z powodu konieczności uwzględnienia błędu pomiarowego wynikającego ze zmiennej charakterystyki czujnika. Wartości sygnałowe można analizować za pomocą oscyloskopu lub diagnoskopu. Pomiar miernikiem uniwersalnym, np. rezystancji lub napięcia, nie daje obiektywnej oceny o poprawności pracy czujnika temperatury silnika lub innego znajdującego się w układzie chłodzenia silnika.


Temperatura silnika

Czujnik temperatury silnika mierzy temperaturę cieczy chłodzącej w układzie chłodzenia silnika. Umieszczony jest zazwyczaj w obudowie termostatu lub w jej przestrzeni montażowej. Na podstawie zmian wartości sygnału wyjściowego przesyłanego z czujnika temperatury do sterownika silnika obliczana jest dawka wtryskiwanego paliwa, czas wtrysku, kąt wyprzedzenia wtrysku i zapłonu oraz regulowana praca silnika na biegu jałowym. Gdy w układzie chłodzenia silnika czujnik zarejestruje zbyt małą temperaturę cieczy, to czas wtrysku jest opóźniany. Sygnał wyjściowy wykorzystywany jest również do ustawiania kąta otwarcia przepustnicy i wzbogacania mieszanki paliwowo-powietrznej w okresie nagrzewania silnika, przy nagłym wzroście obciążenia bądź podczas hamowania silnikiem. W przypadku braku sygnału wyjściowego z czujnika temperatury (będącego objawem przerwy w obwodzie zasilania, sygnału lub masy albo uszkodzenia czujnika) sterownik silnika wyznacza charakterystykę zastępczą.

Bardzo trudną do ustalenia usterką rezystancyjnego czujnika temperatury silnika jest zmiana jego charakterystyki wskutek przegrzania silnika, np. podczas nagłego wycieku cieczy chłodzącej spowodowanego uszkodzeniem przewodu lub uszczelnieniem pompy cieczy chłodzącej. Niesprawność ta bardzo często sugeruje nieprawidłowości w działaniu termostatu lub problem w szczelności uszczelki głowicy. Objawem wadliwego działania czujnika w przypadku usterki tego typu jest niewłaściwie wskazywana temperatura silnika, odczytana na podstawie wskazań na desce rozdzielczej lub z komputera diagnostycznego w przypadku czujnika sterującego pracą silnika. Warto tu nadmienić, że w większości silników są trzy czujniki temperatury silnika: jeden odpowiedzialny jest za sterowanie pracą silnika, drugi inicjuje pracę wskaźnika temperatury cieczy chłodzącej, a trzeci steruje pracą wentylatorów elektrycznych chłodnicy.

Zasada działania oraz diagnostyka dwóch pierwszych przebiega identycznie; różnica polega wyłącznie na różnych rodzajach ich charakterystyk rezystancyjnych i odmiennej konstrukcji – zazwyczaj jeden ma szerszą końcówkę, a drugi węższą. Jeżeli pierwszy jest umieszczony w obudowie termostatu, to drugi będzie zlokalizowany w okolicy przewodu łączącego kadłub silnika z chłodnicą w dolnej części komory silnika. Ich lokalizacja zależy od konstrukcji silnika i producenta pojazdu. Przed wymianą czujnika warto ustalić, wskazania którego budzą wątpliwości co do poprawności jego funkcjonowania. W tym przypadku zaleca się zdjęcie złącza z czujnika temperatury i obserwowanie wskazań komputera diagnostycznego w odpowiednich blokach pomiarowych lub obserwację stanu położenia wskazówki temperatury cieczy chłodzącej. W przypadku wyświetlaczy cyfrowych wskazań na desce rozdzielczej postępowanie diagnostyczne przebiega podobnie.

Diagnostykę czujników temperatury cieczy chłodzącej realizuje się na kilka sposobów.


TOP w kategorii


#Narzędzia diagnostyczne

diagnostyka czujnik układ chłodzenia



Miernik uniwersalny

  • Podłączyć jedną końcówkę miernika do zacisku masy, a drugą do złącza zasilającego – na odpiętej wtyczce od czujnika.
  • Ustawić miernik na pomiar napięcia stałego (20 V – DC). Poprawna wartość napięcia zasilania tych czujników wynosi 5 V lub 12 V. Jeżeli napięcie jest poprawne, przystąpić do pomiaru napięcia sygnałowego – na zapiętej wtyczce czujnika.
  • Włożyć w zacisk sygnałowy przy wtyczce sondę pomiarową miernika.
  • Uruchomić silnik. Dla większości czujników NTC i PTC wartość napięcia sygnałowego powinna zwiększać się lub zmniejszać wraz ze wzrostem temperatury w układzie chłodzenia. Dla czujników NTC przykładowa wartość napięcia sygnałowego dla temperatury 20°C powinna się mieścić w zakresie 3,0–3,5 V, a dla 80°C w zakresie 0,3–1,1 V. Czujniki PTC są wykorzystywane w systemach sterowania temperaturą silnika np. w pojazdach marki Renault. Przykładowe wartości napięcia sterowania dla czujników PTC w temperaturze odniesienia 20°C wynoszą od 0,6 V do 0,8 V, a w temperaturze 80°C od 1,0 V do 1,2 V. Jeżeli wartość napięcia sygnałowego jest bardzo zbliżona lub wynosi 0 V, to doszło do uszkodzenia czujnika lub przerwy w obwodzie masy – jeżeli na zacisku zasilania występuje poprawne napięcie. W przypadku napięcia sygnałowego równego 5 V lub stałej wartości napięcia mimo zmiany temperatury czynnika w układzie chłodzenia, prawdopodobnie doszło do zwarcia przewodu sygnałowego z przewodem zasilania. Może to mieć miejsce w samym złączu czujnika lub w jego wnętrzu wskutek zwarcia. Jeżeli napięcie sygnału mierzonego za pomocą miernika uniwersalnego jest poprawne, a mimo to wskazania w parametrach rzeczywistych odczytywane za pomocą diagnoskopu dla danego czujnika nie ulegają zmianie lub dążą do wartości maksymalnie ujemnych lub dodatnich, można z dużym prawdopodobieństwem stwierdzić przerwę w obwodzie sygnału czujnika. W tym przypadku najbardziej skuteczną metodą diagnostyczną jest pomiar napięcia sygnałowego bezpośrednio na złączu sterownika silnika. Wymaga to demontażu samej osłony złącza sterownika – zazwyczaj jest od jednego do trzech głównych złącz, a w nich od kilkudziesięciu do ponad stu pinów sterownika. W tym przypadku należy za pomocą schematu elektrycznego dostępnego w różnych bazach danych uzyskać informacje o numerach pinów odpowiadających za sterowanie czujnikami temperatury cieczy i wybrać pin zacisku sygnału. Jeżeli wartość jest taka sama jak wstępnie ustalona, czyli wskazująca na przerwę w obwodzie, to usterkę stanowi przerwany przewód sygnałowy lub niepoprawne połączenia pinów w złączu czujnika.
  •  Jeżeli napięcie sygnału jest poprawne, a mimo to na komputerze diagnostycznym wskazania wartości rzeczywistych nie zmieniają się lub wskazują na brak komunikacji między sterownikiem a czujnikiem, to można stwierdzić wadliwe działanie sterownika silnika. Należy pamiętać, że dla większości czujników temperatury wartość definiowaną jako zasilanie czujnika otrzymuje się bezpośrednio ze sterownika silnika. W związku z tym w przypadku jego braku można spodziewać się usterki przewodu lub usterki sterowania silnika. Przerwy w obwodach, niezależnie od ich przynależności (czyli masy, zasilania, sygnału), sprawdza się za pomocą pomiaru rezystancji lub przejścia. Brak wskazań rezystancji między końcami przewodów świadczy o przerwie w obwodzie. Wskazanie od 0,1 do 1,0 Ω należy interpretować jako poprawny wynik i brak przerwy.
  •  Pomiar rezystancji czujników NTC i PTC jest najprostszym sposobem diagnozowania tego typu czujników. Polega on na ustawieniu miernika uniwersalnego na odpowiedni przedział pomiarowy rezystancji: zaczyna się od najniższego przedziału i przyłożenia końcówek miernika do czujnika – odpowiednich zacisków i końcówki. Czujnik do tego pomiaru powinien być wymontowany z miejsca jego osadzenia w komorze silnika. Dodatkowo podczas pomiaru należy podgrzewać końcówkę czujnika do założonej temperatury, np. 90°C. Wadą tego pomiaru jest trudność w interpretacji poprawności odczytanego wyniku względem rzeczywistego stopnia nagrzania końcówki czujnika. W tym przypadku należy skorzystać z pirometru laserowego w celu ustalenia temperatury nagrzania czujnika w chwili pomiaru. Aby poprawnie zinterpretować odczytany wynik, należy posłużyć się tabelami kontrolnymi producentów czujników, a najlepiej producenta pojazdu. Przeciętnie dla czujnika NTC w temperaturze odniesienia 20°C wynoszą od 2200 do 2800 Ω, a w temperaturze normalnej pracy silnika – od 270 do 380 Ω. Przykładowe wartości rezystancji dla czujników PTC w temperaturze odniesienia 20°C wynoszą od 283 do 297 Ω, a w temperaturze 80°C – od 383 do 397 Ω.

Pomiar oscyloskopem

  • Podłączyć jedną końcówkę oscyloskopu do zacisku masy, a drugą sygnałową sondę do wybranego zacisku czujnika lub sterownika silnika. Wszystkie pomiary diagnostyczne za pomocą oscyloskopu wykonuje się identycznie jak dla miernika uniwersalnego. Pomiary oscyloskopowe dają największą skuteczność w ocenie przebiegów sygnałów napięciowych. Jest to spowodowane bezpośrednim pomiarem napięcia sygnału i zasilania. Napięciowy sygnał wyjściowy w tych pomiarach jest mierzony przed wejściem do sterownika, a zatem kontroluje się przebieg sygnałowy bezpośrednio generowany przez czujnik, a nie po przetworzeniu przez sterownik – jak w przypadku odczytu przebiegu wartości rzeczywistych przez urządzenia diagnostyczne. W tym przypadku pomiary przebiegów sygnałów napięciowych w czasie rzeczywistym przy równoczesnej zmianie wartości temperatury czynnika wskutek nagrzewania silnika daje najbardziej dokładną metodę interpretacji tego sygnału dla dowolnego przedziału temperatury czynnika. Jeżeli wartość przebiegu sygnałowego rozłożona w dłuższym przedziale czasu w niektórych przedziałach dąży do 0 V lub wartości napięcia zasilania, to można przypuszczać, że dochodzi do chwilowego zwarcia przewodów czujnika lub niewłaściwego montażu złącza wtykowego wskutek uszkodzenia zabezpieczenia we wtyczce. Takie usterki objawiają się najczęściej pojawieniem się kodu usterki w pamięci sterownika silnika mimo niezaobserwowania niepokojących objawów jego uszkodzenia. W tym przypadku zaleca się odczyt danych z tzw. bramki zamrożonej i dokładną analizę warunków pracy silnika, w których w pamięci sterownika zapisał się kod usterki.

Pomiary za pomocą diagnoskopu

Bieżące wartości temperatury cieczy chłodzącej są odczytywane za pomocą testera diagnostycznego podłączonego do gniazda diagnostycznego OBD II/EOBD umieszczonego zazwyczaj w komorze silnika lub w kabinie pojazdu (pod tablicą przyrządów lub na konsoli środkowej). Podczas interpretacji danych należy porównać zadaną charakterystykę wzorcową z rzeczywistą. Ich niezgodność w przebiegach może świadczyć o uszkodzeniu czujnika temperatury. Jeżeli wartość rzeczywista zostanie zaniżona, to sterownik silnika nieprawidłowo zinterpretuje sygnał wyjściowy i zwiększy dawkę wtryskiwanego paliwa do komory spalania silnika w nieodpowiednim momencie cyklu pracy silnika. Natomiast jeżeli wartość ta zostanie zawyżona, wówczas nastąpi zmniejszenie dawki paliwa przy nierozgrzanym silniku, utrudniające rozruch i ograniczające moc oraz moment obrotowy silnika.

Najtrudniejszym przypadkiem do zdiagnozowania jest wystąpienie sporadycznych załamań charakterystyki rzeczywistej czujnika w szerokim zakresie pracy silnika. Niesprawność ta może zostać zarejestrowana wyłącznie przez system diagnostyki pokładowej jako kod usterki. Zmiany przebiegów wartości rzeczywistych czujnika temperatury nie powinny mieć widocznych załamań podczas odczytu tej wartości, np. dla różnych warunków pracy silnika. Chwilowe załamanie charakterystyki sygnału wyjściowego świadczy o uszkodzeniu czujnika, np. w wyniku rozszerzalności materiału wewnętrznego jego struktury. Zniekształcenie sygnału wyjściowego skutkuje skokiem napięcia do wejściowej wartości zasilania (5 V) lub zanikiem napięcia do wartości 0 V.

Uszkodzenie czujnika temperatury włączania wentylatora chłodnicy wywołane zwarciem wewnętrznym, przerwą w obwodzie zasilania lub uszkodzeniem mechanicznym powoduje, że silnik elektryczny napędu wentylatora nie włącza się w chwili przekroczenia temperatury eksploatacyjnej pracującego silnika. Skutkiem tego może być uszkodzenie układu chłodzenia silnika oraz przyspieszone zużycie mechanizmów jednostki napędowej. Uszkodzenie czujnika temperatury cieczy chłodzącej nie powoduje niesprawności układu włączania wentylatora, ponieważ w razie zarejestrowania kodu usterki przez sterownik silnika wyznacza on zastępczy (redundancyjny) układ pomiarowy w postaci czujnika temperatury silnika. Z kolei niesprawność czujnika temperatury silnika objawia się nieregularną pracą jednostki napędowej na biegu jałowym i zakłóceniem przebiegu procesu spalania (mieszanka uboga dla nierozgrzanego silnika, a bogata dla nagrzanego silnika), co wywołuje podwyższoną emisję substancji szkodliwych do środowiska (głównie NOX) oraz zwiększone zużycie paliwa.

 

Ilustracja 1. Pomiar oscyloskopowy przebiegu napięcia sygnałowego z czujnika temperatury cieczy chodzącej.
Ilustracja 1. Pomiar oscyloskopowy przebiegu napięcia sygnałowego z czujnika temperatury cieczy chodzącej. Źródło: Piotr Wróblewski
Ilustracja 2. Pomiar szeregowy przez złącze OBDII
Ilustracja 2. Pomiar szeregowy przez złącze OBDII podstawowych parametrów silnika, w tym temperatury silnika – wartość przetworzona sygnału napięciowego na wartość w stopniach Celsjusza. Źródło: Piotr Wróblewski
Przebieg wartości rzeczywistej
Ilustracja 3. Przebieg wartości rzeczywistej w diagnozie szeregowej z czujnika temperatury silnika od wskaźnika przy spadku temperatur. Źródło: Piotr Wróblewski
Ilustracja 4. Przebieg wartości rzeczywistych temperatur paliwa, cieczy chłodzącej, oleju i powietrza dolotowego
Ilustracja 4. Przebieg wartości rzeczywistych temperatur paliwa, cieczy chłodzącej, oleju i powietrza dolotowego. Diagnoza szeregowa na przykładzie samochodu VW Passat B5 FL 2002 1.9 TDi-PD. Źródło: Piotr Wróblewski

Przykładowe kody usterek przedstawiono poniżej.

  • Obwód czujnika temperatury płynu chłodzącego: P0115 – wadliwe działanie, P0116 – nieprawidłowy zakres wartości sygnału, P0117 – za niska wartość sygnału wejściowego, P0118 – za wysoka wartość sygnału wejściowego, P0119 – przerwy sporadyczne.
  • Wartość temperatury płynu chłodzącego wymaganej do włączania układu regulacji składu mieszanki z wykorzystaniem sygnału z sondy lambda: P0125 – za niska.
  • Wartość temperatury płynu niezbędna do stabilnej pracy układu zasilania: P0126 – za niska.
  • Wartość temperatury płynu: P0128 – poniżej wartości temperatury wymaganej dla pracy termostatu w układzie regulacji temperatury.
  • Temperatura płynu chłodzącego silnik: P0217 – za wysoka wartość.

Czujnik na wyjściu z chłodnicy

Czujnik ten jest umieszczony zazwyczaj na przewodzie odprowadzającym ciecz z chłodnicy. Jego demontaż lub bezpośredni pomiar przebiegów sygnału napięciowego jest utrudniony. Wymaga to podłączenia w trudno dostępnym miejscu, do czego w większości przypadków konieczne jest uniesienie samochodu za pomocą podnośnika. Różnica temperatur, czyli wartości napięciowych sygnałów wyjściowych między czujnikiem temperatury silnika a czujnikiem temperatury cieczy chłodzącej na wyjściu z chłodnicy, jest podstawą sterowania wentylatorami chłodnicy. Decyduje ona o momencie i czasie aktywacji wentylatora chłodzącego w zależności od zadanej temperatury progu włączania poszczególnych stopni, zapisanej w pamięci sterownika silnika. Uszkodzenie czujnika temperatury cieczy chłodzącej skutkuje pobraniem przez sterownik sygnału zastępczego z czujnika temperatury silnika. Czujnik taki można sprawdzić, wybierając funkcję przejścia na mierniku uniwersalnym lub wykonując pomiar rezystancji czujnika (wartość mierzona pojawi się dopiero przy temperaturze załączania wentylatora i zmieni się dla wyższych wartości temperatur w przypadku załączania dwustopniowego wentylatora i regulacji jego prędkości obrotowej). Pomiar należy prowadzić po podgrzaniu czujnika do temperatury włączania wentylatora (bezpośrednio na czujniku wkręconym w przewód cieczy chłodzącej albo po wykręceniu go z przewodu). Diagnozowanie tego czujnika można także prowadzić za pomocą oscyloskopu, sprawdzając wartość napięcia załączania wentylatora na wyjściu z czujnika w przypadku zmian fizycznych wartości temperatur czynnika chłodzącego. W układzie chłodzenia starszych typów silników może być również zastosowany jednoprzewodowy czujnik temperatury współpracujący ze wskaźnikiem analogowym na tablicy przyrządów.

Procedura sprawdzania jednoprzewodowego czujnika temperatury

W celu sprawdzenia jednoprzewodowego czujnika temperatury należy wykonać następujące czynności:

  • Odłączyć złącze wtykowe czujnika lub przewód zasilania.
  • Włączyć zapłon.
  • Podłączyć dodatnią końcówkę pomiarową miernika uniwersalnego (woltomierza) do zacisku zasilania, a ujemną do masy pojazdu (bieguna ujemnego akumulatora).
  • Porównać zmierzoną wartość napięcia z danymi producenta; zazwyczaj wynosi ona 12 V (w zależności od rodzaju źródła zasilania).

Jeżeli wartość napięcia zasilania jest nieprawidłowa, usterki należy szukać w obwodzie analogowego wskaźnika temperatury silnika w przeciwnym wypadku trzeba przyłożyć przewód czujnika do masy pojazdu. Wskazówka analogowego wskaźnika powinna wówczas stopniowo unosić się ku górze, pokazując przyrost wartości temperatury. Brak reakcji wskazówki świadczy o mechanicznym uszkodzeniu wskaźnika. Niezwłocznie po tym sprawdzeniu przewód czujnika należy odłączyć, bowiem ze względu na niebezpieczeństwo uszkodzenia układu pomiarowego i wykonawczego zwarcie nie powinno trwać dłużej niż kilka sekund. Brak reakcji wskaźnika temperatury może świadczyć również o niesprawności czujnika temperatury silnika.

W zbiorniczku wyrównawczym układu chłodzenia umieszczony jest czujnik poziomu cieczy chłodzącej – magnetyczny lub wykorzystujący pomiar przewodności. Jego sprawdzenia dokonuje się, jeżeli kontrolka ostrzegawcza na tablicy rozdzielczej nie zaświeca się mimo zbyt niskiego poziomu cieczy chłodzącej w zbiorniczku lub świeci się stale przy prawidłowej ilości tej cieczy. Badanie można prowadzić za pomocą miernika uniwersalnego lub diagnoskopu (odczytując kody usterek z pamięci diagnostycznej). Pomiar bezpośredni w przypadku czujnika magnetycznego polega na obserwacji zjawisk zachodzących podczas uzupełniania cieczy chłodzącej do wymaganego poziomu. Elementem wykonawczym takiego czujnika jest magnes zintegrowany z pływakiem zmieniającym swoje położenie w rurce. Przy niewłaściwym poziomie cieczy magnes opada na dół rurki, przez co włącza czujnik (kontrolka się zaświeca). Uzupełnienie cieczy skutkuje przemieszczeniem magnesu ku górze (nie dochodzi do zamknięcia obwodu między stykami czujnika). Jeżeli czujnik działa prawidłowo, a więc element wykonawczy zmienia swe położenie, natomiast styki ulegają zwarciu po obniżeniu poziomu cieczy w zbiorniczku wyrównawczym, należy sprawdzić napięcie zasilania czujnika oraz ciągłość i prawidłowość połączeń wszystkich przewodów elektrycznych jego obwodu zgodnie z dokumentacją techniczną pojazdu (schematem elektrycznym obwodu).

Na podstawie podręcznika:
Wróblewski P., Kupiec J.: Diagnozowanie zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych, WKŁ, Warszawa 2015.

Udostępnij:

Drukuj





Piotr Wróblewski



Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również