Устройство, принцип действия, диагностика датчиков температуры

Датчики температуры двигателя. Engine coolant temperature sensor Intake air temperature sensor. Существуют различные типы систем управления двигателем, устройство которых может различаться в значительной мере. Но в любой из систем управления двигателем обязательно применяется датчик температуры охлаждающей жидкости. В большинстве систем применяется датчик температуры воздуха во впускном тракте двигателя.

Внешний вид датчика температуры двигателя — охлаждающей жидкости (слева) и датчика температуры воздуха во впускном тракте (справа)

В зависимости от температуры охлаждающей жидкости, блок управления двигателем корректирует состав топливовоздушной смеси, частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу, угол опережения зажигания. Влияние показаний датчика температуры охлаждающей жидкости на работу системы управления двигателем очень велико. Например, если вследствие неисправности рассчитанное блоком управления двигателем значение температуры охлаждающей жидкости двигателя не совпадает с фактической температурой охлаждающей жидкости двигателя на значительную величину, двигатель может заглохнуть / не запускаться. Большинство датчиков температуры воздуха во впускном тракте аналогичны по устройству и принципу действия датчику температуры охлаждающей жидкости. В зависимости от температуры воздуха во впускном тракте, блок управления двигателем несколько корректирует состав топливовоздушной смеси. Влияние показаний датчика температуры воздуха во впускном тракте на работу системы управления двигателем особенно заметно в таких системах, где не применяется датчик расхода воздуха.

Принцип действия датчиков температуры двигателя

В качестве датчиков температуры охлаждающей жидкости и большинства датчиков температуры воздуха во впускном тракте двигателя применяются терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом — с увеличением температуры датчика температуры двигателя его сопротивление уменьшается. Датчик температуры охлаждающей жидкости устанавливается в потоке охлаждающей жидкости двигателя. При низкой температуре охлаждающей жидкости, сопротивление датчика высокое (3,52 kQ при +20 °С); при высокой температуре -сопротивление датчика низкое (240 Q при +90 °С). От блока управления двигателем, через расположенный внутри блока управления двигателем резистор с постоянным электрическим сопротивлением, на датчик температуры двигателя поступает опор. напряжение величиной 5 V. Второй вывод датчика соединён с «массой».

Схема включения датчика температуры двигателя, в качестве чувствительного элемента которого применяется терморезистор. ECU Блок управления двигателем.

1. Точка подключения зажима типа «крокодил» осциллографического щупа.
2. Точка подключения пробника осциллографического щупа для получения осциллограммы выходного напряжения датчика.
3. Датчик температуры.
4. Выключатель зажигания.
5. Аккумуляторная батарея.

Датчик температуры двигателя шунтирует опор. напряжение, вследствие чего, значение напряжения на датчике оказывается меньшим опор. С увеличением температуры охлаждающей жидкости (например, при прогреве двигателя), сопротивление датчика уменьшается и, соответственно, уменьшается напряжение на датчике. По величине этого напряжения блок управления двигателем рассчитывает текущее значение температуры охлаждающей жидкости двигателя.

Характеристика датчика температуры охлаждающей жидкости.

Температура, °С	Сопротивление, Q ± 2%
-40	100 700
-30	52 700
-20	28 680
-15	21 450
-10	16 180
-4	12 300
0	9 420
+5	7 280
+10	5 670
+15	4 450
+20	3 520
+25	2 800
+30	2 240
+40	1 460
+45	1 190
+50	970
+60	670
+70	470
+80	330
+90	240
+100	180
+130	70

Типовые неисправности датчика температуры двигателя

Наиболее распространённой неисправностью датчиков температуры двигателя, в качестве чувствительного элемента которых применён терморезистор, является несоответствие его электрического сопротивления температуре его корпуса. Чаще всего, такая неисправность проявляется как резкое увеличение электрического сопротивления датчика в очень узком диапазоне температур корпуса датчика (или в нескольких диапазонах температур), реже встречается обрыв чувствительного элемента датчика. В момент, когда температура корпуса датчика попадает в этот диапазон, сопротивление датчика резко увеличивается, вследствие чего увеличивается и напряжение на датчике. Вследствие этого, рассчитанное блоком управления значение температуры по увеличенному напряжению на датчике оказывается меньшим действительного. Если рассчитанное блоком управления двигателем значение температуры охлаждающей жидкости двигателя окажется меньшим действительного на значительную величину, блок управления может увеличить количество подаваемого топлива настолько, что двигатель заглохнет из-за переобогащения топливовоздушной смеси. Пуск двигателя при этом становится невозможным. В некоторых случаях может понадобиться замена свечей зажигания. Неисправность датчика температуры двигателя в момент её проявления можно выявить при помощи омметра путём сравнения измеренного сопротивления датчика температуры двигателя с табличным значением для данной температуры.

При необходимости проведения проверки датчика температуры, необходимо просмотреть осциллограмму выходного напряжения датчика во всём диапазоне его рабочих температур. При проведении проверки датчика температуры необходимо дать двигателю полностью остыть, после чего записать и просмотреть осциллограмму выходного напряжения датчика во время прогрева двигателя, вплоть до момента включения вентилятора системы охлаждения двигателя (или до момента, когда вследствие неисправности диагностируемого датчика двигатель заглохнет).

Осциллограмма напряжения на исправном датчике температуры охлаждающей жидкости. Прогрев холодного двигателя в режиме работы на холостом ходу. По мере прогрева, напряжение на датчике плавно и без каких либо рывков / провалов снижается.

По мере прогрева датчика, напряжение на исправном датчике должно плавно снижаться.

Осциллограмма напряжения на неисправном датчике температуры охлаждающей жидкости. Двигатель почти прогрелся до рабочей температуры. Отчётливо видны искажения формы осциллограммы.

Напряжение на неисправном датчике температуры охлаждающей жидкости при прогреве двигателя внезапно резко увеличивается. В этот момент, блок управления двигателем резко обогащает топливовоздушную смесь. Но так как в данном случае неисправность датчика проявляется в очень узком диапазоне температур, а следовательно и в течение короткого времени, двигатель не заглох. По мере дальнейшего увеличения температуры охлаждающей жидкости неисправность уже не проявлялась.

В качестве датчиков температуры воздуха во впускном тракте двигателя иногда применяется PN-переход (диод), например, датчик температуры воздуха встроенный в корпус датчика массового расхода воздуха BOSCH HFM5.

Внешний вид датчика температуры воздуха во впускном тракте на основе PN-перехода (датчик температуры встроен в корпус датчика массового расхода воздуха BOSCH HFM5)

С ростом температуры такого датчика при заданном токе, протекающем через датчик, напряжение на датчике снижается от 650 mV до 350 mV.

Датчик температуры охлаждающей жидкости: назначение, устройство, принцип работы

Работа мотора в машине сопряжена с постоянным процессом сгорания топливной смеси. Из-за чего двигатель внутреннего сгорания (ДВС) может перегреться и выйти со строя. Для предотвращения подобных инцидентов ДВС принудительно охлаждается посредством циркуляции специальной жидкости. А вот контроль за ее состоянием производит датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ).

Назначение

Такой датчик предназначен для контроля состояния двигателя авто посредством фиксации температурных изменений жидкости охлаждения. С этой целью его размещают в антифризе, где происходит непосредственное взаимодействие чувствительного элемента и слоя охлаждающей жидкости. Также заметьте, что в некоторых автомобилях размещают два сенсора по отношению ко входному и выходному патрубку системы охлаждения, за счет чего компьютер производит сравнение показаний.

Датчик передает данные измерений на блок управления для дальнейшей регулировки работы системы. Логический блок принимает решение о продолжении работы автомобиля в том же режиме или об уменьшении параметра, влияющего на фактора нагрева. Помимо электронных моделей, существуют и механические сенсоры, которые предназначены не для взаимодействия с логическим блоком, а для вывода информации на термометр в салоне. В случае с механическими моделями водитель сам принимает решение об изменении режима вождения или полной остановке агрегата.

В зависимости от модели машины, датчик предназначается для выполнения таких функций:

• Контроль температуры в конкретный момент времени для системы охлаждения.
• Влияние на выбор режима работы, в зависимости от сложившейся ситуации.
• Подача сигнала к аварийному включению или отключению мотора, при резком нарастании или падении температуры.
• Контроль опережения или запаздывания зажигания – позволяет регулировать интенсивность выброса выхлопных газов и нагрузку на поршневую систему.
• Подача сигнала на обогащение топливной смеси в случае недопустимого снижения температуры охлаждающей жидкости.

Устройство и принцип работы

В отличии от устаревших моделей, современные приспособления для контроля температуры, основываются на работе термистора. В соответствии с п.22 ГОСТ 21414-75 это такой нелинейный резистор, который изменяет величину собственного омического сопротивления, в зависимости от степени нагрева или охлаждения.

Рис. 1. Устройство датчика температуры охлаждающей жидкости

Для датчика температуры охлаждающей жидкости применяются резистивные элементы с отрицательным температурным коэффициентом. Это обозначает, что в отличии от классических проводниковых материалов, где с нагреванием омическое сопротивление возрастает, повышение температуры датчика приводит к уменьшению сопротивления.

К примеру, измеряя показания при +20 ºС сопротивление термистора будет составлять 3,5 кОм. При нагревании антифриза до +90 ºС сопротивление датчика упадет до отметки 0,24 кОм. Но, существуют и исключения, к примеру, у автомобилей марки Renault датчик имеет положительный температурный коэффициент.

Принцип действия датчика температуры охлаждающей жидкости базируется на следующей схеме:

Рис. 2. Принцип действия датчика температуры охлаждающей жидкости

1. В состоянии покоя двигателя охлаждающая жидкость будет иметь сопоставимую с окружающей средой температуру. Сопротивление термистора датчика Rt останется на максимальной отметке и поданное напряжение практически не выдаст ток в цепь индикации логического блока.
2. При замыкании контактов V в замке зажигания вместе с запуском двигателя будет подано напряжение от аккумулятора А на датчик температуры. По мере нарастания оборотов, сопротивление термистора Rt будет снижаться в соответствии с его характеристикой.
3. В случае превышения допустимого предела температур, Rt перейдет в режим проводимости. В соответствии с законом Ома величина тока, протекающего через термистор, возрастет. Сигнал придет на логический блок и будет подана команда для снижения объема, впрыскиваемого топлива, или уменьшение числа оборотов коленчатого вала.
4. При снижении оборотов и мощности мотора, со временем камера сгорания охладится и ДВС придет в норматив температуры. Охлаждающая жидкость остынет и у термистора Rt снова возрастет сопротивление. Величина тока в цепи индикации логического блока снова уменьшится, и автомобиль перейдет в нормальный режим работы.

В зависимости от величины падения напряжения на термисторе датчика Rt, будет оцениваться текущий температурный режим. В данном примере мы рассмотрели электрический метод измерения, но у некоторых типов датчиков может применяться и механический, работающий за счет температурного расширения.

Где находится?

Для производства каких-либо операций с датчиком температуры охлаждающей жидкости необходимо четко представлять себе место его установки. Следует отметить, что точка установки будет отличаться в зависимости от модели автомобиля. Поэтому для поиска лучше обратиться к инструкции производителя, где указана позиция соприкосновения с охлаждающей жидкостью.

Рис. 3. Место установки датчика температуры охлаждающей жидкости

Наиболее распространенным местом установки является:

1. головка блока цилиндров или выпускной патрубок;
2. верхний шланг радиатора;
3. корпус термостата;
4. в некоторых ситуациях может устанавливаться два датчика температуры– на входе и на выходе.

Место установки предусматривает обеспечение контакта чувствительного элемента с охлаждающей жидкостью. Но, в случае утечки антифриза из системы, контакт может нарушиться и контроль температуры прекратиться. В результате этого вы получите некорректные показания, что может повлечь сбой в работе системы.

Признаки поломки

Как и неисправности любого устройства в автомобиле, выход со строя сенсора температуры охлаждающей жидкости может привести к нежелательным последствиям.

При движении машины поломка может проявляться как:

1. проблематичный запуск мотора в холодную погоду;
2. нетипичные звуки от выхлопных газов только запущенного мотора;
3. при достижении максимальной температуры мотор глохнет;
4. не запускается вентилятор охлаждения при нагревании ДВС;
5. превышение расхода топлива сверх установленной нормы.

Современные авто выводят данные о нарушении температуры охлаждающей жидкости на дисплей. Причиной неисправности может стать как механическая поломка (сорванная резьба, растрескивание корпуса, перегорание термистора), так и электрическая (короткое замыкание в измерительной цепи или обрыв провода). Чтобы убедиться в правильности вашего предположения, проверьте датчик, и, при необходимости замените его новым.

Проверка и замена

Следует отметить, что появление характерных признаков может обуславливаться и другими поломками. К примеру, поломкой вентилятора охлаждения или нехваткой охлаждающей жидкости. Поэтому для начала необходимо проверить работоспособность и правильность показаний датчика температуры охлаждающей жидкости.

На практике существует довольно большое число методов, одни из которых вы можете реализовать в домашних условиях. Другие, как съем осциллограммы, вам проведут только на станциях техобслуживания. Самостоятельно произведите внешний осмотр датчика охлаждающей жидкости – на нем должны отсутствовать следы ржавчины, подтеки антифриза, трещины и прочие следы.

Если внешне датчик исправен, проверьте его с помощью мультиметра, для этого:

• Отсоедините шлейф от контактов датчика – вам необходимо получить доступ для проведения замеров.

Рис. .4. Отсоедините шлейф от контактов датчика

• Измерения производятся изначально при холодном ДВС. Если это условие не обеспечено, выкрутите датчик с посадочного места и опустите чувствительный элемент в холодную воду.

Рис. 5. Выкрутите датчик с посадочного места

• Подключите щупы мультиметра к выводам датчика и замерьте величину омического сопротивления.

Рис. 6. Подключите щупы к выводам датчика

• Затем запустите ДВС и дождитесь включения вентилятора охлаждения, если вы выкрутили датчик температуры, поместите его в кипяток. Повторно замерьте величину переходного сопротивления.

Рис. 7. Опустите датчик в горячую воду и повторно измерьте сопротивление

• Сравните полученные данные сопротивления для вашей модели автомобиля. К примеру, ниже приведена такая таблица:

Таблица: зависимость сопротивления и падения напряжения датчика температуры от степени нагрева

Температура ОЖ (°С)	Сопротивление (Ом)	Напряжение (В)
4800 — 6600	4,00 — 4,50
10	4000	3,75-4,00
20	2200 — 2800	3,00 — 3,50
30	1300	3,25
40	1000-1200	2,50 — 3,00
50	1000	2,5
60	800	2,00-2,50
80	270 — 380	1,00-1,30
110	0,5
разрыв цепи	5,0 ±0,1

В рассматриваемом примере в холодном состоянии при +10 ºС сопротивление будет составлять 4000 Ом. После того, как вы опустите его в кипяток, исправный датчик будет иметь сопротивление в пределах 200 – 270 Ом. Если показания кардинально отличаются, налицо поломка сенсора, в таком случае его необходимо заменить.

Для замены датчика температуры охлаждающей жидкости из системы охлаждения слейте антифриз. Отключите шнур питания, если еще не отсоединили его. Затем, при помощи торцевого или рожкового ключа выкрутите сам сенсор.

Установите новый датчик охлаждающей жидкости в посадочное место, обязательно наденьте прокладку. Плотно зажмите его ключом по резьбе до упора.

Рис. 8. Плотно зажмите ключом новый датчик

Замена окончена, можете подключить питающий шнур и залить обратно охлаждающую жидкость.