基于温升合理性的机油温度传感器故障诊断研究

李志强 缪丰隆 李家荣

摘要：当机油温度传感器在安装孔中松动以致脱落时，传感器探头不再和机油相接触。此时传感器输出电压信号仍在合理范围内，但计算出的温度不再是真实的机油温度值。提出一种基于温升合理性的故障诊断算法，来准确识别上述故障。最后建立模型并验证算法的有效性。

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.

关键词：机油温度传感器;故障诊断;温升合理性

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

中图分类号：U464.233                               文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）24-0004-03

0  引言

对于保护发动机，机油是非常重要的一种液体，机油有冷却、润滑以及防磨损等功能。当机油温度过高后，后果会非常严重。因为發动机在正常工作时，运动部件之间是存在一层由机油形成的油膜，从而降低摩擦。并且需要通过机油进行冷却以及带走零部件之间的相对运动过程产生的磨损物质[1-4]。当机油温度过高后，机油会出现变质的情况。长期处于过热状态，机油的老化速度会加快，加剧零部件磨损，最终出现烧瓦，拉缸等事故[5-6]。

1  机油温度传感器故障诊断算法现状

目前机油温度传感器的故障诊断算法都是基于传感器电压信号范围来判别的[7-8]，如：根据传感器输出电压信号过低或者过高来判定传感器出现短路或者开路故障（如图1所示）。

当传感器在安装孔中松动以致脱落时，传感器探头已经不再和机油相接触。此时传感器输出电压信号仍在合理范围内，但根据传感器输出的电压信号计算出的温度已经不再是真实的机油温度值。目前行业内通用的故障诊断算法无法识别出上述故障模式。导致当出现传感器脱落并且实际机油温度已经过高，但采集到的机油温度偏低，未及时对发动机进行过热保护，最终发动机发生损坏。

2  温升合理性的故障诊断算法原理以及参数确定

发动机的工作原理为通过将燃料压燃或点燃后，在燃烧过程中，将化学能转化为动能，最终输出动力。但是在上述的能量转化过程，目前最高的发动机热效率也不超过50%。而这些损失的热量会使发动机冷却液以及机油的温度上升。

基于上述原理，得出在发动机正常工作过程，机油温度传感器输出的温度信号会发生一定幅度的变化，并将该结论用于机油温度传感器的故障诊断。同时为解决故障漏报以及误报现象，对低温启动、常温启动、发动机热机后再次启动等多种工况下的机油温度传感器温度信号变化情况进行统计（如表1所示）。

基于表1中统计的不同启动前机油温度以及运行工况下的机油温升数据，确认在发动机启动前，机油温度小于60摄氏度情况下，在发动机运行10分钟后，温升一定会大于8摄氏度的结论。所以选定“60摄氏度”以及“8摄氏度”两个判定阀值。

3  基于温升合理性的机油温度传感器故障诊断流程以及仿真验证

3.1 诊断流程

基于上述诊断原理，设计如图2所示的故障诊断流程。其总共由5个步骤组成。

步骤1为读入机油温度传感器的输出电压值。

步骤2为判断机油温度传感器是否出现短路故障。判定出现短路故障后，则跳转到结束环节。如果未出现短路故障，则跳转到步骤3。

步骤3为判断机油温度传感器是否出现开路故障。判定出现开路故障后，则跳转到结束环节。如果未出现开路故障，则跳转到步骤4。

步骤4为判断在发动机启动前，机油温度是否小于60摄氏度。如果大于60摄氏度，则跳转到结束环节。如果小于60摄氏度，则跳转到步骤5。

步骤5为判断在发动机10分钟运行期间，最高机油温度与发动机起动前的机油温度之间的差值是否大于8摄氏度。如果大于8摄氏度，则机油温度信号正常，否则判定发生机油温度传感器温升合理性故障。

3.2 仿真验证

基于上述温升合理性故障诊断流程，建立模型并进行仿真验证。测试数据来源于工作电源为5000mV的机油温度传感器输出的电压信号。根据传感器的设计特点，其输出的最低电压信号为500mV，最高电压信号为4500mV。所以当传感器输出电压信号小于500mV并持续5秒时，判定出现短路故障。当传感器输出电压信号大于4500mV并持续5秒时，判定出现开路故障。

第一步验证机油温度传感器输出的电压信号“OilTSnsr_uRaw”在合理电压范围内并且满足温升变化的情况。从图3的仿真结果可以判断出，未误报出短路故障“ERR_SRCLoOilTSnsr”、开路故障“ERR_SRCHiOilTSnsr”以及温升合理性故障“ERR_TempIncOilTSnsr”，输出温度“OilTSnsr_t”跟随输入电压信号正常变化。

第二步验证机油温度传感器输出的电压信号“OilTSnsr_uRaw”小于500mV的情况。从图4的仿真结果可以判断出，正确识别出短路故障“ERR_SRCLoOilTSnsr”，未误报开路故障“ERR_SRCHiOilTSnsr”以及温升合理性故障“ERR_TempIncOilTSnsr”。在检测到短路故障后，输出温度“OilTSnsr_t”使用130摄氏度的替代值。

第三步验证机油温度传感器输出的电压信号“OilTSnsr_uRaw”大于4500mV的情况。从图5的仿真结果可以判断出，正确识别出开路故障“ERR_SRCHiOilTSnsr”，未误报短路故障“ERR_SRCLoOilTSnsr”以及温升合理性故障“ERR_TempIncOilTSnsr”。在检测到开路故障后，输出温度“OilTSnsr_t”使用130摄氏度的替代值。

第四步验证机油温度传感器输出的电压信号“OilTSnsr_uRaw”在合理电压范围内但不满足温升变化的情况。从图6的仿真结果可以判断出，正确识别出温升合理性故障“ERR_TempIncOilTSnsr”，未误报短路故障“ERR_SRCLoOilTSnsr”以及开路故障“ERR_SRCHiOilTSnsr”。在检测到温升合理性故障后，输出温度“OilTSnsr_t”使用130摄氏度的替代值。

4  结束语

首先介绍机油温度过高对发动机运行安全带来的危害，然后分析目前行业内机油温度传感器的故障诊断算法都是基于传感器电压信号范围是否合理来进行判别的。当传感器在安装孔中松动以致脱落时，传感器探头不再和机油相接触。此时传感器输出电压信号仍在合理范围内，但根据传感器输出的电压信号计算出的温度已经不再是真实的机油温度值。目前行业内通用的故障诊断算法无法识别出上述故障模式。提出一种基于温升合理性的故障诊断算法，来准确识别上述故障。最后根据本文提出的基于温升合理性的故障诊断算法，建立模型并验证算法的有效性。

参考文献：

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