电子节温器故障诊断及控制策略

陆 江

（广东省机械技师学院， 广东 广州 510450）

机械式节温器靠冷却液温度开启，温度开启的范围固定且不可调，对冷却液循环调节有迟滞效应。而电子节温器是由冷却液温度控制和ECM通过电子加热方式相结合来开启，调节可控且及时，使发动机更好地适应当前的工况需求。一台2010款通用别克英朗XT手动挡汽车，行驶里程13万公里，出现冷车起动后风扇常转、暖机慢及油耗偏高等情况。初步测试，接通点火开关ON位置，风扇立即高速旋转，冷车起动后，发动机故障指示灯常亮，水温上升缓慢，最高时水温显示88℃，无法达到发动机的正常工作温度。使用诊断仪读取故障代码为P0597——发动机冷却液节温器加热器控制电路。故障车应用的是电子节温器控制冷却液循环流量，结合散热装置调节水温，根据故障码提示，对电子节温器故障进行诊断维修及其控制策略分析。

1 电子节温器工作原理

电子节温器是在机械式节温器的基础上发展变化而来。在不通电的情况下，由冷却液温度来开启，相当于机械式节温器，工作介质为石蜡。有相应的迟滞效应，即水温达到触发温度后，经过一段时间开启一定比例开口打开冷却系统大循环。当温度变化时，节温器开口上升和下降过程对应的温度是不同的，是非线性特征［1］。而电子节温器内部，有节温器加热器，即增加一个加热电阻，在水温达到让传统机械式节温器开启的温度之前，由ECM控制加热电阻对节温器进行提前调节，使发动机温度适应当前需求，提高燃油经济性。

故障车装配的电子节温器电路示意图如图1所示。E41发动机冷却液节温器2号端子连接J111发动机线束至电源正极，1号端子通过X1线束连接K20发动机控制模块的内置驱动器。发动机控制模块 （K20） 发送脉宽调制信号 （PWM），驱动E41 节温器加热器，当石蜡液化膨胀发生位移，节温器阀门开启，冷却系统进入大循环。发动机冷却液节温器加热器控制着冷却液流量并调节发动机运行温度，与传统机械式节温器相比，电子节温器具有更快响应速度和更宽的工作温度范围。发动机控制模块内置的驱动电路可以监测反馈电压，以确定控制电路是否开路、对搭铁短路或对电压短路。

图1 2010款通用英朗XT电子节温器电路示意图

2 电子节温器故障诊断

根据故障代码，分析电子节温器工作原理，重点检查节温器工作情况。将点火开关置于OFF位置，断开E41发动机冷却液节温器加热器与J111发动机线束的连接器。测量E41节温器加热器端子1和端子2之间的电阻值为20.5Ω，查阅维修手册得知此电子节温器加热电阻参数为15.2Ω±1.5Ω，测量结果表明电阻值偏大异常。再检查是否存在其它电路故障，将点火开关置于ON位置，用万用表检测E41控制电路端子2和搭铁之间有12V电压，说明节温器线束来电正常。检查E41控制电路端子1和搭铁之间电阻为无穷大，无搭铁短路故障，但是观察到1端子有污垢，可能存在线路故障。将点火开关置于OFF位置，断开K20发动机控制模块的X1线束连接器，测试K20发动机控制模块X1线束端子43和搭铁之间的电阻为无穷大，无搭铁短路故障；测试K20发动机控制模块X1线束端子43和E41控制电路端子1之间的电阻为无穷大，说明电子节温器加热器至K20发动机控制模块之间线路有断路故障，挑开E41控制电路端子1导线，发现底部污垢处导线已断。

通过诊断结果判断，此故障是由于节温器加热电阻损坏和E41控制电路端子1断路造成。加热器是节温器的一部分，发动机冷却液节温器加热器和节温器壳体作为一个总成进行维修。更换E41线束连接器与节温器总成，维修端子1线路之后，运行发动机，故障灯熄灭，风扇常转现象消失，暖机正常，水温升高后，风扇正常开启降温，水温稳定，故障排除。

3 节温器控制策略分析

ECM控制节温器开度大小，主要是根据传感器采集车辆信息及环境信息，在确保发动机安全稳定运行的前提下，确定发动机不同工况下的目标水温，比较目标水温和实测发动机水温的水温差，确定节温器目标开度，利用电子节温器和风扇的配合，控制实际水温尽可能地接近目标水温。发动机冷却控制系统示意图如图2所示［2］。

图2 发动机冷却控制系统示意图

3.1 发动机工作时节温器实际工作情况

此故障车有两个水温传感器，发动机冷却液温度 （ECT）传感器和散热器冷却液温度 （RCT） 传感器，分别监测发动机水温与散热器水温。电子节温器有机械故障防护功能，以防发动机冷却液节温器加热器出现电气故障导致发动机温度过高。机械节温器在约104℃ （220°F） 时打开。机械节温器将从104℃ （220°F） 循环至98℃ （208°F）［3］。

对维修后的车辆进行试车，连接诊断仪读取数据流，冷车起动怠速，数据流显示计算发动机需要的工作温度为105℃，发动机冷却液温度为50℃且持续上升，散热器冷却液温度和进气温度一致为常温22℃。观察风扇不转，触摸节温器连接前后水管冷热分明，此时节温器处于关闭状态，发动机小循环暖机升温。路试车辆，车速60km/h，观察数据流，由于更换的新节温器的设置是95℃开启，当发动机冷却液温度上升至95℃时，散热器水温数据由22℃逐渐升高，此时节温器开启大循环，利用散热器迎风散热，风扇处于停止状态。松油门减轻发动机负荷，散热器水温开始下降，但发动机水温始终维持95℃，说明节温器实时调节冷却液流量稳定发动机温度。持续运行发动机让散热器水温升高至95℃时，发动机水温由95℃开始上升，直到105℃，此过程中发动机水温比散热器水温始终高2~3℃，此时散热风扇仍处于停止状态，节温器全开。当水温超过105℃后，发动机水温与散热器水温几乎一致，直至散热器水温达到108℃，风扇自动开启，散热器水温迅速下降，发动机水温缓慢下降。此过程中节温器实时调节流量，发动机水温降至105℃时，风扇停转，散热器水温为96℃，进气温度由于发动机舱温度较高，为37℃。风扇停转后，散热器水温开始回升，发动机水温维持在105℃不变，直至散热器水温升高到108℃时，风扇重新开启降温，如此反复，发动机水温始终维持在其需要的工作温度附近。

3.2 发动机目标水温

通过试车可以观察判断出节温器在正常工作中，根据实时水温变化来调节冷却液流量。而对节温器的控制需要建立一个目标水温值，通过实测水温与目标水温比较，确定出节温器目标开度，再由ECM输出PWM信号控制节温器开度来调节流量。目标水温的确定一般由传感器采集信息，判断发动机各种工况，每一种工况都需要有最适合的工作温度，不同的工况对应的适合温度不相同，最终结合考虑发动机安全因素取最低值［4］。发动机目标水温主要由以下几个因素确定。

1） 根据进气量、转速等影响发动机负荷因素，结合车速、环境温度等对迎风散热的影响因素确定目标水温T1。

2） 变速器冷却需求确定目标水温T2。

3） 实测水温超高阈值时将目标水温设定为安全值T3。

发动机目标水温T目标=min{T1，T2，T3}，当节温器发生故障时，发动机目标水温恒为90℃［5］。

3.3 电子节温器目标开度

ECM根据目标水温与实测水温的水温差，确定电子节温器目标开度 （%），输出PWM信号，即电子节温器占空比，驱动节温器加热器。而发动机运行和停机时，水温的影响因素不同，ECM采用两种控制策略来确定节温器目标开度。

3.3.1 发动机运行

发动机运行时，水温主要受到发动机当前工况的转速、负荷、环境温度、车速等因素影响，通过计算出的目标水温T目标与实测水温T实测比较，得出水温差ΔT，ΔT=T目标-T实测。

1） 若ΔT≥0，说明实测水温偏低，还没有达到目标水温，发动机应该持续升温，节温器无需打开，节温器目标开度为0%，占空比为0%。

2） 若ΔT＜0，说明实测水温较高，需要打开节温器，实测水温与目标水温差值越大，对应的节温器目标开度越大。

3.3.2 发动机停机

发动机熄火停机后，水温仍处于较高状态，节温器并不会立即关闭，而是在熄火后一段时间内保持开启状态，利用散热器让水温更快地下降。节温器的目标开度及关闭时间取决于当时水温、环境温度和发动机停机时间等因素。

发动机熄火停机时，ECM立即开始计算停机时间，参考当时的水温与环境温度，水温越高，节温器目标开度越大，水温降低目标开度相应减小；环境温度越高，节温器目标开度相应较大，环境温度越低，则目标开度较小；水温随停机时间降低，节温器目标开度根据停机时间进行修正。

4 结语

电子节温器发生故障，常常是由于加热器电阻异常和电路故障引起的。节温器故障时，ECM会控制风扇常转防止水温过高，同时点亮故障灯。正常工作时，是由ECM通过各传感器信号计算当前最佳的目标水温，通过比较实测水温的差值，确定节温器目标开度，转换占空比信号并输出，控制电子节温器开度大小，调节冷却液流量结合散热器热交换使发动机在各工况下，工作于最佳的温度范围。