電子節溫器故障診斷及控制策略

陸 江

（廣東省機械技師學院， 廣東 廣州 510450）

機械式節溫器靠冷卻液溫度開啟，溫度開啟的范圍固定且不可調，對冷卻液循環調節有遲滯效應。而電子節溫器是由冷卻液溫度控制和ECM通過電子加熱方式相結合來開啟，調節可控且及時，使發動機更好地適應當前的工況需求。一臺2010款通用別克英朗XT手動擋汽車，行駛里程13萬公里，出現冷車起動后風扇常轉、暖機慢及油耗偏高等情況。初步測試，接通點火開關ON位置，風扇立即高速旋轉，冷車起動后，發動機故障指示燈常亮，水溫上升緩慢，最高時水溫顯示88℃，無法達到發動機的正常工作溫度。使用診斷儀讀取故障代碼為P0597——發動機冷卻液節溫器加熱器控制電路。故障車應用的是電子節溫器控制冷卻液循環流量，結合散熱裝置調節水溫，根據故障碼提示，對電子節溫器故障進行診斷維修及其控制策略分析。

1 電子節溫器工作原理

電子節溫器是在機械式節溫器的基礎上發展變化而來。在不通電的情況下，由冷卻液溫度來開啟，相當于機械式節溫器，工作介質為石蠟。有相應的遲滯效應，即水溫達到觸發溫度后，經過一段時間開啟一定比例開口打開冷卻系統大循環。當溫度變化時，節溫器開口上升和下降過程對應的溫度是不同的，是非線性特征［1］。而電子節溫器內部，有節溫器加熱器，即增加一個加熱電阻，在水溫達到讓傳統機械式節溫器開啟的溫度之前，由ECM控制加熱電阻對節溫器進行提前調節，使發動機溫度適應當前需求，提高燃油經濟性。

故障車裝配的電子節溫器電路示意圖如圖1所示。E41發動機冷卻液節溫器2號端子連接J111發動機線束至電源正極，1號端子通過X1線束連接K20發動機控制模塊的內置驅動器。發動機控制模塊 （K20） 發送脈寬調制信號 （PWM），驅動E41 節溫器加熱器，當石蠟液化膨脹發生位移，節溫器閥門開啟，冷卻系統進入大循環。發動機冷卻液節溫器加熱器控制著冷卻液流量并調節發動機運行溫度，與傳統機械式節溫器相比，電子節溫器具有更快響應速度和更寬的工作溫度范圍。發動機控制模塊內置的驅動電路可以監測反饋電壓，以確定控制電路是否開路、對搭鐵短路或對電壓短路。

圖1 2010款通用英朗XT電子節溫器電路示意圖

2 電子節溫器故障診斷

根據故障代碼，分析電子節溫器工作原理，重點檢查節溫器工作情況。將點火開關置于OFF位置，斷開E41發動機冷卻液節溫器加熱器與J111發動機線束的連接器。測量E41節溫器加熱器端子1和端子2之間的電阻值為20.5Ω，查閱維修手冊得知此電子節溫器加熱電阻參數為15.2Ω±1.5Ω，測量結果表明電阻值偏大異常。再檢查是否存在其它電路故障，將點火開關置于ON位置，用萬用表檢測E41控制電路端子2和搭鐵之間有12V電壓，說明節溫器線束來電正常。檢查E41控制電路端子1和搭鐵之間電阻為無窮大，無搭鐵短路故障，但是觀察到1端子有污垢，可能存在線路故障。將點火開關置于OFF位置，斷開K20發動機控制模塊的X1線束連接器，測試K20發動機控制模塊X1線束端子43和搭鐵之間的電阻為無窮大，無搭鐵短路故障；測試K20發動機控制模塊X1線束端子43和E41控制電路端子1之間的電阻為無窮大，說明電子節溫器加熱器至K20發動機控制模塊之間線路有斷路故障，挑開E41控制電路端子1導線，發現底部污垢處導線已斷。

通過診斷結果判斷，此故障是由于節溫器加熱電阻損壞和E41控制電路端子1斷路造成。加熱器是節溫器的一部分，發動機冷卻液節溫器加熱器和節溫器殼體作為一個總成進行維修。更換E41線束連接器與節溫器總成，維修端子1線路之后，運行發動機，故障燈熄滅，風扇常轉現象消失，暖機正常，水溫升高后，風扇正常開啟降溫，水溫穩定，故障排除。

3 節溫器控制策略分析

ECM控制節溫器開度大小，主要是根據傳感器采集車輛信息及環境信息，在確保發動機安全穩定運行的前提下，確定發動機不同工況下的目標水溫，比較目標水溫和實測發動機水溫的水溫差，確定節溫器目標開度，利用電子節溫器和風扇的配合，控制實際水溫盡可能地接近目標水溫。發動機冷卻控制系統示意圖如圖2所示［2］。

圖2 發動機冷卻控制系統示意圖

3.1 發動機工作時節溫器實際工作情況

此故障車有兩個水溫傳感器，發動機冷卻液溫度 （ECT）傳感器和散熱器冷卻液溫度 （RCT） 傳感器，分別監測發動機水溫與散熱器水溫。電子節溫器有機械故障防護功能，以防發動機冷卻液節溫器加熱器出現電氣故障導致發動機溫度過高。機械節溫器在約104℃ （220°F） 時打開。機械節溫器將從104℃ （220°F） 循環至98℃ （208°F）［3］。

對維修后的車輛進行試車，連接診斷儀讀取數據流，冷車起動怠速，數據流顯示計算發動機需要的工作溫度為105℃，發動機冷卻液溫度為50℃且持續上升，散熱器冷卻液溫度和進氣溫度一致為常溫22℃。觀察風扇不轉，觸摸節溫器連接前后水管冷熱分明，此時節溫器處于關閉狀態，發動機小循環暖機升溫。路試車輛，車速60km/h，觀察數據流，由于更換的新節溫器的設置是95℃開啟，當發動機冷卻液溫度上升至95℃時，散熱器水溫數據由22℃逐漸升高，此時節溫器開啟大循環，利用散熱器迎風散熱，風扇處于停止狀態。松油門減輕發動機負荷，散熱器水溫開始下降，但發動機水溫始終維持95℃，說明節溫器實時調節冷卻液流量穩定發動機溫度。持續運行發動機讓散熱器水溫升高至95℃時，發動機水溫由95℃開始上升，直到105℃，此過程中發動機水溫比散熱器水溫始終高2~3℃，此時散熱風扇仍處于停止狀態，節溫器全開。當水溫超過105℃后，發動機水溫與散熱器水溫幾乎一致，直至散熱器水溫達到108℃，風扇自動開啟，散熱器水溫迅速下降，發動機水溫緩慢下降。此過程中節溫器實時調節流量，發動機水溫降至105℃時，風扇停轉，散熱器水溫為96℃，進氣溫度由于發動機艙溫度較高，為37℃。風扇停轉后，散熱器水溫開始回升，發動機水溫維持在105℃不變，直至散熱器水溫升高到108℃時，風扇重新開啟降溫，如此反復，發動機水溫始終維持在其需要的工作溫度附近。

3.2 發動機目標水溫

通過試車可以觀察判斷出節溫器在正常工作中，根據實時水溫變化來調節冷卻液流量。而對節溫器的控制需要建立一個目標水溫值，通過實測水溫與目標水溫比較，確定出節溫器目標開度，再由ECM輸出PWM信號控制節溫器開度來調節流量。目標水溫的確定一般由傳感器采集信息，判斷發動機各種工況，每一種工況都需要有最適合的工作溫度，不同的工況對應的適合溫度不相同，最終結合考慮發動機安全因素取最低值［4］。發動機目標水溫主要由以下幾個因素確定。

1） 根據進氣量、轉速等影響發動機負荷因素，結合車速、環境溫度等對迎風散熱的影響因素確定目標水溫T1。

2） 變速器冷卻需求確定目標水溫T2。

3） 實測水溫超高閾值時將目標水溫設定為安全值T3。

發動機目標水溫T目標=min{T1，T2，T3}，當節溫器發生故障時，發動機目標水溫恒為90℃［5］。

3.3 電子節溫器目標開度

ECM根據目標水溫與實測水溫的水溫差，確定電子節溫器目標開度 （%），輸出PWM信號，即電子節溫器占空比，驅動節溫器加熱器。而發動機運行和停機時，水溫的影響因素不同，ECM采用兩種控制策略來確定節溫器目標開度。

3.3.1 發動機運行

發動機運行時，水溫主要受到發動機當前工況的轉速、負荷、環境溫度、車速等因素影響，通過計算出的目標水溫T目標與實測水溫T實測比較，得出水溫差ΔT，ΔT=T目標-T實測。

1） 若ΔT≥0，說明實測水溫偏低，還沒有達到目標水溫，發動機應該持續升溫，節溫器無需打開，節溫器目標開度為0%，占空比為0%。

2） 若ΔT＜0，說明實測水溫較高，需要打開節溫器，實測水溫與目標水溫差值越大，對應的節溫器目標開度越大。

3.3.2 發動機停機

發動機熄火停機后，水溫仍處于較高狀態，節溫器并不會立即關閉，而是在熄火后一段時間內保持開啟狀態，利用散熱器讓水溫更快地下降。節溫器的目標開度及關閉時間取決于當時水溫、環境溫度和發動機停機時間等因素。

發動機熄火停機時，ECM立即開始計算停機時間，參考當時的水溫與環境溫度，水溫越高，節溫器目標開度越大，水溫降低目標開度相應減??；環境溫度越高，節溫器目標開度相應較大，環境溫度越低，則目標開度較??；水溫隨停機時間降低，節溫器目標開度根據停機時間進行修正。

4 結語

電子節溫器發生故障，常常是由于加熱器電阻異常和電路故障引起的。節溫器故障時，ECM會控制風扇常轉防止水溫過高，同時點亮故障燈。正常工作時，是由ECM通過各傳感器信號計算當前最佳的目標水溫，通過比較實測水溫的差值，確定節溫器目標開度，轉換占空比信號并輸出，控制電子節溫器開度大小，調節冷卻液流量結合散熱器熱交換使發動機在各工況下，工作于最佳的溫度范圍。