Устройство и принцип работы датчика детонации – AvtoTachki

Детонация — что это такое?

Детонационное сгорание возникает, когда удаленные от свечей зажигания части топливно-воздушной смеси (ТВС) из-за поджатия пламенем нагреваются и самовоспламеняются с образованием небольшого взрыва. Такое явление является ощутимым для водителя. В момент движения проявляется характерный акустический признак – металлический стук в кривошипно-шатунном механизме.

Слово детонация происходит от французского слова détoner (взрываться) и латинского слова detonare (греметь).

Основное последствие мини-взрыва – это увеличение теплоотдачи элементов кривошипно-шатунного механизма с активизацией их износа. Это приводит к серьезным поломкам. То, насколько часто проявляется проблема, оказывает ключевое действие на ее исход. Отдельные модули машины могут быстро выйти из строя без возможности восстановления, будет показана их замена.

Детонация — это режим горения, при котором по используемой ТВС распространяется ударная волна. Сам процесс сгорания очень сложный, потому здесь требуется постоянный конструктивный контроль. Любое нарушение способно привести к ненормальному сгоранию – ТВС воспламенится в ненужный момент или в неположенном месте.

В идеальных условиях топливо должно воспламеняться до того, как поршень достигнет верхнего положения, причём угол опережения зажигания в этот момент равен 2-3°. А когда поршень возвращается в исходное положение, этап воспламенения завершается. При детонации происходит самовозгорание ТВС в середине такта сжатия, до того момента, когда появится искра на свече зажигания. Получается, что поршень оказывает противовес, мотор теряет мощность, а расход топлива возрастает.

Если двигатель небольшого объёма с повышенной мощностью и крутящим моментом, то детонация появляется на небольших оборотах и довольно скоро исчезает. А в форсированных моторах детонация появляется при высоких нагрузках и может ухудшить состояние силового агрегата на пару секунд.

Чем опасно детонационное сгорание и что его может вызвать

Детонация в моторе представляет собой неконтролируемое сгорание топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя. Такое нарушение способно провоцировать «мини-взрывы». Ещё раз повторюсь: если топливо в камерах перерабатывается правильно, скорость распространения пламени не превышает 30 м/с.

При детонации показатель заметно увеличивается в отдельных, буквально критических ситуациях достигает 2500 м/с. Такие нагрузки на цилиндры и поршневую группу приводят к серьезной поломке через 5-6 тыс. км. Именно предотвращение таких ситуаций и обеспечивает датчик.

Частота и риски возникновения детонации при работе ДВС находятся в прямой зависимости от трех основных факторов:

1. Состав бензина. Первый и самый главный показатель. Современные двигатели особенно чувствительны к октановому числу топлива и это можно легко объяснить. Именно этот показатель прямо отображает способность жидкости не провоцировать детонацию. Качественное топливо заметно продлевает срок службы мотора и отдельных его модулей. Хороший бензин не будет расходовать ресурс используемых фильтров слишком интенсивно, что приведет к меньшему негативному влиянию на металлические части двигателя.
   

   

2. Условия работы ДВС. Часто детонация случается, когда мотор работает под определенными нагрузками на отдельных передачах, когда при сгорании образуется ТВС с неправильными пропорциями.
3. Некорректные параметры зажигания (угол опережения и момент подачи топливной смеси).
4. Экстремальные нагрузки при малых оборотах мотора.
5. Нарушения работы системы охлаждения. В этом случае происходит сильный нагрев деталей мотора и воспламенение от нагара.
6. Конструктивные особенности ДВС. Часто машины могут ездить только на 95 или 98 бензине. Это объясняется тем, что двигатели имеют максимальную способность к сжатию. При применении некачественной ТВС возрастает вероятность детонации. Не менее важна форма камеры сгорания и днища поршней, расположение свечей зажигания. Чтобы не провоцировать поломки, стоит использовать горючее с указанным производителем октановым числом. Эта информация есть на лючке топливного бака. При этом опасно заливать не только 92 вместо рекомендуемого 95, но и 98.

Соизмерить все риски, возникающие при использовании транспортного средства – просто невозможно. Именно поэтому на помощь приходят датчики. Отдельный модуль оценивает риск детонации и контролирует работоспособность мотора. Чтобы суметь своевременно обнаружить проблему, стоит внимательно рассмотреть его конструкцию и разобраться с принципом работы.

Влияет ли датчик детонации на расход топлива? Однозначно, да. При выходе из строя интенсивность затрат горючего возрастает.

Удар волны принимают стенки камер цилиндра, которые не могут полностью снизить силу детонации и защитить другие элементы от массированной ударной волны, соответственно энергия выйдет за их пределы, оставив разрушающий след. Что будет, если не работает датчик детонации? Все ближайшие элементы получат серьёзную нагрузку, связанную с нисходящей волной.

Со временем детонационные взрывы приводят к оплавлению дна поршня и прогоранию клапанов. В моторе могут проявляться стуки, шумы, увеличится его рабочая температура. Это связано с многократной ударной деформацией и перегревом. Не исключено появление неисправностей во всех узлах, находящихся в непосредственной близости от ударной волны. Подобным воздействием система расшатывается, ускоряется ее износ.

Если появились признаки выхода из строя датчика, следует провести проверку. Если она подтвердит неисправность, показана замена модуля. В этом случае придётся потратиться на дорогой и сложный ремонт.

Самая главная опасность неисправности датчика детонации в том, что даже его полный выход из строя не повлияет на остановку ДВС. Мотор продолжит свою работу, это быстро приведёт к его износу, как будто он работает дольше, чем в действительности.

Где находится

Мы изучили, какую функцию выполняет датчик детонации. Осталось разобраться, где находится этот элемент, значимый для нормальной работоспособности двигателя. В большинстве случаях, когда конструкцией автомобиля не предусмотрено другое, он размещается на блоке или головке цилиндров. Где расположен элемент можно понять по фото, но он всегда будет находиться немного ниже впускного коллектора.

Чаще всего его устанавливают в середине группы цилиндров, чтобы обеспечивать точную отладку их работы. Место для них устанавливается в соответствии с размещением самой разогреваемой камеры сгорания. При двигателе поперечного и продольного сечения контроллер устанавливают чуть ниже впускного коллектора.

Где стоит элемент зависит от его исходной конструкции. Чаще всего он прикрепляется болтом к мотору и вкручивается в него. На ДВС с 4 цилиндрами, датчик будет установлен между вторым и третьим по счету.

При 4-цилиндровом ДВС целесообразно применять единственный датчик детонации, потому что он сможет в полной мере контролировать работу всех цилиндров. Если исходное число элементов больше, контроллеры внедряют дополнительно. Заметим, что для ДВС с 6 цилиндрами уже надо 2 датчика.

Измерение сопротивления

Датчики детонации, как резонансные, так и широкополосные можно проверять путем замера изменения внутреннего сопротивления в динамическом режиме, то есть, в процессе их работы. Процедура измерения и условия проведения полностью аналогичны описанному выше измерению напряжения.

Отличие состоит только в том, что мультиметр включается не в режим измерения напряжения, а в режим замера значения электрического сопротивления. Диапазон измерений — приблизительно до 1000 Ом (1 кОм). В спокойном (бездетонационном) состоянии значения электрического сопротивления будет равно приблизительно 400…500 Ом (точное значение будет отличаться у всех, даже одинаковых по модели, датчиков).

Измерение широкополосных датчиков нужно выполнять, присоединив щупы мультиметра к выводам датчика. Далее постучать либо по самому датчику либо в непосредственной близости с ним (по месту его крепления в двигателе, или, если он демонтирован, то положить его на металлическую поверхность и ударить по ней).

Как и в случае с измерением напряжения необходимо следить, что значение сопротивления возвращалось к его исходному показателю, а не зависало. Если этого не происходит и сопротивление остается высоким — значит, датчик детонации неисправен и его следует заменить.

Что касается старых резонансных датчиков детонации, то измерение их сопротивления происходит аналогично. Один щуп нужно подсоединить на выходной контакт, а другой — на входное крепление. Обязательно нужно обеспечить качественный контакт! Далее с помощью гаечного ключа или маленького молотка нужно несильно ударить по корпусу датчика (его «бочонку») и параллельно смотреть на показания тестера. Они должны увеличиваться и возвращаться к исходным значениям.

Стоит отметить, что измерение значения сопротивления некоторые автомеханики считают более приоритетным, чем измерение значения напряжения при диагностике датчика детонации. Как указывалось выше, изменения напряжения при работе датчика очень мало и составляет буквально несколько милливольт, в то время как изменение значения сопротивления измеряется в целых Омах.

Контрольная лампа check engine

Первый признак, по которому можно заподозрить неисправность — это загорание специальной лампочки на приборной панели, причём мотор при этом работает. К этому предупреждению, подаваемому системой управления, стоит относиться внимательно, иначе проблема рискует усугубиться в самые короткие сроки.

Безусловно, выход датчика из строя – не единственное нарушение, провоцирующее загорание элемента. Поломка датчика детонации, всего лишь одна из возможных проблем. Но действовать надо сразу, чтобы потом не утруждать себя дорогостоящим и длительным ремонтом двигателя.

Рассчитывать на то, что лампочка обязательно загорится – не следует. Лампочка загорается чаще всего только при обрыве цепи, даже если датчик детонации неисправен. Поэтому, чтобы выявить, в каком узле появилась неисправность, нужно подключать сканер, чтобы узнать код ошибки.

Вот коды ошибок, связанные с детонацией: P0325, P0326, P0327, P0328. Эти ошибки можно считать самому при помощи диагностического сканера, либо адаптера ELM327, используя программу Torque.

Если горит датчик детонации, то это может быть связано также с обрывом датчика детонации.

Когда электронный блок управления «увидит», что датчик детонации некорректно работает, то он перейдёт в аварийный режим. То есть выставится позднее зажигание, чтобы предотвратить риск появления детонации.

Проверка датчика детонации на электрической колодке

Существует еще один метод проверки датчика детонации, не снимая его с посадочного места. Для этого нужно использовать штекер ЭБУ. Однако сложность данной проверки состоит в том, что нужно знать, какие именно гнезда в колодке соответствуют датчику, ведь у каждой модели автомобиля электрическая схема индивидуальна.

Нужно подсоединиться к известным пинам на колодке

Суть проверки сводится к тому, чтобы измерить значение подаваемых датчиком сигналов, а также проверить целостность электрической/сигнальной цепи до блока управления. Для этого в первую очередь нужно снять колодку с блока управления двигателем. На колодке нужно найти два искомых контакта, к которым необходимо подсоединить щупы мультиметра (если щупы не влазят, то можно воспользоваться «удлинителями» в виде гибких проводов, главное — обеспечить хороший и прочный контакт).

На самом приборе нужно включить режим для измерения постоянного напряжения с пределом в 200 мВ. Далее нужно аналогично описанному выше методу постучать где-нибудь в непосредственной близости от датчика. При этом на экране измерительного прибора можно будет увидеть, что значение выходного напряжения изменяется скачкообразно.

Также имеет смысл проверить состояние экранирующей оплетки сигнального/питающего провода, идущего от ЭБУ к датчику детонации. Дело в том, что со временем или под механическим воздействием она может повредиться, а ее эффективность, соответственно, уменьшиться.

Поэтому в проводах могут появиться гармоники, которые выдает не датчик, а появляющиеся под воздействием посторонних электрических и магнитных полей. А это может привести к принятию блоком управления ложных решений, соответственно, двигатель будет работать не в оптимальном режиме.

Обратите внимание, что описанные выше методы с измерением напряжения и сопротивления показывают лишь то, что датчик работоспособен. Однако в некоторых случаях важны не само наличие указанных скачков, а их дополнительные параметры.

Способы предотвратить детонацию

В ряде случаев детонация происходит под влиянием причин, не связанных с работоспособностью датчика. Надо знать о некоторых способах профилактики детонации:

1. Если детонация мотора при езде на дизеле или бензине начинается после заправки на конкретной АЗС, пользоваться ее услугами – не следует.
2. Регулярное удаление нагара в цилиндрах позволяет минимизировать степень сжатия и значительно улучшить отвод тепла. В большинстве случаях моторы справляются с этой функцией самостоятельно за счет самоочистки. Но, помочь силовому агрегату может и сам водитель. Машину следует прогнать на максимальной мощности пустой дороге в течение 2-5 минут.
3. Регулярно надо мониторить состояние системы охлаждения: радиатора и вентилятора. Эти элементы чистят от естественных загрязнений минимум 1 раз в год, но лучше почаще.
   

   

4. Проверьте состояние свечей зажигания и высоковольтных проводов.
5. Проводить регулировку угла опережения зажигания. Для этого на дороге разгоняют скорость в 40-50 км/час и нажимают на газ.
6. В бензин можно добавить присадку (например, Castrol TBE). Это немного улучшит детонационную стойкость топлива. Авто заводиться будет лучше, но стуки из-под капота не исчезнут.

От рядовых автолюбителей можно услышать о специальных присадках, которые следует добавлять в бензин. Эти компоненты в ряде случаев улучшают детонационную стойкость. Но, стоит ли их использовать? Однозначно, нет, потому что это – дополнительные расходы. Лучше регулярно проверять работоспособность контролирующего модуля и заправлять машину на проверенных сетевых АЗС.

Устройство и принцип работы

Если посмотреть на датчик детонации в разрезе, можно заметить следующие элементы:

• внешний и внутренний корпус с отверстием под крепёжный болт;
• пружины;
• пьезоэлектрическая пластина;
• сигнальный провод;
• стальной грузик;
• тонкая оплетка;
• резистор.

Размеры датчика сравним с размерами спичечного коробка.

Как работает датчик детонации? После появления больших механических колебаний на моторе, на концах пружин начинают действовать напряжения. В блоке управления фиксируются значения безопасного нагнетания, передаваемые датчику по ходу работы двигателя без риска детонации. После превышения порога, основной блок детали передает команду, что надо произвести коррекцию угла опережения зажигания.

Роль датчика детонации в двигателе – значительная, несмотря на то, что устройство представлено в форме простого электрического модуля. Оно не оказывает никакого действия на внешнее воздействие. Уровень сигнала детонации может меняться, в зависимости от того, в какой части ДВС установлен элемент: в передней или задней.

Вот как работает датчик детонации:

• Механические импульсы создают напряжение в датчике детонации на пьезоэлектрическом элементе. Напряжение растет по мере увеличения интенсивности колебаний.
• После превышения безопасного и допустимого порога, датчик посылает сигнал о необходимости коррекции угла опережения.
• Датчик обеспечивает преобразование механического воздействия в постоянный электрический сигнал, передаваемый в блок управления.
• Система корректирует впрыск топлива и угол опережения.
• При выполнении перечисленных условий, мотор работает максимально эффективно при минимальном расходе топлива. Мощность ДВС достигает заложенного максимума.

Получается, что датчик детонации необходим для предотвращения возникновения детонации. Его основная функция – своевременное обнаружение воспламенения и передача данных об изменениях на блок.

Простыми словами: устройство работает как датчик вибрации, который способен обнаруживать акустические металлические колебания, которые возникают при раннем зажигании или случайном возгоранием топлива. Датчик детонации работает как «микрофон», благодаря которому блок управления «прослушивает» мотор.

Если произошла детонация, то электронный блок управления будет сдерживать зажигание каждого цилиндра, пока мини-взрывы не прекратятся. В этот момент уменьшится мощность и экономичность ДВС. Когда детонация исчезнет и не будет возникать вновь, то блок управления со временем восстановит исходную синхронизацию зажигания. Такое управление называется с замкнутым контуром и обратной связью.