Датчик детонации: для чего нужен, какие признаки неисправности и как его проверить

Чем опасна детонация для двигателя?

Для эффективного преображения возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движения коленчатого вала максимальное давление в камере сгорания на такте рабочего хода должно достигаться примерно на 15-20° после верхней мертвой точки (ВМТ). При этом топливно-воздушная смесь поджигается дуговым разрядом искры зажигания, а скорость распространения фронта пламени не превышается 30-40 м/с.

В случае излишнего нагрева воздуха в конце такта сжатия, появления в камере сгорания частиц с излишне высокой температурой, топливная смесь самовоспламеняется. Скорость распространения фронта пламени при этом достигает 2000 м/с. Такой взрывообразный характер детонации приводит к повышенной нагрузке на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Последствия детонации:

  • прогорание клапанов и поршня
  • разрушение поршневых перегородок;
  • прогар прокладки головки блока цилиндров;
  • локальный перегрев поршней, стенок цилиндров и связанная с этим потеря эластичности поршневых колец;
  • ускоренный износ деталей ЦПГ. Взрывообразное горение разрушает масляную пленку, провоцируя сухое трение;
  • оплавление электрода свечи зажигания.

Причины детонирования топлива

  1. Несоответствие октанового числа бензина степени сжатия в двигателе.
  2. Низкое калильное число свечей зажигания. Самовоспламенение ТВС происходит от контакта с раскаленным электродом.
  3. Ранний угол опережения зажигания.
  4. Отложения в камере сгорания. При большом скоплении нагара на поршнях и клапанах уменьшается площадь камеры сгорания, что естественным образом ведет к увеличению степени сжатия. Детонация может появиться еще и вследствие контакта ТВС с перегретыми частичками масляных отложений.
  5. Слишком бедная смесь. Избыток воздуха ускоряет окислительную реакцию топлива с кислородом и повышает риск самовоспламенения смеси.

Видео: Датчик детонации. Зачем нужен. Как работает. Как диагностировать.

Работа датчика основывается на характеристике пьезоэлектриков преобразовывать воздействующую на них механическую энергию давления в разность потенциалов на их противоположных сторонах. Ударная волна, возникающая при детонировании, приводит к вибрациям стенок двигателя и деформации пьезоэлемента. Изменение формы последнего провоцирует появление напряжения, которое используется как выходной сигнал датчика детонации. Величина напряжения прямо пропорциональна силе вибраций, воздействующих на чувствительный элемент.

В зависимости от типа электронной схемы, использующейся для усиления и преобразования сигнала, различают резонансные и широкополосные датчики. Первый тип измерителя предполагает превышение порогового уровня лишь на одной (резонансной) частоте детонирования. Такие датчики устанавливались на ранних версиях ВАЗовских моторах с инжекторной системой питания. В широкополосных измерителях амплитуда выходного напряжения превышает пороговый уровень в определенном диапазоне частот, возникающих в двигателе при детонации.

Устройство датчика детонации

Устройство широкополосного датчика детонации:

  1. Контактные шайбы, являющиеся выводами для регистрации напряжения.
  2. Пьезоэлемент.
  3. Инерционная масса, воздействующая при вибрациях на чувствительный элемент.
  4. Тарельчатая пружина, обеспечивающая прилегание инерционной массы к чувствительному элементу.
  5. Болт крепления.
  6. Корпус.
  7. Электрический разъем.


Устройство ДД резонансного типа:

  • корпус с резьбой;
  • пьезоэлектрический кристалл;
  • пружина;
  • шунтирующий резистор;
  • электрический разъем;
  • подвижная опора;
  • резистор.

Датчик детонации двигателя стоит непосредственно в блоке, вблизи одного из цилиндров. На V-образных моторах датчиков будет как минимум 2 – по одному на каждую ГБЦ соответственно.

Почему появляется детонация

Здесь можно выделить три основных причины, из-за которых двигатель начинает работать неустойчиво:

  • октановое число топлива: чем оно выше, тем меньше вероятность возникновения этого неприятного явления (качество горючего тоже важно);
  • конструктивные особенности мотора: агрегаты, имеющие большую степень сжатия, более склонны к детонации, и поэтому в них нужно применять горючее с октановым числом не меньше того, что указано в инструкции;
  • условия эксплуатации двигателя: неправильно выбранная передача, чрезмерная нагрузка на двигатель, неверный состав рабочей смеси — все это тоже приводит к детонации.

Принцип действия датчика детонации

По сути, это неразборный круглый корпус, имеющий отверстие для фиксации на блоке цилиндров, а также клеммы, служащие для подсоединения к бортовой сети автомобиля. Главная часть датчика – пьезоэлемент, находящийся внутри и вырабатывающий небольшие электрические импульсы при механическом воздействии. При возникновении детонации формируются звуковые волны частотой 25-75 Гц. Они распространяются по блоку цилиндров и достигают пьезокристалла, заставляя его вибрировать в унисон с «пришедшим» звуком. Причем, чем больше амплитуда, тем сильнее вырабатываемое напряжение. Сформированные импульсы поступают в бортовой компьютер.

Типы датчика

Различают два варианта прибора. Первый из них – широкополосный. Характеризуется тем, что воспринимает одновременно несколько частот, на основании которых формирует уровень напряжения, передаваемый в ЭБУ. Вторая разновидность датчика настраивается строго на конкретную частоту. Электрический сигнал такой ДД вырабатывает при совпадении резонанса (либо его возникновении) с акустическими волнами, формируемыми детонацией в воздушно-топливной смеси, когда последняя уже воспламенилась.

Неисправности датчика детонации и их признаки

Не отвечать ЭБУ ДД может по целому ряду причин. Первый признак – загорание лампочки Check на панели приборов. При этом она не обязательно будет светиться постоянно: возможно ее кратковременное загорание при высоких нагрузках. Однако Check может сигнализировать и при иных неисправностях двигателя. Второй признак – потеря мощности, сопровождающаяся повышенным расходом горючего. Однако здесь та же ситуация: подобные симптомы могут проявляться и при других неисправных элементах мотора. Но все же лучше всего — перейти к тестированию самого датчика.

Угол опережения, детонация и октановое число

В названии приведены три разных понятия, но все они между собой связаны. Например, рассмотрим, как рекомендовалось настраивать трамблёр на моторах с карбюратором:

  1. В ходе эксплуатации появляется необходимость менять угол опережения зажигания. Корректировку, притом, можно производить как в большую, так и в меньшую сторону – всё зависит от качества топлива
  2. Если наблюдается детонация, то считается, что зажигание срабатывает слишком рано. Угол опережения нужно уменьшать;
  3. Если же детонация не возникает совсем, угол опережения можно попробовать увеличить.

Сама регулировка производилась так: отворачивали гайку 1, и корпус трамблёра 2 поворачивали на 2-3 градуса.

Инструкция к карбюраторному двигателю

В инструкциях, как правило, шло пояснение:

  • Если октановое число топлива – ниже, чем предусмотрено заводом, угол опережения надо уменьшать обязательно. Момент зажигания после этого становится более поздним, что позволяет исключить детонацию.
  • Если же октановое число – несколько выше, чем расчётное, угол опережения вполне можно увеличить. Главное – вести регулировку постепенно. В результате можно получить заметный прирост мощности.

А теперь забудьте всё, что было сказано раньше. В конструкции инжекторных двигателей трамблёра нет и производить регулировку не нужно. Верней, производить её должен контроллер ЭБУ.

Зажиганием управляет процессор

В предыдущей главе нам удалось выяснить, что:

  1. «Скрутив» угол опережения зажигания «к минимуму», можно полностью исключить возникновение детонации;
  2. Постепенно повышая этот угол, можно повысить мощность. Но после превышения определённого значения бензин начинает детонировать;
  3. Чем октановое число будет выше, тем выше и пороговое значение, и наоборот.

Настройкой угла опережения в инжекторном моторе занимается контроллер. Причём, сам «порог», то есть предельное значение, он будет выявлять эмпирически. Появилась детонация – значит, порог пройден. А для того, чтобы идентифицировать саму детонацию, нужен «микрофон», то есть исправный пьезоэлектрический датчик.

Модуль датчика крепится к блоку цилиндров

Крепить корпус датчика к двигателю тоже нужно правильно. Иначе смысла в его использовании не будет.

Подводим итог. Выше было полностью выяснено, для чего нужен датчик детонации двигателя. Дальше рассказывается о его устройстве, а также о последствиях выхода из строя.

Сломался датчик – ну, и что же?

Если двигатель завёлся только что, угол опережения будет выставлен на минимум. Затем значение постепенно повышается, но только до появления детонации. А если датчик был неисправен, контроллер поведёт себя так:

  1. Значение повысится к максимуму, затем будет выдержано определённое число тактов;
  2. Устойчивый сигнал с датчика не приходит – делается вывод о его неисправности;
  3. Угол опережения сразу переводится к минимальным значениям. Загорается лампа Check.

На первый взгляд, всё выглядит правильно – контроллер «вычислил» факт поломки. Но дело в том, что на шаге 1 мотор эксплуатировался в критическом режиме.

Чем больше будет запусков с неисправным датчиком, тем быстрее можно «убить» двигатель.

С неисправным датчиком детонации можно ездить сколько угодно. Критичным, как уже говорилось, будет именно число запусков.

Принцип работы ДД

Принцип работы большинства датчиков детонации основан на использовании пьезоэлектрического эффекта. Рабочий элемент измерителя обладает способностью образовывать разность потенциалов при воздействии на него внешних сил. Устройство ДД разных конструкций представлено на изображении ниже.

Датчик детонации устроен таким образом, чтобы чувствительно воспринимать внешнее воздействие. Благодаря этому он улавливает малейшее изменение в работе мотора. Детонация всегда сопровождается вибрацией, которую и улавливает ДД.

Расположение ДД

Чтобы увидеть, где находится датчик детонации, требуется посмотреть на блок цилиндров. ДД располагается на том месте, где его чувствительность к детонации наивысшая. На большинстве моторов измеритель установлен между вторым и третьим цилиндрами.

Датчик детонации стоит на ровной площадке. Он плотно прижимается к поверхности силового агрегата.

Датчик детонации располагается таким образом, чтобы не контактировать с антифризом и прочими техническими жидкостями. Часть измерителей имеют резьбу на корпусе, с помощью которой они закручиваются в посадочное отверстие. Большинство ДД фиксируются с помощью отдельного болта, проходящего через их центр. При этом крайне важно соблюдение момента затяжки для правильной работы сенсора.

Определение неисправности датчика по поведению автомобиля

В первую очередь о неисправности ДД говорят изменения в поведении автомобиля. Владелец может обнаружить один или несколько симптомов:

  • увеличение потребления горючего;
  • загорание индикатора неисправности силовой установки;
  • снижение мощности мотора;
  • выхлопные газы стали более дымными;
  • машина потеряла динамику и плохо реагирует на педаль газа;
  • при езде постоянно возникает звук детонации;
  • мотор работает с частыми перегревами.

Чем опасно детонационное сгорание и что его может вызвать?

Но если не соблюдается хоть одно из условий, то высока вероятность возникновения детонационного сгорания, которое в дальнейшем может стать причиной серьезных поломок. Суть данного сгорания сводится к тому, что часть топлива из-за ряда сложившихся факторов в камере сгорания самовоспламеняется. Причем происходит это до того, как между свечными электродами образуется искра, то есть смесь загорается раньше времени.

Особенностью детонационного сгорания является то, что оно подобно взрыву. Сгорание смеси происходит значительно быстрее и сопровождается увеличенным давлением и значительно большей температурой, чем при обычном процессе горения топливовоздушной смеси.

Результатом такого сгорания является оплавление днища поршня, прогорание его или клапанов. В общем, детонация в силовой установке способна нанести огромный вред и надобность в дорогостоящем и длительном ремонте.

Виной же появлению детонации может стать:

  • некачественный бензин с низким октановым числом.
  • особенности конструкции силовой установки (степень сжатия в цилиндре, форма камеры сгорания, положение свечи зажигания и т. д.);
  • изменение рабочих условий в цилиндрах (неправильный угол опережения зажигания, работа под нагрузкой, возникновение значительного слоя нагара, ухудшение качества топливовоздушной смеси).

Как с этим бороться?

Один из самых простых методов избавления от детонации – это изменение угла зажигания. Ведь этот параметр значительно влияет на работу силового агрегата. При позднем зажигании топливо не успевает полностью сгореть, что сказывается на мощности, приемистости, потреблению топлива. А при раннем угле зажигания как раз и появляется детонационное сгорание – топливо сгорает раньше времени, что приводит к появлению ударных нагрузок на поршневую группу и кривошипно-шатунный механизм.

В карбюраторных автомобилях от детонации избавлялись путем проворота трамблера, обеспечивая более позднее зажигание.

В современных инжекторных авто вручную изменить угол опережения невозможно, поскольку корректировка данного параметра выполняется электронной системой управления двигателем. По сути, автомобиль сам регулирует зажигание так, чтобы обеспечить максимальный выход мощности при минимально возможном потреблении топлива. Причем это достигается на немного раннем зажигании, когда угол устанавливается так, чтобы не возникало детонационного сгорания. Но как уже сказано, возникновение данного эффекта зависит от множества факторов.

Катализаторы детонации

Детонации подвержены все двигатели, в малой или большей степени. Необходимо знать факторы, влияющие на усиление детонации и стараться их нейтрализовать. К ним относятся:

  • Невысокая детонационная стойкость горючего;
  • Конструктивные и функциональные особенности двигателя внутреннего сгорания и характер его взаиморасположения к остальным элементам автомобиля. К таким факторам относятся: степень поршневого сжатия смеси, особенности устройства самой камеры, удаленность от свечей зажигания, и еще многих других обстоятельств;
  • Нарушения пропорции в смешивании компонентов смеси;
  • Ошибочные параметры зажигания (угол опережения и момента подачи смеси);
  • Чрезмерная нагрузка на небольших оборотах;
  • Сильное нагревание элементов двигателя и воспламенение от нагара, что является следствием некорректной работы системы охлаждения.

Влияние детонации на систему

Детонированная смесь придает ускорение распространяющемуся пламени, одномоментно разгоняя до скорости 2500 м/сек. Это несравненно больше скорости пламени тактового сжигания, величина которой не превышает 30 м/сек.

Первым принимает удар волны на себя стенки камеры цилиндра. Однако они не в силах нейтрализовать всю мощь волны, энергия которого выходит за пределы блока цилиндров, оставляя за собой разрушительный след. Близлежащие элементы конструкции постепенно гасят эту энергию, принимая на себя, все более ослабевающую, взрывную волну.

В двигателе слышатся стуки, шумы и возрастание температуры. Он подвергается, многократно повторяющейся, ударной деформации и перегреву. Страдают и расположенные в непосредственной близости, узлы и детали, расшатывается их конструкция, покрываются слоем нагара, что в конечном итоге приводит к ускорению износа.

Так ли опасна детонация и что ее провоцирует?

В идеале топливная смесь начинает воспламеняться еще до достижения поршнем крайнего верхнего положения при угле опережения зажигания 2-3°, а завершающий этап воспламенения приходится на момент, когда поршень начинает возвратное движение, минуя верхнюю мертвую точку. Для детонации характерно преждевременное самовозгорание смеси уже в середине такта сжатия, еще до того, как возникает искра между электродами на свече. Так на поршень оказывается мощное противодействие, в результате чего силовая установка теряет мощность, а расход бензина увеличивается.

В случаях ДВС малого объема сравнительно высокой мощности и со значительным крутящим моментом детонация обнаруживается на низких оборотах и скоро исчезает. В форсированных двигателях она может возникать при ощутимых нагрузках на повышенных оборотах и причинить мотору вред буквально за считанные секунды.

Детонация объясняется рядом факторов, к которым относят:

  • несоответствие октанового числа рекомендуемому;
  • особенности устройства двигателя (величина сжатия, положение свечей, геометрия камеры сгорания и поршневого днища, наличие поддува и др.);
  • эксплуатационные условия (угол опережения зажигания, нагрузки, состояние камеры сгорания и др.).

Как проверить датчик детонации

Когда сканер расшифровки кода ошибки недоступен или посещение СТО невозможно, проверить датчик на исправность можно самостоятельно. При этом не следует забывать, что внутри детонационного датчика расположен чувствительный пьезоэлектрический кристалл, поэтому допускать его ударов и падений нельзя.

Проверка требует наличия мультиметра с диапазоном в тысячные доли вольта. В том, что прибор поддерживает рекомендуемый диапазон, следует убедиться до начала процедуры. Также полезно выяснить нормальный уровень сопротивления для датчика проверяемой марки автомобиля.

Проверка датчика детонации

Для проверки напряжения на контактах снятого с головки датчика мультиметр настраивается на милливольты, после чего его щуп «+» замыкается с управляющим контактом, а «-» – с массой проверяемого устройства. К использованию в роли щупа не рекомендуется старая проводка и проводники со скрутками. Лучше чтобы длина провода щупов была минимальной.

Подсоединенный к измерителю датчик зажимается в руке, которой следует выполнить несколько не слишком интенсивных ударных движений по любой поверхности или предмету, в результате чего мультиметр отобразит наличие или отсуствие напряжения. В альтернативном случае можно легонько постучать по центру свободно лежащего датчика чем-то металлическим. Ударные манипуляции вызывают в исправном датчике потенциал в пределах 40-150 мВ. Если же разность потенциалов полностью отсутствует, датчик детонации подлежит замене.

Где находится датчик детонации и на что влияет

Обычно ДД устанавливается на резьбовом креплении к блоку цилиндров, около центрального цилиндра ближе к камерам сгорания. Такая его локация определена задачами, которые он призван выполнять.

Грубо говоря, датчик детонации представляет собой микрофон, улавливающий вполне определённые звуки, издаваемые бьющей о стенки камер сгорания детонационной волной.

Сама эта волна становится результатом аномального горения в цилиндрах с очень высокой скоростью. Разница между штатным процессом и детонационным такая же, как при работе выталкивающего порохового заряда в артиллерийском орудии и взрывчатого вещества бризантного типа, которым начинён снаряд или граната.

Порох горит медленно и толкает, а содержимое фугаса дробит и разрушает. Разница в скорости распространения границы горения. При детонации она выше во много раз.

Чтобы не подвергнуть поломкам детали двигателя, возникновение детонации надо вовремя заметить и пресечь. Когда-то можно было себе позволить ценой перерасхода топлива и загрязнения окружающей среды, дабы избегать детонирования смеси в принципе.

Постепенно моторные технологии достигли такого уровня, что все запасы были исчерпаны. Надо было заставить двигатель самостоятельно гасить возникающую детонацию. И мотору приделали «ухо» акустического контроля, которым и стал датчик детонации.

Внутри ДД имеется пьезоэлемент, способный преобразовывать акустические сигналы определённого спектра и уровня в электрические.

После усиления колебаний в блоке управления двигателем (ЭБУ) информация преобразовывается в цифровой формат и поступает на рассмотрение электронному мозгу.

Как только детонационные звуки зафиксированы, блок выдаёт команду на парирование неправильного горения. Это может быть дополнительное обогащение смеси или уменьшение текущего угла опережения зажигания. Иногда и то, и другое, но чаще последнее.

Типовой алгоритм работы состоит в кратковременном отбросе угла на фиксированное значение с последующим пошаговым возвратом к оптимальному опережению. Какие-либо запасы тут недопустимы, поскольку они снижают эффективность двигателя, заставляя его работать в неоптимальном режиме.

Отслеживание происходит в режиме реального времени на большой частоте, что позволяет быстро отреагировать на появление «звона», не давая ему нанести локальных перегревов и разрушений.

Синхронизировав сигналы с датчиками положения коленвала и распредвалов можно даже определить в каком именно цилиндре возникает опасная ситуация.

Проверка датчика на разъеме ЭБУ

Определив по электрической схеме автомобиля нужный контакт разъёма контроллера ЭБУ, состояние датчика можно проверить более полно, с включением подводящих цепей проводки.

На снятом разъёме проводятся те же измерения, что описаны выше, отличием будет только одновременная проверка исправности кабеля. Изгибая и подёргивая провода убеждаются в отсутствии блуждающей неисправности, когда контакт появляется и пропадает от механических вибраций. Этим особенно страдают корродирующие места заделки проводов в наконечники разъёмов.

При подсоединённом ЭБУ и включённом зажигании можно проверить наличие опорного напряжения на датчике и правильность его деления внешним и встроенным резисторами, если это предусмотрено схемой конкретного автомобиля.

Обычно опора +5 Вольт делится примерно пополам и на фоне этой постоянной составляющей генерируется переменный сигнал.

Проверка осциллографом

Наиболее точный и полный приборный способ потребует использования запоминающего автомобильного цифрового осциллографа или осциллографической приставки к диагностическому компьютеру.

При ударах по корпусу ДД на экране будет видно, насколько пьезоэлемент способен генерировать крутые фронты сигнала детонации, правильно ли работает сейсмо масса датчика, не допуская посторонних затухающих колебаний, достаточна ли амплитуда выходного сигнала.

Методика требует достаточного опыта в диагностике и знания типовых картинок сигнала исправного прибора.

Вывод

ДД используется для определения состояния детонации в двигателе. ЭБУ использует этот сигнал для управления моментом зажигания.

Датчик детонации обычно устанавливают на блоке или головке блока цилиндров. Датчики бывают узкополосные (резонансные) и широкополосные.

Проверка датчика детонации обычно включает в себя: считывание данных обратной связи датчика, проверку рабочего напряжения, проверку проводки между датчиком и ЭБУ, измерение сопротивления датчика и т. д.

Источники


  • https://topmekhanik.ru/datchik-detonatsii-avtomobilnogo-motora/
  • https://voditelauto.ru/%D0%B4%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA-%D0%B4%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8/
  • http://LifanoVod.ru/kak-vliyaet-datchik-detonacii-na-rabotu-dvigatelya-princip-ego-raboty/
  • https://zapchasti.expert/datchiki/datchik-detonacii/datchik-detonacii.html
  • http://AvtoMotoProf.ru/obsluzhivanie-i-uhod-za-avtomobilem/datchik-detonatsii-dvigatelya-avtomobilya-i-ego-naznachenie/
  • https://elm327.club/remont-i-obsluzhivanie-avto/na-chto-vliyaet-datchik-detonatsii.html
  • https://AvtoNov.com/%D0%B4%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA-%D0%B4%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8-%D1%87%D1%82%D0%BE-%D1%8D%D1%82%D0%BE-%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%B5/
  • https://AutoVogdenie.ru/zachem-nuzhen-v-avto-datchik-detonacii.html
  • https://elm3.ru/wiki/datchik-detonacii

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Ремонт автомобиля, решение проблем с авто
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: