Датчик детонации автомобильного мотора

Датчик детонации двигателя необходим для регистрации неправильного горения топливовоздушной смеси (ТВС). В случае неисправности ДД ECM (Engine Control Module) переводит мотор в аварийный режим, ограничивая мощность и скорость реакции на педаль газа.  Рассмотрим признаки неисправности датчика, его устройство и способы диагностики.

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.

Принцип работы датчика детонации

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.

Предохранительные меры

Сигнал с датчика подается в ECM. Детонация в двигателе является причиной для резкого отката угла опережения зажигания в сторону запаздывания. При следующих циклах работы мотора угол ступенчато уменьшается до тех пор, пока снова не будет зарегистрировано детонационное сгорание. Нередко, когда двигатель детонирует, происходит не только откат УОЗ (угол опережения зажигания), но и обогащение топливовоздушной смеси. Таким образом удается подстраиваться под изменяющиеся параметры работы, удерживая двигатель в зоне наибольшей эффективности.

Симптомы неисправности

В случае поломки датчика двигатель переходит в аварийный режим, выставляя поздний УОЗ. Неисправность датчика детонации проявляется потерей мощности, увеличенным расходом топлива, провалами при резком нажатии на газ. Если мотор по какой-то причине не переведен в аварийный режим, при движении под нагрузкой и попытках резких ускорений вы услышите характерный металлический дребезг.

Система самодиагностики

Поскольку датчик детонации влияет на исправность двигателя, ECM современных автомобилей имеет развитую систему самодиагности. ЭБУ двигателя не только регистрирует детонационное сгорание, но и «слушает» фоновый шум работающего двигателя. Если уровень шума с датчика детонации ниже порогового значения в течение 10 с и более, в энергонезависимой памяти ЭБУ регистрируется ошибка датчика. Каждому типу регистрируемой неисправности присваивается определенный код, который может быть считан диагностическим прибором.

Благодаря резистору, встроенному в схему управления, ECM способен определить обрыв цепи и короткое замыкание на массу. При этом возможна как неисправность датчика детонации, так и проблема с проводкой. Поскольку сигнал датчика важен не только для сохранения мотора, но и для контроля уровня токсичности выхлопных газов, ошибки по нему сопровождаются загоранием на приборной панели лампы Check Engine.

Проверка датчика детонации

Сигнал ДД представляет собой синусоиду с определенной частотой и амплитудой. Датчик не требует питания и не пропускает через себя ток, поэтому проверить его обычным мультиметром можно только на предмет обрыва встроенного шунтирующего резистора (защищает цепь от короткого замыкания).

Адекватная проверка датчика детонации возможна только с помощью осциллографа. Диагностировать датчики можно без снятия с автомобиля. Для этого подключитесь к сигнальному выводу и нанесите 3 точных удара металлическим предметом вблизи датчика. Сигнал должен быть без провалов и с четко выраженными затухающими колебаниями. Потеря сигнала свидетельствует о дребезге контактов внутри измерителя.

Видео: Датчик детонации ДД Проверка не снимая с авто

Особенности V-образных ДВС

В случае ошибки на один из датчиков детонации необходимо поменять их разъемы местами. Если доступ к датчикам затруднен, изучите электрическую схему. Вероятно, что провода от датчиков приходят на общий коннектор. Разъединив разъем, вы сможете обмануть ЭБУ двигателя, установив соответствующие перемычки между «папой» и «мамой».

Удалите ошибки с памяти ECM, запустите и прогрейте двигатель. Проведите тестовую поездку для возобновления кода неисправности (на приборной панели загорится Check Engine).

Если ошибка с Bank 1 изменилась на Bank 2 и наоборот, значит, проблем с проводкой от измерителя к блоку управления нет, а неисправность в самом датчике. В случае сохранения ошибки по одной и той же ГБЦ следует прозвонить проводку на предмет обрыва. Для этого воспользуйтесь мультиметром в режиме омметра. Один из щупов подключите к проводу разъема со стороны датчика, а второй к его ответной части, приходящей на ЭБУ. Проверьте, не замкнул ли сигнальный провод на массу. Для теста один из щупов подключите к сигнальному выводу разъема датчика, а вторым коснитесь массовой клеммы АКБ. Сопротивление незамкнутого провода должно быть больше 20 мОм.

Рекомендации по замене датчика

Поскольку датчик детонации двигателя нужен для регистрации вибраций стенок блока цилиндров, при его установке важно соблюсти рекомендованный производителем момент затяжки. Неплотное прилегание, грязь между привалочными плоскостями либо превышенное усилие затяжки приведут к искажению сигнала и возобновления ошибки.