Датчик детонации

В двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием при определённых условиях могут возникнуть аномальные «звенящие» процессы сгорания, которые приводят к снижению мощности и коэффициента полезного действия двигателя. Этот нежелательный процесс сгорания называется детонацией и является следствием самовоспламенения ещё не охваченной пламенем свежей топливовоздушной смеси.

Нормально начавшийся процесс сгорания топливовоздушной смеси и сжатие ее поршнем обуславливают повышение давления и температуры в камере сгорания, которые могут вызывать самовоспламенение оставшихся газов (еще не сгоревшей смеси). При этом скорость распространения пламени может быть выше 2000 м/сек, в то время как скорость нормального сгорания составляет около 30 м/сек.

При таком ударном сгорании в камере сгорания создается высокое давление. Диаграмму изменения давления в камере сгорания от положения коленчатого вала можно посмотреть на рис. 5.12. При длительной детонации повышенное давление и термическая нагрузка могут привести к механическим повреждениям прокладки головки блока цилиндров, поршня и головки в зоне клапанов. Характерные колебания детонационного сгорания регистрируются датчиком детонации, преобразуются в электрический сигнал и передаются в контроллер СУД. Конструктивно датчик детонации представляет собой акселерометр, т.е. пьезокерамический прибор, преобразующий энергию механических колебаний блока цилиндров двигателя в электрический сигнал. Другими словами – это приемник звуковых колебаний в твердых телах.

При возникновении вибрации инерционная масса воздействует на пьезоэлемент с соответствующей частотой и усилием, в результате возникновения пьезоэффекта на контактах появляется электрический сигнал. В контроллере выходной сигнал датчика детонации подвергается специальной обработке для обнаружения момента возникновения детонационного сгорания топливовоздушной смеси.

Рис. 5.12. Диаграмма изменения давления в камере

сгорания от положения коленчатого вала

1 – зажигание в правильный момент, 2 – зажиганиеслишком раннее (детонационное сгорание), 3 – зажиганиеслишком позднее

Большое значение имеет место установки датчика детонации на двигателе. При выборе места руководствуются следующими критериями:

• сигналы детонации от каждого цилиндра не должны сильно различаться по уровню;

• уровень сигнала должен иметь достаточную для его дальнейшей обработки величину;

• помехи, возникающие от других шумов работающего двигателя, должны быть минимальными.

Важными характеристиками датчика детонации являются:

• температурный диапазон. Датчик должен быть работоспособным до 150...200 °С;

• собственная резонансная частота. По принципу определения наличия детонации различают системы с резонансными и широкополосными датчиками детонации. В системах с резонансным датчиком значение собственной резонансной частоты совпадает с частотой детонационных колебаний в цилиндре, а в системах с широкополосным датчиком собственная резонансная частота датчика значительно выше, но на частотной характеристике существует равномерный участок, лежащий в диапазоне частот детонационных колебаний;

• коэффициент преобразования. Показывает, как соотносятся амплитуда выходного сигнала с амплитудой детонационных колебаний в месте установки датчика (mv/g).

Датчик детонации (2112–3855010) резонансный, пьезоэлектрического типа устанавливается на блоке двигателя. Он выполнен таким образом, что его резонансная частота совпадает с частотой детонации. Во время возникновения детонации в двигателе датчик генерирует сигналы переменного тока. Амплитуда сигнала переменного тока ДД зависит от уровня детонации.

Контроллер подает на ДД опорное напряжение 5 В. Резистор, расположенный внутри датчика, понижает напряжение до 2,5 В. Сопротивление резистора от 3300 до 4500 ОМ. Во время нормальной (без детонации) работы двигателя напряжение на выходе датчика остается постоянным на уровне 2,5 В. При появлении детонации ДД генерирует сигнал переменного тока, который поступает в контроллер по той же цепи, по которой подается опорный сигнал 5 В. Контроллер считывает этот сигнал и корректирует угол опережения зажигания для гашения детонации.

Рис. 5.13. Конструкция датчика детонации:

1 – инерционная масса, 2 – заливочная масса,

3 – пьезокерамика, 4 – контакт, 5 – штекер.

Датчик детонации (2112–3855020), широкополосный, пьезокерамического типа устанавливается на блоке двигателя. На двигателе 21214 датчик устанавливается с правой стороны под выпускным коллектором. Во время работы двигателя датчик генерирует сигнал напряжения переменного тока с частотой и амплитудой зависящей от частоты и амплитуды вибрации той части двигателя, на которой установлен датчик.

При возникновении детонации амплитуда вибраций определенной частоты повышается, что приводит к увеличению амплитуды выходного сигнала ДД. Контроллер считывает этот сигнал и корректирует угол опережения зажигания для гашения детонации.

Рис. 5.14. Внешний вид и расположение датчиков детонации:

а – внешний вид датчика детонации (дет. 2112–3855010, произв. GM); б – внешний вид датчика детонации (дет. 2112–3855020, произв. BOSCH); в – расположение датчика детонации на двигателях 2111, 2112; г – установка датчика детонации на двигателе 21214.