Датчик детонации, Knock sensor

20.06.2002

Датчик детонации Knock sensor

На Сахалине, оказывается, есть уже несколько «гибридов», автомобилей марки Toyota – Prius, и второй тоже попал к нам с неисправностью:

« На скорости свыше 80 км.час загорается лампочка CHECK».

Сканер, «как обычно», «взял» неисправность и показал ее на дисплее:

«P0325 - Knock Sensor 1 Circuit Malfunction (Bank 1 or Single Sensor), то есть, неисправность «сидит» в «области детонации».

Кстати, о детонации…

Поговорим о детонации?

Повертим этот вопрос в руках и постараемся рассмотреть его со всех сторон.

Давайте.

В меру своих сил и возможностей…

Итак,- «поговорим о Высоком», о детонации…

Для начала, конечно, вникнем в это самое понятие, как «детонация», а для этого предлагаю вам статью ГЕОРГИЯ МАРКЕЛОВА по данной теме:

"ЗВОН ПАЛЬЦЕВ"

По роду своей деятельности мне часто приходиться слышать такую расхожую фразу: "Пальцы застучали. Наверное, бензин дерьмо, может зажигание сделать попозже". Так что же там на самом деле застучало и в чем причина этого стука. Попробую внести некоторую ясность в этот вопрос.

Прежде всего, надо уяснить, что же такое камера сгорания и что в ней происходит. Камера сгорания - пространство в головке цилиндра, где тепло превращается в механическую работу. Подаваемая смесь топлива и воздуха сжимается во время хода поршня вверх и в определенный момент зажигается электрической искрой. Вот этот определенный момент и называется моментом зажигания. Существует также понятиеопережение зажигания, измеряемое в градусах и показывающие опережение момента образования искры времени достижения поршнем верхней мертвой точки. Данная величина зависит от множества параметров, один из которых это октановое число бензина.

При правильно подобранном топливе и при правильном распределении смеси распространение пламени при сгорании топлива происходит со скоростью 10-30 м/сек. При такой скорости достигается максимальное использование тепловой энергии заключенной в топливе. Дело в том, что скорость горения напрямую зависит от октанового числа бензина, чем выше ОЧ тем скорость горения ниже и наоборот с уменьшением ОЧ скорость возрастает. С этим и связано, что при применении на одном и том же двигателе бензинов с разными октановыми числами требуется корректировка момента опережения зажигания, при понижении ОЧ в сторону уменьшения угла, а при повышении ОЧ в сторону увеличения угла опережения зажигания. Предположим, что двигатель, отрегулированный на топливе с ОЧ равным 92 начал работу с бензином, октановое число которого значительно ниже. Что происходит? Рабочая смесь воспламеняется раньше положенного для данного ОЧ и момент достижения максимальной тепловой энергии наступает раньше, чем поршень достигнет ВМТ, а движение поршня вверх все продолжается и значит, растет давление в камере сгорания. С ростом давления увеличивается температура. Вот и наступил момент, когда топливо начинает самовоспламеняться от чрезмерно возросшей температуры. Этот момент называется детонация.

Детонация - один из видов аномального горения топлива в камере сгорания. Детонационное сгорание топлива - сгорание, при котором пламя распространяется со скоростью 1500-2500 м/с, что в сотни раз превышает скорость распространения пламени при нормальном горении топлива в двигателе. Признаками детонационного сгорания топлива в двигателе являются: характерный металлический стук в цилиндрах, тряска мотора, перегрев головки цилиндров, падение мощности двигателя.

На рисунке номер один изображен график нормального сгорания топлива.

рис.1

Участок АВ - образование очага горения (сгорает до 10 % объема смеси от объема камеры сгорания).

Участок ВС - распространение пламени, зависящее от распыления топлива и его скорости на входе в цилиндр.

Продолжительность фаз АВ и ВС зависит:

· от состава смеси

· от октанового числа топлива

· степени сжатия, определяемой техническим состоянием двигателя

· мощностью искры.

За точкой С происходит плавное догорание смеси после прохода фронта пламени.

Детонация - взрыв, что приводит к тому, что ударная волна десятки раз за время движения поршня в НМТ отразится от поршня и головки цилиндров, вызывая при этом характерный звонкий металлический стук.

На рисунке номер два изображен график детонационного сгорания топлива.

рис.2

При детонации участок АС сокращается, и весь объем смеси сгорает практически одновременно. Максимум давления (точка С) смещается левее оси ординат и может оказаться вообще за осью. Тогда при этом поршень, не доходя до ВМТ, получает взрывной удар, при котором возможно повреждение поршней, колец. Типичный пример, когда верхнее кольцо срезает перемычку, ломает второе кольцо и перемычку под ним, зажимая маслоотражательное кольцо. Это все последствия нашего стука. Как говориться хороший стук всегда наружу выйдет. Но это тема другого разговора.

Так вот я и говорю: "При чем здесь пальцы?"

Маркелов Георгий

Прочитали? Хорошая статья и хорошие мысли.

Однако вернемся к "нашим баранам"...
Теперь, когда мы знаем, что такое есть "детонация", поговорим о том, каким образом современные системы управления (СУД) могут отслеживать и влиять на уровни и пороги детонации - о KNOCK SENSOR, о датчике детонации, присутствующем сейчас практически на каждом автомобиле.

ДАТЧИК ДЕТОНАЦИИ обычно располагается в «потаенных» и действительно труднодоступных местах. Во всяком случае, например, на Toyota, практически на всех двигателях где он имеется, так просто «сверху» его не увидеть, для этого придется или поднимать машину на подъемнике или разбирать «немного сверху».

Естественно, потому что Knock sensor должен отслеживать детонацию, а ее лучше всего «ловить» по вибрации блока цилиндров.

Обычно Knock sensor устанавливается между 3 и 4 цилиндром, но могут быть и другие варианты его расположения.

Внешний вид датчика детонации:

рис.1

Как мы видим, это однопроводный датчик, «наглухо» вкручиваемый в «тело» двигателя.

Принцип действия и устройство:

Внутри жесткого корпуса располагается дискообразный пьезоэлемент. При возникновении детонации двигателя, когда частота колебаний блока цилиндров совпадает с собственной частотой пьезоэлемента, на обкладке его появляется напряжение, регистрируемое ECU.

Но здесь есть некоторые особенности, которые можно понять из следующего графика:

рис.2

1 – нормальная работа двигателя, детонации нет

2 – немного увеличенная детонация, но в пределах нормы

3 – детонационный «всплеск», однако ECU на него не реагирует – количество амплитуд (всплесков) не соответствует его понятию «детонация»

4 – детонация, ECU переводит двигатель в «щадящий режим» и изменяет угол опережения зажигания на «поздно»

Красная черта на графике – «уровень допустимой детонации», после которой ECU начинает «думать» о величине детонации и начинает сопоставлять ее с теми величинами, которые заложены в его Памяти.

В двигателях с широкой полосой частот детонационных колебаний могут использоваться датчики нерезонансного типа.

Приблизительную схему работу можно посмотреть на нижеприведенном рисунке:

рис.3

КОНТРОЛЬ ДЕТОНАЦИИ

Для того, что бы повысить КПД двигателя , то есть, дать ему возможность полностью "показать себя" как по мощности, так и по экономичности, надо "заставить" его работать в "критическом пределе" или, говоря образнее - "на грани фола".
То есть, двигатель должен работать на всех режимах работы на таком угле опережения зажигания, который очень близок к критическому, то есть - к детонации. Здесь, кстати, и возникает такой "интересный" вопрос, как работа двигателя на топливе с различным октановым числом. Есть о чем подумать...

При распозновании детонации ( участок А ), ECU мгновенно «сбрасывает» угол опережения на «поздно» ( участок В ), и затем , если детонация отсутствует, начинает «пошагово» возвращать угол опережение в прежнее состояние ( участок С ).
Степень детонации определяется подсчетом числа «выбросов» (импульсов) в сигнале датчика детонации, величина которых превышает стандартную величину(см. рис.2).

рис.4

,- чем ниже октановое число ( ОЧ) бензина, тем «хужее» автомобиль едет.

Все, наверное, с этим сталкивались на своем опыте.

А вот по какой причине – постараемся разобраться?

Посмотрим на следующий график:

Углы опережения зажигания при использовании:

1 – японский бензин «96»

2 – японский бензин «89»

3 - российский бензин «98»

4 – российский бензин «95»

5 – российский бензин «92»

6 – российский бензин «76»

Примечание: в Стране Восходящего Солнца используется всего два вида топлива , бензин с октановым числом «96» и октановым числом «89» (по исследовательскому методу).

Но даже наш, «любимый и родной» бензин А-98 по своим качествам весьма и весьма далек от «простого», но японского , в чем можно убедиться на вышеприведенном графике, построенном на соотношении «межцилиндрового» мощностного балананса двигателя 1G-FE * TOYOTA-CROWN * , 1991 года выпуска, при использовании «японского» и «русского» топлива .

Весьма далек?

Правильно, несмотря на то, что октановое число его (заявленное) - 87-88 едениц.

Вся причина в том, КАКОЙ он по своему составу - наш «98-й super».

Вся причина в том, в насколько, НАПРИМЕР, чистых цистернах его везли к нам на Сахалин.

Вся причина в том, сколько процентов бензола в таком бензине ( да, бензол, говорят, «хорошо горит и помогает гореть» \окисляться\ топливу, но неужели «товарищи японцы» такие дураки, что в своих нормах на бензин они ограничили наличие бензола всего в пределах ОДНОГО процента, а у нас – не менее ПЯТИ процентов? И кто будет или может гарантировать, что в топливе нет еще «чего-то такого», что снижает ОЧ ( октановое число)?

И так далее, и так далее…

Не хочу критиковать «наш, родной» бензин, просто из практики делаются определенные выводы. Увы, пока что не в лучшую сторону.

Надо сказать, что такой бензин ( читай : «дерьмовый»! ) – не только у нас на Сахалине. Буквально вчера получил письмо от своего знакомого Виктора Дубинина из города Железногорска Иркутской области:
«…Пару недель назад был в городе бензин!!!Летит из трубы копоть,хотя СО и пр. в норме.Съели этот бензин,опять всё в норме.Соляром что ли разбавляли???

Один раз даже пришлось мерить Т кипения бензина.Отказывалась работать машинка на том бензине,на ХХ.Так вот Т кипения оказалась-38 градусов!!! И весь"ремонт" свёлся к тому,чтобы слить этот бензин и заправиться на заправке нормальным топливом…».

Поэтому, снижение мощности двигателя и, соответственно, увеличение расхода топлива происходит по достаточно простой схеме: заправив бак низкосортным бензином, мы запускаем двигатель…датчик детонации тут же адаптирует угол опережения зажигания «под топливо», то есть, «уводит» УОЗ на «позже», что бы «отодвинуться» от границы детонации. Конечно, изменения УОЗ могут быть при этом совсем незначительные, но все же…

Машина становится «тупее», мы сильнее «давим» на педаль газа, тем самым увеличивая расход топлива.

Наглядно «приемистость» двигателя при использовании различных видов топлива можно посмотреть на следующем графике:

Но бывают и казусы при этом.

Например, некоторые клиенты говорят, что «на 95-м» моя машина совершенно не едет! А вот заправил 92-й – просто полетела!».

И когда я говорю, что бы посмотрели, как машина «полетит» на 98-м, тут же слышен такой ответ : «Дорого!».

То есть, так называемый «средний класс» автолюбителей у нас на Сахалине использует исключительно или 95-й, или 92-й бензин. Самый дорогой – 98-й заливается крайне редко.

И что тогда требовать от машины?

Тем более, в уме и на слуху всегда звучит такая поговорка : « На заборе…написано».

Вы согласны?

Дело даже может доходить до совершейнешнего абсурда, когда, например, клиент рассказал такую историю…

Приехал он заправляться, заправился, отъехал, и решил тут же вернуться и залить еще литров десять – деньги оставались.

Вернулся и увидел такую картину : на той же самой бензоколонке уже висела другая табличка с другим наименованием топлива! Там уже было написано, что здесь уже 95-й!

Поинтересовался, ответили, что «просто перепутали…а что? Вам же лучше, по низкой цене заправились более лучшим бензином!».

Конечно, это все немного из области фантастики ( или обычной русской расхлябанности), но факт остается фактом.

Поэтому, когда мне клиенты говорят такое ( на 92-м машина полетела!), я уже ничего не говорю в ответ, просто беру стробоскоп и смотрю…

…кстати, «умная» книга Haynes говорит о том, как можно легко и просто проверить работоспособность датчика детонации.

Для этого надо «вооружиться» стробоскопом и легонько ударить по блоку…если при этом метка на шкиву коленвала немного «гульнет» - все хорошо, датчик детонации исправен и работает так, как ему и положено.

Информацию по обслуживанию и ремонту автомобилей вы найдете в книге (книгах):