Устройство и принцип работы датчика детонации

Современный автомобиль оснащается большим количеством электронных устройств, с помощью которых блок управления контролирует работу разных систем авто. Одним из таких важных приборов, который позволяет определять, когда двигатель начинает страдать от детонации, это соответствующий датчик.

Рассмотрим его назначение, принцип работы, устройство и как выявить его неисправности. Но вначале разберемся с эффектом детонации в моторе – что это такое и почему она возникает.

Что такое детонация и ее последствия?

Детонация это когда часть воздушно-топливной смеси, удаленная от электродов свечи зажигания, самостоятельно воспламеняется. Из-за этого факел пламени распространяется по камере неравномерно и происходит резкий толчок на поршень. Часто этот процесс можно распознать по звонкому металлическому стуку. Многие автомобилисты в этом случае говорят, что это «пальцы стучат».

В обычных условиях сжатая в цилиндре смесь воздуха и топлива при образовании искры начинает равномерно загораться. Сгорание в этом случае происходит со скоростью 30м/сек. Детонационный же эффект неконтролируемый и хаотичный. При этом ВТС сгорает намного быстрее. Это значение в некоторых случаях может достигать до 2-х тысяч м/с.

1) Свеча зажигания; 2) Камера сгорания; А) Нормальное сгорание топлива; В) Детонационное сгорание бензина.

Такая чрезмерная нагрузка отрицательно сказывается на состоянии большинства деталей кривошипно-шатунного механизма (об устройстве этого механизма читайте отдельно), на клапаны, гидрокомпенсатор каждого из них и т.д. Капитальный ремонт двигателя в некоторых моделях может стоить столько же, сколько стоит половина идентичного подержанного автомобиля.

Детонация может вывести силовой агрегат из строя уже через 6 тысяч километров пробега, а в некоторых автомобилях даже раньше. Данная неисправность будет зависеть от:

• Качества топлива. Чаще всего этот эффект возникает в бензиновых моторах при использовании несоответствующего бензина. Если октановое число топлива не соответствует требованиям (обычно неосведомленные автомобилисты покупают более дешевое топливо, у которого ОЧ ниже положенного), указанным производителем ДВС, то вероятность образования детонации высока. Подробно об октановом числе горючего рассказывается в другом обзоре. Но если коротко, то чем выше это значение, тем ниже вероятность образования рассматриваемого эффекта.
• Конструкции силового агрегата. Для повышения эффективности работы ДВС инженеры вносят коррективы в геометрию разных элементов мотора. В процессе модернизации может меняться степень сжатия (о ней рассказывается здесь), геометрия камеры сгорания, место установки свечей, геометрия днища поршня и другие параметры.
• Состояния мотора (например, нагар на исполнительных элементах цилиндропоршневой группы, изношенные уплотнительные кольца или увеличенная компрессия после недавней модернизации) и условий его эксплуатации.
• Состояния свечей зажигания(о том, как определить их неисправность, читайте здесь).

Зачем нужен датчик детонации?

Как видно, влияние детонационного эффекта в моторе слишком велико и опасно для состояния мотора, чтобы его игнорировать. Чтобы определить, возникает ли микровзрыв в цилиндре или нет, в современном двигателе будет находиться соответствующий датчик, который реагирует на подобные всплески и нарушения в работе ДВС (это образный микрофон, который преобразует физические колебания в электрические импульсы). Так как электроника обеспечивает более тонкую настройку силового агрегата, то датчиком детонации оснащается только инжекторный мотор.

Когда в двигателе образуется детонация, образуется скачек нагрузки не только на КШМ, но на стенки цилиндров и клапаны. Чтобы эти детали не выходили из строя, необходимо настроить оптимальное сгорание смеси топлива с воздухом. Для достижения этого важно выполнить как минимум два условия: правильно подобрать топливо и правильно выставить угол опережения зажигания. Если эти два условия были выполнены, то мощность силового агрегата и его КПД будет достигать максимального параметра.

Проблема в том, что на разных режимах работы мотора требуется несколько изменить его настройку. Это становится возможным благодаря наличию электронных датчиков, в том числе детонационного. Рассмотрим его устройство.

Устройство датчика детонации

На современном рынке автомобильных запчастей существует большое разнообразие сенсоров для определения детонации в моторе. Классический датчик состоит из:

• Корпуса, который фиксируется на внешней стороне блока цилиндра при помощи болтового соединения. В классическом исполнении датчик похож на небольшой сайлентблок (резиновая втулка с металлической обоймой). Некоторые разновидности датчиков выполнены в форме болта, внутри которого расположены все чувствительные элементы приспособления.
• Контактных шайб, расположенных внутри корпуса.
• Пьезоэлектрического чувствительного элемента.
• Электрического разъема.
• Инерционного вещества.
• Тарельчатой пружины.

1. Контактные шайбы; 2. Инерционная масса; 3. Корпус; 4. Тарельчатая пружина; 5. Болт крепления; 6. Пьезокерамический чувствительный элемент; 7. Электрический разъем; 8. Блок цилиндров; 9. Охлаждающая рубашка с тосолом.

Сам датчик в рядном 4-цилиндровом моторе обычно устанавливается между 2-м и 3-м цилиндрами. В этом случае проверка режима работы двигателя более эффективна. Благодаря этому нивелируется работа агрегата не по неполадкам в одном котелке, а максимально во всех цилиндрах. В моторах с другой конструкцией, например, V-образный вариант, устройство будет находиться в месте, где больше вероятности зафиксировать образование детонации.

Как работает датчик детонации?

Работа датчика детонации сводится к тому, чтобы блок управления мог подстраивать УОЗ, обеспечивая контролируемое сгорание ВТС. Когда в моторе образуется детонация, в нем образуется сильная вибрация. Датчик фиксирует всплески нагрузки из-за неконтролируемого воспламенения и преобразует их в электронные импульсы. Далее эти сигналы поступают на ЭБУ.

В зависимости от информации, поступающей от других датчиков, в микропроцессоре активируются разные алгоритмы. Электроника изменяет режим работы исполнительных механизмов, входящих в состав топливной и выхлопной системы, зажигания авто, а в некоторых двигателях приводит в движение фазовращатель (описание работы механизма изменяемых фазах газораспределения находится здесь). Благодаря этому изменяется режим сжигания ВТС, и работа мотора адаптируется к изменившимся условиям.

Итак, сенсор, установленный на блоке цилиндров, работает по следующему принципу. Когда в цилиндре происходит неконтролируемое сгорание ВТС, пьезоэлектрический чувствительный элемент реагирует на вибрации и образует напряжение. Чем частота колебаний в моторе сильнее, тем выше этот показатель.

Датчик соединяется с блоком управления при помощи проводов. ЭБУ настроен на определенную величину напряжения. Когда сигнал превышает запрограммированный показатель, микропроцессор посылает сигнал на систему зажигания об изменении УОЗ. В этом случае коррекция производится в сторону уменьшения угла.

Как видно, функция датчика заключается в том, чтобы преобразовать колебания в электрический импульс. Помимо того, что блок управления активирует алгоритмы изменения угла опережения зажигания, электроника также корректирует состав смеси бензина и воздуха. Как только порог колебаний превысит допустимый показатель, будет срабатывать корректирующий алгоритм электроники.

Помимо защиты от всплесков нагрузок датчик помогает блоку управления настроить силовой агрегат на максимально эффективное сгорание ВТС. Этот параметр будет влиять на мощность двигателя, расход топлива, состояние выпускной системы, а особенно катализатора (о том, зачем он нужен в машине, рассказывается отдельно).

От чего зависит появление детонации

Итак, детонация может появляться как в результате неправильных действий автовладельца, так и по естественным причинам, не зависящим от человека. В первом случае водитель может по ошибке залить несоответствующий бензин в бак (о том, что делать в таком случае, читайте здесь), плохо следить за состоянием двигателя (например, осознанно увеличивать интервал планового обслуживания мотора).

Вторая причина возникновения неконтролируемого сгорания топлива заключается в естественном процессе работы мотора. Когда он выходит на более высокие обороты, зажигание начинает срабатывать позже, чем поршень занимает максимально эффективное положение в цилиндре. По этой причине на разных режимах работы агрегата требуется либо более раннее, либо более позднее зажигание.

Не стоит путать детонацию в цилиндрах с естественными вибрациями мотора. Несмотря на наличие уравновешивающих элементов в коленчатом валу, ДВС все равно создает определенные вибрации. По этой причине, чтобы датчик не фиксировал эти колебания, как детонацию, он настраивается на срабатывание при достижении определенного диапазона резонанса или колебаний. Во многих случаях шумовой диапазон, при котором датчик начнет давать сигнал, находится в пределах от 30 до 75 Гц.

Итак, если водитель внимателен к состоянию силового агрегата (вовремя его обслуживает), не перегружает его и заливает соответствующий бензин, это еще не значит, что детонации никогда не возникнет. По этой причине не следует игнорировать соответствующий сигнал на приборной панели.

Виды датчиков

Все модификации детонационных датчиков делятся на два типа:

1. Широкополосный. Это самая распространенная модификация устройств. Работать они будут по принципу, указанному ранее. Обычно они выполнены в форме резинового круглого элемента, в центре которого сделано отверстие. Через эту часть датчик прикручивается к блоку цилиндров с помощью болта.
2. Резонансный. Такая модификация по своей конструкции напоминает датчик давления масла. Зачастую они выполнены в форме штуцера с резьбой и гранями для монтажа при помощи гаечного ключа. В отличие от прошлой модификации, которая фиксирует вибрации, резонансные датчики улавливают частоту микровзрывов. Эти устройства изготавливаются под конкретные типы моторов, так как частота микровзрывов и их сила зависит от размеров цилиндров и поршней.

Признаки и причины неисправности датчика детонации

Неисправный ДД можно определить по следующим признакам:

1. В нормальном режиме двигатель должен работать насколько возможно равномерно, без тряски. Обычно на слух детонация определяется по характерному металлическому звуку, пока двигатель работает. Однако этот симптом является косвенным, и на звук подобную проблему может определить профессионал. Поэтому если двигатель начало трясти или он работает рывками, то стоит проверить датчик детонации.
2. Следующий косвенный признак неисправного датчика является уменьшение мощностных характеристик – плохой отклик на педаль газа, неестественные обороты коленвала (например, очень высокие на холостом ходу). Такое может происходить из-за того, что датчик передает на блок управления неправильные данные, поэтому ЭБУ без надобности изменяет угол опережения зажигания, дестабилизируя работу мотора. Подобная неисправность не будет давать правильно разогнаться.
3. В некоторых случаях из-за поломки ДД электроника не может адекватно выставить УОЗ. Если мотор успел остыть, например, во время ночной стоянки, то холодный запуск будет затруднен. Такое может наблюдаться не только зимой, но и в теплое время года.
4. Наблюдается увеличение расхода бензина и при этом все системы авто работают исправно, а водитель продолжает использовать прежний стиль езды (даже при исправном оборудовании агрессивный стиль всегда будет сопровождаться повышением расхода топлива).
5. На приборной панели загорелась лампочка мотора (Check Engine). В этом случае электроника фиксирует отсутствие сигнала от ДД и выдает ошибку. Такое происходит также при неестественных показателях датчика.

Стоит учесть, что ни один из перечисленных симптомов не является 100-процентной гарантией выхода из строя датчика. Они могут быть свидетельством о других неисправностях автомобиля. Их можно точно распознать только во время диагностики. На некоторых автомобилях можно активировать процесс самодиагностики. О том, как это сделать, можно прочитать здесь.

Если говорить о причинах неполадок датчика, то можно выделить следующие:

• Нарушен физический контакт корпуса датчика с блоком цилиндров. Опыт показывает, что подобная причина является самой распространенной. Обычно такое происходит из-за нарушения момента затяжки шпильки или фиксирующего болта. Так как в процессе работы мотор все равно вибрирует, а из-за неаккуратной эксплуатации посадочное место может загрязниться смазкой, эти факторы приводят к тому, что фиксация устройства ослабляется. Когда момент затяжки уменьшается, на датчик хуже поступают скачки от микровзрывов, и он со временем перестает на них реагировать и генерировать электрические импульсы, определяя детонацию, как естественную вибрацию. Чтобы устранить подобную неисправность, нужно открутить крепеж, удалить масляное загрязнение (если оно имеется) и достаточно затянуть крепление. На некоторых недобросовестных СТО вместо того, чтобы сказать правду о подобной проблеме, мастера сообщают автовладельцу о выходе из строя датчика. Невнимательный клиент может потратить деньги на несуществующий новый сенсор, а мастера просто подтянут крепление.
• Нарушение целостности проводки. В эту категорию входит большое количество разных неисправностей. Например, из-за неправильной или плохой фиксации электрической магистрали жилы проводов могут со временем сломаться или на них протрется изоляционный слой. В результате этого может образоваться короткое замыкание или разрыв цепи. Часто найти разрушение проводки можно при визуальном осмотре. В случае необходимости нужно просто заменить фишку с проводами или соединить с помощью других проводов контакты ДД и ЭБУ.
• Поломка датчика. Сам по себе этот элемент имеет простое устройство, в котором мало чему ломаться. Но ели произошла его поломка, что происходит крайне редко, то производится его замена, так как он не подлежит ремонту.
• Ошибки в блоке управления. По сути, это не поломка датчика, но иногда в результате сбоев микропроцессор неправильно фиксирует данные от устройства. Чтобы выявить данную неполадку, следует провести компьютерную диагностику. По коду ошибки можно будет узнать, что мешает правильной работе агрегата.

На что влияют неисправности датчика детонации

Так как ДД влияет на определение УОЗ и формирование воздушно-топливной смеси, то его поломка в первую очередь сказывается на динамике автомобиля и на расходе топлива. В дополнение из-за того, что ВТС сгорает неправильно, в выхлопе будет содержаться больше несгоревшего бензина. В этом случае он будет догорать в выпускном тракте, что приведет к поломкам его элементов, например, катализатора.

Если взять старый мотор, в котором используется карбюратор и контактная система зажигания, то для настройки оптимального УОЗ достаточно повернуть крышку распределителя (для этого на нем сделано несколько насечек, по которым можно определить, какое зажигание выставлено). Так как инжекторный двигатель оснащается электроникой, и распределение электрических импульсов осуществляется за счет сигналов от соответствующих датчиков и команд от микропроцессора, то наличие датчика детонации в таком автомобиле обязательно.

Иначе как блок управления сможет определить, в какой момент подавать импульс на формирование искры в конкретном цилиндре? Тем более он не сможет подстроить работу системы зажигания под нужный режим. Производители автомобилей предусмотрели подобную проблему, поэтому заранее программируют блок управления на позднее зажигание. По этой причине, даже если сигнал от датчика не будет поступать, ДВС будет работать, но только в одном режиме.

Это в значительной степени скажется на расходе топлива и динамичности автомобиля. Второе особенно касается тех ситуаций, когда нужно будет увеличить нагрузку на мотор. Вместо того чтобы набрать обороты после сильного нажатия педали газа, ДВС будет «захлебываться». Для достижения определенной скорости водитель потратит гораздо больше времени.

Что будет, если отключить датчик детонации полностью?

Некоторые автомобилисты думают, что для предотвращения детонации в моторе достаточно использовать качественный бензин и своевременно проводить плановое техническое обслуживание авто. По этой причине кажется, что в обычных условиях в датчике детонации нет острой необходимости.

На самом деле это не так, потому что по умолчанию при отсутствии соответствующего сигнала электроника автоматически выставляет позднее зажигание. Отключение ДД не выведет мотор сразу же и некоторое время на автомобиле можно продолжать ездить. Но на постоянной основе этого делать не рекомендуется, и не только по причине увеличенного расхода, а из-за следующих возможных последствий:

1. Может пробить прокладку ГБЦ (о том, как правильно ее менять, рассказывается здесь);
2. Быстрее износятся детали цилиндропоршневой группы;
3. Может треснуть головка блока цилиндров (о ней читайте отдельно);
4. Могут прогореть клапаны;
5. Может деформироваться один или несколько шатунов.

Не обязательно все эти последствия будут наблюдаться в каждом случае. Все зависит от параметров мотора и степени образования детонации. Причин у подобных неисправностей может быть несколько и одна из них заключается в том, что блок управления не будет пытаться устранить неполадки системы зажигания.

Как определить неисправность датчика детонации

Если есть подозрения на неисправный датчик детонации, то его проверить можно, даже без демонтажа. Вот простая последовательность такой процедуры:

• Запускаем двигатель и выставляем его на уровне 2-х тысяч оборотов;
• При помощи небольшого предмета имитируем образование детонации – не сильно пару раз ударить возле самого датчика по блоку цилиндров. Не стоит прилагать в этот момент усилия, так как чугун может дать трещину от удара, так как на его стенки уже оказывается воздействие в процессе работы ДВС;
• При исправном датчике обороты снизятся;
• Если ДД неисправен, то обороты останутся без изменений. В этом случае потребуется дополнительная проверка с помощью другого метода.

Идеальная диагностика автомобиля – при помощи осциллографа (подробно о его разновидностях можно прочитать здесь). Диаграмма после проверки точнее всего покажет, работает ли ДД или нет. Но чтобы проверить работоспособность датчика в домашних условиях, можно использовать мультиметр. Его нужно выставить в режимах замера сопротивления и постоянного напряжения. Если проводка устройства цела, то выполняем замер сопротивления.

В исправном датчике показатель этого параметра будет находиться в пределах 500 кОм (у ВАЗовских моделей этот параметр стремится к бесконечности). В случае отсутствия неисправности, а на приборке продолжает светиться значок мотора, то проблема может быть не в самом датчике, а в моторе или коробке передач. Есть большая вероятность, что нестабильность работы агрегата ДД воспринимает, как детонацию.

Также для самостоятельной диагностики неполадок датчика детонации можно воспользоваться электронным сканером, который подключается к сервисному разъему автомобиля. Пример такого оборудования – Scan Tool Pro. Это устройство синхронизируется со смартфоном или компьютером по Bluetooth или Wi-Fi. Помимо поиска ошибок самого датчика данный сканер поможет определить большинство распространенных ошибок блока управления и сбросить их.

Вот какие ошибки, которые блок управления фиксирует, как неполадки ДД, касаются других поломок:

Код ошибки:	Расшифровка:	Причина возникновения и способ решения:
Р0325	Обрыв в электроцепи	Нужно проверить целостность проводки. Не всегда визуального осмотра достаточно. Жилы провода могут сломаться, но, оставаясь в изоляции, периодически замыкаться/размыкаться. Чаще эта ошибка возникает при окислившихся контактах. Намного реже подобный сигнал может свидетельствовать о проскальзывании ремня ГРМ на пару зубьев.
Р0326,0327	Низкий сигнал от датчика	Подобная ошибка может свидетельствовать об окислившихся контактах, по которым плохо поступает сигнал от ДД на ЭБУ. Также следует проверить силу затяжки крепежного болта (вполне возможно, что ослаб момент затяжки).
Р0328	Высокий сигнал датчика	Подобная ошибка может возникать, если высоковольтные провода находятся в непосредственной близости с проводкой датчика. Когда ВВ магистраль пробивает, в проводке датчика может возникать скачок напряжения, что блок управления определит это, как детонацию или сбой в работе ДД. Такая же ошибка может возникать, если ремень ГРМ недостаточно натянут и проскочил на пару зубьев. О том, как правильно натянуть привод газораспределительного механизма, рассказывается здесь.

Большинство неполадок с датчиком детонации очень схожи с симптомами при позднем зажигании. Причина в том, что, как мы уже обратили внимание, при отсутствии сигнала ЭБУ автоматически переходит на аварийный режим и дает команду системе зажигания генерировать позднюю искру.

Дополнительно предлагаем посмотреть небольшое видео о том, как выбрать новый датчик детонации и проверить его:

Датчик детонации: признаки неисправности, как проверить, для чего нужен

Вопросы и ответы:

Для чего используется датчик детонации? Этот датчик фиксирует детонацию в силовом агрегате (в основном проявляется в бензиновых моторах с низкооктановым бензином). Его устанавливают на блоке цилиндров.

Как диагностировать датчик детонации? Лучше воспользоваться мультиметром (режим DC – постоянное напряжение – диапазон менее 200 мВ). В кольцо просовывается отвертка и легко нажимается на стенки. Напряжение должно меняться в пределах 20-30 мВ.

Что такое датчик детонации? Это своего рода слуховой аппарат, позволяющий послушать, как работает мотор. Он ловит звуковые волны (когда смесь не загорается равномерно, а взрывается), и реагирует на них.