Датчик детонации

Датчик отслеживает появление детонации — разрушительного для двигателя процесса, возникающего в случае некорректного состава топливо-воздушной смеси. 

Принцип действия датчика детонации

Датчик детонации входит в систему управления впрыском топлива двигателя внутреннего сгорания. Именно показаниями датчика детонации руководствуется блок управления двигателем при расчете необходимого для одного рабочего цикла количества топлива. 

Чем вредна детонация?

Детонация - чрезмерно быстрое, носящее характер взрыва, сгорание топливо-воздушной смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. Основные симптомы детонации - металлический треск в верхней части двигателя, вибрация, перегрев. Детонация чрезвычайно вредна, так как из-за резкого повышения температуры в камере сгорания возможно оплавление и выход из строя деталей поршневой группы и клапанов в головке блока цилиндров.

При нормальной работе зажигания топливо-воздушная смесь должна возгораться только в определенный момент такта сжатия. Детонация начинается, когда возгорание происходит значительно раньше, еще в середине такта сжатия. Возгорание носит характер взрыва, так как топливо сгорает за очень короткий промежуток времени. Характерные звуки взрывов в цилиндрах слышны в моторном отсеке, и давление в цилиндрах стремительно возрастает. Последствием этого может быть разрушение деталей кривошипно-шатунного механизма и прежде всего поршневой группы.

Как происходит детонация?

При сжатии топливо-воздушная смесь сильно разогревается. Когда между электродами свечи проскакивает искра, топливо возгорается. Горение начинается возле электродов свечи и далее распространяется во внешние слои.

При детонации фронт горения, как и в случае нормальной работы, распространяется от центра к стенкам цилиндра. Однако это происходит так быстро, что смесь воспламеняется не равномерно, а сгустками, во всем объеме камеры сгорания, и сгорает практически сразу. Происходит скачок температуры и давления, сравнимый с ударной волной. Концентрация давления и температуры происходит в зоне распространения волны. Дойдя до стенок цилиндра, волна сталкивается с ними, и в этот момент в металле создаются огромные нагрузки. Тот звук, который мы слышим и считаем симптомом детонации, и есть звон, возникающий при ударе волны в металлические стенки цилиндров. Естественно, блок цилиндров до поры до времени способен выдерживать эти нагрузки, но поршень и компрессионные кольца и тарелки клапанов разрушатся достаточно быстро. К тому же, процесс сопровождается резким скачком температуры, в результате чего кольца могут начать плавиться. 

Причины возникновения детонации

Существует несколько причин возникновения детонации. Чаще всего она возникает из-за применения топлива с более низким октановым числом. Какое именно топливо подходит для использования в двигателе, можно узнать из инструкции к автомобилю. Вторая причина - применение некачественного топлива. Зачастую производители топлива используют химические добавки, позволяющие повышать октановое число топлива, повышая его сорт (и цену). Эта практика очень опасна для двигателей, так как топливо, фактически, не соответствует своему сорту. При его попадании в камеру сгорания в нем под воздействием температуры и сжатия могут активизироваться химические процессы. К примеру, в топливной взвеси, находящейся в областях, куда фронт горения еще не дошел, может возникнуть повышенная концентрация определенных веществ, обладающих взрывчатыми свойствами.

Риск приобрести на заправке опасное топливо существует всегда, но на деле чаще всего детонация возникает по причине нарушения работы зажигания, особенно, если искра воспламеняет смесь слишком рано, когда давление и температура в камере сгорания слишком высокие.

Есть и другие причины. Существует, к примеру, понятие «детонационная стойкость топлива». Этот параметр может быть нарушен при изготовлении бензина на заводе, и он же может меняться, если двигатель слишком изношен, и в камеру сгорания проникает масло из картера, смешиваясь с топливом и воздухом.

Существует общее правило, которое следует помнить владельцам всех автомобилях. Больше всего подвержены детонации двигатели небольшого объема, "разогнанные" с целью "снять" большое количество лошадиных сил. С этой целью в их камере сгорания увеличена степень сжатия, а значит, создана ситуация, в которой детонация может возникнуть достаточно легко. Применять в этих двигателях топливо с низким октановым числом категорически не рекомендуется. Еще больше подвержены этому явлению турбированные двигатели, в которых степень сжатия повышается по мере повышения давления в системе впуска.

Как датчик помогает бороться с детонацией?

Сам по себе датчик с детонацией сделать ничего не может. Однако датчик детонации позволяет, в прямом смысле слова, "почувствовать" ее и оперативно передать информацию блоку управления. 

Датчик, работа которого основана на пьезоэффекте, устанавливается на блок цилиндров. В случае появления детонации блок начинает вибрировать. Находящаяся внутри датчика детонации пьезоэлектрическая пластина сжимается, и на её концах возникает разность электрических потенциалов. Электронный блок управления двигателем интерпретирует изменение электрического сигнала как появление детонации. В ответ компьютер корректирует угол опережения зажигания, чтобы изменить параметры сгорания топливо-воздушной смеси. Программа в блоке управления может менять угол опережения в достаточно широких пределах, что позволяет двигателю функционировать на  топливе с низким октановым числом или на фальсифицированном топливе. Однако каждый автовладелец должен понимать, что автоматическая корректировка УОЗ имеет свои пределы.