Датчики детонации. 
Измерительные устройства автомобильных систем

Датчики детонации используются для обнаружения воспламенения рабочей смеси в цилиндрах. Детонация приводит к сильной вибрации, перегреву и механическому разрушению частей двигателя. Измерение детонации в первую очередь важно в двигателях с высокой компрессией, для эффективной работы которых угол опережения зажигания близок к предельному значению, за которым начинается детонация.

Контроль уровня детонации можно производить измерением давления непосредственно в цилиндре или измерением вибрации цилиндров с помощью пьезоэлектрического датчика детонации. Расположение этого датчика на двигателе показано на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Расположение датчика детонации на двигателе:

I — блок цилиндров. 2 — свеча, 3 — датчик детонации

Работа пьезоэлектрического датчика основана на том, что некоторые типы материалов генерируют электростатическую энергию или напряжение, когда к ним прикладывается механическая нагрузка. Наиболее часто применяемым пьезоматериалом являются кварц, поскольку он имеет низкую чувствительность к изменению температуры и хорошую линейность по широкому диапазону уровней напряжений с низким гистерезисом. Пьезоэлектрические преобразователи обеспечивают равномерный выход на частотах до 50 кГц. Кварцевые преобразователи имеют температурный диапазон от — 200 °C до + 300 °C.

На рис. 4.9 показана схема датчика детонации.

Рис. 4.9. Схема пьезоэлектрического датчика детонации: 1 — корпус,.

2 — инерционный элемент, 3 — пьезоэлемент, 4 — отверстие соединения с атмосферой, 5 — выходные контакты, б — блок цилиндров

Датчик устанавливается непосредственно на блоке цилиндров. В корпусе датчика смонтирован пьезоэлемент. Ударное давление Р от блока цилиндров через инерционный элемент вырабатывает на пьезоэлементе электрический сигнал, пропорциональный разнице давлений между измеряемым давлением и внутренним атмосферным давлением датчика, поступающим в датчик через отверстия в корпусе.

Корпус датчик выполняется с резонансной частотой F_pe3, равной частоте детонации двигателя. Эта частота находится обычно в диапазоне около 10 кГц. Вероятным временем появления детонации является период после момента зажигания. При появлении детонации двигателя его вибрация приводит к вибрации датчика и к формированию сигнала напряжения Ц_вш на выходных контактах. Выходные контакты подпружиниваются для устранения воздействия на них вибрации.

Пример определения детонации по выходному сигналу датчика приведен на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Определение детонации по выходному сигналу датчика:

1 — отсутствие детонации, 2 — наличие детонации

Аналоговый сигнал с датчика детонации фильтруется и преобразуется в цифровой сигнал. Далее производится сравнение этого сигнала с заданным допустимым уровнем При превышении допустимого уровня уменьшается угол опережения зажигания в цилиндрах. При исчезновении детонации угол опережения зажигания начинает автоматически постепенно увеличиваться до нового появления детонации. Таким образом, с помощью датчика детонации двигатель удерживается в эффективном режиме работы на грани детонации, но без опасности повреждения.