Почему так важен исправный сенсор детонации
Датчик детонации, в случае его неисправности, не может блокировать работу двигателя, поэтому рано или поздно возникает вопрос так на что влияет датчик детонации, если работоспособность двигательной установки сохраняется, зачем в двигателе нужен датчик детонации?
Неисправность делает работу мотора неоптимизированной. Для обеспечения высокой эффективности и экономичности двигателя, основной режим его работы выбран в диапазоне минимального обогащения смеси, при максимальном угле зажигания. Эти, максимально выгодные условия граничат с режимом возникновения и развития детонационного горения.
Благодаря контролю детонации, удается максимально близко подойти к отметке, за которой эффективное сжигание топлива перейдет в детонационное горение, с быстрым выходом из строя поршней и колец двигателя. Самая выгодная в плане экономии смесь – та, которая сгорает с небольшим признаком появления детонации. Улавливание детонации датчиком позволяет тонко балансировать состав топливной смеси.
По принципу работы датчик детонации идентичен обычному пьезоэлектрическому микрофону, настроенному на определенную, свойственную только детонации, частоту звуковых колебаний. В работающем двигателе множество деталей, шумящих с конкретной собственной частотой колебаний.
Для устранения ошибочной реакции на «чужие» звуки сенсор, как камертон, настраивается на определенную длину звуковой волны детонации. Признак детонации – звук частотой 25-75 Гц. Остальные звуки могут говорить о неисправности пальцев, поршней вкладышей ДВС.
Мощные «металлические» стуки, возникающие при первых признаках детонирования воздушно-бензиновой смеси, распространяясь в алюминиевом блоке двигателя, достигают пьезокристалла, вмонтированного в корпус, и заставляют его резонировать в унисон и вырабатывать на контактах слабый электрический потенциал.
Как работает датчик детонации – получая от ЭБУ сигнал несущей частоты и определенного уровня, прибор практически его не изменяет, тем самым подтверждает свою исправность. При срабатывании пьезокристалла уровень сигнала и частота возрастают, что дает микрокомпьютеру основания для изменения параметров работы ДВС. При этом интенсивность сигнала на контактах прямо пропорциональна силе звуковых колебаний.
По конструкции различают два основных типа датчиков детонации: широкополосные и резонансные.
Первый тип воспринимает несколько основных частот сигналов, по которым выдает определенный уровень и частоту сигнала для ЭБУ. Второй тип настроен на определенную конкретную частоту и вырабатывает только в случае совпадения или возникновения резонанса с звуковыми волнами, генерируемыми детонацией в горящей смеси.
Детонация – что это такое
Детонация – это просто неправильное сгорание смеси. Но если вовремя не предпринять мер, то детонация двигателя ВАЗ может иметь сильные негативные последствия. Особенность этого эффекта кроется в самовоспламенении горючей смеси за счет воздействия высоких температур и давления в цилиндрах.
При нормальной работе двигателя сгорание горючей смеси проходит в три этапа.
- Индукционный, проходит на подходе поршня к верхней мертвой точке. При этом этапе происходит начало возникновения очага пламени от искры, который в дальнейшем формирует фронт пламени, причем все это сопровождается неинтенсивным нарастанием давления в камере сгорания.
- Формирование и прохождения фронта пламени по камере сгорания, в результате чего основная масса смеси сгорает, и сопровождается это все резким возрастанием давления и температуры.
- Догорание остатков смеси, которые остались за фронтом, а также находящихся возле стенок цилиндра. Вот между переходом от второго этапа к третьему и возможно возникновение детонации. Высокая температура и давление, которое возникает при втором этапе, приводит к появлению быстротекущих химических реакций в несгоревшей смеси, в результате чего она самовоспламеняется. Такое горение происходит очень быстро (до 1200 м/с) и в виде взрыва, сопровождающееся образованием ударных волн, имеющих разрушительный характер.
Эти волны приводят к разрушению пристеночных слоев газов, что обеспечивает повышение теплообмена, из-за чего стенки цилиндров и другие составляющие ЦПГ перегреваются. Также взрывная волна разрушает масляную пленку стенок, в результате чего повышается трение между цилиндрами и кольцами.
На рисунке показано, как происходит нормальное и детонационное сгорание топлива.
Где искать и как проверить датчик детонации
Для того, чтобы проверить его, необходимо еще знать, где находится датчик детонации ВАЗ-2110. Здесь все просто, чтобы он мог эффективно улавливать вибрации, его поместили на блок цилиндров. Место его расположения во многом зависит от конструктивных особенностей самого мотора.
На 8-клапанных моторах он расположен обычно в зоне прямой видимости и добраться до него обычно легко. Поэтому определить, где находится датчик детонации на ВАЗ-2107 (инжектор), несложно. Он установлен со стороны выпускного коллектора и представляет собой массивную шайбу и идущей к ней проводкой и закрепленную на двигателе при помощи болта.
А вот на 16-клапанных моторах место установки несколько иное, чем расположение датчика детонации на ВАЗ-2107 (инжектор). Из-за того, что головка блока значительно массивнее, датчик расположили ниже – под выпускным коллектором, поэтому доступ к нему ограничен, и зачастую до него добраться можно только из-под авто на эстакаде или смотровой яме.
И хоть место расположения ДД может несколько отличаться из-за конструкции мотора, но подключение его всегда идентично. Так, схема подключения датчика детонации ВАЗ-2109 с инжекторным двигателем, такая же, как и на модели 2114.
Проверка датчика детонации ВАЗ-2110 может выполняться двумя способами.
Первый из них подразумевает наличие тестера, переведенного на замер сопротивления (уровень замера – до 2 кОм).
Для проверки всего лишь следует отсоединить колодку с проводкой от ДД и к контактам датчика подключить тестер. Затем следует наносить легкие удары ключом по болту крепления ДД и следить за показаниями на дисплее тестера.
После подключения на дисплей выведется определенное значение сопротивления датчика. В момент удара по болту, сопротивление будет резко возрастать, но затем возвращаться к старому показателю. Если этого не происходит (сопротивление не поднимается, или не возвращается) датчик неисправен и требует замены.
Второй способ не требует какого-либо оборудования и является более эффективным. Для его проведения необходимо запустить мотор, установить обороты на уровне 2000 об/мин. Затем берется рожковый ключ, можно использовать небольшой молоток с металлической наставкой (если доступ к ДД ограничен) и наносятся удары по болту крепления.
При исправном ДД после нанесения ударов обороты мотора должны упасть, поскольку такое воздействие будет расцениваться датчиком как детонация и ЭБУ на основе его сигналов уменьшит угол зажигания. После прекращения воздействия на болт обороты должны восстановиться. Если этого не происходит – ДД неисправен.
Способы устранения детонации
Наряду с причинами образования детонационных процессов, существует и ряд приемов для ее предотвращения. Их цель — активно ускорять процесс горения остаточного количества топливной смеси, а также замедлить протекание окислительных химических процессов, образующихся в полости камеры сгорания.
- Увеличение числа оборотов работающего двигателя.
- Организация турбулизации потоков топливно-воздушной смеси в камере сгорания.
- Сокращение пути фронта пламени.
В последнее время интенсивно разрабатываются приемы с использованием электроники против того, почему стучат пальцы в двигателе при разгоне. С этой целью создаются микропроцессоры для управления силовым агрегатом.
Создаваемые интеллектуальные датчики позволяют не только отслеживать все процессы, образующиеся и развивающиеся внутри цилиндров, но и корректировать их за счет изменения состава топливной смеси, а также путем изменения угла опережения зажигания.
С таким понятием как «стук пальцев» знаком, наверное, каждый отечественный автомобилист, независимо от того, профессионал он или любитель. Однако мало кто знает, что в действительности за этим скрывается не стук поршневых пальцев, а такое явление как детонация.
Объяснить почему так произошло можно следующим образом. В старые времена в двигателях стучали действительно поршневые пальцы. Под действием больших температур и знакопеременных нагрузок из-за низкой прочности и твердости деталей появлялись зазоры в посадочных местах поршневого пальца, которые и являлись источниками стука.
Сейчас же благодаря использованию качественных сталей и более высокоточным методам обработки деталей этот недостаток удалось устранить. Только вот название («имя») его осталось прежним, скрывая такое явление как детонация.Признаки детонацииДетонацию очень легко определить на слух — она, как правило, проявляется в виде звонкого металлического стука.
Что такое детонация?Детонация — это самовоспламенение горючей смеси в камере сгорания, которое имеет характер взрывной волны. Наиболее часто она появляется при резком повышении нагрузки, например, при резком ускорении или же при движении на подъем.
В этой ситуации водитель, как правило, со всей силой жмет на педаль газа, чем обеспечивается подача богатой смеси в цилиндры двигателя. Попав в цилиндры и заполнив все его объемы, на богатую горючую смесь начинают воздействовать высокие температура и давление.
Высокое давление в камере сгорания создается по двум причинам: во-первых, при такте сжатия поршень движется вверх и сжимает горючую смесь, т.е. повышает давление, во-вторых, после воспламенения основной части горючей смеси волна пламени, распространяясь по всей камере сгорания, создает фронт высокого давления, который также способствует повышению давления.
Под воздействием высоких давления и температуры в местах скопления несгоревшей горючей смеси образуются активные соединения (перекиси, альдегиды, спирты и т.д.). Достигнув критической величины, между этими соединениями начинают возникать цепные окислительные реакции, которые в итоге приводят к самовоспламенению смеси, имеющей к тому же взрывной характер.
В месте взрыва происходит значительное повышение температуры и образование взрывной волны, фронт пламени которой распространяется со скоростью 1000 — 2300 м/с. Для сравнения, скорость распространения фронта пламени при нормальном сгорании горючей смеси — 20-30 м/с.
Двигаясь с такой огромной скоростью взрывная волна ударяется о стенки цилиндров и камеры сгорания, при этом образуя все новые очаги самовоспламенения. В результате таких процессов в цилиндрах появляется большое количество взрывных волн, которые являются источником возникновения колебательных процессов в цилиндрах, вызывающих вибрации двигателя.
Что касается звонкого металлического стука, называемого в народе «стуком пальцев», а в теории двигателей — детонацией, то он появляется именно в результате многократно повторяющихся ударов взрывных волн о стенки цилиндров.
Последствия детонацииБытует мнение, что увеличение давления за счет роста скорости распространения фронта пламени должно положительно отразиться на повышении мощности двигателя. На самом же. деле все происходит наоборот. Взрывные волны «живут» очень мало — меньше 0,0001 с, и на столько же времени происходит повышение давления на поршень, поэтому повлиять на повышение мощности за столь короткий промежуток времени они просто не успевают. А вот чтобы принести огромный вред этого времени, к сожалению, достаточно.
Ударяясь с огромной скоростью о стенки цилиндров, взрывная волна разрушает масляную пленку, которая предохраняет детали цилиндро-поршневой группы от сухого трения и коррозионного износа под воздействием активных элементов продуктов сгорания. Давление фронта взрывной волны достигает величины более 70 кгс/см2, что может привести к механическим повреждениям деталей двигателя.
При наличии ударных волн резко возрастает отдача тепла от сгоревших газов к стенкам цилиндров, что вызывает перегрев двигателя. А перегрев, в свою очередь, становится причиной разрушения некоторых деталей двигателя: прокладки между головкой и блоком, обгорания кромок поршней, свечей зажигания. В сумме все эти негативные влияния приводят к значительному уменьшению моторесурса двигателя.
Кроме механических повреждений, детонация несет в себе и ухудшение эксплуатационных показателей работы двигателя, о которых мы уже упоминали, — снижается мощность двигателя, ) повышается расход топлива.
Факторы, влияющие на появление детонацииПоявлению детонации способствуют много факторов, и все они имеют одну общую черту — уменьшают задержку самовоспламенения несгоревшей части горючей смеси, удаленной от свечи зажигания или, проще говоря, в камере сгорания создаются благоприятные условия для более быстрого протекания окислительных реакций горючей смеси. Итак, появлению детонации способствуют следующие факторы:
Во-первых — состав горючей смеси. Так, богатая смесь, имеющая соотношение воздух — топливо, равное 9,0, при попадании в камеру сгорания под действием высокого давления и температуры формирует в ее отдаленных уголках очаги возникновения окислительных реакций, которые являются (источниками самовоспламенения — детонационного сгорания топлива.
Во-вторых — угол опережения зажигания. Его увеличение приводит к сдвигу пика максимума давления в процессе сгорания горючей смеси ближе к верхней мертвой точке (ВМТ), из-за чего происходит увеличение давления в камере сгорания. А увеличение давления, как мы уже знаем, входит в число основных виновников «рождения» детонации.
В-третьих — октановое число топлива. Чем ниже октановое число топлива, тем больше вероятность детонационного сгорания горючей смеси. Объясняется это ростом химической активности топлива к окислению при снижении его октанового числа. Именно поэтому мы наиболее часто и слышим «стук пальцев» при использовании 76-го бензина в двигателях, которым рекомендуется бензин с октановым числом 92 и более.
В-четвертых степень сжатия. Для начала напомним: степень сжатия — это отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания. Увеличение степени сжатия приводит к повышению давления и температуры в камере сгорания и, естественно, к созданию благоприятных условий для детонационного сгорания топлива. По этой причине для всех двигателей с высокой, степенью сжатия должен использоваться высокоэтилированный бензин.
В-пятых — конструкционные недостатки. К ним можно отнести: а) более плохие условия охлаждения несгоревшей, удаленной от свечи зажигания части горючей смеси; б) замедленный процесс догорания смеси из-за неудачной конструкции камеры сгорания; в) плохой отвод тепла от центра поршня к стенкам цилиндра, например, из-за выпуклой конструкции днища поршня, где теплу требуется пройти больший путь, чем при плоской конструкции днища; г) большой диаметр цилиндров с одной стороны ухудшает отвод тепла, с другой — камера сгорания получает большее количество удаленных от свечи зажигания зон, чем увеличивается вероятность появления очагов детонационного сгорания горючей смеси.
Барьеры на пути детонацииХорошо, что в противовес факторам, способствующим появлению детонации, существуют и факторы, препятствующие ее возникновению. Все они, как правило, ускоряют сгорание несгоревшей части горючей смеси во фронте пламени, идущей от искры зажигания, или же замедляют протекание окислительных реакций — источника самовоспламенения.
Это, во-первых, повышение числа оборотов двигателя. За счет этого уменьшается время на протекание окислительных реакций, соответственно уменьшается и вероятность самовоспламенения.
Во-вторых, турбулизация (вращение) потоков смеси в камере сгорания. Организация вращения потоков горючей смеси в камере сгорания ускоряет распространение фронта пламени от искры зажигания, чем предупреждается появление детонации.
В-треть их, уменьшение пути проходимого фронтом пламени. Это скорее конструкционное решение проблемы. На практике оно выражается в уменьшении диаметра цилиндров или же в установке двух свечей зажигания на один цилиндр.
В недалеком прошлом в борьбе с детонацией большой популярностью у некоторых наших автолюбителей-рационализаторов пользовались «капельницы» — устройства, подающие воду в цилиндры двигателя. Они действительно снижали вероятность появления детонации, однако из-за малой надежности конструкции, а главное из-за негативных свойств воды (коррозионная активность, высокая температура замерзания) не получили дальнейшего распространения.
Успешным примером борьбы с детонацией в отечественном автомобилестроении может стать форкамерно-факельное зажигание, используемое в двигателе автомобиля ГАЗ-3102 «Волга». Камера сгорания такого двигателя состоит из двух полостей — большой и малой. В малой полости происходит образование богатой горючей смеси, а в большой — бедной.
За рубежом борьба с детонацией идет еще более активно. Развитие электроники позволило создать микропроцессорные системы управления двигателем. Их интеллектуальные возможности позволяют с помощью специальных датчиков следить за происходящими внутри цилиндров процессами и влиять на их протекание путем изменения состава горючей смеси и угла опережения зажигания.
Самым последним и, пожалуй, эффективным достижением в борьбе с детонацией стало создание двигателя, способного работать на сверхобедненных смесях, имеющего в среднем по всему объему камеры сгорания значение соотношения воздух — топливо 40:1 у Mitsubishi или даже 50:1 у Toyota.
Калильное зажиганиеОчень часто среди владельцев автомобилей возникают споры относительно того, чем отличается детонация от калильного зажигания. С детонацией, я думаю, мы уже разобрались, теперь познакомимся с калильным зажиганием, которое также хранит в себе массу опасностей для автомобильного двигателя.
Напомним, что калильное зажигание — это воспламенение топлива (горючей смеси) в камере сгорания от нагретых деталей двигателя (головок выпускных клапанов, электродов свечей зажигания) или же от раскаленных частиц нагара. Воспламенение может происходить преждевременно, т.е. до подачи искры на свечу зажигания или после воспламенения основной части топлива.
Основным отличием калильного зажигания от детонации является скорость распространения фронта пламени. При воспламенении горючей смеси от накаленных поверхностей скорость распространения фронта пламени почти такая же, как и при воспламенении от искры свечи зажигания.
Поэтому калильное зажигание не несет в себе той разрушительной силы, которая скрыта во взрывной волне при детонации. Тем не менее оно также таит неприятности. При преждевременном воспламенении смеси происходят резкие обратные удары на коленчатый вал, иногда вызывающие его поломку.
Как и при детонации, при преждевременном воспламенении от накаленных деталей происходит увеличение отдачи тепла от отработавших газов к стенкам камеры сгорания из-за увеличения нахождения этих газов в камере сгорания. А это вызывает перегрев двигателя со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Определить на слух калильное зажигание трудно, так как оно выражается в глухих стуках и на фоне общего шума его почти не слышно. Легче всего его обнаружить при выключении зажигания. Если двигатель продолжает работать значит топливо воспламеняется от нагретых поверхностей деталей или частиц нагара, т.е. «работает» калильное зажигание.
Для борьбы с этим недостатком, основным виновником которого является нагар, в настоящее время имеется множество средств (присадки к топливу, аэрозолей и т.д.). Самым же простым «дедовским» методом в борьбе с калильным зажиганием считается режим движения автомобиля в течение 5-10 мин., при котором он полностью загружен и движется с максимальной скоростью на прямой передаче.
Любой посторонний шум в двигателе автомобиля должен вызывать настороженность у водителя. Даже если неисправность никак не сказывается на ходовых характеристиках автомобиля, само ее появление должно заставить владельца машины задуматься о диагностике.
https://www.youtube.com/watch?v=Zy1RYH4xUuM
Одной из проблем, которую часто игнорируют водители, является стук пальцев в двигателе. Появляется он при наборе машиной скорости, и если не обращать на это внимание, со временем могут возникнуть серьезные проблемы в работе мотора. При этом чаще всего определить причину, почему стучат пальцы двигателя при разгоне, а также исправить ситуацию, водитель может без обращения в сервисный центр.
Загрузка...