爆震传感器

一、爆燃与发动机的性能
适当增大点火提前角,汽油发动机可获得最大功率和最佳燃油经济性。 但是点火提前角过大又会引起发动机爆燃。汽油机在接近压缩上止点时, 火花塞跳火,点燃气缸内的混合气。以火花塞为中心,火焰向四周传播,可 燃气体在气缸内膨胀做功。在此期间,如果气缸内压力和温度异常升高,部
分混合气在火焰尚未传播到达时就自行着火燃烧。整个燃烧室内瞬时形 成多火源燃烧,这种现象称为爆燃,如图5—5—1所示。严重的爆燃还产生 高温和强大的压力波。如果持续产生爆燃,会引起气缸体、气缸盖和进气 歧管等薄壁构件的高频振动,运动件产生冲击载荷,导致很大的噪声、缩短 发动机使用寿命,甚至损坏发动机。爆燃还会使火花塞电极或活塞过热、 熔损,发动机将造成严重机械故障。
感器的反馈数据，数据应该有所变 化，否则进行以下步骤。
(2) 检查ECU提供的KNK1电压 断开爆震传感器的连接器，如图4-67 所示，接通点火开关， 用万用表测线束 侧连接器D1-2—D1-1之间的电压，应为 4.5～5.5V，否则进入步骤④。 (3)检查爆震传感器 拆下爆震传感器，用万用表测传感器两个端子之间的电阻， 如图4-68所示，应为120～280kΩ，否则，更换该传感器。 爆震传感器正常，但仍然出现故障代码P0327或P0328，则 更换ECU。
爆震传感器的检测
1.了解爆震传感器的作用及对发动机工作的影响； 2.掌握爆震传感器的结构与工作原理； 3.爆震传感器的检查方法。
爆震是汽油机燃烧室中末端混合气自燃所引成的一种不 正常燃烧现象，它不但会产生 尖锐的敲缸声，还会使发动机 的活塞、连 杆、曲轴等机件受到过度的冲击，并引发发动机 过热等现象，从而大大缩短发动机的工作寿命。
发动机机体产生振动时，传感器的伸缩杆随之振动，感 应线圈中的磁通量随之发生变 化，因而产生相应的交变电动 Leabharlann ，该交变电 动势即为传感器的输出信号。
工作原理是:当发动机爆燃时会产生振动,其频率范围为 1~10kHz。频率在7kHz左右,爆燃传感器将发生共振, 发生爆震时，发动机机体的振动频率达到6～9kHz，与传感器伸 缩杆的固有频率一致， 因而发生共振，铁心发生压缩变形,使其 内磁通量发生变化。这样,永久磁铁通过铁心的磁场变化,使铁心 周围的感应电动势发生变化,传感器将产生感应电压信号,电压信 号与发动机的振动频率成正比,传感器信号电压的幅值大幅增 大， 并将这一电信号输入ECU。 如图4-65所示，ECU通过该信号电压的阈值即可判断爆震的发 生情况。
为电极，并用导线引到接 线连接器上。惯性配重用于传递发动机 机体 振动所产生的惯性力，其与压电元件之间、 压电元件与传感 器套筒之间均装有绝缘垫 圈。传感器接线连接器上有三根引线， 其中两根为信号线，一根为屏蔽线。
压电效应：某些晶体（如石英）薄片在受到压力作用之后， 其两极之间就会产生电 压，而且电压与所受压力的大小成正比， 这 一现象被称为压电效应，产生压电效应的晶 体薄片也被称为 压电压电式爆震传感器就是 根据压电效应原理制成的。
机体的不正常振动，因此， 只要能够检测到这种不正常的振动现象， 就可 以检测到发动机的爆震。
目前，检测发动机爆震的方法有三种：一是检测发动机燃烧室 内压力的变化；二是检测混 合气燃烧噪声的变化；三是检测发动机 缸体振 动状态的变化。
第一种方法测量精度较高，但传感器安装困难，且耐久性较差； 第二种方法为非接触式测 量法，传感器的耐久性较好，但测量精度 和灵 敏度较低，实际应用较少；第三种方法的突出 优点是传感器 安装方便，且输出电压较高，因此在现代汽车发动机上被广泛采用。
(4)检查爆震传感器与ECU之间的线路 断开ECU连接器，用万用表测D1-2— B31-110、D1-1—B31111之间的电阻， 应小于1Ω；测D1-2或B31-110—车身搭铁、 D1-1或B31-111—车身搭铁之间的电阻，应大于10kΩ，否则， 维修或更换线束或连接器。
在爆震传感器与ECU之间的线路正常的情况下，传感器线束连 接器的KNK1端子仍然没有4.5～5.5V电压，则更换ECU。
在电控点火系统中,用爆燃传感器进行闭环控制,有效地控制点火提前 角,则可以防止爆燃,从而使发动机工作在爆燃的临界状态。
二、爆燃控制系统的组成 点火提前角的闭环控制如图5—5—4所示,由爆燃传感器、带通滤 波电路、信号放大电路、整形滤波电路、比较基准电压形成电路、 积分电路、提前角控制电路和点火控制器等组成。
该传感器发生故障时，上述闭环控制失效， 为了避免爆震 对发动机造成的伤害，ECU会在储存相应故障代码的同时，将 各缸的点火正时 均延迟一定值（丰田车延迟8°；大众车延迟 15°），此时，发动机的动力性和经济性均会有所下降。
1.爆震的检测方法 由于爆震会对发动机的机体产生异常冲击， 因而会引起发动机
汽车上常见的爆震传感器有压电式和磁致伸缩式两种形式，虽 然工作原理有所不同，但检测爆震的方法却基本一样，都是 通过 检测发动机缸体或缸盖的振动状态来 判断是否发生爆震。
2.压电式爆震传感器的结构与工作原理 压电式爆震传感器在汽车上的应用最为广泛，其结构如图所示，
主要由套筒、压电元件、惯性配重、塑料壳体等组成。 压电元件制成垫圈形状，在其两个侧面上制作有金属垫圈作
捷达、桑塔纳车型爆震传感器电路及连接器如图 所示。
（1）测传感器的电阻 断开爆震传感器的连接器，用万用表测传感器相关端子之间的电 阻，测量结 果应该符合表4-5的规定，否则，更换爆震传感器。 （2）检查爆震传感器与ECU之间的线路 断开ECU连接器，用万用表测传感器连接器与ECU连接器相应 端子之间的电阻，应该符合表4-5的规定，否则，维修或更换线 束或连接器。
再次产生爆燃为止。爆燃控制系统控制的点火 提前角曲线如图5—5—8所示。
4.压电型爆燃传感器 (1)压电型爆燃传感器的结构形式压电型爆燃传感器的结构形式有共 振型(见图5—5—5a)、非共振型(见图5—5—5b)和火花塞垫型(见图5— 5—9)三种。共振压电型爆燃传感器,在压电元件的一侧加装有振荡片。 当发生爆燃时,振荡片固有频率与爆燃频率相同,振荡片产生共振,此时, 压电元件将产生的电信号最大,如图5—5—10所示。
传感器被安装在发动机机体上，当发动机机体产生振动时， 传感器的惯性配重随之振 动，其惯性力作用在压电元件上，使压 电元 件产生相应的电压，电压的幅值和频率随振 动状态的变化 而变化。图4-63为不同转速时爆震传感器的信号波形。
当发动机发生爆震时，传感器信号电压的幅值和频率都会 发生异常变化，ECU 则可以通过这种幅值的异常或频率的异常 来判断发动机的爆震情况，当发生爆震的 频率超过一定程度时， ECU即可开始进行点火正时的闭环调整。
2.爆燃强度的判别 发动机爆燃的强度取决于爆燃传感器输出信号电压的振幅和持续时间。
爆燃信号电压值超过基准电压值的次数越多,爆燃强度越大;反之,超过基准电 压值的次数越少,说明爆燃强度越小。确定爆燃强度常用的方法如图5—5— 7所示,首先利用基准电压值对传感器输出信号进行整形处理,然后对整形后 的波形进行积分,求得积分值Ui,爆燃强度越大,积分值Ui越大;反之,爆燃强度 越小,积分值Ui越小。当积分值Ui超过基准电压值Ub时,ECU 将判定发动机 发生爆燃。
注意：要严格按照生产厂家所规定的拧紧力矩来安装传感 器，否则会影响传感 器的正常工作。捷达、桑塔纳车型爆震传 感器的标准拧紧力矩为20N·m。
3.磁致伸缩式爆震传感器的结构与工作原理 这种传感器应用于通用、日产等少部分汽车上，其结构
如图4-64所示，主要由感应线圈、磁致伸缩杆、永久磁铁和 壳体等组成， 其伸缩杆用高镍合金制成，伸缩杆的一端安 装 有永久磁铁，另一端安放在弹性部件上。 感应线圈绕制在伸 缩杆的周围，其两端作为 信号输出端与发动机ECU相连。
小结 爆震传感器用来检测发动机的爆震情况， ECU利用其
信号来对点火正时进行闭环控制。 爆震传感器一般都通过检测发动机缸体或缸盖的振动状
态来判断发动机的爆震情况， 根据工作原理的不同，有压 电式和磁致伸缩 式两种形式。
爆震传感器的检查内容一般包括：读取爆震传感器的反 馈数据、检查ECU提供的工作电压、检查爆震传感器与 ECU之间的线路情况、测量传感器的电阻等。
丰田卡罗拉1ZR-FE发动机采用了压电式爆震传感器，其工作 电路如图4- 66所示。当出现故障代码P0327（爆震传感器输出电 压低于0.5V）、P0328（爆震传感器输出电压高于4.5V）时，需 要进行以下的检查步骤。
(1)读取爆震传感器反馈数据 连接汽车故障诊断仪，起动发动机并暖机，踩动加速踏板， 使发动机转速发 生变化，同时用汽车故障诊断仪读取爆 震传
爆震传感器装在发动机缸体或缸盖上，用于检测这种不正 常燃烧现象，一旦检测到爆震现象的发生，ECU就会逐步延迟 点火，直至爆震消除；爆震消除一段时 间后，如果再没有发生 爆震，ECU又会逐步恢复原来的点火正时，即对点火正时进行 闭环控 制。因此，爆震传感器是ECU进行点火正时闭环控制的 专用传感器。
1.基准电压的确定 判定爆燃的基准电压通常利用发动机即将爆燃时的传感器输出信号电
压来确定。最简单的方法如图5—5—6所示,首先对传感器输出信号进行 滤波和半波整流,利用平均电路求得信号电压的平均值,然后再乘以常数倍 即可形成基准电压Ub,平均值的倍数由设计制造时试验确定。因为发动机 转速升高时,爆燃传感器输出电压的幅值增大,所以基准电压不是一个固定 值,其值将随发动机转速升高而增大。
3.爆燃控制 发动机工作时,并非随时都在进行爆燃监测, 而是在发出点火信号后一定曲轴转角范围内,控 制系统才允许对爆燃信号进行识别,以提高控制 可靠性。这是因为点火后,气缸内混合气燃烧需 要一段时间,当气缸内的压力和温度达到最大值 时,才可能产生爆燃。 爆燃传感器的信号输入ECU 后,ECU 便将积 分值Ui与基准电压Ub进行比较。当积分值Ui高 于基准电压Ub时,ECU 立即发出指令,控制推迟 点火时刻,一般每次推迟0.5°~1.5°曲轴转角 (日产公司为0.5°~1.0°,修正速度为0.7°/s), 直到消除爆燃。爆燃强度越大,点火时间推迟越 多;爆燃强度越小,点火时间推迟越少。当积分 值Ui低于基准电压Ub时,说明爆燃已经消 除,ECU 又递增一定量的提前角控制点火,直到
三、爆燃识别与控制
发动机爆燃一般仅在高负荷、中低转速(小于3000r/min)时产生,由于爆 燃传感器输出电压的振幅随发动机转速高低不同而有很大的变化,因此判 定发动机是否发生爆燃不能根据爆燃传感器输出电压的绝对值进行判别。 常用的方法是,将发动机无爆燃时爆燃传感器输出电压,与产生爆燃时爆燃 传感器的输出电压进行比较,从而做出判定结论。
(2)爆燃传感器电路的检测 1)大众轿车爆燃传感器电路的检测。大众轿车采用非共振型压电式爆 燃传感器,如图5—5—11所示。其结构如图5—5—5a所示,主要由底座、
压电元件、惯性配重、壳体和接线插座等组成。捷达和桑塔纳轿车使用 两只爆燃传感器G61、G66,安装在进气道一侧缸体侧面。必须保证爆 燃传感器拧紧力矩为20N·m。两只爆燃传感器与ECU 的连接如图5— 5—12a所示。
5.磁致伸缩型爆燃传感器 如图5—5—5c、图5—5—5d所示磁致伸缩式爆燃传感器,其内部有壳体、 永久磁铁、铁心和线圈。其结构图如图5—5—14所示。工作原理是:当发动 机爆燃时会产生振动,其频率范围为1~10kHz。频率在7kHz左右,爆燃传感 器将发生共振,铁心发生压缩变形,使其内磁通量发生变化。这样,永久磁铁 通过铁心的磁场变化,使铁心周围的感应电动势发生变化,传感器将产生感应 电压信号,电压信号与发动机的振动频率成正比,并将这一电信号输入ECU。