典型汽车发动机爆震传感器的故障分析与检测方法研究

典型汽车发动机爆震传感器的故障分析与检测方法研究

汽车中普遍装有爆震传感器，也是传感器中的易损件。文章介绍了几种典型电控汽车发动机爆震传感器的结构和工作原理，对爆震传感器常见的故障现象和检测方法做出分析。为爆震传感器的故障诊断与检测提供了理论依据和实践指导。

标签：爆震传感器；压电；故障；检测；示波器

1 爆震与爆震传感器

发动机发出的最大转矩的点火时刻（MBT）是在开始发生爆震点火时刻（爆震界限）附近。要使点火系统达到这样的要求，除了必须采用电子控制的点火系统外，对点火提前角还必须采用爆震反馈控制。这种控制是用一个爆震传感器检测发动机有无爆震现象，并将信号送至发动机ECU，ECU根据检测传感器的输入信号，来调整点火提前角。如有爆震现象，需推迟点火；如无爆震现象，则提前点火。这样能够保证在任何工况下的点火提前角都处于接近爆震界限的最佳角度。

2 爆震传感器的分类与工作原理

爆震传感器有磁致伸缩型、半导体压电型和火花塞金属垫型（应用较少）等几种类型，其中压电型又有共振型和非共振之分。

磁致伸缩型爆震传感器是应用最早的爆震传感器，应用于通用、日产等少部分汽车上。主要由高镍合金组成的磁芯、永久磁铁、感应线圈、壳体等组成。当发动机产生爆震时，机体会发生振动，磁芯就会受到机体振动的影响，在传感器内产生轴向位移，使感应线圈中的磁力线发生变化，根据法拉第电磁感应定律，感应线圈将产生感应电动势，即为爆震传感器的输出电压信号。输出电压信号的大小与发动机振动的频率有关，而在传感器的固有频率与发动机的振动频率产生谐振时，传感器输出的电压最大。

压电式爆震传感器可以分为共振型压电式爆震传感器和非共振型压电式爆震传感器两种。压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应，是典型的有源传感器。某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷；当外力去掉后，它又重新恢复到不带电状态，这种现象称为压电效应。[1]

压电元件是一类典型的力敏感元件，可以用来测量最终能转换成力的多种物理量。由于压电式传感器的输出电信号很微弱，通常先把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗交换以后，方可用一般的放大检波电路再将信号输入到指示仪表或记录器中。PV-96压电加速度传感器可用来检测微振动。

共振型压电式爆震传感器利用产生爆震时发动机振动频率与传感器本身的固有频率相符合，而产生共振现象，用以检测爆震是否发生。

非共振型压电式爆震传感器以加速度信号的形式，判断爆震的发生。这种爆震传感器的结构由两个压电元件同极性相向对接，使用的配重块用一根螺钉固定在壳体上，它将加速度变换成作用于压电元件上的压力，输出电压从这两个压电元件的中央取出。这种爆震传感器构造简单，制造时不需要调整。

当发动机的机体振动时，传感器内部的配重块受到机体振动的影响而产生加速度，压电元件就会受到配重加速时惯性力的作用，而产生电压信号。在爆震发生时，这种传感器输出的电压不是很大，而是具有平缓的输出特性。因此，必须将反应发动机振动频率的输出电压信号送至识别爆震的滤波器中，判断是否有爆震的产生。这种爆震传感器的检测频率范围设计成零到数千赫兹，可以检测具有较宽频率带的发动机振动频率。如用于不同发动机上，只需标定匹配滤波器的过滤频率就可以正常使用，所以其应用的领域是十分广泛的，这是非共振型压电式爆震传感器最大的优点。

3 爆震传感器的常见故障

3.1 敲击声

当检测汽车发动机异响时，听到发动机罩上有敲击碰撞的声音，这很有可能是爆震传感器发生了故障。持续的敲击声说明爆震传感器发生了故障，此时传感器并没有与发动机电控单元进行通信修正点火提前角。尤其是在高速行驶的时候，这种现象最常见。

3.2 油耗上升

有些汽车上会带有每日油耗统计的功能，或者有些车主会用某些软件来记录自己每天的行驶里程和油耗。如果近期明显出现汽车行驶相同的里程需要耗费更多燃油的情况，也可能是由于爆震传感器出现了故障。

3.3 加速不良

如果车辆出现加速不良的问题，原因也可能是由于爆震传感器故障。因为如果爆震传感器出现了故障，发动将将无法最短时间内提高速度，所以必须提升功率来达到预期的速度，随之带来加速不良的问题。

4 爆震传感器的检测

一个有故障的爆震传感器可能导致敲击声、油耗上升、加速不良以及尾气超标等问题。拆下或更换爆震传感器时，传感器的固定力矩应在规定范围内。如果固定力矩过大，传感器会过于灵敏，谐振信号增多，发动机ECU会减小点火提前角，造成发动机反应迟钝、排气温度过高、油耗增大等问题。如果固定力矩过

小，传感器的灵敏度就下降，谐振信号减少，此时发动机容易产生爆震，发动机温度会身高，氮氧化合物的排放量也会增多。

检测爆震传感器主要使用万用表和示波器等工具。示波器检测是检测爆震传感器最直观准确的方法。拆下爆震传感器的连接插头，用木槌敲击传感器附近的缸体，同时用示波器测量信号输出端与发动机搭铁之间的波形[2]。

万用表检测爆震传感器是在没有示波器的情况下，用测量电阻的方法对爆震传感器进行粗略的检测。拆下爆震传感器的连接插头，用万用表电阻档测量传感器信号输出端与壳体之间的电阻，正常的电阻应为，如果此电阻极小，说明传感器出现对地短路故障，需要进行更换。

5 结束语

爆震传感器是电控发动机点火系统中的重要部件，爆震传感器的信号能反应出发动机的点火提前角、燃油品质和ECU的运行状况。正确判断爆震传感器的技术状况，运用正确的方法检测爆震传感器和排除爆震传感器的故障，是保证电控发动机良好运行的前提和基础。

参考文献

[1]周润景，郝晓霞.传感器与检测技术[M].北京：电子工业出版社，2009：68.

[2]李贵炎.汽车发动机电控系统维修[M].北京：国防工业出版社，2011：216-217.

作者简介：孙胤胤，男，徐州，工程师，MBA，工程硕士。