典型汽車發(fā)動機(jī)爆震傳感器的故障分析與檢測方法研究

摘 要：汽車中普遍裝有爆震傳感器，也是傳感器中的易損件。文章介紹了幾種典型電控汽車發(fā)動機(jī)爆震傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理，對爆震傳感器常見的故障現(xiàn)象和檢測方法做出分析。為爆震傳感器的故障診斷與檢測提供了理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：爆震傳感器；壓電；故障；檢測；示波器

1 爆震與爆震傳感器

發(fā)動機(jī)發(fā)出的最大轉(zhuǎn)矩的點火時刻（MBT）是在開始發(fā)生爆震點火時刻（爆震界限）附近。要使點火系統(tǒng)達(dá)到這樣的要求，除了必須采用電子控制的點火系統(tǒng)外，對點火提前角還必須采用爆震反饋控制。這種控制是用一個爆震傳感器檢測發(fā)動機(jī)有無爆震現(xiàn)象，并將信號送至發(fā)動機(jī)ECU，ECU根據(jù)檢測傳感器的輸入信號，來調(diào)整點火提前角。如有爆震現(xiàn)象，需推遲點火；如無爆震現(xiàn)象，則提前點火。這樣能夠保證在任何工況下的點火提前角都處于接近爆震界限的最佳角度。

2 爆震傳感器的分類與工作原理

爆震傳感器有磁致伸縮型、半導(dǎo)體壓電型和火花塞金屬墊型（應(yīng)用較少）等幾種類型，其中壓電型又有共振型和非共振之分。

磁致伸縮型爆震傳感器是應(yīng)用最早的爆震傳感器，應(yīng)用于通用、日產(chǎn)等少部分汽車上。主要由高鎳合金組成的磁芯、永久磁鐵、感應(yīng)線圈、殼體等組成。當(dāng)發(fā)動機(jī)產(chǎn)生爆震時，機(jī)體會發(fā)生振動，磁芯就會受到機(jī)體振動的影響，在傳感器內(nèi)產(chǎn)生軸向位移，使感應(yīng)線圈中的磁力線發(fā)生變化，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)線圈將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，即為爆震傳感器的輸出電壓信號。輸出電壓信號的大小與發(fā)動機(jī)振動的頻率有關(guān)，而在傳感器的固有頻率與發(fā)動機(jī)的振動頻率產(chǎn)生諧振時，傳感器輸出的電壓最大。

壓電式爆震傳感器可以分為共振型壓電式爆震傳感器和非共振型壓電式爆震傳感器兩種。壓電式傳感器的工作原理是基于某些介質(zhì)材料的壓電效應(yīng)，是典型的有源傳感器。某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上便產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，它又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。[1]

壓電元件是一類典型的力敏感元件，可以用來測量最終能轉(zhuǎn)換成力的多種物理量。由于壓電式傳感器的輸出電信號很微弱，通常先把傳感器信號先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過阻抗交換以后，方可用一般的放大檢波電路再將信號輸入到指示儀表或記錄器中。PV-96壓電加速度傳感器可用來檢測微振動。

共振型壓電式爆震傳感器利用產(chǎn)生爆震時發(fā)動機(jī)振動頻率與傳感器本身的固有頻率相符合，而產(chǎn)生共振現(xiàn)象，用以檢測爆震是否發(fā)生。

非共振型壓電式爆震傳感器以加速度信號的形式，判斷爆震的發(fā)生。這種爆震傳感器的結(jié)構(gòu)由兩個壓電元件同極性相向?qū)?，使用的配重塊用一根螺釘固定在殼體上，它將加速度變換成作用于壓電元件上的壓力，輸出電壓從這兩個壓電元件的中央取出。這種爆震傳感器構(gòu)造簡單，制造時不需要調(diào)整。

當(dāng)發(fā)動機(jī)的機(jī)體振動時，傳感器內(nèi)部的配重塊受到機(jī)體振動的影響而產(chǎn)生加速度，壓電元件就會受到配重加速時慣性力的作用，而產(chǎn)生電壓信號。在爆震發(fā)生時，這種傳感器輸出的電壓不是很大，而是具有平緩的輸出特性。因此，必須將反應(yīng)發(fā)動機(jī)振動頻率的輸出電壓信號送至識別爆震的濾波器中，判斷是否有爆震的產(chǎn)生。這種爆震傳感器的檢測頻率范圍設(shè)計成零到數(shù)千赫茲，可以檢測具有較寬頻率帶的發(fā)動機(jī)振動頻率。如用于不同發(fā)動機(jī)上，只需標(biāo)定匹配濾波器的過濾頻率就可以正常使用，所以其應(yīng)用的領(lǐng)域是十分廣泛的，這是非共振型壓電式爆震傳感器最大的優(yōu)點。

3 爆震傳感器的常見故障

3.1 敲擊聲

當(dāng)檢測汽車發(fā)動機(jī)異響時，聽到發(fā)動機(jī)罩上有敲擊碰撞的聲音，這很有可能是爆震傳感器發(fā)生了故障。持續(xù)的敲擊聲說明爆震傳感器發(fā)生了故障，此時傳感器并沒有與發(fā)動機(jī)電控單元進(jìn)行通信修正點火提前角。尤其是在高速行駛的時候，這種現(xiàn)象最常見。

3.2 油耗上升

有些汽車上會帶有每日油耗統(tǒng)計的功能，或者有些車主會用某些軟件來記錄自己每天的行駛里程和油耗。如果近期明顯出現(xiàn)汽車行駛相同的里程需要耗費更多燃油的情況，也可能是由于爆震傳感器出現(xiàn)了故障。

3.3 加速不良

如果車輛出現(xiàn)加速不良的問題，原因也可能是由于爆震傳感器故障。因為如果爆震傳感器出現(xiàn)了故障，發(fā)動將將無法最短時間內(nèi)提高速度，所以必須提升功率來達(dá)到預(yù)期的速度，隨之帶來加速不良的問題。

4 爆震傳感器的檢測

一個有故障的爆震傳感器可能導(dǎo)致敲擊聲、油耗上升、加速不良以及尾氣超標(biāo)等問題。拆下或更換爆震傳感器時，傳感器的固定力矩應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。如果固定力矩過大，傳感器會過于靈敏，諧振信號增多，發(fā)動機(jī)ECU會減小點火提前角，造成發(fā)動機(jī)反應(yīng)遲鈍、排氣溫度過高、油耗增大等問題。如果固定力矩過小，傳感器的靈敏度就下降，諧振信號減少，此時發(fā)動機(jī)容易產(chǎn)生爆震，發(fā)動機(jī)溫度會身高，氮氧化合物的排放量也會增多。

檢測爆震傳感器主要使用萬用表和示波器等工具。示波器檢測是檢測爆震傳感器最直觀準(zhǔn)確的方法。拆下爆震傳感器的連接插頭，用木槌敲擊傳感器附近的缸體，同時用示波器測量信號輸出端與發(fā)動機(jī)搭鐵之間的波形[2]。

萬用表檢測爆震傳感器是在沒有示波器的情況下，用測量電阻的方法對爆震傳感器進(jìn)行粗略的檢測。拆下爆震傳感器的連接插頭，用萬用表電阻檔測量傳感器信號輸出端與殼體之間的電阻，正常的電阻應(yīng)為，如果此電阻極小，說明傳感器出現(xiàn)對地短路故障，需要進(jìn)行更換。

5 結(jié)束語

爆震傳感器是電控發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)中的重要部件，爆震傳感器的信號能反應(yīng)出發(fā)動機(jī)的點火提前角、燃油品質(zhì)和ECU的運行狀況。正確判斷爆震傳感器的技術(shù)狀況，運用正確的方法檢測爆震傳感器和排除爆震傳感器的故障，是保證電控發(fā)動機(jī)良好運行的前提和基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]周潤景，郝曉霞.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009：68.

[2]李貴炎.汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)維修[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011：216-217.

作者簡介：孫胤胤，男，徐州，工程師，MBA，工程碩士。