爆震传感器检测方法及应用

一、任务分析

爆震传感器是用来控制发动机爆震燃烧的装置。本任务主要学习爆震传感器的作用与分类，磁致伸缩式、压电式爆震传感器的结构与工作原理等内容。通过任务的学习，掌握爆震传感器各端子的检测方法，判断爆震传感器是否损坏。

二、相关知识

(一)爆震传感器的作用与分类

爆震传感器是电控点火系统实现点火时刻闭环控制的重要元件，安装在发动机缸体侧面，其功用是将发动机爆震信号转换为电信号传递给ECU，ECU根据爆震信号对点火提前角进行修正，从而使点火提前角保持最佳。按检测缸体振动频率的检测方式不同，爆震传感器分为共振型与非共振型两种，按结构分为压电式和磁致伸缩式两种。桑塔纳2000GLi、2000GSi，捷达AT、GTX型等国产轿车采用了压电式爆震传感器。其外形及安装位置如图2-55所示。

图2-55 爆震传感器外形及安装位置

1、3—爆震传感器;2—线束插头;4—缸体

共振型爆震传感器的显著特点是传感器的共振频率与发动机爆震的固有频率一致。其内部设有共振体。其优点是输出电压高，不需要滤波器，因此信号处理比较方便。但由于机械共振体的频率特性尖且频带窄，因此无法响应发动机型号变化引起的爆震频率。换句话说，共振型爆震传感器只能用于特定的发动机，不能与其他发动机互换使用。这种传感器装车自由度很小，美国汽车采用。

非共振型爆震传感器的突出优点是适用于所有的发动机，装车自由度很大。但其输出电压较低，频率特性平且频带较宽，需要配用带通滤波器(只允许特定频带的信号通过，对其他频率的信号进行衰减的电路)，信号处理比较复杂。中国、日本和欧洲的汽车大部分采用了这种传感器。

共振型爆震传感器的结构与非共振型基本相同，只是在壳体内设了一个共振体。

(二)爆震传感器的工作原理

1. 磁致伸缩式爆震传感器

磁致伸缩式爆震传感器为共振型爆震传感器，主要由感应线圈、伸缩杆、永久磁铁和壳体组成，其结构如图2-56所示。其外形结构与润滑油压力传感器相似，不同的是其旋入发动机缸体部分为实心结构。伸缩杆用高镍合金制成，在其一端设置有永久磁铁，另一端安放在弹性部件上。感应线圈绕制在伸缩杆的周围，线圈两段的引出电极与控制线路连接。

当发动机缸体产生振动时，传感器的伸缩杆就会随之产生振动，感应线圈中的磁通量就会发生变化。由电磁感应原理可知，线圈中就会感应产生交变电动势，即传感器就有信号电压输出，该电压的高低取决于发动机的振动强度和振动频率。当发动机缸体振动频率达到6～9k Hz时，传感器产生共振，振动强度最大，线圈中产生的电压最高。

图2-56 磁致伸缩式爆震传感器的结构

1—永久磁铁;2—外壳;3—磁致伸缩杆;4—感应线圈

2. 压电式爆震传感器

(1)压电共振型。

压电共振型爆震传感器利用压电效应原理检测发动机爆震。检测发动机爆震的方法有三种:一是检测发动机燃烧室压力的变化;二是检测发动机缸体振动频率;三是检测混合气燃烧噪声。现代汽车广泛采用检测发动机缸体振动频率来检测爆震，这种传感器具有测量精度高、安装方便且输出电压较高等优点，但通用性差。

压电共振型爆震传感器主要由压电元件、振子、基座、壳体等组成，如图2-57所示。压电元件紧贴在振子上，振子则固定在基座上。压电元件检测振子的振动压力，并转换成电信号输送给ECU。

图2-57 压电共振型爆震传感器

1—压电元件;2—振子;3—基座;4—O形密封圈;5—连接器;6—接头;7—密封剂;8—壳体;9—引线

(2)压电非共振型。

图2-58 压电非共振型爆震传感器

1—压电元件;2—惯性配重;3—信号输出线

压电非共振型爆震传感器主要由套筒、压电元件、惯性配重、塑料壳体和接线插座等组成，如图2-58所示。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为电极，并用导线引到接线插座上。惯性配重与压电元件以及压电元件与传感器套筒之间安放有绝缘垫圈，套筒中心制作有螺孔，传感器用螺栓安装固定在发动机缸体上，调整螺栓的拧紧力矩便可调整传感器的输出电压。压电式非共振型爆震传感器是以接收加速度信号的形式来检测爆震的。当发动机发生爆震时，产生5～10k Hz的压力波，压力波经过气缸体传给爆震传感器，再经过配重块以正比于振动加速度的交变力施加在压电元件上，不断变化的压力，使电动势也不断变化，当约20m V的电动势传给ECU时，经过滤波后，ECU便输出一个指示爆震的信号。ECU识别到某个气缸有爆震时，就立即控制此气缸的点火正时向延迟方向改变3°～5°，以便消除爆震。经过一定次数的无爆震后，ECU再控制点火正时以每步0.3°～0.5°的曲轴转角向提前方向给进，以保证发动机的点火提前角始终处于接近爆震时的最佳角度。

(3)垫圈压力型。

垫圈压力型爆震传感器是一种非共振压电型传感器，如图2-59所示。传感器安装在火花塞垫圈与发动机气缸盖之间，每缸安装一个，燃烧压力作用到火花塞上，经过火花塞垫圈再传递给传感器，测量燃烧压力。发动机工作时，各缸的燃烧压力通过压电元件检测各缸的爆震信息，并转换成电信号输送给ECU。(www.xing528.com)

图2-59 垫圈压力型爆震传感器

1—爆震传感器;2—垫圈;3—火花塞;4—线束插头;5—缸盖

三、任务实施

(一)教学设备

(1)桑塔纳2000GSi发动机实验台架或同型号汽车;

(2)万用表、V.A.G1551/2诊断仪;

(3)爆震传感器。

(二)爆震传感器检测

以桑塔纳2000GSi轿车压电式爆震传感器的检测为例，介绍爆震传感器的检测。

桑塔纳2000GSi轿车设有2个爆震传感器。爆震传感器Ⅰ(G61、白色插头)是检测1、2缸的，安装在缸体进气管侧1、2缸之间;爆震传感器Ⅱ(G66、蓝色插头)是检测3、4缸的，安装在缸体进气管侧3、4缸之间。

桑塔纳2000GSi轿车的爆震传感器采用压电原理。爆震传感器由压电陶瓷(压电元件)、配重、壳体、导线等组成，如图2-60所示。

桑塔纳2000GSi轿车压电式爆震传感器的电路图，如图2-61所示。

图2-60 桑塔纳2000GSi轿车压电式爆震传感器的构造

(a)传感器外形 (b)内部结构1—套筒底座;2—绝缘垫圈;3—压电元件;4—惯性配重;5—塑料壳体;6—固定螺栓;7—接线插座;8—电极

图2-61 桑塔纳2000GSi轿车压电式爆震传感器的电路图

1. 检测爆震传感器的电阻

关闭点火开关，分别拔下Ⅰ、Ⅱ号爆震传感器的3芯插头，用万用表的电阻挡分别测量各端子之间的电阻值。标准值见表2-15。

表2-15 爆震传感器的各端子之间的电阻标准值

2. 检测爆震传感器线束的导通性

关闭点火开关，分别拔下Ⅰ、Ⅱ号爆震传感器的3芯插头;用万用表的电阻挡，分别测量Ⅰ号爆震传感器3芯插座1、2、3号端子与J220的68、67及搭铁之间的电阻值;用万用表的电阻挡，分别测量Ⅱ号爆震传感器3芯插座1、2、3号端子与J220的60、67及搭铁之间的电阻值。各线束导通性的标准值如表2-16所列。如果电阻值过大或为无穷大，线束与端子可能接触不良或存在断路，应及时排除。

表2-16 爆震传感器线束的导通性

3. 检测爆震传感器的信号电压

连接V.A.G1552;起动发动机，使V.A.G1552进入“读取测量数据块”功能，并输入016字样，进入数据组16;加大油门至50%，观察各缸爆震传感器电压的信号变化情况。各缸爆震传感器的电压信号标准值:0.3～1.4V。在高速时，显示的爆震传感器信号电压值可达到5.1V。如果爆震传感器信号最大、最小电压值差异大于50%，可能是由于插接处腐蚀所致。

四、检查与评估

本次课程主要依据表2-17考核学生对任务的完成情况。

表2-17 爆震传感器考核卡

续表