典型汽車發動機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動機爆震傳感器的結構和工作原理，對爆震傳感器常見的故障現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和實踐指導。

關鍵詞：爆震傳感器；壓電；故障；檢測；示波器

1 爆震與爆震傳感器

發動機發出的最大轉矩的點火時刻（MBT）是在開始發生爆震點火時刻（爆震界限）附近。要使點火系統達到這樣的要求，除了必須采用電子控制的點火系統外，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動機有無爆震現象，并將信號送至發動機ECU，ECU根據檢測傳感器的輸入信號，來調整點火提前角。如有爆震現象，需推遲點火；如無爆震現象，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、半導體壓電型和火花塞金屬墊型（應用較少）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用最早的爆震傳感器，應用于通用、日產等少部分汽車上。主要由高鎳合金組成的磁芯、永久磁鐵、感應線圈、殼體等組成。當發動機產生爆震時，機體會發生振動，磁芯就會受到機體振動的影響，在傳感器內產生軸向位移，使感應線圈中的磁力線發生變化，根據法拉第電磁感應定律，感應線圈將產生感應電動勢，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動機振動的頻率有關，而在傳感器的固有頻率與發動機的振動頻率產生諧振時，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材料的壓電效應，是典型的有源傳感器。某些電介質，當沿著一定方向對其施力而使它變形時，其內部就產生極化現象，同時在它的兩個表面上便產生符號相反的電荷；當外力去掉后，它又重新恢復到不帶電狀態，這種現象稱為壓電效應。[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生爆震時發動機振動頻率與傳感器本身的固有頻率相符合，而產生共振現象，用以檢測爆震是否發生。

非共振型壓電式爆震傳感器以加速度信號的形式，判斷爆震的發生。這種爆震傳感器的結構由兩個壓電元件同極性相向對接，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。這種爆震傳感器構造簡單，制造時不需要調整。

當發動機的機體振動時，傳感器內部的配重塊受到機體振動的影響而產生加速度，壓電元件就會受到配重加速時慣性力的作用，而產生電壓信號。在爆震發生時，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，必須將反應發動機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生。這種爆震傳感器的檢測頻率范圍設計成零到數千赫茲，可以檢測具有較寬頻率帶的發動機振動頻率。如用于不同發動機上，只需標定匹配濾波器的過濾頻率就可以正常使用，所以其應用的領域是十分廣泛的，這是非共振型壓電式爆震傳感器最大的優點。

3 爆震傳感器的常見故障

3.1 敲擊聲

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

3.2 油耗上升

有些汽車上會帶有每日油耗統計的功能，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了故障。

3.3 加速不良

如果車輛出現加速不良的問題，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了故障，發動將將無法最短時間內提高速度，所以必須提升功率來達到預期的速度，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致敲擊聲、油耗上升、加速不良以及尾氣超標等問題。拆下或更換爆震傳感器時，傳感器的固定力矩應在規定范圍內。如果固定力矩過大，傳感器會過于靈敏，諧振信號增多，發動機ECU會減小點火提前角，造成發動機反應遲鈍、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，此時發動機容易產生爆震，發動機溫度會身高，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動機搭鐵之間的波形[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，正常的電阻應為，如果此電阻極小，說明傳感器出現對地短路故障，需要進行更換。

5 結束語

爆震傳感器是電控發動機點火系統中的重要部件，爆震傳感器的信號能反應出發動機的點火提前角、燃油品質和ECU的運行狀況。正確判斷爆震傳感器的技術狀況，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，是保證電控發動機良好運行的前提和基礎。

參考文獻

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

[2]李貴炎.汽車發動機電控系統維修[M].北京：國防工業出版社，2011：216-217.

作者簡介：孫胤胤，男，徐州，工程師，MBA，工程碩士。