Ο αισθητήρας κρουστικής καύσης ανιχνεύει τα χτυπήµατα που προκύπτουν από την καύση µέσω ενός πιεζοηλεκτρικού στοιχείου, το οποίο µετατρέπει τον παραγόµενο θόρυβο σε ηλεκτρικό σήµα µεταβαλλόµενης τάσης.
Λειτουργία και σηµασία
Ο αισθητήρας κρουστικής καύσης αποτελεί βασικό εξάρτημα του κινητήρα, λειτουργώντας ως ένα «ηλεκτρονικό αυτί» που ανιχνεύει τους κραδασμούς που προκαλούνται από την κρουστική καύση. Ο αισθητήρας στέλνει σήμα μεταβολής τάσης στην ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του κινητήρα (ECU), η οποία με βάση το σήμα αυτό μπορεί να προσαρμόσει το αβάνς της ανάφλεξης ή τη σύσταση του μείγματος αέρα/καυσίμου, διορθώνοντας την αιτία του κροταλίσματος.
Πώς λειτουργεί
Περιέχει μία στοίβα από λεπτά φύλλα πιεζοηλεκτρικών κρυστάλλων, που παράγουν σήμα τάσης όταν συμπιέζονται. Όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση της δόνησης, τόσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος του παραγόμενου σήματος. Το κροτάλισμα του κινητήρα συμπιέζει τους κρυστάλλους, οι οποίοι στέλνουν σήματα τάσης στην ECU.
Η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου αναγνωρίζει αυτά τα σήματα και μπορεί να προχωρήσει σε διορθωτικές ενέργειες, όπως:
- Μείωση του αβάνς: Μειώνει τον χρονισμό της ανάφλεξης, ώστε να αποτραπεί περαιτέρω κρουστική καύση.
- Εμπλουτισμός του μίγματος: Αυξάνει την ποσότητα καυσίμου στο μείγμα, μειώνοντας τη θερμοκρασία καύσης.
Πλεονεκτήµατα
Μπορεί να ανιχνεύσει ακόμη και πολύ μικρά επίπεδα κρουστικής καύσης, τα οποία δεν είναι αντιληπτά από το ανθρώπινο αυτί. Αυτό επιτρέπει στον κινητήρα να λειτουργεί ομαλά και με βέλτιστη απόδοση, μειώνοντας την κατανάλωση καυσίμου και αυξάνοντας τη ροπή.
Πυρανάφλεξη και κρουστική καύση
- Πυρανάφλεξη
Ο όρος πυρανάφλεξη αναφέρεται στη μη προγραμματισμένη ανάφλεξη του μείγματος αέρα-καυσίμου σε βενζινοκινητήρες, η οποία προκαλείται από πυρακτωμένα μέρη στον θάλαμο καύσης, όπως επικαθίσεις άνθρακα στα τοιχώματα. Η πυρανάφλεξη μπορεί να συμβεί είτε πριν από τον σπινθήρα του μπουζί (προανάφλεξη) είτε μετά τον σπινθήρα (μετανάφλεξη).
Η πυρανάφλεξη δημιουργεί πολλαπλά μέτωπα φλόγας, με αποτέλεσμα ταχύτερη και ανεξέλεγκτη καύση, που οδηγεί σε γρήγορη άνοδο της πίεσης στον θάλαμο καύσης. Αυτό παράγει έναν χαρακτηριστικό θόρυβο, ο οποίος παρουσιάζεται σε συχνότητες από 700 έως 1400 Hz. Η πυρανάφλεξη μειώνει την απόδοση του κινητήρα έως και 20%, αυξάνοντας παράλληλα τις θερμικές και μηχανικές καταπονήσεις, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να εξελιχθεί σε κρουστική καύση.
- Κρουστική Καύση
Η κρουστική καύση παρουσιάζεται όταν η κανονική καύση εξελίσσεται απότομα και το υπόλοιπο άκαυτο μείγμα αυτοαναφλέγεται εκρηκτικά. Αυτή η απότομη καύση προκαλεί βίαιη αύξηση της πίεσης και δημιουργεί κύματα κρούσης μέσα στον θάλαμο καύσης, τα οποία παράγουν έναν έντονο μεταλλικό θόρυβο, γνωστό ως πειράκια, που εμφανίζεται σε συχνότητες 3000 έως 5000 Hz. Η κρουστική καύση οδηγεί σε:
- Απότομη αύξηση της πίεσης και της θερμοκρασίας
- Απώλεια ισχύος
- Αυξημένη καταπόνηση των εξαρτημάτων του κινητήρα, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει βλάβες.
Η κύρια αιτία της κρουστικής καύσης είναι η εκτοπιστική συμπίεση του άκαυτου μείγματος, το οποίο περιορίζεται σε μικρότερο χώρο, με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας και της πίεσής του. Αυτή η αύξηση οδηγεί σε αυτοανάφλεξη του μείγματος, παρόμοια με τη διαδικασία στους πετρελαιοκινητήρες. Το δεύτερο μέτωπο καύσης που δημιουργείται συγκρούεται με το αρχικό, προκαλώντας τα χαρακτηριστικά μεταλλικά χτυπήματα που είναι επιβλαβή για τον κινητήρα.
Προ-ανάφλεξη στις χαµηλές στροφές (LSPI)
Η προ-ανάφλεξη στις χαμηλές στροφές, γνωστή ως LSPI (Low-Speed Pre-Ignition) ή SPI (Stochastic Pre-Ignition), είναι ένα φαινόμενο που παρατηρείται σε σύγχρονους βενζινοκινητήρες άμεσου ψεκασμού με υπερπλήρωση. Το LSPI εμφανίζεται όταν η ανάφλεξη του καυσίμου πραγματοποιείται πρόωρα, πριν την κανονική δημιουργία σπινθήρα από το μπουζί. Αυτό το φαινόμενο είναι πιο συχνό όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε χαμηλές στροφές αλλά με υψηλό φορτίο, όπως κατά την απότομη επιτάχυνση.
- Αιτίες του LSPI
Η προ-ανάφλεξη στις χαμηλές στροφές θεωρείται ότι προκαλείται από μικροσκοπικά σταγονίδια καυσίμου και λαδιού ή σωματίδια άνθρακα που παραμένουν στον θάλαμο καύσης. Αυτά τα σταγονίδια μπορεί να αναφλεγούν πρόωρα, δημιουργώντας ανεξέλεγκτη και ανώμαλη καύση.
- Συνέπειες του LSPI
Το LSPI μπορεί να οδηγήσει σε:
- Απότομες αυξήσεις της πίεσης στον κύλινδρο: Κατά τη διάρκεια του LSPI, οι πιέσεις στον θάλαμο καύσης μπορεί να φτάσουν τα 1600 psi, όταν σε κανονικές συνθήκες η πίεση δεν ξεπερνά τα 650 psi. Αυτό σημαίνει αύξηση της πίεσης κατά 250%, η οποία μπορεί να προκαλέσει σοβαρές βλάβες στα εσωτερικά εξαρτήματα του κινητήρα.
- Εσωτερική ζημιά στον κινητήρα: Λόγω των έντονων πιέσεων, το LSPI μπορεί να προκαλέσει βλάβες σε πιστόνια, ελατήρια εμβόλων και κυλίνδρους, οδηγώντας ακόμη και σε καταστροφή του κινητήρα.
Η πρόκληση για τους κατασκευαστές
Οι αυτοκινητοβιομηχανίες, χρησιμοποιώντας τη στρατηγική downsizing των κινητήρων για βελτιωμένη κατανάλωση καυσίμου και μειωμένες εκπομπές, βασίζονται σε υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες για την ανάκτηση της χαμένης ισχύος. Ωστόσο, το LSPI περιορίζει την ικανότητα πλήρους εκμετάλλευσης της απόδοσης αυτών των κινητήρων, καθώς το φαινόμενο εμφανίζεται συχνά σε συνθήκες υψηλής απόδοσης.
Ο ρόλος του αισθητήρα κρουστικής καύσης
Ο αισθητήρας κρουστικής καύσης παίζει σημαντικό ρόλο στην αποτροπή σοβαρών βλαβών από το LSPI. Παρέχει τη δυνατότητα στην ECU να ανιχνεύει το φαινόμενο έγκαιρα και να προσαρμόζει τον χρονισμό της ανάφλεξης και το μείγμα καυσίμου/αέρα, ώστε να αποτρέψει τις ακραίες συνθήκες καύσης. Χάρη σε αυτόν, οι κατασκευαστές μπορούν να ανεβάσουν την ισχύ των κινητήρων στα όρια αντοχής τους, μεγιστοποιώντας την απόδοση χωρίς να υποστούν σοβαρές ζημιές.
Καθυστέρηση ανάφλεξης στους πετρελαιοκινητήρες
Η διαδικασία καύσης στους πετρελαιοκινητήρες πραγματοποιείται σε τρεις διαδοχικές φάσεις:
- 01. Καθυστέρηση Ανάφλεξης
Σε αυτή τη φάση, το καύσιμο ψεκάζεται μέσα στον θάλαμο καύσης, αλλά δεν αναφλέγεται αμέσως. Ο χρόνος καθυστέρησης εξαρτάται από παράγοντες όπως:
- Θερμοκρασία ανάφλεξης του καυσίμου
- Θερμοκρασία και πίεση του αέρα στον θάλαμο καύσης
- Προπορεία ψεκασμού (αβάνς)
- Διάμετρος των σταγονιδίων του καυσίμου
Η καθυστέρηση ανάφλεξης συνήθως διαρκεί 0,001 έως 0,004 δευτερόλεπτα.
- 02. Ανεξέλεγκτη Καύση
Ακολουθεί η ανεξέλεγκτη καύση, κατά την οποία αναφλέγεται ταυτόχρονα μεγάλο μέρος του καυσίμου που έχει ήδη ψεκαστεί. Εξαιτίας της πολλαπλής εκκίνησης της φλόγας σε περισσότερες από μία εστίες, η άνοδος της πίεσης είναι απότομη και προκαλεί το χαρακτηριστικό κροτάλισμα του κινητήρα.
- 03. Ελεγχόμενη Καύση
Η τελευταία φάση είναι η ελεγχόμενη καύση, κατά την οποία καίγεται το υπόλοιπο καύσιμο που ψεκάζεται σταδιακά, διατηρώντας την πίεση εντός ελεγχόμενων ορίων.
Ο ρόλος του αισθητήρα κρουστικής καύσης στους πετρελαιοκινητήρες
Ο αισθητήρας κρουστικής καύσης στους πετρελαιοκινητήρες βοηθά στη μείωση του χρόνου καθυστέρησης ανάφλεξης. Παρέχοντας συνεχώς δεδομένα στην ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (ECU), επιτρέπει τη δυναμική ρύθμιση του:
- Χρονισμού του προκαταρκτικού ψεκασμού
- Ποσότητας καυσίμου που ψεκάζεται
Αυτές οι προσαρμογές μειώνουν τον χρόνο καθυστέρησης της ανάφλεξης, περιορίζουν το απότομο κροτάλισμα και βελτιώνουν τη συνολική απόδοση του κινητήρα, αυξάνοντας την αντοχή και την αποδοτικότητά του.
Τοποθέτηση
Ο αριθμός των αισθητήρων κρουστικής καύσης σε έναν κινητήρα εξαρτάται από τον αριθμό των κυλίνδρων και την τεχνολογία του κινητήρα. Γενικά, οι αισθητήρες είναι βιδωμένοι στο εξωτερικό του κορμού του κινητήρα, κοντά στους κυλίνδρους, για άμεση ανίχνευση των κραδασμών.
- Τετρακύλινδροι κινητήρες: Στους περισσότερους τετρακύλινδρους βενζινοκινητήρες τοποθετείται ένας αισθητήρας, συνήθως ανάμεσα στους κυλίνδρους 2 και 3 για βέλτιστη ανίχνευση.
- Εξακύλινδροι κινητήρες: Στους εν σειρά εξακύλινδρους κινητήρες χρησιμοποιούνται συνήθως δύο αισθητήρες, τοποθετημένοι συμμετρικά στον κορμό του κινητήρα.
- V6 κινητήρες: Σε εξακύλινδρους κινητήρες τύπου V, τοποθετούνται δύο αισθητήρες, ένας για κάθε συστοιχία τριών κυλίνδρων, ώστε να υπάρχει ακριβής ανίχνευση κροταλίσματος και στις δύο πλευρές του κινητήρα.
Σε ορισμένα σύγχρονα οχήματα υψηλών επιδόσεων, χρησιμοποιούνται περισσότεροι από δύο αισθητήρες για ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια στη ρύθμιση του κινητήρα.
Τύποι
Οι αισθητήρες κρουστικής καύσης στα αυτοκίνητα διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες:
- 01. Αισθητήρες τύπου συντονισμού (Resonant)
Αυτή η κατηγορία αισθητήρων συντονίζεται μηχανικά σε μια στενή συχνότητα, συνήθως εκείνη του κροταλίσματος του κινητήρα. Χαρακτηριστικά τους:
- Διαθέτουν έναν ακροδέκτη για το σήμα, ενώ η γείωση πραγματοποιείται μέσω του κορμού του κινητήρα ή της κυλινδροκεφαλής.
- Παράγουν υψηλότερη τάση όταν δοκιμάζονται, αλλά είναι πιο επιρρεπείς σε θόρυβο από άλλες πηγές που περιέχουν την ίδια συχνότητα.
- Είναι η παλαιότερη έκδοση αισθητήρα και χρησιμοποιούνται λιγότερο συχνά στα σύγχρονα οχήματα.
- 02. Αισθητήρες τύπου επίπεδης απόκρισης (Flat response)
Οι αισθητήρες αυτού του τύπου είναι σχεδιασμένοι να ανιχνεύουν κραδασμούς σε ευρύτερο φάσμα συχνοτήτων, γεγονός που τους καθιστά πιο αποτελεσματικούς στη λειτουργία τους. Χαρακτηριστικά τους:
- Διαθέτουν δύο ακροδέκτες, έναν για το σήμα και έναν για τη γείωση, η οποία γίνεται μέσω της ηλεκτρονικής μονάδας ελέγχου (ECU).
- Ορισμένοι αισθητήρες αυτού του τύπου διαθέτουν τρίτο ακροδέκτη για θωράκιση (μπλεντάζ), ώστε να μειώνεται ο εξωτερικός θόρυβος και να βελτιώνεται η ακρίβεια του σήματος.
- Είναι πιο αξιόπιστοι από τους αισθητήρες τύπου συντονισμού, καθώς ανταποκρίνονται καλύτερα σε διάφορες συχνότητες κραδασμών του κινητήρα.
Κοινά χαρακτηριστικά
Και οι δύο τύποι αισθητήρων βασίζονται στο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, όπου η πίεση που ασκείται στους πιεζοκρυστάλλους από τους κραδασμούς του κινητήρα μετατρέπεται σε σήμα τάσης, το οποίο αποστέλλεται στην ECU για την ανίχνευση της κρουστικής καύσης.
Βλάβες
Οι αισθητήρες κρουστικής καύσης είναι γενικά αξιόπιστοι, ωστόσο, η πιθανότητα βλάβης δεν αποκλείεται. Ένας ελαττωματικός αισθητήρας μπορεί να οδηγήσει σε απόκλιση του χρονισμού της ανάφλεξης, είτε πολύ νωρίς είτε πολύ αργά, προκαλώντας:
- Βλάβες στον κινητήρα
- Αύξηση εκπομπών ρύπων
- Απώλεια απόδοσης
- Αιτίες
Η βλάβη ενός αισθητήρα κρουστικής καύσης μπορεί να οφείλεται σε:
- Εσωτερικά βραχυκυκλώματα
- Βλάβες στην καλωδίωση
- Βραχυκύκλωμα καλωδίωσης
- Μηχανικές βλάβες
- Λανθασμένη τοποθέτηση
- Διάβρωση
- Συµπτώµατα
Ένας ελαττωματικός αισθητήρας μπορεί να προκαλέσει τα ακόλουθα συμπτώματα:
- Μειωμένη απόδοση κινητήρα
- Σοβαρά μειωμένη οικονομία καυσίμου
- Κακή επιτάχυνση
- Πέρασμα του κινητήρα σε λειτουργία «limp home» (κατάσταση διαχείρισης βλάβης)
- Θόρυβος από πειράκια στον κινητήρα
Συχνά συμπτώματα που υποδεικνύουν βλάβη του αισθητήρα περιλαμβάνουν:
- Αναμμένη προειδοποιητική λυχνία κινητήρα
- Αποθήκευση κωδικού βλάβης στην ECU
- Μειωμένη ισχύς κινητήρα
- Αυξημένη κατανάλωση καυσίμου
- Αντίδραση της ECU σε βλάβη του αισθητήρα
Όταν ανιχνευθεί βλάβη, η ECU ενεργοποιεί το πρόγραμμα έκτακτης ανάγκης, το οποίο μειώνει το αβάνς κατά 1-2 μοίρες και εμπλουτίζει το μείγμα καυσίμου για να αποτρέψει σοβαρές βλάβες στον κινητήρα, μέχρι να αποκατασταθεί η λειτουργία του αισθητήρα.

Κωδικοί βλάβης
Σε περίπτωση βλάβης, αποθηκεύονται οι εξής κωδικοί βλάβης: P0324 – P0326: Βασικοί κωδικοί βλάβης αισθητήρα κρουστικής καύσης.
Επίσης, μπορεί να εμφανιστούν οι κωδικοί: P0327 – P0329 και P0330 – P0332
Η έγκαιρη διάγνωση και αντικατάσταση του αισθητήρα είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της απόδοσης και της μακροζωίας του κινητήρα.
Έλεγχος
Πριν προχωρήσετε σε έλεγχο του αισθητήρα, βεβαιωθείτε ότι ο κινητήρας δεν παράγει θόρυβο από άλλες αιτίες, όπως:
- Χαλαρή καδένα χρονισμού, που μπορεί να «ξεγελάσει» τον αισθητήρα, αναγνωρίζοντας τον θόρυβο ως κρουστική καύση.
- Φθορά στα ωστήρια ή χρήση λαδιού με λάθος ιξώδες από τις προδιαγραφές του κατασκευαστή, που μπορεί να οδηγήσουν σε παρόμοια φαινόμενα.
Βήµατα ελέγχου
- Επιθεώρηση καλωδίωσης
Ελέγξτε την καλωδίωση από τον αισθητήρα μέχρι την ECU για: 01. Συνέχεια των καλωδίων.
02. Πιθανά βραχυκυκλώματα.
- Έλεγχος αντίστασης
Μετρήστε τη συνέχεια της καλωδίωσης με ένα ωμόμετρο:
- Ρυθμίστε το ωμόμετρο στη χαμηλότερη κλίμακα (Ω).
- Συνδέστε το ωμόμετρο μεταξύ της φίσας του αισθητήρα και της φίσας της ECU.
- Η αναμενόμενη τιμή αντίστασης πρέπει να είναι <1 Ω.
- Ελέγξτε τη γείωση με το ωμόμετρο στη μέγιστη κλίμακα (MΩ).
- Η αντίσταση μεταξύ του ακροδέκτη σήματος και της γείωσης πρέπει να είναι τουλάχιστον 20 MΩ.
- Έλεγχος τάσης με βολτόμετρο
- Συνδέστε ένα βολτόμετρο στη φίσα του αισθητήρα.
- Χτυπήστε τον κινητήρα απαλά με ένα μεταλλικό αντικείμενο (π.χ. κλειδί ή μικρό σφυρί).
- Η παραγόμενη τάση πρέπει να ξεπερνά τα 150 mV, ενώ κατά την κρούση μπορεί να φτάσει έως και 2500-3000 mV.
- Αν δεν παρατηρηθεί σήμα, ο αισθητήρας είναι πιθανό να είναι ελαττωματικός.
- Έλεγχος απόκρισης ECU
- Επαναλάβετε το παραπάνω βήμα με τον αισθητήρα συνδεδεμένο και τον κινητήρα σε λειτουργία.
- Η ECU θα πρέπει να αντιληφθεί το χτύπημα ως κρουστική καύση και να μειώσει το αβάνς.
- Αυτή τη μεταβολή μπορείτε να τη δείτε με ένα διαγνωστικό εργαλείο ή να την παρατηρήσετε από την αλλαγή στον ήχο του κινητήρα.
- Έλεγχος με παλμογράφο
- Συνδέστε τον ακροδέκτη του παλμογράφου στο καλώδιο του σήματος μεταξύ του αισθητήρα και της ECU.
- Με τον κινητήρα σε λειτουργία, ανοίξτε για λίγο την πεταλούδα του γκαζιού και παρατηρήστε το σήμα.
- Αν το σήμα δεν είναι καθαρό, χτυπήστε απαλά με ένα μικρό σφυρί το μπλοκ κινητήρα κοντά στον αισθητήρα.
- Εάν δεν παρατηρηθεί μεταβολή στο σήμα, αυτό υποδηλώνει ότι ο αισθητήρας είναι ελαττωματικός.
Ο έλεγχος με παλμογράφο θεωρείται ο πιο αξιόπιστος τρόπος διάγνωσης της λειτουργίας του αισθητήρα, καθώς προσφέρει άμεση οπτική ένδειξη της απόκρισης του αισθητήρα σε κραδασμούς.
Αντικατάσταση
Η αντικατάσταση του αισθητήρα κρουστικής καύσης είναι γενικά μια απλή διαδικασία, αλλά απαιτεί προσοχή σε ορισμένα κρίσιμα σημεία για να εξασφαλιστεί η σωστή λειτουργία του.
- Βήµατα αντικατάστασης
- Εντοπισμός του αισθητήρα: Ο αισθητήρας κρουστικής καύσης βρίσκεται συνήθως στο μπλοκ του κινητήρα. Μπορεί να είναι κρυμμένος πίσω από άλλα εξαρτήματα, τα οποία θα πρέπει να αφαιρεθούν με ασφάλεια.
- Αφαίρεση του αισθητήρα: Ξεβιδώστε τον παλιό αισθητήρα χρησιμοποιώντας κατάλληλο εργαλείο. Προσέξτε να μην καταστρέψετε την καλωδίωση κατά την αφαίρεση.
- Τοποθέτηση νέου αισθητήρα: Βιδώστε τον νέο αισθητήρα στη θέση του παλιού με τον ίδιο τρόπο. Χρησιμοποιήστε ροπόκλειδο και εφαρμόστε τη ροπή που προδιαγράφει ο κατασκευαστής. Η σωστή σύσφιξη είναι απαραίτητη για την ακριβή ανίχνευση των κραδασμών. Μην τοποθετείτε γράσο ή πάστα στο σπείρωμα, εκτός αν υπάρχει σχετική υπόδειξη από τον κατασκευαστή του αισθητήρα. Οι αισθητήρες που χρειάζονται επικάλυψη στο σπείρωμα, συνήθως παρέχονται με ενσωματωμένη επίστρωση.
- Καθαρισμός της επιφάνειας επαφής: Καθαρίστε την επιφάνεια όπου εδράζεται ο αισθητήρας, για να εξασφαλίσετε τη βέλτιστη επαφή και ακριβή ένδειξη των κραδασμών.
Προσοχή στην επιλογή του σωστού αισθητήρα
Αντικαταστήστε τον αισθητήρα με το σωστό ανταλλακτικό. Ακόμη και αν ο αισθητήρας έχει το ίδιο σπείρωμα και ταιριάζει στη θέση, ενδέχεται να έχει διαφορετική συχνότητα απόκρισης, κάτι που θα επηρεάσει τη λειτουργία του κινητήρα.
Δήλωση και βαθµονόµηση
Σε πολλά σύγχρονα οχήματα, μετά την αντικατάσταση του αισθητήρα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε διαγνωστικό εργαλείο για:
- Δήλωση της αλλαγής στην ECU.
- Βαθμονόμηση του αισθητήρα ώστε η ECU να προσαρμοστεί στις νέες ενδείξεις.
Η σωστή βαθμονόμηση εξασφαλίζει ότι ο αισθητήρας θα λειτουργεί με τη βέλτιστη απόδοση, διασφαλίζοντας τη σωστή ρύθμιση του κινητήρα και αποτρέποντας προβλήματα απόδοσης ή αυξημένη κατανάλωση καυσίμου.
Νικος ΒασιλακηΣ