In een benzinemotor met interne verbranding is er onder bepaalde omstandigheden een metaalachtig kloppend geluid. “Kloppende vingers”, zeggen sommige bestuurders. In feite wordt dit fenomeen detonatie genoemd en het optreden ervan is uiterst ongewenst, omdat het kan leiden tot motorstoringen als gevolg van de enorme snelheid waarmee het vlamfront zich voortplant (meer dan 2000 m/s) en de hoge schokbelastingen op de cilinderwanden, zuiger en cilinderkop. Om de mate van gevaar te beheersen, wordt er een detonatiesensor op het cilinderblok geïnstalleerd.
De detonatiesensor wordt gebruikt om de mate van detonatie te controleren tijdens de werking van een verbrandingsmotor op benzine. De sensor wordt op het cilinderblok van de motor gemonteerd. Het is een belangrijk onderdeel van het motormanagementsysteem, omdat hiermee maximaal motorvermogen kan worden gerealiseerd en brandstofefficiëntie kan worden gegarandeerd.
Wat is detonatie?
Detonatie of eigenlijk detonatieverbranding treedt op wanneer een deel van het brandstof-luchtmengsel dat uit de bougie wordt verwijderd, wordt verhit door het vlamfront en spontaan ontbrandt tot een explosie. Detonatie gaat gepaard met akoestische signalen – metaalachtig kloppen in het krukmechanisme. De detonatiegraad verwijst naar het deel van het brandstof-luchtmengsel dat bij detonatie verbrandt.
Detonatieoorzaken zijn:
- chemische samenstelling van de brandstof (octaangetal);
- Ontwerpkenmerken van de motor (compressieverhouding, plaats van de bougies, vorm van de verbrandingskamer enz.
- bedrijfsomstandigheden (samenstelling van het brandstof-luchtmengsel, ontstekingsvervroegingshoek, motorbelasting, roet op onderdelen van de verbrandingskamer, enz.)
Het gevolg van detonatieverbranding is een verhoogde warmteafvoer van krukmechanisme-elementen, wat gepaard gaat met verhoogde slijtage, breuk en vernieling. Hoe vaak dit fenomeen zich voordoet, hangt af van drie belangrijke factoren.
Ten eerste wordt de kans op optreden beïnvloed door de chemische samenstelling van benzine, meer precies, het octaangetal. Hoe hoger het octaangetal, hoe beter de benzine bestand is tegen dit fenomeen. De tweede factor, die niet minder van invloed is, zijn de ontwerpkenmerken van de motor, namelijk de compressieverhouding, de vorm van de verbrandingskamer, de plaats van de bougies, de vorm van de onderkant van de zuiger, enz. Een motor met een hogere compressieverhouding is bijvoorbeeld vatbaarder voor detonatie en heeft benzine met een hoog octaangehalte nodig. Waarom schrijven fabrikanten anders het minimaal toegestane octaangetal op het luik van de benzinetank? De derde factor zijn de bedrijfsomstandigheden van de motor. De kans op detonatie wordt beïnvloed door de samenstelling van het werkmengsel, de belasting, de gekozen versnelling en roet.
Hoe werkt de detonatiesensor?
Het werkingsprincipe van de ontstekingssensor is gebaseerd op het piëzo-effect. Het ontwerp van de sensor omvat een piëzo-elektrische plaat, waarin bij detonatie een spanning ontstaat aan de uiteinden. Hoe groter de amplitude en frequentie van de oscillatie, hoe hoger de spanning. Als de spanning aan de uitgang van de sensor een vooraf bepaald niveau overschrijdt dat overeenkomt met een bepaalde mate van detonatie, corrigeert de elektronische regeleenheid de werkingskarakteristiek van het ontstekingssysteem om de vervroegingshoek te verkleinen. Op deze manier wordt de optimale karakteristiek van de werking van het systeem voor specifieke bedrijfsomstandigheden bereikt.
De ontstekingssensor detecteert en zet de energie van mechanische trillingen van het cilinderblok om in elektrische impulsen. De detonatiesensor stuurt continu signalen naar de elektronische motorsturing en de elektronica reageert hierop door de kwalitatieve samenstelling van het werkmengsel en de ontstekingsvervroegingshoek te wijzigen.
Er is een bepaalde veiligheidsdrempel; als de spanningswaarde deze overschrijdt, geeft de elektronische regeleenheid het commando om de ontstekingsvervroegingshoek te verkleinen.
Als de ontstekingssensor niet goed werkt (geen signaal), gaat het bijbehorende signaallampje branden op het instrumentenpaneel en blijft de motor draaien.
Storing ontstekingssensor
Als de ontstekingssensor niet goed werkt, gaat het controlelampje op het instrumentenpaneel branden. De motor draait en er kan met de auto worden gereden. Het antwoord op de terechte vraag “waarom deze sensor dan nodig is” is als volgt.
Bij oude auto’s, die niet waren uitgerust met een elektronische regeleenheid, werd de ontstekingsvervroegingshoek handmatig gecorrigeerd door aan de dop van de verdeler te draaien. Hierdoor kon het ontstekingssysteem worden aangepast aan het octaangetal van de benzine, dat sterk kan variëren bij verschillende benzinestations. In een moderne motor is het apparaat van de trampler anders, de kap zit vast, dus deze functie wordt uitgevoerd door de ECU. Als de ontstekingssensor defect raakt, kan de ontstekingsvervroegingshoek dus niet worden gecorrigeerd.
Een defecte ontstekingssensor beïnvloedt de dynamiek en zuinigheid van de motor. Het werkingsprincipe van de elektronische regeleenheid is zodanig dat wanneer de sensor defect raakt, deze de ontsteking om veiligheidsredenen instelt op een bekende late ontsteking, om de mogelijkheid van vernieling van de motor uit te sluiten. Het resultaat is dat de motor wel werkt, maar veel meer brandstof verbruikt en dat de dynamiek van de machine verslechtert. Het tweede is vooral merkbaar bij hogere belastingen.
De ontstekingssensor controleren
De belangrijkste symptomen die aangeven dat dit apparaat defect is:
- afname van vermogen;
- verslechtering van de acceleratiekarakteristieken en een sterke toename van de “trek” van de motor;
- rookuitlaat.
Tegelijkertijd gaat het storingslampje van de motor branden op het paneel. Bovendien kan deze constant branden, maar ook kortstondig oplichten wanneer de belasting toeneemt.
Er is niet altijd een scanner bij de hand die de foutcode kan lezen en ontcijferen. Het is niet altijd mogelijk om naar het servicestation te gaan. De vraag rijst: hoe controleer je de ontstekingssensor zelf? Van het gereedschap heb je een digitale multimeter nodig.
Allereerst is het nodig om uit te zoeken welke weerstand een bruikbare sensor moet hebben op een bepaald model auto of motor, aangezien alle fabrikanten verschillende waarden hebben. Als deze afwijkt van de normale waarde, moet je hem vervangen.
Je kunt ook de spanning op de elektrische contacten van de sensor controleren. Hiervoor moet je de elektrische connector van de sensorvoeding loskoppelen en uit de motor halen. Daarna wordt de multimeter overgeschakeld op de spanningsmeetmodus in millivolt, de plus-sonde wordt aangesloten op het signaalcontact en de min-sonde wordt aangesloten op de sensormassa (het gat waar de motorbevestigingsbout doorheen gaat).
Controle van de ontstekingssensor bestaat uit het vastklemmen van de sensor met aangesloten sondes in de palm van de hand, die vervolgens lichtjes op een oppervlak moet worden getikt. Tijdens het tikken moet de multimeter een spanning detecteren (meestal ongeveer 30-40 mV). Het principe is eenvoudig: hoe sterker de tik, hoe groter het potentiaalverschil tussen de elektroden. Omdat de spanning klein is, is niet elk apparaat in staat om deze te meten, dus is het noodzakelijk om er zeker van te zijn dat het meetapparaat in kwestie ontworpen is voor dergelijke metingen. Een volledige afwezigheid van potentiaalverschil geeft aan dat de detonatiesensor defect is.