Czujnik spalania detonacyjnego jest urządzeniem dodatkowym, usprawniającym sterowanie procesem spalania paliwa w silniku.
Przebieg ciśnienia w komorze spalania w funkcji czasu. Po lewej – spalanie prawidłowe inicjowane iskrą świecy zapłonowej, charakteryzujące się łagodnymi zmianami ciśnienia. Po prawej – spalanie detonacyjne, gwałtowne skoki ciśnienia wywołane mikrowybuchami w różnych miejscach komory spalania
Jego stosowanie nie jest konieczne, nie znajdziemy go w konstrukcjach tanich i prostych. W typowych, bardziej zaawansowanych rozwiązaniach stosuje się jeden czujnik, który określa wystąpienie detonacji w dowolnym cylindrze. Jednostka sterująca może je przyporządkować do konkretnego cylindra, poprzez porównanie czasu wystąpienia detonacji i czasu zapłonu w tym cylindrze. Pojedynczy czujnik montuje się na zewnętrznej stronie kadłuba silnika lub głowicy, zwykle między drugim i trzecim cylindrem (w 4-cylindrowych motorach). W jednostkach napędowych o podwyższonych parametrach i rozbudowanym sterowaniu (sterowanie sekwencyjne) używa się więcej czujników, np. parzyście lub przy każdym cylindrze, co pozwala na bardziej precyzyjne indywidualne sterowanie punktem zapłonu.
Poprawne spalanie mieszanki w cylindrze inicjowane wygenerowaną we właściwym momencie iskrą na elektrodach świecy zapłonowej sprawia, że fala ciśnienia w komorze spalania płynnie narasta. Ten przyrost ciśnienia nie powoduje powstania fali uderzeniowej i silnych drgań w kadłubie motoru.
Jeśli proces spalania jest zakłócony np. złą jakością paliwa, przegrzaniem silnika, nadmiernym obciążeniem jednostki lub awarią świecy zapłonowej, to zapłon mieszanki następuje przypadkowo w kilku miejscach komory spalania, w minimalnych odstępach czasu. Każdy taki zapłon generuje mikrofalę dźwiękową, która uderza w ścianki cylindra i wywołuje drgania o zmiennej amplitudzie, rozchodzące się w kadłubie jednostki napędowej. Te uderzenia określane są jako detonacje lub spalanie stukowe, a odbierane są z zewnątrz właśnie jako charakterystyczne stuki, nazywane niekiedy nieprawidłowo dzwonieniem zaworów
Czujnik spalania detonacyjnego reaguje na te drgania, wytwarzając w chwili ich pojawienia się sygnały elektryczne przetwarzane przez jednostkę sterującą silnikiem. Powodują one reakcję polegającą na opóźnianiu zapłonu do chwili zaniku spalania detonacyjnego (zanik sygnału z czujnika), kiedy sterownik zapłonu ponownie przyspiesza zapłon, aby powrócić do punktu detonacji. Ustawienie kąta wyprzedzenia zapłonu oscyluje zatem wokół punktu detonacji. Dzieje się tak, ponieważ spalanie mieszanki w silniku daje najlepsze efekty (najlepsza sprawność wykorzystania paliwa), gdy mieszanka zapala się na granicy detonacji. Czujnik spalania detonacyjnego w dużym uproszczeniu jest rodzajem mikrofonu piezoelektrycznego. Fala dźwiękowa, wywołana gwałtownym przyrostem ciśnienia spalania, rozchodząca się w kadłubie silnika, działa mechanicznie na materiał o właściwościach piezoelektrycznych umieszczony wewnątrz obudowy czujnika. Efekt tego działania to pojawienie się napięcia na elektrodach otaczających ten materiał. Amplituda napięcia jest proporcjonalna do energii detonacji w cylindrze.
Ponieważ czujnik detonacji reaguje na drgania, musi być odpowiednio dostrojony do wykonywanej funkcji. Chodzi o to, aby nie reagował na uderzanie zaworów o gniazda zaworowe, krzywek wałka rozrządu o popychacze czy na inne drgania wywoływane pracą elementów mechanicznych silnika. Dostrojenie osiąga się poprzez odpowiednie wstępne napięcie materiału piezoelektrycznego czujnika, to zaś uzyskujemy poprzez dokręcenie czujnika do kadłuba śrubą o ściśle określonej sztywności i momentem dokładnie dobranym dla konkretnego typu silnika.
Awaria czujnika spalania detonacyjnego jest trudna do wykrycia i zawsze powoduje przestawienie sterownika zapłonu w tryb pracy awaryjnej (opóźnienie zapłonu do granicy określonej przez konstruktora jednostki napędowej jako bezpiecznej).
Najwyraźniejsze objawy uszkodzenia czujnika detonacji to:
• zapalenie się kontrolki awarii sterowania silnika
• zapisanie w pamięci sterownika kodu usterki (odczyt kodu możliwy jest tylko za pomocą urządzenia diagnostycznego)
• zauważalne obniżenie osiągów jednostki napędowej, a więc niska dynamika silnika
• zwiększenie zużycia paliwa.
Przyczyną złego działania obwodu czujnika spalania stukowego zwykle są kłopoty z instalacją elektryczną (skorodowane styki, zwiększona oporność styków), złe zamocowanie do bloku jednostki napędowej (zbyt mały moment dokręcania, rozciągnięta śruba). Możliwe jest także pęknięcie płytki materiału piezoelektrycznego wewnątrz czujnika na skutek przegrzania motoru, niewłaściwego montażu czy uszkodzenie go podczas innych prac przy silniku. Popsuty czujnik nie nadaje się do naprawy. Przy jego wymianie lub ponownym montażu zaleca się również użycie nowej śruby mocującej.
