А.4.2. Датчики кислорода для двигателей, работающих на обедненных смесях

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 14Следующая ⇒

Ужесточение требований к уменьшению количества токсичных веществ, выбрасываемых в атмосферу с выхлопными газами автомобиля, в частности возможное нормирование в ближайшее время содержания СО2, а также повышение требований к топливной экономичности делают необходимым применение двигателей, более эффективно использующих топливо. Потенциально таким требованиям отвечают двигатели, работающие на обедненных смесях. Использование рабочих смесей с соотношением воздух/топливо 16:1...25:1, когда имеет место активное выгорание избыточного кислорода, может дать экономию топлива, по меньшей мере, на 10% и значительное уменьшение содержания N_OX и СО в выхлопных газах.

В двигателе, работающем на обедненной ТВ-смеси, требуется более точное регулирование ее состава и более мощная искра зажигания. Уже имеются такие автомобильные двигатели, выпускаемые серийно (например, на японских автомобилях Honda VTEC-E и Toyota Carina-E). Эти двигатели используют рабочие смеси с соотношениями воздух/топливо порядка 22:1, отвечают требованиям по экологии в Европе и США и обеспечивают экономию топлива до 25%. Необходимым элементом системы автоматического управления таким двигателем является аналоговый датчик кислорода с выходным сигналом, меняющимся не скачкообразно, а плавно в пропорции с содержанием кислорода в выхлопных газах (рис. А.17).

Аналоговый датчик кислорода для двигателей с обедненными рабочими смесями является модернизацией обычного циркониевого датчика. Помимо обнаружения точки стехиометрического состава ТВ-смеси он способен выдавать рабочий сигнал, пропорциональный изменению соотношения воздух/топливо в ТВ-смеси от очень обогащенного (10:1) кислорода до очень обедненного (35:1).

Конструкция одного из типов таких датчиков кислорода показана на рис. А.18. Датчик выполнен из циркониевой керамики с платиновыми электродами. Он состоит из двух ячеек для перемещения ионов кислорода: ячейки I р, куда закачиваются ионы кислорода, и ячейки V_S. для обнаружения ионов кислорода. Через ячейку V_S проходит небольшой стабилизированный ток I_ср, переносящий ионы кислорода вправо и тем самым поддерживающий камеру О₂ заполненной кислородом. Содержание кислорода в этой камере является эталонным количеством для датчика. Выхлопные газы поступают в измерительную камеру, и на электродах ячейки V_S образуется падение напряжения, пропорциональное концентрации кислорода в выхлопе. Электронная схема формирует ток I р через электроды ячейки, вызывая генерацию и перемещение ионов кислорода из атмосферного воздуха, поддерживая напряжение Vs на одном и том же уровне 0,45 В.

Рисунок А.17 – Сигнал аналогового датчика кислорода

Рисунок А.18 – Конструкция и электронная схема датчика кислорода для ДВС, работающего на обедненных ТВ-смесях

Таким образом, ток I _р становится мерилом соотношения воздух/топливо для рабочей смеси и формирует выходной аналоговый сигнал датчика в виде напряжения U_вых.

А.4.3. Влияние различных факторов на характеристики датчиков кислорода

При появлении некоторых веществ в выпускном коллекторе происходит изменение статических характеристик датчика кислорода (отравление) и преждевременный выход его из строя. Чаще всего это свинец (Р b) из этилированного бензина или кремний (Si) из силиконовых герметиков (рис. А.19).

Рисунок А.19 – Влияние различных факторов на характеристики датчика кислорода

Кроме того, на динамические характеристики системы управления двигателем влияет конструкция датчика кислорода, его расположение, техническое состояние. Без защитного колпачка датчик на основе ZrO₂ способен переключаться за время менее 10 мс при температуре керамики 900 °С. Большинство систем управления двигателем не нуждаются в таком быстродействии, и оно ограничивается.

Датчик кислорода размещается на расстоянии 0,2...2 м (обычно 1 м) от выпускных клапанов, чтобы газы из всех цилиндров равномерно перемешивались, а транспортное запаздывание не было слишком большим. Запаздывание составляет от 500 мс на холостом ходу до 20 мс под нагрузкой.

А.4.4. Газоанализаторы

Газоанализаторы предназначены для определения параметров выхлопных газов в стационарных условиях на испытательном стенде.

Как правило, определяют содержание следующих газов в выхлопе автомобиля: окиси углерода СО, двуокиси углерода СО₂, углеводорода СН, кислорода О₂. Газоанализатор выполняется в виде отдельного модуля с собственным дисплеем, но может подключаться через последовательный порт и к компьютерному мотор-тестеру. Помимо концентрации СО, СО₂, СН, О₂ газоанализатор может определять коэффициент избытка воздуха X и соотношение воздух/топливо. Показания могут сниматься до и после каталитического нейтрализатора. В табл. А.10 значения, полученные с помощью газоанализатора для современного двигателя в отличном состоянии.

Таблица А.10 – Пример измерений с помощью газоанализатора

	СО, [%]	НС, [млн^-1]	О2, [%]	СО₂, [%]	λ	Возд ./топл.
До нейтрализатора	0,6	120	0,7	14,7	1,0	14,7
После нейтрализатора	0,2	12	0,1	15,3	1,0	14,7

Содержание окиси углерода, двуокиси углерода, углеводов определяется инфракрасными методами, с использованием свойств различных газов по-разному поглотать инфракрасное излучение. Содержание кислорода определяется электрохимическими методами, используется устройство, аналогичное датчику кислорода.

Рассмотрим схему измерения концентрации газа СО (рис. А.20). Инфракрасный излучатель нагревается примерно до 900ºС. Его лучи направляются рефлектором через вращающийся диск с отверстиями и далее через измерительную камеру в приемную камеру. В приемной камере, состоящей из двух герметичных полостей (1 и 2), которые сообщаются между собой по соединительному каналу, содержится определенная концентрация газа СО.

Рисунок А.20 – Измерение концентрации СО

Газ в приемной полости 1 поглощает инфракрасное излучение, его температура увеличивается и часть газа переходит в полость 2, что фиксируется расходомером. Вращение диска с отверстиями модулирует поток инфракрасного излучения, в результате газ в приемной камере периодически нагревается и охлаждается. Показания расходомера, фиксирующие переход газа СО из полости 1 в полость 2 и обратно представляют собой периодический разнополярный сигнал в виде напряжения. При введении в измерительную камеру выхлопных газов, содержащих СО, часть излучения в диапазоне, характерном для окиси углерода, будет поглощена и выходное напряжение расходомера изменится пропорционально содержанию СО в выхлопе.

По такой же методике определяют содержание СН и СО₂. В новейших газоанализаторах определяется и концентрация окислов азота N_OХ.

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 698; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!