РЕМОНТ ХОДОВОЙ ЧАСТИ
ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ, МАЛОТОНАЖНЫХ ГРУЗОВИКОВ

НАШИ СПЕЦИАЛИСТЫ
ОТРЕМОНТИРУЮТ АВТОМОБИЛЬ В КРАТЧАЙШИЕ СРОКИ

НАЛИЧНЫЙ БЕЗНАЛИЧНЫЙ РАСЧЕТ
БЕРЕМ НА ОБСЛУЖИВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ

Двухступенчатые кислородные датчики

Просмотров: 1029

Применение

Двухступенчатые кислородные датчики используются в ДВС. Они находятся между выпускным коллектором двигателя и катализатором выпускной системы и считывают данные потока отработавших газов всех цилиндров. Поскольку кислородный датчик подогревается автономно, его можно устанавливать и на большем удалении от двигателя. Зонд LSF4 подходит для использования в выпускных системах с несколькими зондами (в том числе в OBDII).

Двухступенчатые зонды сопоставляют долю кислорода в отработавших газах с долей кислорода в эталонной атмосфере (циркулирующий воздух внутри зонда) и отображают, присутствует ли в отработавших газах богатая (λ < 1) или бедная (λ > 1) смесь. Скачкообразная характеристическая кривая этих зондов позволяет отрегулировать смесь до λ = 1 (стехиометрическая смесь) (рис. 1).

Принцип действия

Принцип действия двухступенчатых кислородных зондов основан на принципе гальванической ячейки концентрации кислорода с кристаллическим электролитом (принцип Нернста). Керамика становится электрически проводимой для ионом кислорода после достижения температуры 350 °С (хорошее и надежное функционирование гарантируется при температуре >350 °С). Поскольку в отработавших газах в диапазоне λ= 1 наблюдается скачкообразное изменение содержания остаточного кислорода (например, 9 ∙ 10-15 (об.) для λ = 0,99 и 0,2 % (об.) для λ= 1,01), между обеими граничными плоскостями из-за различного содержания кислорода по обеим сторонам зонда создается электрическое напряжение. Поэтому появляется возможность использовать количество кислорода в отработавших газах в качестве величины для измерения соотношения воздуха-топлива. Интегрированный подогреватель поддерживает работу зондов даже при низкой температуре отработанного газа и в режиме прогрева двигателя.

Напряжение, производимое зондом в зависимости от содержания кислорода в отработавших газах, в богатой смеси (λ < 1) достигает 800...1000 мВ, в бедной смеси (λ > 1) — всего 100 мВ. Переход из богатого состояния в бедное осуществляется при показаниях Ureg = 450...500 мВ.

Температура керамического материала воздействует на способность пропускать ионы кислорода и, соответственно, на зависимость вырабатываемого напряжения от коэффициента избытка воздуха λ (параметры на рис. 1). Кроме того, время срабатывания для измерения напряжение при изменении состава смеси сильно зависит от температуры.

  Рисунок № 1 Характеристика напряжения двухступенчатого кислородного зонда для различных рабочих температур

Характеристика двухступенчатого кислородного зонда   
  1. Богатая смесь (нехватка воздуха)
  2. Бедная смесь (избыток воздуха)

При температуре керамики ниже 350 °С время срабатывания находится в диапазоне секунд, при оптимальной рабочей температуре 600°С < 50 мс. Поэтому после запуска двигателя кислородное регулирование отключается до момента достижения минимальной рабочей температуры 350 °С. При этом двигатель работает в режиме управления.

Конструкция

Стержневой датчик LSH25

Керамика зонда с предохранительной трубкой. Твердый электролит является керамическим материалом, который не пропускает газ. Он состоит из смеси окислов циркония и иттрия в трубке, закрытой с одной стороны (стержень, рис. 3). Поверхности с обеих сторон имеют электроды, состоящие из микропористого тонкого слоя из благородного металла.

Платиновый электрод с наружной стороны, входящий в выхлопную трубу, действует как маленький катализатор: отработанный газ подвергается в нем каталитической обработке и приводится в стехиометрическое равновесие (λ= 1). Кроме того, в целях обеспечения защиты от загрязнения и эрозии на стороне, подвергающейся воздействию отработавших газов, наносится пористое керамическое многослойное защитное покрытие (шпинельный слой). Металлическая трубка защищает керамический материал от механической нагрузки (ударов) и от термического шока. Многочисленные пазы (шлицы) в защитной трубке выполнены таким образом, чтобы с одной стороны они обеспечивали эффективную защиту от больших термических и химических нагрузок, а с другой стороны, предотвращали сильное охлаждение керамики зонда в случае попадания «холодных» отработавших газов.

Рисунок № 2 Нагреваемые стержневые кислородные зонды LSH25 (общий вид и разрез)  
 стержневые кислородные зонды LSH25
  1. Корпус зонда
  2. Керамическая опорная трубка
  3. Соединительный кабель
  4. Защитная трубка со шлицами
  5. Активная керамика зонда
  6. Контактная часть
  7. Защитный патрон
  8. Нагревательный элемент
  9. Клеммные соединения для нагревательного элемента
  10. Пружина
 

Не взаимодействующее с отработавшими газами внутреннее открытое пространство взаимодействует с наружным воздухом в качестве эталонного газа (рис. 3),Зонды с нагревательным элементом и электрическим подключением Керамическая опорная трубка (рис. 2, поз. 2) и пружина (10) удерживают активную, стержнеобразную керамику зонда в корпусе и герметизируют ее. Контактная часть (6) между опорной трубкой и активной керамикой зонда обеспечивает контакт внутреннего электрода с соединительным кабелем.

Рисунок № 3 Расположение стрежневых зондов в выхлопной трубе  
 Расположение стрежневых зондов  
  1. Керамический элемент датчика
  2. Электроды
  3. Контакты
  4. Контакт с корпусом
  5. Выхлопная труба
  6. Керамический защитный слой (пористый)
  7. Отработавшие газы
  8. Наружный воздух Us Напряжение датчика

Металлическое уплотнительное кольцо соединяет наружный электрод с корпусом зонда. Металлический защитный патрон (7), который одновременно используется как упор для пружины, держит и фиксирует всю внутреннюю конструкцию датчика. Он также защищает внутреннюю часть от загрязнения. Соединительный кабель прикреплен к контактному элементу, выведенному наружу, термостойкий колпачок защищает его от влаги и механических повреждений.

Стержневой датчик имеет также электрический нагревательный элемент. С его помощью можно даже при низкой нагрузке двигателя и, соответственно, низкой температуре выхлопных газов обеспечить достаточно высокую температуру керамики.

Наружный обогрев настолько быстрый, что зонд нагревается до рабочей температуры в течение 20...30 с после запуска двигателя и включает кислородное регулирование. Нагрев зонда обеспечивает в итоге оптимальную рабочую температуру керамики зонда выше функциональной границы 350 “С и поэтому гарантирует низкую и стабильную эмиссию отработавших газов.

Плоский лямбда-зонд LSF4

Плоский зонд функционально идентичен стержневому зонду со скачкообразной характеристической кривой при λ= 1. Кристаллический электролит состоит, однако, из отдельных, наслоенных одна на другую керамических пленок (рис. 4). Защитная трубка с двойной стенкой защищает его от температурных и механических воздействий.

  Рисунок № 4 Плоский лямбда-зонд (функциональные слои)
 Плоский лямбдазонд
  1. Пористый защитный слой
  2. Наружный электрод
  3. Сенсорная пленка
  4. Внутренний электрод
  5. Пленка канала эталонного воздуха
  6. Изолирующий слой
  7. Нагреватель
  8. Пленка нагревателя
  9. Соединительные контакты
 

Планарная керамика датчика (измерительная ячейка и нагреватель интегрированы) имеет форму удлиненной пластинки с прямоугольным поперечным сечением.

Поверхности измерительной ячейки покрыты слоем микропористого драгоценного металла. Он в сочетании с пористым керамическим защитным покрытием обеспечивает дополнительную защиту от эрозийных повреждений отложениями, содержащимися в выхлопных газах. Нагреватель состоит из меандра, выполненного из драгоценного металла, изолированно встроенного в керамическую пластинку и обеспечивающий быстрый нагрев.

Рисунок № 5 Плоский лямбда-зонд LSF4 (схема)  
 Плоский лямбда-зонд LSF4 (схема)
  1. Отработавшие газы
  2. Пористый керамический защитный слой
  3. Измерительная ячейка с микропористым покрытием из благородного металла
  4. Канал эталонного воздуха
  5. Нагреватель UA Выходное напряжение
 

Канал эталонного воздуха внутри лямбда-зонда, работающего в качестве датчика эталонного газа, LSF4 (рис. 5 и 6) имеет вход для воздуха из окружающей среды. Таким образом он может сопоставлять остаточный кислород, содержащийся в выхлопных газах, с кислородом эталонной атмосферы, т.е. атмосферным воздухом внутри зонда. Таким образом напряжение в планарном зонде в диапазоне стехиометрического состава смеси воздуха и топлива (λ = 1) демонстрирует скачкообразное изменение (рис. 1).

Рисунок № 6 Планарный лямбда-зонд (общий вид и разрез) 
 
  1. Планарная измерительная ячейка
  2. Двойная защитная трубка
  3. Уплотнительное кольцо
  4. Герметизирующий пакет
  5. Корпус зонда
  6. Защитная гильза
  7. Держатель контакта
  8. Зажим контакта
  9. ПТФЭ-наконечник
  10. ПТФЭ-шланг
  11. Пять соединительных кабелей
 
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)