Ефективний метод діагностування датчиків кисню електронних систем живлення автомобільних двигунів Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ЕФЕКТИВНИЙ МЕТОД Д1АГНОСТУВАННЯ ДАТЧИК1В КИСНЮ ЕЛЕКТРОННИХ СИСТЕМ ЖИВЛЕННЯ АВТОМОБ1ЛЬНИХ

ДВИГУН1В

Подальший розвиток техшчно! цившзацп людства неухильно веде до попршення екологiчних умов його юну-вання. Значне мюце в забрудненнi навколишнього середовища належить транспортним системам, i перш за все, автомобшьному транспорту, чисельнiсть якого в iндивiдуальних центрах зростае за параболiчною залежнiстю. У бiльшостi великих мют свiту частка шк1дливих виквдв вiд автомобiльних двигунiв перевищуе 60-70 % загального рiвня забруднень повпря промислового походження. Один легковий автомоб№ щороку поглинае з атмосфери в се-редньому бiльше 400 т кисню, викидаючи з вiдпрацьованими газами близько 800 кг оксиду вуглецю, близько 40 кг оксидiв азоту i майже 200 кг рiзних вуглеводшв.

Серед альтернативних методiв зниження рiвню шк1дливих викидiв автомобiльних двигушв на цей час найбшь-ше поширення одержало застосування електронних паливних систем з каталггичними нейтралiзаторами (каталiза-торами) вiдпрацьованих газiв. Активний каталгтичний шар нейтралiзатора складаеться з тонною (близько 30 мкм) покриття благородними металами (Р1, ИИ, Pd), яш дуже чуйнi до наявностi свинцю (РЬ) у паливi. До речi нейтра-лiзатор швидко виходить з ладу при вщкладенш свинцю на його активнш поверхнi. Тому ефективне застосування нейтралiзаторiв можливе лише при використанш неетильованого бензину.

Для нормально! роботи каталiзатора необхiдно забезпечити оптимальне сшввщношення повiтря i палива у ро-бочiй сумiшi, яка поступае в камеру згорання двигуна. В шшому випадку здатнiсть каталiзатора доокисляти шкiдливi викиди буде недостатньою i недовгою. При спiввiдношеннi 14,7 частин повиря на 1 частину палива коефщент надлишку повiтря X (лямбда) дорiвнюе 1.

У системi подачi палива величину X по наявносп кисню у вiдпрацьованих газах фжсуе датчик кисню, який прийнято називати лямбда-зондом. Вузьш меж1 X для ефективно! роботи каталiзатора (X = 1 ± 0,01) можна забез-

печити лише в умовах електронного дискретного впорску палива при вико-

ивих, мВ —-- ристанш X - зонду в ланщ зворотнього зв'язку (рис. 1).

Особливютю циркошевого X -зонда е те, що при малих вщхиленнях складу сушнп вад ¡дсального (0,97 < X < 1,03) вихцща напруга зм1нюеться скачками в штервал1 100-900 мВ.

Надлишок повиря у сушнп ощнюеться шляхом визначення у вцщра-цьованих газах в\псту залишкового кисню (О,.. Електричний сигнал датчика подаеться в електронний блок управлшня системи впорску палива, який оппсшзуе склад сушнп шляхом змши шлькосп палива, яке подаеться в ци-л1ндри двигуна [1].

Датчик кисню (X - зонд) на основ1 дюксиду циркошю I оксиду трио

и,/ и,У 1,1 1 • ' тт

' ' л працюе за принципом гальвашчного елементу з твердим електрол1том. На-

_ пруга електричного струму утворюеться електродами з платини I металоке-

Рис. 1. Характеристика циркоыевого ^ г г; .>.> г г

датчика кисню рамiки вiдповiдно до законому Нернста [2]:

и в

Рис. 2. Схема датчика кисню на основ! диоксиду цирконю 1 - твердий електрол1т ; 2 - зовышнм I внутр1шн1й електроди; 3 - контакти; 4 - контакт заземлення; 5 - випускна труба; 6 - захисне пористе покриття

Т

= Я — 1п 4Я

( ро'2 л

кР°2 )

де Я - унiверсальна газова постшна;

Я - постiйна Фарадея;

Т - абсолютна температура;

РО2 - парцiальний тиск вщпрацьованих газiв;

РО2 - парщальний тиск кисню.

Один з електродiв (2) знаходиться у контактi з вщпрацьованими газами, а другий (3) з повирям ат-мосфери. (рис. 2).

Ефективне вимiрювання залишкового кисню у вiдпрацьованих газах X - зонд забезпечуе тсля про-грiву його до температури 350-400 ° С . Тшьки в таких умовах цирконiевий електролгт матиме провiднiсть, а

НАУКОВО-ТЕХН1ЧНА 1НФОРМАЦ1Я

Рис. 3. Схема розташування кисневих датчикiв: 1 - впускний колектор; 2 - двигун ; 3 - електронний блок управлЫня двигуном; 4 - паливна форсунка; 5 - основний лямбда-зонд; 6 - додатковий лямбда-зонд; 7 - каталiтичний нейтралiзатор; 8 - випускний колектор

рiзниця в шлькосп атмосферного кисню i кисню у вихлопнш трубi призводить до появи на електродах датчика кисню вихщно! напруги (Пвих.).

У сучасних системах електронного управлшня роботою двигушв встановлю-ють 2 датчики кисню, яш розташованi до i пiсля каталiзатора (рис. 3).

За рахунок цього досягаеться бiльша точнiсть приготування горючо! сумiшi i контроль ефективностi роботи каталiза-тора . З метою швидкого прорву на станi пуску двигуна датчики разом з каталiза-тором розташовують у мотоотсiцi авто-мобiля.

Характеристика вихiдного сигналу (Пвих.) кисневих датчиков дозволяе елек-тронному блоку управлiння 3 ввдслщко-вувати зм^ складу горючо! сумiшi i вно-сити вiдповiдну корекцiю у величину по-дачi палива через форсунки 4.

З метою тдвищення чутливосп X -зондiв при низьких температурах вико-ристовують примусовий пiдiгрiв електро-лiту (рис. 4).

На^вальний елемент розташований всередиш керамiчного чутливого елемен-та датчика i пiдключений до електроме-реж! автомоб™ з керуванням вiд елект-ронного контролера 3.

У широкому дiапазонi умов експлуа-таци мае мiсце змiна характеристик кисневих датчиков унаслвдок забруднення !х чутких елементiв, зовнiшнього пошкод-ження, перегрiву та iнше. Це призводить до вщхилення горючо! сумiшi, ввд стехю-метричного складу, шдвищенню витрати палива, попршенню динамiчних власти-востей автомобшя, пiдвищенню рiвня шк1дливих викидiв. Так1 змiни призводять до невiрних, але "правдоподiбних" показ-ник1в. 1х може не розпiзнати як система самодiагностики, так i зовнiшньо! тесто-во! дiагностики двигуна.

При вщносно високiй вартостi дат-чик1в кисню (400-500 грн.) !х необгрун-тована замша е економiчно неоправда-ною. В цьому планi бiльш ефективною е об'ективна iнструментальна дiагностика X - зондiв на спецiалiзованому дiагнос-тичному стендi з iмiтацiею горючо! сушш. Саме такий стенд створений вче-ними кафедр "Автомобш" i "Транспорта технолоп!" ЗНТУ Структурна схема стенда подана на рис. 5.

В якосп палива на стендi використаний стиснений газ пропан-бутан, який з балона 1 через редуктор 2 поступае на пальник 3. Одночасно з компресора 4 через ресивер 5 i регулятор 6 на пальник подаеться стиснене повиря. Продукта згорання по трубопроводу 7 поступають в адаптер 8, в якому закршлеш еталонний 9 i перевiряемий 10 кисневi датчики з на^вальними елементами 13. Для перюдично! змiни складу горючо! сумiшi застосований елек-тороклапан-модулятор 11, живлення на який поступае вщ генератора iмпульсiв 12. Контроль температури здшснюеть-ся за допомогою термопари i цифрового iндикатора 15. Усi елементи стенда мають електроживлення вiд джерела

Рис. 4. Конструк^я датчика кисню з електричним пщ^вом: 1 - керамiчна основа; 2, 8 - контакти на^вального елементу; 3 - на^вальний елемент; 4 - твердий електролп- з напиленими платиновими електродами; 5 - захисний кожух з прорiзями; 6 - металевий корпус з рiзьбою кртлення; 7 - ущтьнююче кiльце; 9 - виводи датчика

Рис. 5. Структурна схема стенда для дiагностики кисневих датчиив

1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2006

129

живлення 14. Сигнали вщ кисневих датчиков фiксуються на екраш двохканального осцилографа 16.

За характером змiни сигналiв можна робити висновки про динамiчну реакцiю датчиков на перiодичну зм^ складу горючей сумпш в адаптер! 8 (рис. 6).

Рис. 6. Осцилограми типових вихщних сигналiв: а - справного датчика кисню (Ueux. ритмiчне бiля 0,75 в.); б - несправного (уповтьнена реакцiя); t - величина запiзнення

сигналу

Попереднi опробування дiагностичного стенда показали добру стабшьшсть його роботи i можливiсть яшсно! оцiнки кисневих датчиков ( X - зондiв) у широкому дiапазонi складу горючо! сумiшi. Разом с тим, аналiз вiдмов кисневих датчиков в умовах експлуатацiï i обробка статистичних даних по автомобiлях рiзних марок пiдтвердили гостру необхiднiсть застосування розробленого стенда в умовах станцш технiчного обслуговування автомобiлiв.

Список л^ератури

1. Чижков Ю.Л., Акимов С.В. - Электрооборудование автомобилей. - М.: За рулем, 1999. - 384 с.

2. Автомобильный справочник. Пер. с англ. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ЗАО КЖИ "За рулем", 2004. - 992 с.

© 2006 р. Канд. техн. наук В. П. Юд1н, Г. В. Борисенко, О. О. Падченко

Нацюнальний техшчний ушверситет, м. Запор1жжя

НЕКОТОРЫЕ ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА УСТАЛОСТИ

Важной проблемой современной науки является разработка новых подходов к прогнозированию эволюции сложных систем, так как традиционные теории исчерпали свои возможности. Решение этой проблемы возможно только на основе идеи междисциплинарности, позволяющей применить комплексный подход к проблемам прочности и разрушения. В частности, решение проблемы разработки эффективных методов прогнозирования усталостной долговечности металлических материалов возможно при условии успешного использования результатов исследования процесса усталости в разных областях науки: металлургии, физики металлов, металловедения, механики сплошных сред. При этом важную роль играет терминология, которая должна обеспечивать однозначность толкования применяемых терминов, ибо если вводимые термины и определения для описания любого явления допускают различные толкования, то это может вызвать терминологические недоразумения, обуславливающие несопоставимость результатов, полученных разными исследователями. К сожалению, этому важному вопросу пока не уделя -ется должного внимания.

Как известно, одним из важнейших свойств твердых тел является их прочность, характеризующая способность тел сопротивляться разрушению. Следовательно, термин "разрушение" является ключевым в определении прочности материала, поэтому важность определенности и однозначности его толкования очевидна. Эволюция физических представлений о разрушении твердых тел связана с развитием учения о прочности. Начальные теории прочности твердых тел основывались на статическом подходе, при котором описание прочностных свойств сводилось к понятиям пределов прочности и предельных состояний, превышение которых связывалось с потерей устойчивос-