Ефективний метод діагностування датчиків кисню електронних систем живлення автомобільних двигунів

В. П. Юдін; Г. В. Борисенко; О. О. Падченко

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.

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-

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — В П. Юдін, Г В. Борисенко, О О. Падченко

Текст научной работы на тему «Ефективний метод діагностування датчиків кисню електронних систем живлення автомобільних двигунів»