Главная Промышленная автоматика.

i-ioro давления кислорода в струе отработавшего газа. Электрический Потенциал определяется по хорошо известной формуле Нернста (принимая число переноса равным единице):

4F ХРоЛвозд) /

где R - универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура активной области электрода; F - число Фарадея; Ропвьш) -парциальное давление кислорода на поверхности раздела электрод - электролит; ро возд -Парциальное давление кислорода во внешней среде.

Равновесное парциальное давление кислорода на активной каталитической поверхности в богатой смеси отработавшего газа варьируется в пределах 10"-IQ- Па при изменении температуры газа от 400 до 800° С [7]. В этом случае теоретическое значение выходного напряжения при работе на богатой смеси составляет соответственно 1000 и 830 мВ для указанных температур. В тоже время равновесное парциальное давление кислорода в бедной смеси равно примерно 10- МПа [7, 15], выходное напряжение составляет 45 и 79 мВ соответственно для температур 400 и 880°С Этот скачок напряжения датчика происходит вблизи точки стехиометрического состава смеси или в самой точке, что приводит к резкому изменению выходного напряжения при переходе В/Т~отношения через соответствующее стехиометрическое значение как при увеличении, так и при уменьшении этого отношения. Резкое изменение напряжения служит сигналом обратной связи в электронном блоке управления системы регулирования состава вводимой в двигатель топлиБно-воздушной смеси в узком диапазоне (около стехиометрического состава).

Следующие параметры датчика, которые необходимо или желательно иметь для эффективного регулирования топливнонвоз-душной смеси по замкнутому циклу: 1) устойчивое с большой амплитудой выходное напряжение для богатой смеси при четко выраженном и большом по амплитуде его изменении вблизи стехиометрического значения В/Т-отношения; 2) быстрое изменение выходного напряжения в соответствии с изменением состава отработавшего газа; 3) незначительное внутреннее сопротивление. Стабильное, с большой амплитудой напряжение необходимо для того, чтобы пороговое напряжение, выбираемое для регулирования по замкнутому циклу, всегда соответствовало стехиометрическому В/Т-отношению. Для эффективного регулирования состава смеси требуется быстрая реакция на колебания состава отработавшего газа. Небольшое внутреннее сопротивление датчика необходимо для расширения диапазона рабочей температуры в область низкой температуры. Эти три параметра, а также зависимость выходного напряжения датчика от коэффициента избытка воздуха Л (кривую выходного напряжения) часто используют для полной характеристики эксплуатационных качеств датчика. Хотя харак-



теристики могут быть установлены непосредственно по результа-Л.там дорожных или динамометрических испытаний, более удобно получить такие характеристики, используя газовую смесь, создаваемую горелкой, состав которой аналогичен составу отработавших газов двигателя.

Цель этого исследования - показать эксплуатационные характеристики некоторых коммерчески приемлемых датчиков, используя в опытах газовую горелку. Характеристики новых (серийно не выпускавшихся) датчиков представлены впервые. Описаны также характеристики датчика, прошедшего испытание на надежность при стационарных динамометрических и дорожных испытаниях. Кроме того, рассмотрено влияние содержащегося в топливе тетра-этилсвинца на характеристики датаИка.

Методика испытаний

Датчики, подвергшиеся исследованию, содержали стабилизированную Y2O3 двуокись циркония .в качестве электролита. Стабилизация посредством Y2O3 приводит к большей ионной проводимости, чем стабилизация СаО в Zr02 [8,16-20].

Опыты по определению характеристик датчика были выполнены на экспериментальной установке, состоящей из цилиндрической металлической трубы, газовой горелки, помещенной на одном конце трубы, и измерительных приборов. Схема опытной установки приведена на рис. 1. Для испытания датчиков при различных температурах в трубе имелось несколько отверстий вдоль ее верхней границы. Воздух и топливо (пропан) смешивались в такой пропорции, чтобы обеспечить желаемые значения "к. Параметры отработавших газов поддерживались соответствующими богатой топливно-воздушной смеси с Я.=0,95. Заслонка, управляемая электромагнитом, использовалась для подачи в горелку дополнительных порций воздуха, для быстрого изменения состава отработавшего газа в состояние, соответствующее бедной смеси с Х= - 1,05, а также для прекращения подачи дополнительного возду-

Рис. 1 .Схема опытной установки с газовой горелкой, использованной для измерения характеристик датчиков:

1 - датчик; 2 - переменный резистор: 3 - вольтметр: 4 - осциллограф: 5 - соленоид; 5 - горелка

Бедная , смесь

ЮМОм

500°С


Б5о°с еоср

J \Воздук



ха и возвращения к состоянию, соответствующему работе на богатой смеси.

Выходное напряжение датчика измерялось вольтметром, входное полное сопротивление которого составляло Ю 0.м. Переходная характеристика напряжения определялась осциллоскопом, входное полное сопротивление которого также было равно 10Ом, соединенным параллельно с вольтметром. Время переходного процесса определялось как период, за который выходное напряжение, фиксируемое на осциллоскопе, изменялось от 600 до 300 мВ. Когда выходное напряжение датчика в условиях работы с богатой смесью было меньше 600 мВ, время переходного процесса нельзя было определить по этому критерию. Внутреннее сопротивление определялось методом нагрузочных резисторов, в котором выходное напряжение для богатой смеси измеряется при включении между выводами датчика различных, но известных по величине двух шунтирующих резисторов. Внутреннее сопротивление Ri датчика вычислялось по формуле

где Vb и Ум - выходные напряжения, измеренные соответственно на резисторах большого и малого сопротивлений; Re и R - соответствующие значения сопротивлений резисторов.

Характеристики датчика измерялись в диапазоне температуры 150-800° С. Для испытаний при температуре 350° С и выше датчики помещали в соответствующее место на цилиндрической трубе и нагревали до требуемой температуры без изменения потока газа или параметров окружающей среды. Для проведения исследований при температуре ниже 350° С датчики устанавливали на конце трубы, и требуемая температура достигалась регулировкой потока воздуха и газа. Температура электрода измерялась тонкой термопарой типа К, вводимой в датчик таким образом, чтобы ее спай (сварка) касался внутренней поверхности корпуса электрода (температуры, упоминаемые В данной статье - температуры, замеренные в крайней части внутреннего электрода, если не делается специальных уточнений). Скорости течения отработавшего газа, вычисленные по расходам воздуха и газа, при температурах 800, 350 и 200° С составляли соответственно 2,7; 1,6 и 0,8 м/с.

Следует отметить наличие разницы в температурах на конце электрода и отработавшего газа, измеренных в одном и том же месте в газовой трубе. Температура отработавшего газа, измеренная экранированной термопарой, была приблизительно на 50, 75 и 90° С больше, чем указанная выше температура конца электрода при 150, 350 и 800° С соответственно.

Проверка датчика на надежность осуществлялась при стационарных динамометрических и дорожных испытаниях двигателей. Подробности специфики и условия проведения этих испытаний описаны при рассмотрении результатов в следующем разделе статьи.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [18] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

0.0037