Датчики выхлопных систем двигателей внутреннего сгорания
Жесткие экологические нормы узаконили применение на автомобилях каталитических нейтрализаторов – устройств, способствующих снижению содержания вредных веществ в выхлопных газах. Для постоянного контроля состава топливно-воздушной смеси применяют датчик кислорода (О2 датчик, лямбда зонд).
Название датчика происходит от греческой буквы «лямбда», которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится одна часть топлива — лямбда равна 1. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбда зонда.
Избыток воздуха в смеси измеряется путем определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода (О2). Поэтому лямбда зонд расположен в выпускном коллекторе перед катализатором. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива (ЭБУ), который, в свою очередь, оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива.
Дополнительный (контрольный) зонд расположен на выходе катализатора. Этим достигается большая точность приготовления смеси и контролируется эффективность работы катализатора.
Избыток воздуха в смеси измеряется путем определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода (О2). Поэтому лямбда зонд расположен в выпускном коллекторе перед катализатором. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива (ЭБУ), который, в свою очередь, оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива.
Дополнительный (контрольный) зонд расположен на выходе катализатора. Этим достигается большая точность приготовления смеси и контролируется эффективность работы катализатора.
Бензиновые двигатели.
Датчики концентрации кислорода в выхлопных газах.
Датчики концентрации кислорода в выхлопных газах.
ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ
ПРИНЦИП РАБОТЫ
СЕГМЕНТЫ РЫНКА
Кислород содержит отрицательно заряженные ионы, которые собираются на платиновых электродах, и когда датчик достигает температуры около +400°C, любая разность потенциалов образует электрическое напряжение. В случае, если смесь «бедная», содержание кислорода в отработавших газах высокое.
При сравнении с содержанием кислорода в атмосфере существует только очень маленькая разность потенциалов, и, как следствие, возникает небольшое напряжение (около 0,2–0,3 В). В случае, если смесь «богатая», содержание кислорода в отработавших газах низкое. Создается большая разность потенциалов, поэтому возникает относительно более высокое напряжение (0,7–0,9 В).
Система управления двигателем будет непрерывно подстраивать длительность импульсного сигнала под форсунки с целью выйти на среднее напряжение, составляющее около 0,4–0,6 В при значении лямбда около 1.0. Поскольку в процессе движения режимы работы двигателя постоянно изменяются, значение напряжения колеблется в обе стороны от среднего значения. Поэтому, данный датчик, в силу своей неспособности определить небольшие изменения в содержании кислорода, известен, как узкополосный.
Датчик, установленный после каталитического нейтрализатора отработавших газов, действует по тому же способу, что и датчик перед ним, но, с одним, очень большим отличием. После того, как газы были обработаны каталитическим нейтрализатором, содержание кислорода в них остается на неизменном уровне. Это обеспечивает постоянное напряжение около 0,4–0,6 В. Теперь, система управления двигателем может эффективно отслеживать работу каталитического нейтрализатора отработавших газов.
При сравнении с содержанием кислорода в атмосфере существует только очень маленькая разность потенциалов, и, как следствие, возникает небольшое напряжение (около 0,2–0,3 В). В случае, если смесь «богатая», содержание кислорода в отработавших газах низкое. Создается большая разность потенциалов, поэтому возникает относительно более высокое напряжение (0,7–0,9 В).
Система управления двигателем будет непрерывно подстраивать длительность импульсного сигнала под форсунки с целью выйти на среднее напряжение, составляющее около 0,4–0,6 В при значении лямбда около 1.0. Поскольку в процессе движения режимы работы двигателя постоянно изменяются, значение напряжения колеблется в обе стороны от среднего значения. Поэтому, данный датчик, в силу своей неспособности определить небольшие изменения в содержании кислорода, известен, как узкополосный.
Датчик, установленный после каталитического нейтрализатора отработавших газов, действует по тому же способу, что и датчик перед ним, но, с одним, очень большим отличием. После того, как газы были обработаны каталитическим нейтрализатором, содержание кислорода в них остается на неизменном уровне. Это обеспечивает постоянное напряжение около 0,4–0,6 В. Теперь, система управления двигателем может эффективно отслеживать работу каталитического нейтрализатора отработавших газов.
На текущий момент на каждом современном бензиновом автомобиле применяется не менее 2 зондов:
• верхний – основной зонд (расположен до катализатора)
• нижний (вспомогательный) – контрольный (расположен после катализатора).
• верхний – основной зонд (расположен до катализатора)
• нижний (вспомогательный) – контрольный (расположен после катализатора).
Зависимость напряжения лямбда зонда от коэффициента избытка воздуха при температуре датчика +500…+800°С:
А – условная точка средних показаний (Uвых » 0,5 В, при L=1,0). (Обогащение смеси (уменьшение содержания О2 в выхлопе). Обеднение смеси (увеличение содержания О2 в выхлопе).
Для более быстрого выхода на рабочий режим используют принудительный подогрев. Нагревательный элемент расположен внутри керамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля.
А – условная точка средних показаний (Uвых » 0,5 В, при L=1,0). (Обогащение смеси (уменьшение содержания О2 в выхлопе). Обеднение смеси (увеличение содержания О2 в выхлопе).
Для более быстрого выхода на рабочий режим используют принудительный подогрев. Нагревательный элемент расположен внутри керамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля.
Лямбда зонд обеспечивает эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газах после разогрева до температуры +300…+400°С. В таких условиях стабилизированный иттрием циркониевый электролит приобретает нужную степень проводимости, а разница в количестве атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда зонда выходного напряжения.
При пуске и прогреве холодного двигателя управление впрыском топлива осуществляется без участия этого датчика, а коррекция состава топливо-воздушной смеси осуществляется по сигналам других датчиков (положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, числа оборотов коленвала).
Особенностью циркониевого лямбда зонда является то, что при малых отклонениях состава смеси от идеального состава, напряжение на его выходе изменяется скачком в интервале 0,1 — 0,9 В.
При пуске и прогреве холодного двигателя управление впрыском топлива осуществляется без участия этого датчика, а коррекция состава топливо-воздушной смеси осуществляется по сигналам других датчиков (положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, числа оборотов коленвала).
Особенностью циркониевого лямбда зонда является то, что при малых отклонениях состава смеси от идеального состава, напряжение на его выходе изменяется скачком в интервале 0,1 — 0,9 В.
ПРИМЕНЯЕМОСТЬ
ТИПЫ ДАТЧИКОВ
Различают несколько классификаций автомобильных кислородных датчиков:
• По количеству проводов: 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-контактные датчики.
• По дизайну сенсорного элемента: «наперсточные» и пластинчатые (планарные).
• По способу крепления в выхлопную трубу: резьбовые и фланцевые.
• По ширине измерений значений «лямбды»:
- узкополосные (детектируют лямбду при величине >1);
- широкополосные (детектируют лямбду от 0,7 до 1.6).
• По количеству проводов: 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-контактные датчики.
• По дизайну сенсорного элемента: «наперсточные» и пластинчатые (планарные).
• По способу крепления в выхлопную трубу: резьбовые и фланцевые.
• По ширине измерений значений «лямбды»:
- узкополосные (детектируют лямбду при величине >1);
- широкополосные (детектируют лямбду от 0,7 до 1.6).
На текущий момент на каждом современном бензиновом автомобиле применяется не менее 2 зондов:
Верхний – основной зонд (расположен до катализатора);
Нижний (вспомогательный) – контрольный (расположен после катализатора).
На вторичном рынке массовый спрос да датчики 1-3 поколения типа «наперстка», для автомобилей, выпущенных с 2000г в соответствии с требованиями Евро-2…Евро-4.
Второй по популярности «планарный» тип для автомобилей выпущенных с 2010г в соответствии с Евро-4…Евро-5.(первичный и вторичный рынок).
Перспективный тип - «широкополосный» для норм Евро-5 и выше (в основном, первичный рынок).
Верхний – основной зонд (расположен до катализатора);
Нижний (вспомогательный) – контрольный (расположен после катализатора).
На вторичном рынке массовый спрос да датчики 1-3 поколения типа «наперстка», для автомобилей, выпущенных с 2000г в соответствии с требованиями Евро-2…Евро-4.
Второй по популярности «планарный» тип для автомобилей выпущенных с 2010г в соответствии с Евро-4…Евро-5.(первичный и вторичный рынок).
Перспективный тип - «широкополосный» для норм Евро-5 и выше (в основном, первичный рынок).
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СОБСТВЕННОСТЬ
На текущий момент на каждом современном бензиновом автомобиле применяется не менее 2 зондов:
Верхний – основной зонд (расположен до катализатора);
Нижний (вспомогательный) – контрольный (расположен после катализатора).
На вторичном рынке массовый спрос да датчики 1-3 поколения типа «наперстка», для автомобилей, выпущенных с 2000г в соответствии с требованиями Евро-2…Евро-4.
Второй по популярности «планарный» тип для автомобилей выпущенных с 2010г в соответствии с Евро-4…Евро-5.(первичный и вторичный рынок).
Перспективный тип - «широкополосный» для норм Евро-5 и выше (в основном, первичный рынок).
Верхний – основной зонд (расположен до катализатора);
Нижний (вспомогательный) – контрольный (расположен после катализатора).
На вторичном рынке массовый спрос да датчики 1-3 поколения типа «наперстка», для автомобилей, выпущенных с 2000г в соответствии с требованиями Евро-2…Евро-4.
Второй по популярности «планарный» тип для автомобилей выпущенных с 2010г в соответствии с Евро-4…Евро-5.(первичный и вторичный рынок).
Перспективный тип - «широкополосный» для норм Евро-5 и выше (в основном, первичный рынок).
На текущий момент наше предприятие освоило выпуск нескольких типов датчиков. Так же наши инженеры выражают готовность разработки датчиков под специализированные задачи потребителей. Компетенции подтверждены соответствующими документами:
NOX_PROD_TOOL Программа ЭВМ стенда испытаний и проверки датчиков концентрации оксидов азота (NOx) в выхлопных газах дизельных двигателей - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022617840.
O2_PROD_TOOL Программа ЭВМ стенда испытаний и проверки датчиков концентрации оксидов кислорода в выхлопных газах бензиновых и газовых двигателей - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022618287.
MCU_SCR-NOx.02 Программа ЭВМ управления элементами системы нейтрализации выхлопных газов для дизельных двигателей (SCR) и цифровым датчиком содержания кислорода (лямбда-зондом) для контроля состава топливно-воздушной смеси бензиновых двигателей в соответствии с экологическими стандартами ЕВРО-4, ЕВРО-5, ЕВРО-6 -Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021611343.
Патент на полезную модель: ДАТЧИК КИСЛОРОДА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ (RU 89234 U1) 2009г.
NOX_PROD_TOOL Программа ЭВМ стенда испытаний и проверки датчиков концентрации оксидов азота (NOx) в выхлопных газах дизельных двигателей - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022617840.
O2_PROD_TOOL Программа ЭВМ стенда испытаний и проверки датчиков концентрации оксидов кислорода в выхлопных газах бензиновых и газовых двигателей - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022618287.
MCU_SCR-NOx.02 Программа ЭВМ управления элементами системы нейтрализации выхлопных газов для дизельных двигателей (SCR) и цифровым датчиком содержания кислорода (лямбда-зондом) для контроля состава топливно-воздушной смеси бензиновых двигателей в соответствии с экологическими стандартами ЕВРО-4, ЕВРО-5, ЕВРО-6 -Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021611343.
Патент на полезную модель: ДАТЧИК КИСЛОРОДА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ (RU 89234 U1) 2009г.
ВРЕМЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ДЕЙСТВУЮЩИЕ СТАНДАРТЫ
Мы заинтересованы в развитии производства и продаж и готовы к сотрудничеству с целевыми потребителями. Если у вас есть запрос на разработку или интересуют серийные поставки уже готовых продуктов, просим вас контактировать с отделом продаж нашего предприятия: по тел. 8-800-333-6511 или info@rdgroupltd.com
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
СХЕМА РАБОТЫ:
НАШИ ИЗЫСКАНИЯ
НАШИ КОМПЕТЕНЦИИ
СОТРУДНИЧЕСТВО
Дизельные двигатели.
Датчики концентрации оксидов азота.
Датчики концентрации оксидов азота.
В зависимости от производителя, соответствующего поколения датчиков и условий эксплуатации, ресурс датчика составляет от 40 000 до 100 000 км.
В случае выхода из строя или использования несоответствующего марке автомобиля датчика, ЭБУ начинает работать по усредненным параметрам, записанным в его памяти: при этом состав образующейся топливно-воздушной смеси будет значительно отличаться от идеального соотношения.
В результате, появится повышенный расход топлива, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, увеличение содержания СО в выхлопе, снижение мощности, хотя, при этом, машина остается на ходу.
Таким образом, за среднюю жизнь автомобиля на уровне 200 000 км, он должен использовать, по меньшей мере, 2 пары датчиков (4 шт).
В случае выхода из строя или использования несоответствующего марке автомобиля датчика, ЭБУ начинает работать по усредненным параметрам, записанным в его памяти: при этом состав образующейся топливно-воздушной смеси будет значительно отличаться от идеального соотношения.
В результате, появится повышенный расход топлива, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, увеличение содержания СО в выхлопе, снижение мощности, хотя, при этом, машина остается на ходу.
Таким образом, за среднюю жизнь автомобиля на уровне 200 000 км, он должен использовать, по меньшей мере, 2 пары датчиков (4 шт).
Для уменьшения концентрации NOx в выхлопных газах дизельных двигателей, удовлетворяющих экологическим стандартам Евро-4 и выше применяется система нейтрализации - SСR (Selective Catalytic Reduction).
Технология SСR основана на впрыске дозированного количества реагента (AdBlue®, в концентрации: 32,5 % высокоочищенной мочевины и 67,5 % деминерализованной воды, с плотностью 1087-1093 кг/м3) в поток отработанных газов в присутствии катализатора (пентаоксида ванадия).
При применении такой системы процесс сгорания организован таким образом, что количество твердых частиц при сгорании топливной смеси остается в допустимом диапазоне предельных значений. Снижение выбросов окислов азота в выхлопных газах в атмосферу происходит за счет впрыска аммиачного раствора (AdBlue) в выпускной тракт с последующей нейтрализацией их в глушителе-катализаторе восстановительного типа (SCR). При этом, впрыскиваемый водный раствор мочевины, смешиваясь с выхлопными газами в специальном смесителе, превращается в аммиак и затем в катализаторе преобразуется в чистый азот и водяной пар – безвредные составляющие воздуха.
Концептуально, комплекс системы состоит из емкости с водным раствором мочевины (AdBlue), впрыскиваемым под большим давлением в раскаленные выхлопные газы и датчика наличия в выхлопных газах NOx, следящего за корректной работой всей системы (при увеличении концентрации NOx в выхлопных газах, на панели приборов загорается контрольная лампа неисправности системы).
Технология SСR основана на впрыске дозированного количества реагента (AdBlue®, в концентрации: 32,5 % высокоочищенной мочевины и 67,5 % деминерализованной воды, с плотностью 1087-1093 кг/м3) в поток отработанных газов в присутствии катализатора (пентаоксида ванадия).
При применении такой системы процесс сгорания организован таким образом, что количество твердых частиц при сгорании топливной смеси остается в допустимом диапазоне предельных значений. Снижение выбросов окислов азота в выхлопных газах в атмосферу происходит за счет впрыска аммиачного раствора (AdBlue) в выпускной тракт с последующей нейтрализацией их в глушителе-катализаторе восстановительного типа (SCR). При этом, впрыскиваемый водный раствор мочевины, смешиваясь с выхлопными газами в специальном смесителе, превращается в аммиак и затем в катализаторе преобразуется в чистый азот и водяной пар – безвредные составляющие воздуха.
Концептуально, комплекс системы состоит из емкости с водным раствором мочевины (AdBlue), впрыскиваемым под большим давлением в раскаленные выхлопные газы и датчика наличия в выхлопных газах NOx, следящего за корректной работой всей системы (при увеличении концентрации NOx в выхлопных газах, на панели приборов загорается контрольная лампа неисправности системы).
При нагреве примерно до +200°C, катализатор восстановления достигает рабочей температуры. Блок управления получает данные о температуре отработавших газов от датчика температуры, установленного перед катализатором восстановления. Раствор мочевины AdBlue забирается насосом из бака и под давлением примерно 5 бар прокачивается через обогреваемый трубопровод к форсунке мочевины.
Форсунка по команде блока управления впрыскивает мочевину в дозируемом количестве в трубопровод системы отработанных газов (ОГ) перед восстановительным катализатором, где она подхватывается потоком ОГ и равномерно распределяется микшером. По пути к восстановительному катализатору, так называемом гидролизном участке, мочевина распадается на аммиак (NH3) и углекислый газ (CO2). В восстановительном катализаторе аммиак (NH3) вступает в реакцию с оксидами азота (NOx), образуя азот (N2) и воду (H2O). Коэффициент полезного действия системы SCR определяется датчиком NOx.
Форсунка по команде блока управления впрыскивает мочевину в дозируемом количестве в трубопровод системы отработанных газов (ОГ) перед восстановительным катализатором, где она подхватывается потоком ОГ и равномерно распределяется микшером. По пути к восстановительному катализатору, так называемом гидролизном участке, мочевина распадается на аммиак (NH3) и углекислый газ (CO2). В восстановительном катализаторе аммиак (NH3) вступает в реакцию с оксидами азота (NOx), образуя азот (N2) и воду (H2O). Коэффициент полезного действия системы SCR определяется датчиком NOx.
После запуска двигателя автомобиля блок управления получает разрешающие сигналы от температурных датчиков:
• температура мочевины нормальная (если замерзла - включается ее подогрев)
• температура ОГ достигла +200°C
Блок управления включает насос мочевины и по достижению необходимого давления открывает форсунку.
Затем блок управления получает сигнал от датчика NOx и, в зависимости от содержания оксидов азота, увеличивает или уменьшает подачу мочевины.
• температура мочевины нормальная (если замерзла - включается ее подогрев)
• температура ОГ достигла +200°C
Блок управления включает насос мочевины и по достижению необходимого давления открывает форсунку.
Затем блок управления получает сигнал от датчика NOx и, в зависимости от содержания оксидов азота, увеличивает или уменьшает подачу мочевины.
Наше предприятие приступило к разработке сразу нескольких типов датчиков О2 и NOx для отечественных автомобилей.
На текущий момент подготовлена макетная партия и проводится подготовка к серийному выпуску следующих типов датчиков:
RD889-25368889 (аналог 25368889, 25.368889)
RD064-3826014 (аналог 0 258 030 064)
RD177-3850010 (аналог 28122177)
RD93R-8450035085 (аналог 226A44172R, 226A41772R, 26A41772R, 22 69 018 41R, 8450035085, 226906393R)
RD026-1130600 (аналог 0 258 006 026)
RD027-1130600 (аналог 0 258 006 027)
RD107-5115408 (аналог 0 281 004 107, 258 017 291)
RD6714B (аналог 5WK96714A(B), 41029)
RD6765B (аналог 5WK96765B, NB1500 A045S157, 4326863)
На текущий момент подготовлена макетная партия и проводится подготовка к серийному выпуску следующих типов датчиков:
RD889-25368889 (аналог 25368889, 25.368889)
RD064-3826014 (аналог 0 258 030 064)
RD177-3850010 (аналог 28122177)
RD93R-8450035085 (аналог 226A44172R, 226A41772R, 26A41772R, 22 69 018 41R, 8450035085, 226906393R)
RD026-1130600 (аналог 0 258 006 026)
RD027-1130600 (аналог 0 258 006 027)
RD107-5115408 (аналог 0 281 004 107, 258 017 291)
RD6714B (аналог 5WK96714A(B), 41029)
RD6765B (аналог 5WK96765B, NB1500 A045S157, 4326863)
Наличие интеллектуальной собственности:
ПАТЕНТ № RU 89234 U1 «ДАТЧИК КИСЛОРОДА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ».
ПО ЭВМ № 2021611343 «Управления элементами системы нейтрализации выхлопных газов для дизельных двигателей (SCR) и цифровым датчиком содержания кислорода (лямбда зондом) для контроля состава топливо-воздушной смеси бензиновых двигателей в соответствии с экологическими стандартами Евро4/5/6».
ПАТЕНТ № RU 89234 U1 «ДАТЧИК КИСЛОРОДА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ».
ПО ЭВМ № 2021611343 «Управления элементами системы нейтрализации выхлопных газов для дизельных двигателей (SCR) и цифровым датчиком содержания кислорода (лямбда зондом) для контроля состава топливо-воздушной смеси бензиновых двигателей в соответствии с экологическими стандартами Евро4/5/6».
Стандарт Евро-4:
• в Европе применяется с 2005 года,
• в РФ с 1.01.2013г.
Стандарт Евро-5:
• в Европе с 2009 года
• в РФ для грузовых транспортных средств с 1.01.2018 года.
• в Европе применяется с 2005 года,
• в РФ с 1.01.2013г.
Стандарт Евро-5:
• в Европе с 2009 года
• в РФ для грузовых транспортных средств с 1.01.2018 года.
