CHARAKTERYSTYKA CZUJNIKÓW STOSOWANYCH W SYSTEMACH WTRYSKOWO-ZAPŁONOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH NOWEJ GENERACJI

Transkrypt

1 CHARAKTERYSTYKA CZUJNIKÓW STOSOWANYCH W SYSTEMACH WTRYSKOWO-ZAPŁONOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH NOWEJ GENERACJI Krzysztof BALAWENDER, Katarzyna GROCHOWSKA W artykule przedstawiono rodzaje i charakterystykę czujników stosowanych w układach wtryskowo-zapłonowych silników z zapłonem iskrowym oraz przedstawiono zasadę ich działania. 1. WSTĘP W silnikach nowej generacji dąży się do zmniejszenia zużycia paliwa oraz emisji składników toksycznych zawartych w spalinach, dzięki czemu będą one bardziej przyjazne środowisku. Jednocześnie silniki te powinny zachować jak największą moc. Ujawnia się ona w postaci momentu obrotowego przy określonej prędkości obrotowej. Podstawowym celem sterowania w silnikach nowej generacji jest wygenerowanie odpowiedniego pożądanego w danej chwili momentu obrotowego [3]. Dlatego też konieczne jest dostarczenie informacji do sterownika o chwilowych parametrach pracy silnika. Dokonuje się tego przy pomocy czujników. Wykonują one pomiary poszczególnych chwilowych wartości parametrów, które przekazywane są do sterownika i stanowią podstawę do obliczenia sygnałów dla elementów wykonawczych. 2. WARTOŚCI MIERZONE ORAZ GENERACJE CZUJNIKÓW Czujniki dzieli się ze względu na poziomy integracji. Pierwszy stopień integracji polega na dodaniu do czujnika elementu wykonującego obróbkę wstępną sygnału analogowego. Rys. 1. Generacje czujników [4]: SE czujnik, SA obróbka wstępna sygnału (analogowa), A/D przetwornik analogowo-cyfrowy, SG sterownik (cyfrowy), MC mikroprocesor Obrobiony sygnał jest bardziej odporny na zakłócenia i przekazywany do sterownika, gdzie zostaje przetworzony przez przetwornik na sygnał cyfrowy. Czujniki o drugim stopniu integracji zostały wyposażone w przetworniki analogowo-cyfrowe, dzięki czemu przekazywany do sterownika sygnał cyfrowy jest przystosowany do szeregowej wymiany danych i odporny na zakłócenia. W trzecim stopniu integracji układ czujnika składa się, oprócz elementu wykonującego obróbkę wstępną i przetwornika, z mikroprocesora. Poszczególne generacje czujników przedstawiono na rys. 1. Wartościami mierzonymi przez czujniki w systemach wtryskowo-zapłonowych są m.in.: kąt położenia pedału przyspieszenia, kąt położenia przepustnicy, prędkość obrotowa wału korbowego, położenie wału rozrządu, masa i temperatura powietrza zasilającego oraz ciśnienie atmosferyczne, 29

2 temperatura cieczy chłodzącej silnik, współczynnik nadmiaru powietrza oraz opcjonalnie temperatura spalin, a także (w wypadku występowania turbosprężarki) ciśnienie doładowania turbosprężarki i temperatura powietrza doładowującego [4] oraz poziom drgań w cylindrze. Dzięki tym wartościom, stanowiącym sygnały wejściowe, wyznaczane są: optymalna dawka paliwa i kąt wyprzedzenia zapłonu [4]. 3. RODZAJE CZUJNIKÓW Czujniki położenia pedału przyspieszenia (Accelerator Pedal Position) mogą występować w wersji z potencjometrem oraz jako hallotronowe czujniki kąta. W pierwszych po oporowej ścieżce obrotowej przesuwa się ramię czujnika, które w zależności od kąta obrotu powoduje przesunięcie styku na ścieżce oporowej. Im większe jest przesuniecie, tym większa rezystancja oraz tym większa jest wartość napięcia wyjściowego, stanowiącego sygnał wyjściowy. W pojazdach dołącza się czujnik rezerwowy, który ma za zadanie weryfikację poprawnego działania czujnika podstawowego. Charakterystyki obydwu czujników powiązane są funkcją. W ten sposób następuje porównanie niezależnych od siebie dwóch sygnałów. Zasada działania hallotronowych czujników położenia pedału przyspieszenia jest oparta na efekcie Halla. Na przykład w czujniku ARS1 firmy BOSCH [3] naciśnięcie pedału przyspieszenia powoduje obrót osi wykonanej z materiału magnetycznie miękkiego, do której jest przytwierdzony wirnik. Strumień magnetyczny doprowadzany jest do wirnika przez nabiegunnik i dwie płytki przewodzące. Obrót osi powoduje przewodzenie strumienia magnetycznego przez płytki przewodzące i czujnik hallotronowy, a co za tym idzie zmianę wartości sygnału. Czujnik ten ma zakres pomiarowy 90º i w tym zakresie charakterystyka pomiarowa jest charakterystyką liniową. Czujnik położenia przepustnicy (Throttle Position Sensor) to przetwornik wartości przemieszczenia kątowego na napięcie, zbudowany na zasadzie potencjometru. Obecnie stosuje się czujniki z dwiema ścieżkami pomiarowymi z różnymi napięciami odniesienia w celu uzyskania większej pewności (dokładności) pomiaru. Ramię ślizgacza czujnika jest połączone z osią przepustnicy. Napięcie mierzone jest na ramionach ślizgaczy. Stosunek napięcia pomiarowego do napięcia zasilającego U V = 5V daje informację o kącie obrotu przepustnicy. Określenie prędkości obrotowej silnika jest możliwe dzięki czujnikom prędkości obrotowej wału korbowego (Crankshaft Rotational Speed Sensor). Dzielą się one na pasywne (indukcyjne), których wielkości pomiarowe są na tyle duże, że nie wymagają wzmocnienia w miejscu pomiaru oraz aktywne (hallotronowe) o małych sygnałach pomiarowych. Czujniki indukcyjne montuje się w korpusie silnika. Posiadają one magnes trwały, połączony na dole z rdzeniem wykonanym z miękkiego materiału ferromagnetycznego. Wokół rdzenia nawinięte są zwoje cewki. Czujnik oddzielony jest szczeliną powietrzną od koła impulsowego wyposażonego w zęby, wręby i znak odniesienia (brak zęba). W czujnikach jest wykorzystywane prawo indukcji elektromagnetycznej. Na skutek zmian pola magnetycznego w czasie względnego przemieszczenia przewodnika (wirnik ferromagnetyczny) występuje przepływ prądu w obwodzie elektrycznym. Linie pola magnetycznego powstają nad oraz pod trzpieniem wnikając w wirnik. Wskutek obrotu, kiedy ząb znajduje się naprzeciw czujnika, następuje wzmocnienie strumienia magnetycznego, zaś w przypadku wrębu osłabienie strumienia magnetycznego. Zmienne pole magnetyczne, działając na cewkę, powoduje powstanie napięcia sinusoidalnopodobnego. Napięcie to charakteryzuje się zależnością wielkości amplitudy od prędkości obrotowej (dla małych prędkości obrotowych są to wartości rzędu kilku miliwoltów, dla wysokich obrotów amplituda osiąga ponad 100 V). Dlatego też nie można dokonać tymi czujnikami pomiarów 30

3 zerowej liczby obrotów lub małych prędkości obrotowych (minimalna prędkość obrotowa to 30 obr/min). Z tego względu nazywamy je czujnikami dynamicznymi. Zasada działania hallotronowych czujników prędkości obrotowej wału korbowego jest analogiczna do czujników położenia wału korbowego i rozrządu. Czujniki położenia wału korbowego (Crankshaft Position Sensor) są wykonywane w dwóch wariantach, jako indukcyjne i hallotronowe. Czujniki hallotronowe położenia wału korbowego zaliczają się do czujników magnetostatycznych, wyznaczają bowiem prędkości quasistatyczne. W przeciwieństwie do czujników indukcyjnych, wraz ze wzrostem prędkości obrotowej nie wzrasta wartość amplitudy napięcia pomiarowego, amplituda zależy tylko od natężenia pola magnetycznego. Czujniki hallotronowe, ze względu na to, że zawierają elektroniczne komponenty mogą być stosowane tylko w określonym zakresie temperatur. Dzięki ustaleniu położenia wału korbowego możemy określić położenie tłoka w GMP. Do ustalenia położenia wału rozrządu stosuje się zarówno czujniki indukcyjne jak i hallotronowe. Czujniki hallotronowe działają na zasadzie współpracy z kołem impulsowym z jednym znakiem odniesienia. Czujniki te zamocowane są w korpusie silnika. Czujnik zbudowany jest z magnesu trwałego i przetwornika Halla, który umieszczony jest tak, aby znajdować się między magnesem trwałym a wirującym kołem impulsowym. Kiedy czujnik znajdzie się naprzeciwko zęba następuje wzrost strumienia magnetycznego, wskutek czego powstaje napięcie Halla. Scalony układ rozpoznaje ten sygnał i przetwarza go na prostokątny. a) b) Rys. 2. Czujnik położenia wału rozrządu [3]: a) budowa, 1 przyłącze elektryczne, 2 obudowa, 3 korpus silnika, 4 pierścień uszczelniający, 5 magnes trwały, 6 układ Halla, 7 koło impulsowe, b) charakterystyka, L wrąb, Z ząb Pomiar temperatury silnika sprowadza się do pomiaru temperatury cieczy chłodzącej. W tym celu stosuje się czujniki temperatury cieczy chłodzącej (Coolant Temperature Sensor) [6]. Czujniki te mają zakres pracy od 40 do 130ºC. Działają na zasadzie termistora, czyli rezystora zmieniającego swoją rezystancję w zależności od temperatury. Umieszczone są w ściance, tak by rezystancja pomiarowa poprzez obudowę stykała się z cieczą w układzie chłodzącym. Do rezystancji pomiarowej dołączone są przyłącza elektryczne. Istnieją dwa typy elementów pomiarowych: NTC Negative Temperature Coefficient o ujemnym współczynniku temperaturowym oraz PTC Positive Temperature Coefficient o dodatnim współczynniku temperaturowym. 31

4 W czujnikach temperatury silnika stosuje się głównie rezystory NTC zwykle półprzewodnikowe z tlenków metali ciężkich i oksydowanych kryształów mieszanych. Mają one silnie opadającą charakterystykę rezystancji: od kilkuset omów do kilkuset kiloomów w funkcji temperatury (w zakresie od 40 do 850ºC). Czujniki temperatury zasilane są napięciem 5V. Napięcie pomiarowe jest zamienianie przez przetwornik A/D na sygnał cyfrowy i przekazywane do sterownika, gdzie dla wartości napięcia zmierzonego jest odczytana temperatura z charakterystyki U = f(t), zapisanej w pamięci sterownika. Czujnik temperatury powietrza (Inlet Air Temperature) umiejscowiony jest w przewodzie dolotowym. Działa na zasadzie termistora o ujemnym współczynniku temperaturowym. Dokonuje on pomiaru temperatury powietrza zasilającego, dzięki czemu możliwe jest obliczanie masy powietrza dostarczanego do cylindrów na podstawie pomiaru gęstości powietrza w kanale dolotowym [2]. Dla stałego wydatku powietrza przy zmianie temperatury następuje zmiana masy dostarczanego powietrza, co implikuje konieczność zmiany dawki wtryskiwanego paliwa. Ponadto temperatura powietrza zasilającego wpływa na regulację takich wartości jak ciśnienie doładowania czy recyrkulacja spalin. Czujnik temperatury powietrza BOSCH ma zakres pomiarowy od 40 do 120 C. Do pomiaru temperatury spalin stosuje się czujniki temperatury spalin (Exhaust Gas Temperature Sensor). Montowane są one w miejscu występowania najwyższej temperatury w układzie wylotowym. Mają zakres pomiarowy od 40 do 1000ºC. Na podstawie sygnału z czujnika jest wykonywana regulacja dotycząca spalin. Do określenia ilości powietrza pobieranego przez silnik stosuje się mierniki masy powietrza zasilającego przepływomierze (Air Flow Meters). Dane z tych czujników pozwalają na ustalenie dawki wtryskiwanego paliwa. Mierniki masy dzielą się na: przepływomierze klapkowe (mierzące ciśnienie spiętrzenia) i termoanemometry elektryczne. Przepływomierz klapkowy (Vane Air Flow) umieszczony jest w kanale dolotowym między filtrem powietrza i przepustnicą. Działa on na zasadzie pomiaru ciśnienia spiętrzenia. Zbudowany jest z klapy spiętrzającej w głównym kanale połączonej z klapą kompensacyjną (stanowiącą tłumik pneumatyczny). Do osi obrotu obydwu klap zamocowana jest sprężyna powrotna, która napinana jest przez wieniec zębaty oraz suwak potencjometru. Przepływające powietrze odchyla klapę spiętrzającą. Zamocowany do osi klapy suwak potencjometru porusza się po ścieżce oporowej, powodując regulację napięcia, zależnego od wartości kątowej. W celu dokładniejszego pomiaru wprowadzana jest korekcja temperaturowa (pomiar czujnikiem temperatury powietrza zasilającego) oraz ciśnieniowa (pomiar ciśnienia bezwzględnego w kolektorze dolotowym). Wśród termoanemometrów elektrycznych (Manifold Air Flow) można wyróżnić drutowe i warstwowe [3]. Dokonują one pomiaru wydatku masowego powietrza. Czujniki drutowe znajdują się w rurze pomiarowej z dwóch stron zamkniętej siatką. W środku znajdują się (kolejno zgodnie z kierunkiem przepływu): rezystor kompensacji temperaturowej R K, następnie rozciągnięty jest trapezowo drut platynowy o rezystancji R H. W skład czujnika wchodzą także układ regulacyjny (składający się z rezystorów wyrównawczych i wzmacniacza) oraz rezystor pomiarowy R M. Na rezystorze kompensacyjnym jest mierzona temperatura przepływającego powietrza (uwzględnienie gęstości), następnie to samo powietrze przepływając dalej ochładza rezystor R H. Prąd I H przepływający przez rezystor R H jest tak regulowany, aby różnica temperatur między ogrzewanym rezystorem i powietrzem była stała. Pomiar prądu przepływającego przez ogrzewany rezystor R H jest miarą wydatku masowego. Prąd I H jest wyznaczany poprzez pomiar napięcia na rezystorze pomiarowym R M. Przepływomierz z termoanemometrem warstwowym to czujnik, w którym komponenty pomiarowe umieszczone są na podłożu z płytki ceramicznej [3] lub szklanej [7]. Montuje się go między filtrem i przepustnicą. 32

5 a) b) Rys. 3. Przepływomierze elektryczne [3]: a) schemat elektryczny przepływomierza z termoanemometrem drutowym, b) budowa przepływomierza do rozpoznawania przepływów wstecznych, 1 przyłącza elektryczne, 2 rura pomiarowa lub obudowa filtra powietrza, 3 układ elektroniczny odpowiedzialny za przekazywanie sygnałów, 4 przetwornik pomiarowy, 5 obudowa, 6 kanał pomiarowy, 7 wylot pomiarowego strumienia powietrza Q M, 8 wlot pomiarowego strumienia Q M powietrza Termoanemometry warstwowe mają także inne bardziej zaawansowane konstrukcje, służące także do określania kierunku przepływu. Elementem pomiarowym jest płytka, na środku której znajduje się element grzewczy: mikromechaniczna przepona utrzymywana w stałej temperaturze. Po obu jej stronach umieszczone są rezystory pomiarowe. Kiedy w układzie nie występuje przepływ, temperatury obydwu oporników są sobie równe. Wydatek powietrza oblicza się na podstawie napięć na poszczególnych rezystorach pomiarowych i przekształcenie na sygnały (od 0 do 5V), które są przekazywane do sterownika. W sterowniku zapisana jest charakterystyka U = f(q ML ), gdzie Q ML to wydatek masowy powietrza, w której określony jest również obszar dla przepływu wstecznego. Czujniki ciśnienia w kolektorze dolotowym (Manifold Air Pressure) występują w wariantach konstrukcyjnych jako mikromechaniczne i grubowarstwowe. Mikromechaniczne czujniki mierzą ciśnienie bezwzględne (czyli ciśnienie określone względem próżni) w układzie dolotowym silnika doładowanego lub niedoładowanego. Na podstawie pomiaru ciśnienia absolutnego jest obliczana masa czynnika. Czujniki wg BOSCH dzielą się na [3]: z komorą próżni bazowej i z próżnią w komorze bazowej. Czujniki z komorą próżni bazowej (rys. 4a) są czujnikami ciśnienia bezwzględnego, gdyż pomiar następuje względem próżni. Osłonięte są one od góry pokrywką. Pod nią znajduje się uszczelniona komora, w której panuje próżnia. W komorze tej umieszczony jest element pomiarowy. Chip elementu pomiarowego wraz z elektroniką jest umieszczony na cokole. Na chipie krzemowym wytrawiona jest przepona, na której umieszczone są 4 tensometry. Od chipa wyprowadzone są przyłącza elektryczne. W cokole jest wykonany otwór, przez który doprowadzane jest ciśnienie mierzone. Tensometry są połączone w układ Wheatstone a, tak aby na jednej gałęzi mostka znajdował się zarówno tensometr, który podlega rozciąganiu i tensometr podlegający ściskaniu. Pod wpływem działającego ciśnienia odkształcenia przepony mogą wynosić od 10 do 1000 μm, wskutek czego tensometry także ulegają odkształceniom, co wpływa na zmianę ich rezystancji. Napięcie pomiarowe mierzone jest pomiędzy dwiema gałęziami mostka Wheatstone a. Sygnał napięciowy zostaje wzmocniony we wzmacniaczu, poddany kompensacji temperaturowej oraz jego charakterystyka zostaje zlinearyzowana. W pamięci sterownika znajduje się charakterystyka zależności napięcia wyjściowego od ciśnienia. Napięcie podawane do sterownika (przyjmujące wartości z zakresu od 0 do 5 V) zostaje przeliczone na ciśnienie. 33

6 a) b) Rys 4. Czujniki ciśnienia [3]: a) czujnik ciśnienia z komora próżni bazowej - budowa elementu pomiarowego, 1 przyłącze elektryczne, 2 komora próżni bazowej, 3 przyłącze elektryczne, 4 chip elementu pomiarowego, 5 szklany cokół, 6 pokrywka, 7 doprowadzenie ciśnienia, b) przetwornik ciśnienia z próżnią w komorze bazowej: 1 żel ochronny, 2 osłona komory żelowej, 3 cokół szklany, 4 podłoże z kompozytu, 5 komora próżniowa, 6 chip przetwornika, 7 połączenie mikromontażowe Czujniki z próżnią w komorze bazowej (rys. 4b) składają się z komory żelowej, obudowanej z boku osłoną. W żelu na cokole szklanym umieszczony jest chip. W chipie jest wytrawiona przepona, a na przeponie umieszczone są 4 tensometry. Między chipem a cokołem znajduje się komora próżniowa. Czujnik umieszczony jest na podłożu ceramicznym. Ciśnienie, w przeciwieństwie do czujników z komorą w próżni bazowej, działa od góry. Ciśnienie przeniesione przez żel działa bezpośrednio na tensometry, a nie przez przeponę. Sygnał pomiarowy z układu mostkowego tensometrów to napięcie U M. Zostaje ono poddane obróbce: wzmocnieniu, kompensacji temperaturowej oraz linearyzacji, aby jako sygnał napięciowy zostać wysłane do sterownika, gdzie jest porównane i przeliczone na wartość ciśnienia mierzonego. Grubowarstwowe czujniki ciśnienia w kolektorze dolotowym (Manifold Air Pressure) lub ciśnienia doładowania (Turbocharging Pressure Sensor), mające zakres od 20 do 400 kpa, są instalowane dodatkowo osobno lub w sterowniku silnika. W obudowie znajduje się wkład uszczelniający, a w nim element pomiarowy, do którego doprowadza się mierzone ciśnienie. Element pomiarowy zbudowany jest z membrany grubowarstwowej. Pomiędzy membraną a podłożem ceramicznym znajduje się komora ciśnienia odniesienia. Na membranie nad pęcherzem odniesienia umieszczone są tensometry aktywne, zaś na obrzeżach membrany bierne tensometry odniesienia, które wykonują kompensację temperaturową. Tensometry połączone są w mostek, zasilany napięciem U 0. Napięcie pomiarowe jest mierzone pomiędzy gałęziami mostka. Układ analizy sygnału umieszczony jest na grubowarstwowym kompozycie naniesionym na podłożu ceramicznym. Układ kompensacji pobierając wartości prądu zasilającego wysyła sygnały modyfikujące napięcie pomiarowe. Zostaje ono wzmocnione we wzmacniaczu, a stamtąd jako napięcie wyjściowe jest wysyłane do sterownika silnika. Czujniki ciśnienia atmosferycznego (Barometric Pressure Sensors) to mikromechaniczne czujniki ciśnienia oraz grubowarstwowe czujniki ciśnienia. Ich zakres wynosi od 60 do 115 kpa. Montuje się je w sterowniku lub blisko silnika. Na ich podstawie, przy uwzględnieniu gęstości powietrza otoczenia, następuje korekcja regulacji sterowania silnika. Drgania powstające w silniku przy występowaniu spalania stukowego są wykrywane dzięki piezoelektrycznym czujnikom spalania stukowego (Knock Sensor). Czujniki takie są umieszczone w dłuższym boku kadłuba. Czujnik jest zbudowany z pierścienia piezoceramicznego, na który działa masa drgająca. Pod wpływem spalania stukowego w 34

7 wyniku działania ciśnienia w cylindrach powstają siły, które indukują drgania. Masa drgająca czujnika reaguje na pierścień piezoelektryczny. Powoduje to przemieszczenie ładunku elektrycznego wewnątrz elementu piezoelektrycznego, dzięki czemu między dwiema warstwami płytki powstaje napięcie i przekazywane jest przez płytki stykowe do sterownika. Sondy lambda (Lambda Sensors / Exhaust Oxygen Sensors) to czujniki zawartości tlenu w spalinach [1]. Stosuje się je w celu regulacji mieszanki paliwowo-powietrznej. Montuje się je w rurze wylotowej, badając w ten sposób spalanie we wszystkich cylindrach jednocześnie. Pozwala to na obniżenie zawartości składników toksycznych w spalinach. Firma NGK/NTK produkuje sondy lambda, różniące się elementami ceramicznymi: tytanowe, cyrkonowe i szerokopasmowe. Sonda cyrkonowa jest wyposażona w palcowy element wykonany z dwutlenku cyrkonu, zaczyna on przewodzić jony tlenu od 300ºC. Dlatego też sonda cyrkonowa jest sondą podgrzewaną, co pozwala na wcześniejsze rozpoczęcie pracy sondy. We wnętrzu elementu palcowego znajduje się powietrze referencyjne. W miarę zmiany stężenia tlenu w spalinach następuje przepływ jonów tlenu. Obie warstwy elementu są pokryte warstwą platynową, która stanowi elektrodę. Dzięki temu przepływ jonów powoduje zmianę napięcia. Tytanowa sonda lambda nie wymaga powietrza referencyjnego. Generuje ona sygnał napięcia, który odpowiada zmianom oporu. Jej zasada działania polega na tym, iż oporność tlenku tytanu zmienia się wraz ze zmianą składu spalin. Większa zawartość tlenu w spalinach powoduje zmniejszenie zdolności przewodzenia tlenku tytanu. Temperatura pracy sondy wynosi od 200 do 700ºC. Dla mieszanek bogatych opór jest mały, rzędu 100Ω 10kΩ, natomiast dla mieszanek ubogich opór jest wysoki rzędu 100kΩ MΩ. Szerokopasmowe sondy NGK/NTK to liniowe sondy z rozszerzonym oknem lambda. Sygnał jest analizowany w szerokim zakresie. Jest on proporcjonalny do zawartości tlenu w spalinach, rozpoznawane są w ten sposób wartości stechiometryczne i niestechiometryczne, co wpływa na optymalizację mieszanki paliwowo-powietrznej [9]. Firma BOSCH produkuje sondy wąskopasmowe, które dzielą się na palcowe (ogrzewane i nieogrzewane) oraz planarne a także sondy szerokopasmowe. W palcowych sondach wąskopasmowych na platynowej elektrodzie zewnętrznej następuje doprowadzenie spalin do stanu stechiometrycznego. Przestrzeń wewnętrzna sondy lambda jest połączona z powietrzem atmosferycznym, pełniącym funkcję gazu porównawczego. Napięcie między elektrodami jest wartością pomiarową. Na tej podstawie jest ustalana zawartość tlenu w spalinach. a) b) Rys. 5. Wąskopasmowa sonda lambda [1, 7]: a) schemat, 1 elektrolit, 2 elektrody, 3 zestyki, 4 obudowa, 5 rura wylotowa spalin, 6 warstwa ochronna, b) charakterystyka Elementem pomiarowym planarnej sondy lambda firmy BOSCH jest płytka warstwowa. Zbudowana jest ona następująco: od góry znajduje się ochronna warstwa 35

8 ceramiczna, pod nią umieszczone są warstwy elektrody zewnętrznej i wewnętrznej, oddzielone folią przetwornika. Elektroda wewnętrzna styka się z kanałem gazu odniesienia, którym może być w zależności od modelu sondy powietrze lub tlen. Oddzielony jest on warstwą izolacyjną od elementu grzejnego umieszczonego na folii. Rozwiązanie konwencjonalne (LSF4 BOSCH) polega na tym, iż pod wpływem rozkładu tlenu na jony wytwarza się prąd zarówno na elektrodzie zewnętrznej w otoczeniu spalin jak i w kanale powietrza. Powoduje to powstawanie napięcia, które jest wartością pomiarową i stanowi o zawartości tlenu w spalinach. Dla małych zawartości tlenu, czyli dla współczynnika λ < 1 napięcie wyjściowe wynosi od 800 do 1000 mv. Dla dużych zawartości tlenu, czyli dla λ > 1 napięcie osiąga 100 mv. 4. PODSUMOWANIE Obecne wymogi dotyczące emisyjności spalin implikują konieczność coraz większej dokładności pomiarów parametrów pracy silnika spalinowego. Zastosowanie czujników w systemach wtryskowo-zapłonowych pozwala na coraz dokładniejsze sterowanie pracą silnika spalinowego. Rozwój elektroniki i zastosowanie jej w systemach wtryskowo-zapłonowych do sterowania pracą silnika spalinowego o zapłonie iskrowym pozwala na zminimalizowanie emisji składników toksycznych zawartych w spalinach przy zachowaniu zoptymalizowanej mocy i momentu obrotowego. LITERATURA [1] Kasedorf J.: Układy wtryskowe i katalizatory, WKiŁ, Warszawa [2] Kneba Z., Makowski S.: Zasilanie i sterowanie silników. WKiŁ, Warszawa [3] Informator techniczny BOSCHA. Czujniki w pojazdach samochodowych. WKiŁ, Warszawa [4] Informator techniczny BOSCHA. Sterowanie silników o zapłonie iskrowym. Układy Motronic. WKiŁ, Warszawa [5] Informator techniczny BOSCHA. Sterowanie silników o zapłonie iskrowym. Zasada działania. WKiŁ, Warszawa [6] [7] [8] [9] CHARACTERISTICS OF SENSORS FOR IGNITION AND INJECTION SYSTEMS FOR NEW GENERATION COMBUSTION ENGINES A classification and description of sensors used in injection and ignition systems for a new generation spark ignition combustion engines are presented in this paper. 36