前回に引き続き、空燃比センサーの動作を分析した記事です。その使用は、ディーゼル後処理システム (Proconve 7) および「希薄燃焼」で作動するオットー サイクル エンジンに不可欠です。理解を深めるために、前号で紹介した測定セルと注入セル (ネルンストセル) の操作に関連する概念を再確認することをお勧めします。
\\\文献では、空燃比センサーはブロードバンド酸素センサーまたはA/Fセンサーの名前でも識別されます.\\\
\\\ 適切に加熱されると、このセンサーは電圧発生器となり、係数 λ が 0.75 ～ 1.5 の混合物に対してほぼ線形の応答曲線を示し、λ=1 の場合は急激な変化を示しません。つまり、出力信号は次の値に比例します。 O
2 の濃度、直線的ではありません。さまざまな応答を説明するために、図 1 にレシオ センサーと酸素センサー (ラムダ プローブ) の特性曲線を示します。燃料はガソリンで、理想的な空燃比は 14.7:1 です。
- 従来の O2 センサー (ラムダ プローブ) は、空燃比 14.5 ～ 15.0 の狭い範囲で比例応答を示します。これ、純正ガソリン用。
- 広帯域センサーは、11:1 から 23:1 まで、つまり λ=0.7 から 1, 7 まで、より広い範囲の空燃比 (純ガソリン) で比例応答を示します。より速い応答で混合物の正確な制御を可能にします。これにより、加速中、システムは閉ループで動作し続けます。 Lambda プローブを使用するシステムでは、加速中は操作がオープン ループになることに注意してください。
比率センサーの関連する特性の中で、次の点が際立っています:
\\\- 希薄混合気で動作し、1、3 より大きいラムダ範囲で動作するエンジンの空燃比の制御に不可欠です。\\\
\\\- センサーがサポートする空燃比の範囲に応じて、UC は通常の操作時とリーン状態の両方で、混合気の正確な制御を維持できます。\\\
以下で分析されている広帯域センサーは、現在使用されているものです:
- 2セルジルコニウム空燃比センサーと断熱拡散チャンバー。
- 2 セル ジルコニウム空燃比センサーとオープン ディフュージョン チャンバー。
- 1 セル ジルコニウム空燃比センサー.
第1部では、ジルコニウム酸素センサーの主成分であるネルンストセルの挙動を解析しました。ご覧のとおり、このセルは酸素濃度の非線形センサーとして機能したり、酸素濃度に関係なくイオンの流れを発生させるために使用したりできます。空燃比センサーに使用される場合、ネルンストセルは「測定セル」または「センシング要素」と「O\\\2\\\ 注入セル」またはセンサー「制御要素」の機能を備えています。.提示されたネルンスト細胞の機能から、次のように結論付けることができます:
O2の濃度差が大気と排気ガスの間にあるのと同じように、セル電極間に電圧が発生し、印加された電圧が酸素イオンの輸送（注入）を引き起こしますそれらの間で、電流を生成します。この電流の方向は、印加電圧の極性によって異なります。
噴射セルと測定セルの組み合わせは、空燃比センサーまたは2セルブロードバンドO2センサーを構成します。
隔離された拡散チャンバー付き - LAF
外観的には、従来のλプローブと似ています。図2に内部構成を示します。
- センサ 1 または「測定セル」の外部電極が排気ガスにさらされています。
\\\- 測定セルの内部電極は「拡散室」に接触しており、これはセンサー 2 の外部電極にも接触しています。\\\
\\\- センサー 2 または「O\\\2\\\」の内部電極 (注入セル制御信号) が大気に接触しています。\\ \
\\\拡散チャンバーは大気から隔離されており、その酸素含有量は注入セルからの制御信号を通じて制御ユニットによって制御されます。\\\
\\\センサー 1 の信号電圧 (測定セル信号) を監視する UC は、信号電圧が O の濃度差を反映するという意味で、従来のジルコニウム λ プローブのように機能します\\ \2\排気ガスと拡散室の間。 UC はこの電圧を約 0.45 ボルトに維持し、拡散チャンバー内の O\\\2\\\ の濃度を制御し、O\\\2\\\ イオンを注入または回収します。拡散室のO\\\2\\\の量は、センサー信号2の電圧を制御することで達成されます。\\\
\\\要するに、CU は「測定セル」(センサー 1)の信号を約 0.45 ボルトに維持しようとし、「O\\注入セル」の制御端子に印加される電圧を制御します。\2
」（センサー2）。この値から、UC は排気中の O2 の濃度を決定し、これにより混合気の空燃比が決定されます。
\\\- 電圧セル信号値は約0.45ボルトに保たれています\\\
- 基準電圧値は約2.7ボルトです
\\\- 酸素注入セルの制御信号電圧は、濃い混合気の場合は 1.7 ボルト、薄い混合気の場合は 3.3 ボルトの間で変化します。\\\
オープンディフュージョンチャンバー付き - WEGO - WRAF
内部構成はLAFセンサーと同様です。違いは、WEGO センサーの場合:\\\
- 噴射セルは外部にあり、排気ガスと接触しています。
- 測定セル (Nernst) は内部にあり、環境と接触しています。
- 拡散チャンバーは排気ガスに開放されています.
\\\したがって、この構成 (図 3) では、排気ガスは小さな穴 (図 4) を通って拡散チャンバーに入ります。前の場合と同様に、注入セルは拡散チャンバーから引き抜くか、排気ガスから酸素を注入することができます。このプロセスは、電流 Ip の方向に依存します。正の場合、チャンバーから酸素が取り出されます。負の場合、酸素がチャンバーに注入されます。電流 Ip の方向は、常に負の酸素イオンの流れの逆であることに注意してください。
広帯域 O2 センサーは 650 付近で動作しますOC.この高温は、イオンの移動性と、排気ガスと接触する白金電極の表面で起こる触媒反応 (酸素分子を解離してイオンを生成する反応) に有利に働きます。
機能
\\\図 3 は、CU へのセンサー接続の回路図を示しています。電流 Ip の方向と強度の制御は、CU の内部回路によって行われます。この回路は、測定セルまたは検出セルによって生成された電圧 Vm を、センサーによって生成された電圧に対応する値 Vref=0.45V と常に比較します。ネルンストのセル、化学量論的混合用。つまり、排気ガスの空燃比に関係なく、拡散室内がストイキ条件を維持するように電流制御回路Ipが作動します。
現在の Ip の値は、混合された混合物が化学量論比からどれだけ離れているかによって異なります。混合気が濃厚または希薄であるほど、正または負の電流の強度が大きくなります。
設定操作は以下の通りです:
- 濃い混合気の燃焼による排気ガスにより、拡散室はわずかに濃い内容になります。その結果、測定セルによって測定される電圧が増加します。 UC では、電圧 Vm と Vref を比較し、電流 Ip の方向を負にして、O\\\2\\\ を注入する目的で、必要な酸素 (リッチ排気には酸素が含まれていません)白金電極の表面（排気側）の薄層で起こる電気化学反応によって生成され、一酸化炭素（CO）と水（H\\\2\\\O）が解離し、濃厚混合気の燃焼から。注入された酸素は、拡散チャンバー内に存在するHCおよびCOと反応し、拡散チャンバー内の化学量論的状態を回復します。
- 希薄燃焼による排気ガスにより、拡散室はわずかに希薄な内容を取得します。その結果、測定セルで測定される電圧が低下します。 UC では、電圧 Vm が Vref と比較され、拡散チャンバーから酸素を除去するために正の電流 Ip が意味を成します。
- 化学量論混合気の燃焼による排気ガス。この場合、電圧 Vm は 0.45 V であるため、チャンバをストイキ条件に保つために酸素を注入または除去する必要はありません。したがって、Ip=0.
上記のプロセスは連続していることに注意してください。つまり、チャンバー内では、排気ガスがチャンバー内で更新されるときに、酸素が注入または排出されます。
\\\センサの 6 端子コネクタには、製造公差を補正するために使用される校正抵抗 (Rcal) が組み込まれています。その値は 30 ～ 300 オームの範囲で、センサーごとに個別に調整されます。
ヒーターコントロール
ヒーターの制御もCUが担っています。動作温度は、センサーの機能と精度において重要な要素です。 30 Hz の周波数の PWM 信号 (可変デューティ サイクル) により、約 650OC に維持されます。
この制御メカニズムは、測定セルの内部抵抗が温度に反比例するという事実に基づいています。 CU 内部の回路はこの抵抗を常に監視しており、その値は PWM 信号のデューティ サイクルを変更するために使用されます。したがって、抵抗値の増加は、温度の低下を示します。その結果、信号のデューティ サイクルが増加し、その結果、ヒーターに印加される平均電圧が増加し、温度が公称動作値に戻ります。\\\
1 セル空燃比センサー - AFR
\\\ 構成はHEGOセンサーと似ていて4端子コネクタですが、全く違う働きをします。主な特徴は:
- 動作温度は約650OCです。従来のプローブは 350OC から 400OC の範囲で動作することに注意してください。
- 出力電流は、O2 排気ガスの濃度の関数として、ほぼ直線的に変化します。
AFRセンサーの構成を図5に示します。基本的には、電極間に電圧が印加されたときに酸素イオンの電流を制限するのに役立つ拡散層で覆われたジルコニウム電池です。この層は、イオン電流とセルの両側の酸素濃度の差との関係を線形化するのにも役立ちます.\\\
\\\図 6 は、CU への AFR センサー接続方式のブロック図を示しています。\\\
\\\センサ端子間に300mVの電圧（制御電圧と基準電圧Vrefの差）を加えたとき、電流Isはゼロ。
\\\コントロールユニット内部の検出回路は、抵抗器Rmと増幅器Aで構成され、電流Isの方向と強さを測定し、酸素濃度に比例する電圧Vmを生成します。 the Gass of Escape.
- 化学量論混合の場合: Is=0、電圧 Vm=3.3V.
- 混合気が濃い (HC と CO が過剰) と、電流 Is は負になり、Vm は 3.3V 未満になります。
- 希薄な混合物 (O2 を超える) では、電流 Is は正で、Vm は 3.3V を超えます。
