Главная Промышленная автоматика.

вается с уменьшением температуры от 800 до 350° С и быстро растет, когда температура ниже 350° С. По-видимому, имеются два температурных режима с различными механизмами управления временем установления. При температуре превышающей 350° С время установления зависит от скорости отработавшего газа, времени прохождения газов от горелки до датчика и от кинетики газовой реакции.

Когда температура меньше 350° С, скорость протекания газовой реакции на платиновом каталитическом электроде становится основным фактором, влияющим на время установления. График логарифма средних значений времени установления для переходов БГ - БД и БД - БГ в зависимости от обратных значений температуры при температуре меньшей 350° С и сопротивлении нагрузки 5 МОм является прямой линией, соответствующей энергии активации 94,47 кДж/моль (средняя квадратическая погрешность 0,06).

Из рис. 2 и 4 следует, что существует область переходной температуры 350-400° С, выше которой новый датчик является идеальным, быстро реагирующим на изменение состава отработавшего газа.

Ниже этой переходной области температуры выходное напря жение, соответствующее богатой смеси, быстро уменьшается с падением температуры, а время реагирования экспоненциально зависит от температуры. Кинетика газовой реакции на внешнем ка-

мс W000

%1000

S 100

5 МОм

°-Нагрузка 0,83МОм


%0 300 Ш 500 600 700 800 "С Температура

Рис. 4. Усредненная для шести новы к датчиков зависимость .времени установления от температуры на конце электрода

С 613 481 38V 308 2fS 200

10

10 I

обратные значения температуры,1000/Т(К]

Рис. 5. Усредненная для шести новых датчиков зависимость внутреннего сопротивления датчиков от обратного значения темпер.ч-туры; аппроксимированные кривые:

Ig «=4700/7--3.38; In « = 10,824/7-7,87; <2=89,87 кДж/моль



талитическом платиновом электроде с энергией активации 94 47 кДж/моль, по-видимому, является одним из основных факторов, влияющих на эту характеристику датчика.

График внутреннего сопротивления датчика Rt в зависимости от обратных величин температуры электрода приведен на рис. 5. Точками показана линейная зависимость IgRi от 1/Г в диапазоне температуры 200-800° С, что указывает на наличие в электроде преимущественно ионной проводимости при температуре ниже 200° С. Энергия активации 89,9 кДж/моль (средняя квадратиче- -екая погрешность 0,024), или 0,93 эВ, соответствует данным, приведенным в литературе [8, 16, 17].

Типичные характеристики выходного напряжения в зависимости от X для новых датчиков при температурах 350 и 500° С, .полученные во время динамометрических испытаний, приведены на рис. 6. Измерения были выполнены на V-образном восьмицилиндровом двигателе с рабочим объемом 5,75 л динамометром, имевшим гидравлический тормоз, при эквивалентной степени сжатия. Состав рабочей смеси двигателя регулировался системой впрыска топлива, настроенной таким образом, чтобы скорость развертки была 6 мин на цикл в диапазоне Х=0,85-ь1,15, соответствующем скорости развертки 0,1 К в минуту. Такая скорость развертки была выбрана для того, что"бы обеспечить .измерения в условиях, которые могут считаться установившимися. Ступенчатый вид кривой напряжения отчетливо виден на рис. 6. Кривая зависимости напряжения от К имеет при температуре 350° С типичную петлю гистерезиса, причем переход БГ-БД обычно происходит, когда Х>1, а переход БД-БГ, когда 1=1. С увеличением температуры наклон кривой напряжения становится круче и ступенька напряжения как для перехода БГ - БД, так и БД - БГ смещается в сторону, соответствующую богатой омеси. Ступенька перехода БГ-



800 [- богатая смесь

600 W0 200 О

Бедная смесь

0,54 1,00 1,07 0,ffi 1,00 1,07

Коэффициент избытка Воздуха, Л а)

Рис 6. Кривые зависимости выходного напряжения от % для новых датчиков при температурах на конце электрода 350 и 500° С, полученные при скорости развертки 0,1 Я/мин и введении дополнительно 25% воздуха:

а -350°С: б-5Ю°С



БД смещается влево быстрее, чем ступенька перехода БД-БГ, поэтому поперечный размер петли гистерезиса уменьшается с увеличением температуры.

Последовательное смещение кривых зависимости напряжения от К в направлении, соответстиующем богатой смеси, при увеличении температуры и изменении формы петли гистерезиса наблюдалось также Флемингом [10, И] во время изучения им аномальных отклонений в работе датчика на Zr02. Флеминг сделал заключение о том, что смещение кривых напряжения, зависящих от температуры, при изменении X обусловлено изменением адсорбции СО электродом, а не каталитической активностью электрода. Ги-стерезисная петля кривых напряжения обусловлена удержанием адсорбированных молекул СО, которые затрудняют адсорбцию кислорода на электроде, соприкасающемся с отработавшим газом, когда осуществляется переход от богатой к бедной смеси. Эти выводы объясняют наши наблюдения. Высокое значение константы адсорбции Молекул СО на поверхности перехода отработавший газ - электрод - электролит при низкой температуре обусловливает задержку изменения напряжения для перехода БГ-БД, в результате чего наблюдается широкая гистерезисная петля, когда температура равна 350° С. Более существенное уменьшение константы адсорбции СО по отношению к соответствующей константе для кислорода при увеличении температуры приводит к заметному смещению участка перехода кривой напряжения к области, соответствуюшей богатым смесям.

Динамометрические испытания датчиков. Другая группа из шести датчиков испытывалась на двигателе с динамометром, имевшем гидравлический тормоз, для изучения характеристик старения датчика. Датчики были установлены на выпускной трубе за выпускным трубопроводом V-образного восьмицилиндрового двигателя с рабочим объемом 5,75 л. Цикл испытания состоял из работы двигателя в течение 10 мин на режиме, соответствующем скорости автомобиля 96 км/ч, и в течение 5 мин на режиме холостого хода. Установлено, что температура на конце электрода циклически изменяется в диапазоне 330-640° С для датчика, расположенного наиболее близко к двигателю, и соответственно 305-565° С для наиболее удаленного датчика. Температура отработавшего газа была примерно на 50-70° С больше соответствующей температуры на конце электрода. На протяжении всего периода испытаний датчики поворачивали вокруг своей оси. Параллельно выводам каждого датчика была подключена шунтирующая нагрузка сопротивлением 1 МОм. Циклические динамометрические испытания продолжались в течение 1010 ч. За это время характеристики датчиков измеряли 4 раза. Результаты представлены на рис. 7-10. В табл. 3 приведены полученные по этим данным соответствующие средние величины и средние квадратические отклонения.

Средние значения выходного напряжения при работе на богатой и бедной смеси, полученные в зависимости от продолжитель-





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

0.0038