ДАТЧИК ТОКСИЧНОСТИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЬНОГО ДИЗЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК G01N27/02 

Датчик токсичности выхлопных газов автомобильного дизеля может быть использован в системах управления топливоподачей автомобильных дизелей в качестве элемента блока обратной связи. С помощью сигнала от датчика возможно оказывать управляющее воздействие на качество рабочей топливовоздушной смеси и момент ее впрыска в камеру сгорания (т.е. изменять коэффициент избытка воздуха и угол опережения впрыска). Также датчик может использоваться в системах автономного экологического мониторинга автомобильных дизелей для получения непрерывной информации о токсичности выхлопа.

Известен датчик, состоящий из изолированной опоры, в которой расположены два электрода [1].

Недостатком данного датчика является отсутствие четкой зависимости между сигналом датчика и токсичностью выхлопных газов, так как он регистрирует величину, коррелирующую с концентрацией твердых частиц всего диапазона дисперсности, тогда как вредность представляют частицы размером примерно 10 мкм и менее.

Задачей предлагаемого изобретения является возможность получения информации о вредном воздействии выхлопных газов автомобильного дизеля на человека и животных. Решение этой задачи реализуется путем повышения информативности измеряемой величины датчика содержания твердых частиц (сажи) применительно к токсичности выхлопа, то есть увеличением корреляции сигнала датчика содержания твердых частиц (сажи) с токсичностью выхлопа дизеля. Так, в выхлопе автомобильного дизеля частицы сажи имеют широкий диапазон дисперсности (0,3...100 мкм), однако для человека и животных наиболее вредными являются частицы диаметром менее 10 мкм.

Указанная задача достигается тем, что изобретение содержит два изолированных друг от друга электрода, которые представляют собой пластины в форме полых полуцилиндров, с нанесенным на вогнутую поверхность одного из них тонким слоем катализатора, и фильтр типа "циклон", выходной патрубок которого сообщается с соосно расположенными с ним электродами и выполнен в виде трубы с заглушенной верхней частью и просверленными в верхней части в горизонтальной плоскости под углом к боковой поверхности трубы отверстиями, располагающимися в области вогнутой поверхности электродов. Геометрические параметры составных частей "циклона" определяются соотношениями:
а:b≈1:2,
а:D:Нц≈1:6,5:15,
D:В:Н_к≈1,25:1:1,
где а - высота проходного сечения входного патрубка, мм;
b - ширина проходного сечения входного патрубка, мм;
D - диаметр цилиндрической части, мм;
Н_ц - длина цилиндрической части, мм;
В - меньший диаметр конической части, мм;
Н_к - длина конической части, мм.

Кроме того, электроды изготавливаются из пассивного (нереакционноспособного) металла или сплава и включены в измерительный резисторный мост.

На фиг. 1 изображен общий вид датчика токсичности выхлопных газов автомобильного дизеля. На фиг.2 выполнено горизонтальное сечение датчика токсичности выхлопных газов автомобильного дизеля по оси отверстий, просверленных в верхней части выходного патрубка "циклона".

Датчик содержит фильтр типа "циклон" 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками (фиг.1). Выходной патрубок 3 представляет собой трубу с заглушенной верхней частью и просверленными в верхней части в горизонтальной плоскости под углом к боковой поверхности трубы отверстиями (фиг.2). Кроме того, датчик содержит два изолированных друг от друга электрода, которые представляют собой пластины в форме полых полуцилиндров 4 и 5, установленные соосно выходному патрубку "циклона" 3. Пластины 4 и 5 изготавливаются из пассивного (нереакциоспособного) металла или сплава, при этом на вогнутую поверхность пластины 4 нанесен тонкий слой катализатора. Пластины 4 и 5 включены в резисторный мост, содержащий также резисторы R₁, R₂ и гальванометр.

Работа предложенного датчика заключается в следующем.

Из выпускного тракта двигателя выхлопные газы через входной патрубок 2 с большой скоростью тангенциально поступают в рабочую полость "циклона" 1. Поток выхлопа закручивается, при этом частицы сажи диаметром примерно 10 мкм и более, содержащиеся в потоке, под действием возникающей центробежной силы отбрасываются к стенкам и ссыпаются через отверстие в нижней части корпуса "циклона" 1. Очищенный от частиц примерно 10 мкм и более поток выхлопных газов, поступая через боковые отверстия в верхней части выходного патрубка 3, омывает поверхность пластин 4 и 5. Частицы сажи менее 10 мкм окисляются на пластине 4, повышая ее температуру и, следовательно, внутреннее сопротивление. Устранение побочных факторов, действующих на сигнал от пластины 4, достигается включением ее в резисторный мост, который содержит также пластину 5, находящуюся в тех же условиях и не реагирующую с частицами сажи, резисторы R₁, R₂ и гальванометр, регистрирующий разность внутреннего сопротивления пластин 4 и 5.

Источники информации
1. Hua Xiangyang, Zeng Mancheng //Нэйжаньизи гунчэн, Chin. Intern. Combust. Enging Eng. - 1990. - 11, 2. - С. 23-26.

Использование: в системах управления топливоподачей автомобильных дизелей в качестве элемента блока обратной связи для осуществления управляющего воздействия на качество рабочей топливовоздушной смеси и момент ее впрыска в камеру сгорания, также в системах автономного экологического мониторинга автомобильных дизелей. Сущность: датчик содержит фильтр, два изолированных друг от друга и включенных в измерительный резисторный мост электрода, изготовленных из пассивного (нереакционноспособного) металла или сплава, которые представляют собой пластины в форме полых полуцилиндров, с нанесенным на вогнутую поверхность одного из них тонким слоем катализатора, и фильтр типа "циклон" с определенными геометрическими соотношениями элементов, выходной патрубок которого сообщается с соосно расположенными с ним электродами и выполнен в виде трубы с заглушенной верхней частью и просверленными в верхней части в горизонтальной плоскости под углом к боковой поверхности трубы отверстиями, располагающимися в области вогнутой поверхности электродов. Технический результат изобретения - возможность получения информации о вредном воздействии выхлопных газов на человека и животных путем повышения информативности измеряемой величины датчика содержания твердых частиц (сажи) диаметром менее 10 мкм применительно к токсичности выхлопа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Датчик токсичности выхлопных газов автомобильного дизеля, содержащий два изолированных друг от друга электрода, отличающийся тем, что включает фильтр типа “циклон”, выходной патрубок которого сообщается с соосно расположенными с ним электродами, которые представляют собой пластины в форме полых полуцилиндров, с нанесенным на вогнутую поверхность одного из них тонким слоем катализатора, и выполнен в виде трубы с заглушенной верхней частью и просверленными в верхней части в горизонтальной плоскости под углом к боковой поверхности трубы отверстиями, располагающимися в области вогнутой поверхности электродов, при этом геометрические параметры составных частей “циклона” определяются соотношениями

а:b≈1:2,

а:D:Н_ц ≈1:6,5:15,

D:В:Н_к ≈1,25:1:1,

где а - высота проходного сечения входного патрубка, мм;

b - ширина проходного сечения входного патрубка, мм;

D - диаметр цилиндрической части, мм;

Н_ц - длина цилиндрической части, мм;

В - меньший диаметр конической части, мм;

Н_к - длина конической части, мм.