ДАТЧИК ТОКСИЧНОСТИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЬНОГО ДИЗЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК G01M15/00 

Датчик токсичности выхлопных газов автомобильного дизеля может быть использован в системах управления автомобильных дизелей в качестве элемента блока обратной связи. 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 получение 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 как 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:

a: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.

Кроме того, электроды изготавливаются из пассивного (нереакционноспособного) металла или сплава. Температура электродов измеряется с помощью термопар.

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 просверленных в верхней части отверстиям 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 4 и 5 в форме полых полуцилиндров (фиг.2), установленные соосно выходному патрубку “циклона” 3. Пластины изготавливаются из пассивного (нереакциоспособного) металла или сплава, при этом на вогнутую поверхность пластины 4 нанесен тонкий слой катализатора. К пластинам 4 и 5 присоединены термопары 6 и 7 соответственно.

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, измеряемую термопарой 6. Устранение побочных факторов (температура, давление и другие), действующих на пластину 4, достигается включением термопары 6 в цепь, которая содержит также термопару 7 пластины 5, находящейся в тех же условиях и не реагирующую с частицами сажи. По разности напряжений термопары 6 U₁ и термопары 7 U₂ определяется разность температур пластин 4 и 5.

Использование информации, получаемой от предложенного датчика, позволяет оказывать корректирующее воздействие на скоростной и нагрузочный режимы эксплуатации дизеля в зависимости от величины токсичности выхлопных газов.

Источник информации

1. Hua Xiangyang, Zeng Mancheng //Нэйжаньизи гунчэн=Chin. Intern. Combust. Enging Eng. - 1990. - 11, №2. - С. 23-26.

Датчик может быть использован 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. Датчик содержит фильтр, два изолированных друг от друга электрода, изготовленные 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, термопар, присоединенных к электродам 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. Изобретение позволяет оказывать корректирующее воздействие на скоростной и нагрузочный режимы эксплуатации дизеля в зависимости от величины токсичности выхлопных газов. 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.