Ինչ է թթվածնի զգայթի դերը մեքենայի արտանետումներում

Ինչպես են թթվածնի զգայթները հսկում արտանետվող գազերը և աջակցում շարժիչի վերահսկումը

Ինչպես են թթվածնի զգայթները չափում թթվածնի մակարդակը արտանետման գազերում

Թթվածնի սենսորները աշխատում են՝ համեմատելով ավտոմեքենայի դուրս գալու գազերում թթվածնի քանակը շարժիչի դուրս գտնվող սովորական օդում եղած թթվածնի քանակի հետ: Այդ սենսորները սովորաբար պարունակում են կամ ցիրկոնիումի կամ տիտանիումի նյութեր, որոնք ստեղծում են էլեկտրական իմպուլսներ, երբ հայտնաբերում են թթվածնի մակարդակների տարբերություն իրենց երկու կողմերում: Երբ սենսորը ցուցադրում է ցածր լարում՝ շուրջ 0.1-ից մինչև 0.2 վոլտ, դա նշանակում է, որ այրման հետևանքով շատ թթվածին է մնացել՝ ասելով, որ շարժիչը չափազանց թույլ է աշխատում: Ընդհակառակը, եթե տեսնենք ավելի բարձր ցուցանիշներ՝ 0.8-ից մինչև 1 վոլտ, դա ցույց է տալիս, որ շատ քիչ թթվածին է մնացել, ինչը ցուցանշում է ավելի հարուստ վառելիքաօդային խառնուրդ: Շարժիչի կառավարման միավորը այդ ցուցանիշները ստանում է անմիջապես և կարող է վառելիքի մատուցումը անմիջապես ճշգրտել՝ պահելով այրման գործընթացը հնարավորին չափ արդյունավետ տարբեր վարույթի պայմաններում:

Ցիրկոնիումի և տիտանիումի սենսորային տեխնոլոգիաներ. Ինչպես է հայտնաբերվում թթվածնի պարունակությունը

• Ցիրկոնիումի սենսորներ ամենատարածվածն են, օգտագործում են կերամիկ ցիրկոնիումի երկօքսիդի տարր, որն առաջացնում է լարում այդ տարբերակների հակառակ օքսիգենի դեպքում
• Տիտանիումի սենսորներ աշխատում են դիմադրության փոփոխություններն ապահովելով և պահանջում են արտաքին լարման մատակարարում, ինչն ավելի քիչ տարածված է և հիմնականում հանդիպում է ընտրյալ եվրոպական ավտոմեքենաներում
  Եթե երկուսն էլ աջակցում են ճշգրիտ օդ-վառելիքի հարաբերակցության վերահսկմանը, ցիրկոնիումի սենսորներն ավելի արագ են արձագանքում և ավելի լավ են ինտեգրվում ժամանակակից արտանետման համակարգերի հետ

Օքսիգենի սենսորի և ECU-ի միջև իրական ժամանակի հետադարձ կապի օղակ

Շարժիչի կառավարման միավորը հաստատ կերպով կարգավորում է վառելիքի քանակը՝ կախված թթվածնի զգայիչներից ստացված տվյալներից, և այդ գործընթացը կրկնվում է ամեն վայրկյան 50-ից 100 անգամ: Այս գործընթացը ինժեներների կողմից անվանված է որպես փակ օղակաձև համակարգ, որտեղ ամեն ինչ իրական ժամանակում համատեղ է աշխատում: 14.7 մաս օդի և 1 մաս վառելիքի հարաբերակցության պահումը թույլ է տալիս շարժիչները ավելի մաքուր աշխատեն և ավելի քիչ վառելիք սպառեն: Որոշ հետազոտություններ ցույց են տվել, որ վարորդները կարող են վառելիքի հաշվին խնայել 10%-ից 15% միջակայքում, եթե այդ համակարգերը ճիշտ են աշխատում: Սակայն, եթե զգայիչները սկսում են խափանել, ապա ամեն ինչ արագ վատանում է: Երբ դրանք վնասվում են, ԷՍԲ-ն (շարժիչի կառավարման բլոկը) ստիպված է լինում վերադառնալ նախօրոք ծրագրավորված պարզ կարգավորումներին, որոնք հայտնի են որպես բաց օղակաձև ռեժիմ: Ինչի արդյունքում շարժիչները ավելի վատ են աշխատում, ավելի շատ աղտոտում են մթնոլորտը և ավելի շատ վառելիք են ծախսում մինչև վերանորոգումը:

Թույլ տվող և լայն տիրույթի թթվածնի զգայիչներ. կիրառումը ժամանակակից շարժիչներում

Լայն շեղակները դարձել են ստանդարտ 2008 թվականից հետո ավտոմեքենաներում ավելի խիստ արտանետման նորմերի շնորհիվ: Բարձր հնարավորություններ տրամադրելու հնարավորությունը (0,01–0,02λ) թույլ է տալիս ճշգրիտ օդ-վառելիքի վերահսկում, օպտիմալացնել կատալիզատորի աշխատանքը և աջակցել առաջադեմ շարժիչների տեխնոլոգիաներին, ինչպես օրինակ՝ անուղղակի վառելիքի ներարկումը:

Օդ-վառելիքի հարաբերակցության և այրման արդյունավետության օպտիմալացում թթվածնի զգայունության միջոցով

Թթվածնի զգայունության դերը օդ-վառելիքի խառնուրդը գագաթնակետային արդյունավետության համար ճշգրտելու գործում

Թթվածնի սենսորները շարժիչների համար քիմիական հակադարձ կապի սարքեր են, որոնք անընդհատ ստուգում են արտանետման մեջ թթվածնի մակարդակների վիճակը՝ ապահովելով, որ ECU-ն (շարժիչի կառավարման միավորը) կարողանա ճիշտ կերամատի քանակությունը կարգավորել: Երբ այդ սենսորները հայտնաբերում են, որ օդ-վառելիքի խառնուրդը չափազանց շատ վառելիք է պարունակում (հարուստ պայման) կամ չափազանց շատ թթվածին (վատ պայման), ապա ապահովում են անմիջական ճշգրտումներ դեպի այն իդեալական 14.7-ից 1 հարաբերակցությունը, որի դեպքում բենզինային շարժիչները ամենալավ ձևով են աշխատում: Այս ճշգրտության ապահովումը նշանակում է ավելի լավ այրում շարժիչի գլանների ներսում: Ի՞նչ արդյունք: Շարժիչի տուփից ավելի շատ հզորություն է արտադրվում՝ ընդհանրապես ավելի քիչ էներգիա կորցնելով: Ավտոմեքենաների արտադրողների և վարորդների համար այս տեսակի ճշգրտությունը արդյունավետ գործողության և ռեսուրսների փոխարեն կորցրած ռեսուրսների միջև տարբերություն է ստեղծում:

Շրջանառվող թթվածնի սենսորների տվյալների միջոցով ստոյքիոմետրիկ հավասարակշռության պահպանում

Ժամանակակից ավտոմեքենաներում թթվածնի սենսորը ամեն 100 միլիվարկ անգամ լիցքավորման ճնշման թարմացումներ է ուղարկում ECU-ին՝ թույլատրելով անմիջկա վառելիքի ճշգրտումներ: Այս փակ կառավարման ցիկլը կատալիզատորի արդյունավետության համար կարևոր է. օգտագործման օդ-վառելիք հարաբերակցությունից 0,5%-ի փոքր շեղումները կարող են կատալիզատորի արդյունավետությունը 20-30%-ով նվազեցնել՝ ըստ Tomorrow's Technician հետազոտության:

Սխալ օդ-վառելիք հարաբերակցությունների ազդեցությունը շարժիչի աշխատանքի և վառելիքի տնտեսման վրա

Երկարատև աշխատանքը սխալ հարաբերակցություններով կարող է վառելիքի տնտեսությունը 18%-ով նվազեցնել (SAE 2023) և չորս անգամ մեծացնել NOx արտանետումները՝ արագացնելով մաշվածքը և խախտելով արտանետումների համապատասխանությունը:

Ուսումնասիրություն. Վառելիքի Տնտեսական Բարելավում Խափանված Օքսիգենի Սենսորը Փոխարկելուց Հետո

2024 թվականի ավտոտնակի վերլուծությունը ցույց տվեց, որ ավարտված օքսիգենի սենսորների փոխարինումից հետո առաջացավ.

• 12–15% բարելավում մղոն/գալոնի մեջ առաջին 1000 մղոնի ընթացքում
• 41% նվազում հիդրոկարբուրի արտանետումներում
• 27% ավելի արագ կատալիզատորի տաքացման պահեր

Այս արդյունքները ցույց են տալիս, թե ինչպես է սենսորների նորոգումը անմիջականորեն բարելավում վառելիքի տնտեսական ցուցանիշները, նվազեցնում է արտանետումները և աջակցում է երկարաժամկետ համակարգի հուսալիությանը:

Վնասակար արտանետումների նվազեցում. Օքսիգենի սենսորի դերը CO, HC և NOx նվազեցնելու գործում

Ինչպես ճշգրիտ Օքսիգենի սենսորի տվյալները թույլատրում են CO, HC և NOx արտանետումների նվազեցում

Թթվածնի սենսորները կարևոր դեր են խաղում արտանետումների վերահսկման գործում, քանի որ ապահովում են թթվածնի մակարդակի մասին անընդհատ տեղեկությունը արտանետման գազերում: Երբ այդ սենսորները ճիշտ են աշխատում, օգնում են շարժիչի վերահսկիչ միավորին պահել այդ իդեալական 14.7-ից 1 օդ-վառելիքի հարաբերակցության մոտ: Սա նշանակում է, որ ավելի քիչ HC և CO է արտանետվում, քանի որ վառելիքը ավելի լրիվ է այրվում: Մեկ այլ առավելություն է համարվում այրման ջերմաստիճանի կայունությունը: Շարժիչները, որոնք այսպես են աշխատում, էականորեն ավելի քիչ NOx արտանետումներ են ապահովում, մոտ 63%-ով քիչ, քան շարժիչները, որտեղ ամեն ինչ ճիշտ չէ վերահսկվում՝ ըստ նախորդ տվյալների 2023 թվականից:

Կատալիզատորի արդյունավետության ապահովում ճիշտ թթվածնի վերահսկումով

Կատալիտիկ կոնվերտերները մեծապես կախված են ինչպես վերին, այնպես էլ ստորին ռելսերի թթվածնի սենսորներից՝ ավտոմեքենայի արտանետման աղտոտող նյութերը մաքրելու առավելագույն արդյունավետությունն ապահովելու համար: Ստորին սենսորը հիմնականում ստուգում է, թե արդյոք ամեն ինչ ճիշտ է աշխատում՝ թթվածնի մակարդակներն ուսումնասիրելով այն բանից հետո, երբ մշակման գործընթացը տեղի է ունենում կոնվերտերի ներսում: Այս սենսորները պետք է լավ վիճակում լինեն առավելագույն արդյունավետություն ապահովելու համար: Երբ բոլոր սենսորները ճիշտ են աշխատում, այս սարքերը կարող են վնասակար արտանետումները կրճատել մոտ 98%-ով: Սակայն հետևեք նրան, թե ինչ է տեղի ունենում, երբ այդ սենսորները սկսում են վատանալ՝ արդյունավետությունը կտրուկ նվազում է մինչև 72%: Սա մեծ ազդեցություն է թողնում մեր օդի մաքրության վրա, հատկապես այն համարի վրա, թե քանի ավտոմեքենա է այսօր ճանապարհներին:

ԱՄՆ Շրջակա միջավայրի պաշտպանության գործակալության տվյալները թթվածնի սենսորների ճիշտ աշխատելու դեպքում արտանետումների կրճատման վերաբերյալ

EPA-ի փորձարկումները ցույց են տվել, որ ամբողջությամբ գործող թթվածնի սենսորներով ավտոմեքենաները արտանետում են 43%-ով պակաս NOx և 37%-ով պակաս հիդրոկարբուրներ, քան այն մեքենաները, որոնց սարքերը խափանված են: Սա թույլ է տալիս տարեկան ավտոմեքենայի հաշվով կանխել մոտ 1,2 տոննա օզոն ստեղծող աղտոտող նյութերի արտանետումը՝ դարձնելով թթվածնի սենսորների աշխատանքը քաղաքային օդի որակի բարելավման հիմնարար գործոն:

Սենսորների վերավճարատրման վերաբերյալ քննարկում. Արդյոք ժամանակակից թթվածնի սենսորները շատ զգայուն են իրական աշխարհում օգտագործելու համար:

Լայն շեղակների սենսորների վառելիքի ճշգրտությունը մոտ 0.1% է, որը շատ ավելի լավ է, քան հին նեղ շեղակների 3% սահմանը, որը մենք օգտագործում էինք անցյալում: Որոշ մեխանիկներ բողոքում են, որ այդ սենսորները երբեմն չափազանց զգայուն են, հատկապես երբ ավտոմեքենաները արագ փոփոխություններ են ապրում բեռի կամ արագության տեսանկյունից: Նրանք տեսնում են սխալ կոդերի առաջացումը այն ժամանակից առաջ, քան սպասում են: Սակայն կառավարական մարմինները շարունակում են այս մակարդակի ճշգրտությունը պահանջել, քանի որ նրանք պետք է ավտոմեքենաները համապատասխանեն խիստ Euro 7 և EPA Tier 4 պահանջներին: Այս նորմերը բացարձակապես պահանջում են, որ ավտոմեքենաները մնան արտանետումների 10% շեղումից ցած նույնիսկ այն բանից հետո, երբ ճանապարհներում անցել են 150 հազար մղոն: Եթե մտածենք երկարաժամկետ շրջակա միջավայրի վրա ազդեցության և կարճաժամկետ հարմարավետության մասին, այն իմաստալից է:

Արտանետման համակարգի առողջությունը հսկելու համար օգտագործվում են վերին և ստորին մասերի թթվածնի սենսորները

Ինչպես վերին (կատալիզատորից առաջ) և ստորին (կատալիզատորից հետո) թթվածնի սենսորները աշխատում են միասին

Այսօրվա ավտոմեքենաները հագեցած են երկու թթվածնի սենսորներով, որոնք օգնում են վերահսկել արտանետումները: Առաջին սենսորը տեղադրված է կատալիտիկ կոնվերտերից անմիջապես առաջ և չափում է շարժիչից անմիջապես դուրս եկող աղտոտված արտանետման գազերում թթվածնի մակարդակը: Այդ տեղեկությունը փոխանցվում է ավտոմեքենայի համակարգչին, որն ապա ակնթարթորեն ճշտում է վառելիքի խառնուրդը: Կատալիտիկ կոնվերտերից հետո տեղադրված է մեկ այլ սենսոր, որը ստուգում է արտանետման մնացորդային գազերը: Երբ ամեն ինչ ճիշտ է աշխատում, այդ երկրորդ սենսորը ցույց է տալիս մաքուր ցուցանիշներ, քանի որ կոնվերտերը կատարել է իր առաքելությունը՝ մաքրելով վնասակար գազերը: Եթե առաջին սենսորի ցուցմունքները տատանվում են, իսկ երկրորդ սենսորի ցուցմունքները մնում են կայուն, ապա ավտոմեքենայի համակարգիչը հասկանում է, որ արտանետման համակարգի աշխատանքում տեղի է ունեցել խափանում:

Կատալիտիկ կոնվերտերի արդյունավետության ախտորոշումը թթվածնի սենսորի ցուցմունքների համեմատման միջոցով

Կատալիտիկ կոնվերտերը աշխատում է այն անկանոն թթվածնի տատանումները հարթելով, ուստի ստորջրյա հատվածում սովորաբար տեսնում ենք ավելի կայուն իմպուլս՝ սովորաբար 0.5 վոլտից ցածր, ոչ թե վերին հատվածում 0.1-ից մինչև 0.9 վոլտ փոփոխվող ալիքաձև նախշը: Մեխանիկները գիտեն, որ ինչ-որ բան սխալ է, երբ նկատում են, որ երկու սենսորներն էլ ցույց են տալիս նմանօրինակ տատանումներ, որը նշանակում է, որ կոնվերտերը ճիշտ չի աշխատում և կարդալու է կոդեր առաջացնել, ինչպես օրինակ՝ P0420-ն ամենաշատ տարածված ավտոմեքենաներում: Ուսումնասիրությունների տվյալներով, կատալիտիկ կոնվերտերների տասը խնդիրներից ութը առաջին հերթին հայտնաբերվում են այդ թթվածնի սենսորների ցուցմունքների միջոցով: Այդ վաղ հայտնաբերումը իրականում կանխում է տարեկան մոտ երեք տոննա ավելոցյալ ազոտի օքսիդների արտանետում միայն 10,000 ավտոմեքենայից:

Թթվածնի սենսորի տվյալները երկարաժամկետ արտանետման համակարգի աշխատանքի հիմնարար ցուցանիշ են

Երբ սենսորի լարումը մնում է միացքով 0.3 վոլտից ավելի ցածր, հետազոտությունները ցույց են տվել, որ կատալիզատորները մոտ 19% ավելի արագ են այլապես քայքայվում ըստ SAE International-ի հրատարակած հետազոտությունների 2022 թվականին: Կարևոր է հսկել այդ սենսորների արձագանքման արագությունը և արդյոք նրանց սիգնալները մնում են կայուն, քանի որ դա կարող է ամբողջովին փոխել սպասարկման պլանավորումը: Ակտիվ հսկողության դեպքում արտանետման համակարգերը մոտ 28% ավելի երկար են տևում, քան եթե սպասենք, մինչև ինչ-որ բան կանխարգելվի նույնիսկ կանխարգելման նպատակով: Կանոնակարգումները շատ է փոխվել 2008 թվականից ի վեր: Այսօրվա մեծամասամբ գազով աշխատող ավտոմեքենաները այլևս մեկի փոխարեն պետք է երկու թթվածնի սենսոր ունենան, որը կազմում է ճիշտ 98% -ը ճանապարհներին այսօր առկա մոդելներից: Սա օգնում է արտադրողներին համապատասխանել արտանետման ավելի խիստ չափանիշներին ժամանակի ընթացքում:

Թթվածնի սենսորի արդյունավետությունը և համապատասխանությունը ավտոմեքենաների արտանետման փորձարկման ժամանակ

Թթվածնի սենսորի գործառույթի և պետական արտանետման և ծուխի ստուգումների անցման կապը

Աշխատող թթվածնի սենսոր ունենալը մեծ տարբերություն է անում, երբ խոսքը արտանետումների ստուգումների մասին է: Սենսորը օգնում է շարժիչի վերահսկողական միավորին (ECU) պահել այրման գործընթացը ճիշտ կարգավորված, այնպես, որ հիդրոկարբոնները մնան 4 գրամից ցածր մեկ մղոնի վրա, իսկ ազոտի օքսիդները՝ 0.7 գրամից ցածք մեկ մղոնի վրա: Սրանք հիմնականում հմայիչ թվերն են համաձայն 2023 թվականի EPA Tier 3 կանոնակարգերի: Սակայն ամեն ինչ բարդանում է, երբ այդ սենսորները սկսում են մաշվել: Երբ դա տեղի է ունենում, ECU-ն ստիպված է լինում հիմնվել հիմնական վառելիքի կարգավորումների վրա, ինչը կարող է հանգեցնել ածխածին մոնօքսիդի մակարդակի բարձրացման 5%-ից ավելի բարձր, ինչը շատ ավելի բարձր է, քան սովորական շարժիչների համար բնորոշ 0.1%-ից մինչև 0.3% սահմանները:

Ինչպես թթվածնի սենսորի վատթարացումը բերում է ավելի բարձր NOx արտանետումների և ստուգման անհաջողության

Երբ սենսորները վատանում են, դա խաթարում է կատալիզատորների արդյունավետությունը: CARB-ի որոշ փորձարկումները ցույց են տվել, որ ազոտի օքսիդների արտանետումները կարող են ավելանալ մինչև երեք անգամ նորմայից: Խնդիրը ավելի է բարդանում, երբ սենսորները դանդաղ են արձագանքում: Սա բերում է կամ վառելիքի ավելցուկի (հարուստ խառնուրդ) կամ պակասի (թույլ խառնուրդ) դեպքերին: Հարուստ խառնուրդները նշանակում են ավելի շատ անհրուշ գազեր, իսկ թույլ խառնուրդները իրականում բերում են շարժիչի ջերմաստիճանի ավելցուկի նորմալից: Երկու դեպքում էլ առաջանում են այդ վնասակար NOx աղտոտողները, որոնցից բոլորս էլ փորձում ենք խուսափել: Շատ վարորդներ սկսում են զգալ խնդիրը այն բանից հետո, երբ ավտոմեքենան ձախողում է ստուգումը: Հաճախ դա անհանգիստ աշխատանք է, ինչպես նաև տհաճ հոտ, որը նման է փտած ձվի հոտին: Այս նշանները իրականում կարմիր զգուշացում են տրվում սեփականատիրոջը, որ արտանետումների համակարգում կա խնդիր:

OBD-II և թթվածնի սենսորների տվյալների աճող դերը ավտոմատացված արտանետման ծրագրերում

41 ԱՄՆ նահանգ այժմ ՕԲԴ-2 տվյալներն օգտագործում է արտանետումների ստուգման ընթացքում՝ ավանդական արտանետման չափումներից անցնելով իրացի ժամանակի համակարգային ախտորոշմանը: Այս զարգացումը թույլ է տալիս անընդհատ հսկում և խնդիրների վաղ հայտնաբերում:

Կալիֆոռնիայի Տեխնոլոգիապես Բարելավված Աղտոտման Ստուգման ծրագիրը (2025) ցուցադրում է այս միտումը, օգտագործելով զգայունական կոդեր և լիցքի ալիքաձևերի վերլուծությունը հիմնական քաղաքային շրջաններում արտանետման ստուգումների փոխարեն, որպեսզի բարելավվի ճշգրտությունը և երկարաժամկետ համապատասխանության հսկումը։

Հաճախակի տրվող հարցեր (FAQ)

Ինչ դեր են խաղում թթվածնի զգայունական սենսորները մեքենայի մեջ։

Թթվածնի սենսորները չափում են արտանետվող գազերում թթվածնի մակարդակները, որպեսզի ապահովեն օպտիմալ օդ-վառելիքային հարաբերակցությունը արդյունավետ այրման և արտանետումների նվազեցման համար։

Ինչպես են տարբերվում ցիրկոնիումային և տիտանային սենսորները։

Ցիրկոնիումային սենսորները արտադրում են լիցք թթվածնի տարբերակների հիման վրա, իսկ տիտանային սենսորները չափում են դիմադրության փոփոխությունները և պահանջում են արտաքին լիցքի մատակարարում։

Ինչ է տեղի ունենում, երբ թթվածնի սենսորը ձախողվում է։

Երբ թթվածնի սենսորները ձախողվում են, ECU-ն անցնում է բաց շղթայի ռեժիմին, ինչի արդյունքում շարժիչը անհարմար է աշխատում, ավելանում է աղտոտումը և նվազում է վառելիքի արդյունավետությունը։

Ինչու են լայնաշերտ թթվածնի սենսորները օգտագործվում ժամանակակից շարժիչներում։

Լայն շեղակների սենսորները ապահովում են ճշգրիտ օդ-վառելիքի հարաբերակցության վերահսկում, որը հարմար է խիստ արտանետման չափանիշների և բարձր կատարում ապահովող շարժիչների համար: