Датчики сажи для контроля сгорания или сажевых фильтров

Рис. Принцип работы датчика сажи

Способность углерода проводить электрический ток используется для транспортировки электрических зарядов. Датчик сажи находится в выпускной трубе и использует свойство частиц сажи — перенос заряда. Его можно было бы размещать аналогично лямбда-зонду в системе выпуска. При прохождении через сильное электрическое поле частицы направляются кулоновскими силами и за счет собственного заряда к положительной или отрицательной пластине конденсатора, и там электрически заряжаются. При напряжении 1500 В между пластинами не должно быть большого расстояния. Однако, несмотря на это, должна быть обеспечена защита от искрового пробоя. Поскольку частицы после контакта с пластинами конденсатора имеют тот же заряд, что и электроды, то они отталкиваются друг от друга. Процесс зарядки частиц и отток электрического заряда от измерительного конденсатора при постоянном высоком напряжении создает зарядный ток, измеряемое значение которого представляет собой количество частиц. Измерительный электрод конденсатора через высокоомный резистор подключается к массе. На резисторе происходит падение напряжения зарядного тока, который усиливается и анализируется. При низкой скорости ОГ может произойти больше процессов зарядки, сигнал при этом соответственно повышается. Поэтому для вычисления концентрации частиц сажи необходимо определить скорость ОГ. При измерении в полном потоке двигателя скорость вычисляется на основе массовых расходов воздуха и топлива, а также температуры ОГ. Для высокоточных измерений байпасное измерение будет преимуществом, так как частичный поток подается насосом с постоянной скоростью.

Результат измерения концентрации сажи зависит от величины высокого напряжения, площади и длины электродов и скорости ОГ. Необходимым условием является работа датчика только при температуре более 120 «С, чтобы в ОГ не конденсировались углеводороды. Это условие выполняется за счет нагрева держателей электродов до 300°С во избежание отложений сажи на изоляторах электродов. Нужно исходить из того, что с вводом Евро-5 — первые сажевые фильтры стали оснащаться датчиками количества сажи. Датчик можно использовать для контроля функциональности сажевого фильтра либо для запуска восстановления фильтра. В любом случае сигналы датчика сажи будут использоваться системой D-OBD.

Датчик сажи можно также использовать и в диагностических системах на СТО, что позволило расширить проведение и точность проверки токсичности ОГ. Вот список проблем перед запуском датчика сажи в серийное производство:

• оптимизация определения нелинейной зависимости между скоростью ОГ и плотностью частиц;
• уменьшение разброса измеренных значений;
• обеспечение подачи высокого напряжения;
• повышение эффективности в фазе прогрева при холодном запуске, так как до прогрева датчика до 200°С проходит около 5 минут;
• обеспечение высокого сопротивления изоляции перед подачей высокого напряжения;
• повышение вибростойкости датчика для уменьшения резонансов;
• автоматическое измерение сопротивления в датчике;
• повышение стойкости к агрессивным средам.

Прочие разрабатываемые технологии для датчиков сажи:

• измерение сопротивления сажи, откладывающейся на электродах;
• индуцированное лазером измерение с помощью специальных газов;
• фотоакустическое измерение;
• оптическое измерение.