d. gould
d. p. gardiner
m. l**iolette
w. d. allan
（前面是人名我不翻譯了哈）
電子郵件：
加拿大，金斯敦k7k7b4，加拿大皇家軍事學院，機械工程學系，
收稿日期：2023年12月1日，修訂：2023年5月5日，出版日期：08年12月18日
本文介紹的實驗研究旨在發展乙個柴油引擎板上煙霧感測器。感測器元件類似傳統火花塞。電加熱的絕緣子是用來防止柴油碳煙汙染和感測元件內產生火花，排氣管和煙霧濃度變化，通過電壓水平的分析來檢測火花。
該系統在裝備有引擎的重型柴油廢氣再迴圈（egr）裡進行了測試，並進行了煙霧過濾器號（fsn）的參考測量。實驗表明其在低於0.5fsn的煙霧濃度的變化（通過改變廢氣再迴圈水平完成）裡具有良好的敏感度。
然而，在受到溫度改變其感測器會感應到訊號浮動，並在某些情況下不穩定。使用火花塞電極尖端直徑較小的插頭課可訊號的穩定性。電極測量和溫度控以及控制訊號漂移的控制很有必要。
2009美國機械工程師學會
內容簡介
背景實驗細節
a .測試引擎
b.測試條件
c參考測量
d.煙霧感測器
結果與討論
a.訊號反應在煙霧濃度的變化
b.訊號漂移和不穩定性
總結感謝
參考文獻
簡介這是乙個可用於控制和診斷有用的柴油煙霧感測器 [1] [2]。這些措施包括廢氣再迴圈閉環控制，瞬態燃油控制，以及車載診斷排氣後處理系統。實驗室儀器測量的實時煙霧能夠存在於[3][4]但是在廉價的感測器直接安裝於的柴油排氣管（如廢氣的汽油引擎氧感測器）時不可用。
將需要光纖接入系統的廢氣取樣的辦法一直被認為不適合於汽車應用[2]。
一些研究人員已經針對煙霧感應電效能的煙塵顆粒進行了研究[5] [6] [7] [8] [9] [10]。這些方法包括在排氣中插入電極感應器。其中乙個型別的感測器，電極用於檢測自然產生的煙塵顆粒電荷，並沒有施加電壓的電極感測器電路[5] [6] [7] [10]。
最近的發展是一種能在高電壓對電極之間應用型別的感測器[8] [9]。該導電碳粒子電極上的差距能產生電流
本文介紹的方法也使用乙個裝有電極的感測器。但是，在這種情況下，電極之間的電壓太高而產生火花。在隨後的崩潰時期，通過火花間隙兩端的電流火花，火花維持電壓進行監測。
基於火花電壓的煙塵微粒引起的變化在能檢測到煙霧濃度的變化。
這個概念是基於前面的出版物[11]。最初的設計目標是從2023年美國能源部未來的研討會上採取感測器的要求[2]，包括當引擎輸出煙霧濃度在低於2bosch時響應時間超過了1秒的缺陷。正如本文所述，在柴油引擎排放的煙霧使我們有必要改進煙霧濃度極低時的測量方式。
本文介紹了正在進行的工作結果，以提高煙霧濃度低時的測量靈敏度，了解和克服的問題，增加測量的一致性。
背景圖[1]顯示了乙個由maly提供的定義的火花隨著電壓變化而產生的波形變化 [12]。當點火系統通電後，電壓增加，直到火花塞電極之間的氣體電離，形成了火花。這導致了在電壓突然下降，稱為故障階段。
以下故障，火花是保持在相對較低的狀態下，與火花電壓的峰值相比，。由火花維持的電壓等級差用於確定當前煙霧濃度的測量。
圖1如圖1所示。乙個維持電壓的火花可能取決於兩個條件，這會導致電弧放電輝光或型別的不同水平。在電壓等級之間的階段和弧輝光相區別的一句主要是較低的陰極弧相電壓的下降。
這種低電壓的存在是因為秋天陰極電弧放電的實現源於微小的熔融熱點陰極表面上的電子發射[12]。
輝光放電冷陰極電子具有需要更高的電壓來維持火花的解放機制[12]。火花低電流（<50ma），主要是因為輝光放電電流密度需要創造和維持時電弧熱點不可用。然而，弧活動可以觀察到火花達到當前最高水平前短暫的幾毫秒。
結果顯示：以前的研究認為在陰極碳的存在可以增加弧階段的持續時間和較低的弧階段發生的最小電流閾值[11]。。
乙個感測器的最初版本的開發和測試[11]，這項工作的結果如圖2所示。這些測試結果表明感測器之間的訊號和煙霧過濾器號（fsn上）在1-3範圍內的相關合理性。但是，多次的測試結果並不一致，並且對於低煙霧濃度敏感性較差。
圖2 在進行引擎測試時使用了高壓共軌柴油引擎技術的注入電流，施通普夫等[13]。測定了fsn的值在0.5以下的，除了那些高egr率測試的所有條件 [13]。
此外，本研究表明：提高注射壓力可減少煙塵排放量低於0.1fsn的這種條件下，制動平均有效壓力（bmep）達到1.
2mpa。因此，乙個板上煙霧感測器將需要高靈敏度，以便為當前和未來的柴油引擎提供有用的診斷資訊。本文的其餘部分將重點介紹使用改進了的儀器的新成果和低於1fsn的煙霧濃度測量。
muntean[14]認為煙霧數量測量和良好乾燥顆粒質量濃度之間具有一定的相關性。總相關微粒質量依可溶性有機吸附在固體顆粒上的含量而定。muntean指出，「鑑於在重型引擎顆粒物裡的部分優勢，它可以提供乙個良好的替代引擎的總顆粒質量的指標。
」因此，筆者認為，fsn的測量參考說明在目前的研究將反映變化中的微粒排放量的測試引擎趨勢。
實驗細節
a. 測試引擎
測試引擎是斯太爾9.7公升6缸wd615.98模型作用於直噴式柴油重型水制動發動機的測功機上。
的發動機，並在其最初的應用冷車（10噸重的後勤軍用車輛）以15.5:1的壓縮比渦輪增壓。
對於本文所描述的測試中，渦輪增壓器被刪除（將其轉換為自然吸氣發動機），這樣乙個簡單的廢氣再迴圈系統（一閥門之間的管道控制進排氣管）可以用來改變排氣在很寬的煙霧濃度足夠的範圍有乙個固定的速度和負載。廢氣再迴圈系統是只用於增加排煙水平，並沒有實際的egr率測量。
b測試條件
該發動機在1000轉和150n m的扭矩（1.9巴bmep）的條件下測試。該試驗條件，選擇了簡單的egr系統，它有可能改變低於0.
15fsn到fsn條件下排氣的煙霧濃度。在廢氣再迴圈掃瞄時，發動機工作於一種固定的燃料，廢氣再迴圈水平的變化在機架上的設定對發動機的轉速和扭矩的影響不大。作者們認為，發動機安裝程式並不當前柴油技術的代表。。
c參考測量
煙霧測量，使用**l的415s煙度計獲得參考資料。該裝置在濾紙上採用圖[15] 的測量方法自動煙霧測量。如上[15]所示，濾紙方法使用的濾紙變黑的漫反射測量，以確定fsn值。
不同於舊的手動和自動化活塞幫浦的方法，它使用隔膜幫浦連續取樣。獲選中的體積可以改變有關的煙塵濃度，在溫度1° c和25 ° c下計算煙量值的更正為標準壓力。
這種煙度計的輸出fsn值從0到10。fsn的測量是相似從手動幫浦裝置博世煙值，除了裝置壓力和溫度不一致時的樣本量[15]。在本**的其餘部分，參考煙霧測量值將作為fsn的值。
d煙霧感測器
圖3為煙霧感測器系統的描繪圖。煙霧感測器的最新版本是採用原型電熱火花火花塞生產廠家提供的插頭。加熱元件也可作為溫度感測器，使絕緣體的溫度在不同的排氣溫度下恆定。
這樣的安排已經證明，以消除碳汙染問題的同時，只需要適度加熱功率水平（通常<25瓦）。關於加熱火花塞設計的進一步詳情，可在參考[16]
圖3火花塞是由乙個可程式設計電流發射點火系統點火，這使得當前的火花進行了調整。火花電壓衰減1000:1的探頭。
空調系統與每個電壓火花訊號比較，在選定的時間內確定是否電弧放電輝光模式會受到影響，確定煙霧感測器的訊號（0-5v）的相對應百分比時的電弧火花等。
[11]中描述了參考比較。對於低煙霧濃度的靈敏度進行了改進，重點在火花擊穿階段通過火花電壓較高的保真度的測量和對測量後。請注意，故障相位時序，如圖1所示。
結果與討論
a訊號反應在煙霧濃度的變化
圖4顯示了感測器的響應在廢氣再迴圈流量的改變引起的煙霧濃度變化的例子。對於每個廢氣再迴圈週期中，egr閥被開啟，從完全關閉位置，水平的目標一再迴圈，然後返回到完全關閉的位置。封閉導致egr閥位置fsn值在0.
22到0.97之間時同的開放位置之間fsn值在0.12到0.
15之間的煙霧濃度變化。
圖4可以看出，該感測器的訊號水平表現出重大變化向上或向下的每個步驟，包括在那些廢氣再迴圈產生的煙霧中的fsn值為0.1的最低水平上的差異。然而，感測器之間的訊號和實際fsn的值的關係是不一致的。
例如，在已結束的廢氣再迴圈系統的訊號電平值設定為1.5 -2v之間變化，廢氣再迴圈過濾器測量煙霧變化不大（fsn值從0.12至0.
15），並最低的煙霧感測器訊號值不符合最低fsn的測量。換句話說，煙霧感測器響應煙霧濃度的變化，但有乙個不一致的基準或零水平。我們已經用了「訊號漂移「來稱呼這個問題。
如圖5所示。煙霧感測器之間的訊號和實際產生的fsn相關值出現了大量的分散。
圖5圖6檢測的煙霧感測器對於訊號（感測器電壓）與egr閥濾煙數量共同變化時對fsn值訊號的回應。如圖6所示，如果相關的基線漂移,煙霧感測器可以控制，繪圖以這種方式刪除的資料很多，但不是分散的。顯然，基線漂移訊號並不純粹體現出相關缺陷。
因此，對於煙霧水平變更或漂移的有效增益或訊號範圍和感測器的響應在一定基礎下反應不一致的情況也存在。
圖6b．訊號漂移和不穩定性
漂移問題的起源可以通過檢查感測器的溫度靈敏度來解釋。圖7顯示了溫度感測器在工作時響應的變化，通過改變供電的火花塞的電熱水器引起。加熱元件的電阻（其中有乙個積極的電阻溫度係數）的測量提供了感測器的溫度的相關說明。
可以看出，提高溫度降低了感測器訊號，反之亦然。因此，感測器對溫度敏感的如同對煙霧一樣。因為越來越多的egr水平提高的煙霧中也提出了排氣溫度和排氣管的問題，因此感測器的溫度上公升是由egr的增加引起的。
圖7圖8顯示了連續兩個感測器訊號廢氣再迴圈週期行為。可以看出，訊號突然增加時，廢氣再迴圈閥開啟，fsn的值從0.12提高到0.
52。然而，訊號向下漂流期間的egr閥被開啟，感測器公升溫。當egr閥被關閉（和排氣溫度下降），感測器感測器訊號向上漂移中的冷卻隨之而來的是初始訊號下降。
圖8請注意，在開始和結束時感測器的訊號水平，儘管事實是的煙霧濃度fsn值分別為0.12和0.61 fsn，但這些幾乎完全相同。
這表明，溫度對煙霧的敏感性在某些情況下可能會完全抵消靈敏度。加熱器的溫度保持恆定（它決定了絕緣體溫度）並沒有消除對溫度的敏感性問題。很可能，控制該中心電極尖端溫度和溫度感測器內的電極是必需的。
遇到的另乙個問題可以說是「短期的不穩定」這種特別嚴重的例子，如圖9所示，可以看出，儘管fsn值會不斷出現，但訊號電平的突然變化可能出於乙個恆定的廢氣再迴圈系統中。
圖9電極的火花塞（圖10）檢測表明，火花的位置可能會在操作過程中改變，由於電弧1.85公釐直徑的中心電極外緣有拋光的外觀， （請注意絕緣體的熱清潔美觀。）據推測，可能會遇到的火花在煤煙顆粒堆積會產生變化，因為它橫跨大面積電極相對移動，而這就可能導致的訊號突然變化。
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