Ужесточение требований к уменьшению количества токсичных веществ, вы­брасываемых в атмосферу с выхлопными газами автомобиля, в частности воз­можное нормирование в ближайшее время содержания СО2, а также повышение требований к топливной экономичности делают необходимым применение двига­телей, более эффективно использующих топливо. Потенциально таким требова­ниям отвечают двигатели, работающие на обедненных смесях. Использование ра­бочих смесей с соотношением воздух/топливо 16:1...25:1, когда имеет место ак­тивное выгорание избыточного кислорода, может дать экономию топлива, по меньшей мере, на 10% и значительное уменьшение содержания N_OX и СО в вы­хлопных газах.

В двигателе, работающем на обедненной ТВ-смеси, требуется более точное ре­гулирование ее состава и более мощная искра зажигания. Уже имеются такие ав­томобильные двигатели, выпускаемые серийно (например, на японских автомоби­лях Honda VTEC-E и Toyota Carina-E). Эти двигатели используют рабочие сме­си с соотношениями воздух/топливо по­рядка 22:1, отвечают требованиям по экологии в Европе и США и обеспечи­вают экономию топлива до 25%. Необ­ходимым элементом системы автомати­ческого управления таким двигателем является аналоговый датчик кислорода с выходным сигналом, меняющимся не скачкообразно, а плавно в пропорции с содержанием кислорода в выхлопных га­зах (рис. А.17).

Аналоговый датчик кислорода для двигателей с обедненными рабочими смесями является модернизацией обыч­ного циркониевого датчика. Помимо обнаружения точки стехиометрического состава ТВ-смеси он способен выдавать рабочий сигнал, пропорциональный из­менению соотношения воздух/топливо в ТВ-смеси от очень обогащенного (10:1)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      кислорода до очень обедненного (35:1).

Конструкция одного из типов таких датчиков кислорода показана на рис. А.18. Датчик выполнен из циркониевой керамики с платиновыми электродами. Он со­стоит из двух ячеек для перемещения ионов кислорода: ячейки I р, куда закачива­ются ионы кислорода, и ячейки V_S. для обнаружения ионов кислорода. Через ячей­ку V_S проходит небольшой стабилизированный ток I_ср, переносящий ионы кисло­рода вправо и тем самым поддерживающий камеру О₂ заполненной кислородом. Содержание кислорода в этой камере является эталонным количеством для датчи­ка. Выхлопные газы поступают в измерительную камеру, и на электродах ячейки V_S образуется падение напряжения, пропорциональное концентрации кислорода в выхлопе. Электронная схема формирует ток I р через электроды ячейки, вызывая генерацию и перемещение ионов кислорода из атмосферного воздуха, поддерживая напряжение Vs на одном и том же уровне 0,45 В.

Рисунок А.17 – Сигнал аналогового датчика кислорода

Рисунок А.18 – Конструкция и электронная схема датчика кислорода для ДВС, работающего на обедненных ТВ-смесях

Таким образом, ток I _р стано­вится мерилом соотношения воздух/топливо для рабочей смеси и формирует вы­ходной аналоговый сигнал датчика в виде напряжения U_вых.