センサー用MCHヒーター

今日は、MCHヒーターのもう一つの一般的な用途であるセンサー（酸素センサーとも呼ばれる）を紹介します。

センサー(O2 SENSOR)

プローブとしても知られるセンサーは、排気ガス中の酸素含有量を測定するために使用され、エンジンの排気管に設置されます。 さまざまなエンジン動作モードにおけるセンサーの動作波形を分析することにより、センサー自体の機能だけでなく、エンジン管理システム全体の機能を評価することが可能です。 センサーの故障の兆候としては、燃料消費量の増加、車両パワーの低下、エンジンパワーの低下、アイドリングの乱れや不正などが挙げられます。

センサーとその仕組み

ガソリンエンジンが適切に作動するには、正確な空気と燃料の混合が必要です。 完全かつ効率的に燃焼する燃料の割合は化学量論と呼ばれ、正確に14.7:1です。 実際には，この空燃比はエンジンの運転モードや混合気の形成によって変化します。 その結果，エンジンは不経済になります。

空気過剰率 – L（ラムダ）は、実際の燃料と空気の混合比が理論空燃比（14.7:1）からどの程度離れているかを示します。 L < 1の場合、空気が不足して混合気が濃くなります。 L = 0.85～0.95の場合，エンジン出力は増加します。 L > 1の場合，空気が多すぎて混合気が薄くなります。 L = 1.05 – 1.3 の場合、エンジン出力は低下するが、経済性は向上します。 L > 1.3の場合、混合気が点火せず、エンジンは失火します。 ガソリンエンジンは、5～15％の空気不足（L = 0.85～0.95）のときに最大出力に達し、10～20％の空気過剰（L = 1.1～1.2）のときに燃料消費量が最小になります。

したがって、エンジンが作動しているとき、比率Lは、ラムダ規制の動作範囲である0.9～1.1の範囲で常に変化しています。 エンジンが運転温度まで暖機され、負荷がかかっていない状態（すなわちアイドリング）では、L = 1の等価性を維持することが、触媒コンバーターがその目的を十分に達成し、車両の排出ガスを最小限に抑えるために不可欠です。

センサーは、排気ガスが作動面を流れるようにエキゾースト・マニホールドに取り付けられています。 基本的に、酸素センサーは温度と周囲の酸素濃度に基づいて出力電圧を変化させる電流源です。 排気ガス中の酸素濃度に応じて、異なる出力信号が現れます。 この信号の形状は、センサーの素材の種類によって異なります。 このように、酸素センサーは排気ガス中の酸素濃度を車両コントローラーに報告します。 この信号は、「High 」状態と 「Low 」状態の間に無視できるほどのクロックエッジを持ちます。 車載コントローラーは、酸素センサーからの信号を受信し、メモリーに保存されている値と比較し、信号が現在のモードの最適値と異なる場合、燃料噴射期間を双方向に調整します。 このように、フィードバックと正しい運転モードを実装することで、最大限の燃費と最小限の有害排出ガスを達成することができます。

センサーの種類
センシティブ・エレメントに使用されている物質によって、次のようなものがある：
ジルコニウム（ジルコア）
チタン（酸化チタン）
ブロードバンド

設計により：
単線センサー
二重線センサー
三線センサー
四線センサー

単線センサーは、フィードバック（酸素調整）を備えた初期の噴射システムで使用されます。 このセンサーの端子は1つだけで、信号端子です。 センサーのグランドはハウジングで、排気管を通してエンジンのグランドに接続されています。

二重線 酸素センサーには独立したアースケーブルがあります。 これは、フィードバック（酸素調整）を備えた初期の噴射システムにも使用されていました。

シングルワイヤーセンサーとデュアルワイヤーセンサーの欠点は、動作温度範囲が300 ºCから始まることです。 この温度に達するまで、センサーは作動せず、信号も発生しません。 センサーは、最も高温の排気ガスの流れを加熱して包み込むために、エンジンシリンダーのできるだけ近くに取り付ける必要があります。 フィードバックにより、センサーの加熱プロセスがオンボード・コントローラーの調整プロセスを遅らせます。 さらに、排気管を信号アースとして使用するには、センサーのネジ山に特殊な導電性ペーストを塗布する必要があり、フィードバック回路の接触不良の可能性が高くなります。

三線センサーの内部には特殊な発熱体があり、エンジンが作動しているときは常時スイッチが入っているため、センサーが作動温度まで温まるまでの時間が短縮されます。 このため、センサーを触媒コンバーターに近いエキゾースト・マニホールドに取り付けることができます。 欠点は、導電性グリースが必要なことです。

四線センサーの端子のうち、2つはヒーター端子で、残りの2つは信号端子です。

センサーのセラミックヒーターの構造

センサーの MCH セラミックヒーター 写真

なぜMCHヒーターを使うのか？
-高速加熱
-温度安定性
-エネルギー効率
-均一加熱
-コンパクト設計

MCHヒーターの性能

次のグラフは、MCHヒーターの温度プロファイルとTCRを示しています。

MCHヒーターその他の用途
電子タバコ、3Dプリンター、はんだごて、スマートウォシュレット／瞬間湯沸かし器、新エネルギー自動車、やかん、縮毛矯正器、カールアイロン、ヘアドライヤー、その他の小型家電製品

結論
MCHヒーターは、高速加熱、正確な温度制御、およびエネルギー効率を提供することにより、酸素センサーに卓越した性能を提供します。 これらの高度な発熱体により、酸素センサーはより高い精度と効率で動作します。

MCHヒーターに関するご質問は、sales@innovacera.com までお気軽にお問い合わせください。