Lambda-integrátor a korszerű diagnosztikában - Autótechnika

keverékképzés
Lambda-integrátor
a korszerű diagnosztikában
Előző számunkban egy ma már múzeuminak számító,
torlólapos légmennyiségmérővel szerelt autó lambda-integrátorának
működését tanulmányoztuk. Annál a motornál a
keverék összetételére irányuló beavatkozás mértéke egy
feszültségjel formájában megjeleníthető volt az oszcilloszkóp
képernyőjén. De miért kell egyáltalán a lambda-szonda
(mint visszacsatoló jel), ha egyszer a légmennyiségmérő
megméri a beszívott levegő térfogatát, ebből pedig
egyszerűen meghatározható a szükséges benzinmenynyiség?
Nos, a mérés mindig csak bizonyos pontossággal
végezhető el (a torlólapos légmennyiségmérő pedig
éppenséggel nem pontos, az idő során például lágyul a
benne lévő rugó, elhangolódik a potenciométer karakterisztikája,
tehát hamis értéket ad). Újabb változó tényező
a benzin nyomása, a befecskendezőszelep fúvókájának
valós keresztmetszete.
A megoldás: ezeken a járműveken még
volt CO csavar, amivel a szükséges korrekciót
be lehetett állítani. CSAKHOGY: a
CO-csavar csak egyetlen munkapontban
állítja be a keveréket (alapjáraton), az öszszes
többin kérdéses, mennyi a keverék
valós értéke. Ráadásul, a CO-csavart
kizárólag műhelyben lehet beállítani, mivel
a dokumentációban megadott alapjárati
CO-érték csak gázelemzővel mérhető.
(Minden dörzsöltebb ügyfél tudja természetesen,
hogy melyik csavart kell
elpiszkálni, hogy újra nagy legyen a CO,
lelkesen el is állítják, rögtön, amint megkapták
a zöldkártyát – csak éppen azt
nem tudják az alkalmi tuningolók, hogy az
5-6 százalékos alapjárati CO-tól a jármű
normál üzemben, vagy gyorsításkor nem
megy jobban, legfeljebb a környezet kap
szén-monoxid-mérgezést – a pszichikai
tényező persze fontosabb a tényeknél.)
Erre a hátrányra kínál megoldást az ún.
adaptív lambda-szabályzás. Ekkor a
szabályzást két működési területre osztják:
a gyors beavatkozást továbbra is a
lambda-integrátor végzi, azonban amenynyiben
a beavatkozás során az integrátor
beavatkozásának mértéke (vagyis a mért
értékhez képest végzett „elhangolás”)
meghalad egy, a vezérlőegységben tárolt
határértéket, a rendszer „eltekeri” a
képzeletbeli CO-csavart. A második beavatkozás
egy hosszabb távú folyamat, a
motorban bekövetkező lassú változásokat
hivatott ellensúlyozni.
Az adaptív korrekció azonban többet
nyújt az eredeti alapjárati CO-csavarnál.
Nézzünk egy egyszerű modellt a keverék
összetételére.
1. ábra
Ha a teljes működési tartományra alkalmazzuk
a Lambda=1 feltételt (amikor 1
kg benzinhez 14,7 kg levegő szükséges
– bár érdekes kérdés, hogy budapesti
2. rész
levegő, illetve bajorországi hegyi levegő
viszonylatában ez hogyan változik),
akkor minden pontban egyszerű arányossággal
kell számolnunk. Csakhogy
a levegőt a légtömegmérő méri,
a teljes élettartama során egyre romló
pontossággal, kimenő feszültsége tehát
bizonyos idő múlva már eltér az eredeti,
az alkatrész adatlapján megadott,
illetve a vezérlőegység memóriájában
(adatsorok, jelleggörbék formájában)
tárolt diagramtól.
2. ábra
A benzin nyomása és tömeghozama is
változik, tehát azonos szelepnyitási idő
több vagy kevesebb, valóban szállított
benzint jelent.
3. ábra
26 autótechnika 2005/1

(Magyarázatképpen, az egyenes azért nem
a nullából indul, mert egy szelep nyitási ideje
hozzávetőleg 1 ms ideig tart, ezalatt nincs
befecskendezés, a valóságos befecskendezés
ideje tehát ennyivel rövidebb, mint
a ti jel.) Az idő során ez is változhat, a benzinből
kiváló gyantás „ragacstól” a szeleptű
lassabban reagál.
Ha most megnézzük, hogy a légtömeghez
mekkora befecskendezett mennyiség tartozott,
s ez hogyan változott az „elhangolódás”
miatt, például a következő ábrát kaphatjuk
(nagyon egyszerűsítve).
4. ábra
A CO-potenciométeres megoldás ezt
úgy kezelte volna, hogy fel/le tologatja
az egyenest, míg az egyetlen munkapontban,
alapjáraton metszi az eredetit.
(A gyakorlatban ez a befecskendezési
időhöz való hozzáadást/elvételt jelent.) A
korszerű rendszerek adaptív korrekciója
ezt a nyitásidőhöz való hozzáadással
végzi (szoftveres úton). Ez az additív
korrekció. Az összes többi munkaponton
ettől még természetesen megmaradt az
eltérés, amit az integrátornak kell kompenzálnia.
5. ábra
autótechnika 2005/1
Az adaptív korrekció ezt egy második
paraméter módosításával könnyíti meg.
Hosszabb időn keresztül fennálló integrátoreltolódás
után egy szorzótényező alkalmazásával
megváltoztatja az egyenes dőlését.
Egyszerűbben ez annyit jelent, hogy a számított
befecskendezési időt megszorozza
egy egynél nagyobb (dúsítás), vagy egynél
kisebb (szegényítés) számmal (multiplikatív
korrekció). (Önmagában ez sem lenne
elegendő, mert ekkor az eredeti és a beállított
értékek két párhuzamos egyenesként
jelennének meg – a függőleges eltolást
végző additív korrekcióra tehát továbbra is
szükség van.)
6. ábra
A két paraméter együtt már „helyre teszi”
a szabályzást – persze attól még bőven
marad feladata az integrátornak, hiszen
a befecskendezés a valóságban nem
egy lineáris függvény, a pillanatnyi változásokat
pedig szintén korrigálni kell.
7. ábra
A korrekció tehát az összeadás jellegű
additív, és a szorzás jellegű multiplikatív
részből áll.
A vezérlőegységben tárolt két számérték
a motor elhasználódására, kopására, az
keverékképzés
alkatrészek állapotára jellemző (meg
természetesen a benzin minőségére
is), tehát az idő során kialakult értéküknek
(a lambda-integrátor értékével
ellentétben) meg kell maradniuk az autó
leállítása után is.
Ha töröljük ezt a két számot, bizonyos
időre van szükség, hogy újra visszaállítsa
őket a vezérlőegység – márpedig
az akkumulátor néhány perces
levétele éppen ezt idézi elő, az újabb
autókon a hibatároló nem nullázódik,
az adaptációs értékek tárolója viszont
igen. Ezért kell vigyázni arra, hogy
az akkucsere időtartamára egy stabil
(biztonsági okokból áramkorlátozott)
tápot kössünk az autóra, másként
nagyon morcos lesz a tulajdonos a
rángató motor miatt.
A digitális vezérlőegységben a három
paraméter egy-egy regiszterben van
tárolva, ezt a számot fogja majd módosítani.
Mivel erre a célra általában
1 bájtot használnak, az érték 0...255
között lehet (pontosítsunk: lehet, hogy
két bájton tárolódik, de a diagnosztikai
műszerek akkor is csak egyet látnak
ebből). Az előző részben a lambdaszonda
feszültségét közvetlenül mértük
– nézzük most a folyamatot a vezérlőegység
szemével. Ha például a Bosch
KTS 650-es műszerrel kiolvassuk a
tényleges értékek megjelenítésénél a
„korrekciós tényezőket”, akkor az adott
autóhoz tartozó konverziós szoftvernek
megfelelően különböző értékeket kaphatunk,
például:
integrátor középérték
0...255 128
-127...+128 0
0%...100% 50%
75%...125% 100%
0,75...1,25 1,0
additív korrekció középérték
-2,0...2,0 ms 0 ms
0...255 128
multiplikatív korrekció középérték
0...255 128
-127...+128 0
0%...100% 50%
75%...125% 100%
0,75...1,25 1,0
27

Ahhoz, hogy a diagnosztika számára használni
tudjuk az értékeket, mindig tudnunk kell,
hogy az adott vezérlés esetében melyek a
szélső értékek és mi a szabályzás közepe. (A
vezérlőegység természetesen csak 0 és 255
közötti számokat továbbít.)
Nézzük meg mindezt a KTS 650 képernyőjén:
8. ábra
Kiválasztjuk a vizsgált gépkocsit, kapcsolatot
teremtünk a vezérlőegységgel, majd
megjelenítjük a tényleges értékeket.
9. ábra
Válasszuk ki a lambda-feszültséget, az
integrátort, valamint a két adaptációt
(nem minden autó esetében hozzáférhető
mindegyik paraméter).
Álló motornál, nullázott adaptáció esetén
előbb a következőt látjuk:
10. ábra
keverékképzés
Ebből rögtön megállapíthatjuk, hogy
ennél a járműnél az integrátor és a
multiplikatív korrekció az 50% körül fog
változni, az adaptív korrekciót pedig
milliszekundumban számolja a KTS.
(Magában a vezérlőegységben ezek
mértékegység nélküli arányszámok,
ahogy már említettük.)
Rövid működtetés után a motor „átállítja”
a paramétereket. A multiplikatív adaptáció
elment a „plusz” irányba, tehát alapból a
keverék túl szegény volt. Az integrátor
és a lambda-feszültség változása pedig
– ahogyan vártuk is – egymás ellentettje,
ha a lambda-feszültség 0,45 volt fölé ugrik,
az integrátor 50% alá megy, ha 0,45
alá ugrik, akkor 50% fölé áll be (mindez
akkor, ha a korrekciók megfelelő értéken
vannak, és a szabályzás nem érte el a
tűréstartomány széleit.
11. ábra
S hogy mindez mire jó?
Az integrátor addig működik megfelelően,
amíg a memóriába beégetett határértékeken
belül mozog. Amint azokat túllépi,
átállítja a korrekciót – amitől az integrátor
működése visszatér a „normális” tartományba.
Ha a korrekció éri el a határértéket,
akkor viszont baj van, ez arra mutat,
hogy vagy a vezérlőegység által végzett
légtömegmérés nem pontos, vagy pedig
a benzin adagolása nem megfelelő.
Ha tehát:
az additív érték rossz (elérte a határértéket),
akkor:
− fals levegő van a szívócsőben
− elkokszosodott a fojtószelep
a multiplikatív korrekció került szélső
helyzetbe:
− a légtömegmérő hibás, elöregedett
− a benzinnyomás nem megfelelő (ha
alacsony: a korrekció a felső határon, ha
magas: a korrekció az alsó határon)
− a befecskendezőszelep elkokszosodott,
a belső szűrője eltömődött
− hibás a lambda-szonda.
Mivel a két korrekció értékeinek beállítása
óta a környezeti viszonyok esetleg megváltoztak
(visszatettek egy elszabadult
gumitömlőt, újra jó minőségű benzint −
de legalábbis benzint − tankolt az ügyfél
stb.), ezért célszerű először kiolvasni a
vezérlőegységből (a tényleges értékeknél)
az additív és a multiplikatív korrekciónál
található számokat, majd törölni az értékeket
(amennyiben erre nincs külön
menüpont, úgy általában az akkumulátor
néhány percre való lekapcsolása az
alternatív megoldás), újra ellenőrizni a
korrekciók (középre állított) értékét, majd
elmenni egy legalább 20 kilométeres
próbaútra. Ezután újra ki kell olvasni az
értékeket, amelyek most már a jelenlegi
környezeti viszonyoknak megfelelőek,
tehát alkalmasak a hiba forrásának diagnosztizálására.
Fontos! Az integrátor pillanatnyi értéke
és a korrekciószámítás egyaránt a
lambda-szonda feszültségén alapulnak.
Amennyiben fals levegő kerülne a
kipufogócsonkba, a szonda hamis jelet
ad, tehát az integrátorjel és a korrekciók
is eltolódnak. Egy négykomponensű
gázelemzővel természetesen ilyenkor
is felderíthető a hiba valódi oka, hiszen
túl sok lesz a gázban a szabad
oxigén – ennek hiányában legalább
egy ronggyal befogva tegyük próbára
a kipufogórendszer tömítettségét.
Vigyázat, ha a motor a mintavételező
cső mellett szív vissza fals levegőt a
kipufogógázba, akkor viszont éppen a
gázelemző vezethet félre... (sportkipufogók
előnyben!).
Végső ítéletet természetesen csak az
egyes alkatrészek működési paramétereinek
hagyományos mérése után
mondhatunk.
A sorrend tehát: vezérlőegység-diagnosztika,
gázelemző, oszcilloszkópos
diagnosztika.
Ruzsa János
www.uhtechnika.hu
Hibajavítás. Ezúton szeretném
megköszönni Besze Sándor és
Szentmártony Gergely levelét, akik
felhívták a figyelmemet az első
részbe becsúszott hibára. A lambdaszonda
valóban oxigénhiány esetén
ad magas, oxigéntöbblet esetén pedig
alacsony jelszintet. A tévedésért
elnézésüket kérem.
A cikksorozat eredetileg a Bosch Autó
Extra hírlevélben jelent meg.
28 autótechnika 2005/1