Megmondom mennyi a lambda! - LSU-teszter

Az ugrás vagy Nernst-lambdaszondát, a vezetékek száma szerinti típusait, már megtanultuk multiméterrel, oszcilloszkóppal vizsgálni. Tudjuk, melyik szonda vezetékpárok között kell feszültséget mérni, tudjuk, hogy a fűtés áramát hol nézzük. (Ha valaki ebben bizonytalan lenne, megmondjuk, hol kell utánanéznie!)
Otto-motornál a légviszonytényező, azaz a lambda értékét a gázelemzőnk mondja meg. A kipufogógáz négy gázalkotójának (CO, CO2, HC és O2) koncentrációjából a gázelemző szoftvere, a Brettschneider formula szerint, kiszámítja. Szokásos értéke az ún. szabályozott keverékképzésnél λ = 1,00±0,03. Ha valami baj van a keverékképzésben a keverékösszetétellel, azt a gázelemzésből származó lambdaérték-számítás - egy intervallumon belül - még tudja követni, kb. λ = 0,9 - 1,3 értékek között. Mindezt jól ismerjük a „zöldkártyázós” korszakunkból.
A szonda feszültségjeléből közvetlenül lambdaértéket képezni - szerviz-diagnosztikai műszer szinten - nem tudunk.
Azoknál a szikragyújtású motoroknál, ahol rétegezett szegénykeverékű üzem van, ott a lambda akár λ = 4,0 értékig is elmehet. Ezt már csak az ún. szélessávú lambdaszonda, az LSU vagy „Breitband-szonda” tudja követni.
A szélessávú szondát szabályozott keverékképzésű szikragyújtású motoroknál is használják első, ún. szabályzó szondaként. Itt nem a széles sáv átfogásáért, hanem λ = 1 körül a gyorsabb beállásáért alkalmazzák.

Dízel-lambda

A személygépjármű dízelmotorok légviszonytényező értéke a végtelentől, ha motorféküzemben nincs befecskendezés, kb. λ = 1,1…1,2-ig terjed teljes terhelésnél. Alapjáraton akár 10 feletti is a lambda. Ahogy gázt kap a motor, a részterhelési pontokon végigmenve dúsul a keverék 10 és 1,2 között.
A környezetvédelem többszörösen is „megbolondította” a „normális” dízelmotort. A kipufogógáz visszavezetés (EGR vagy AGR) a hengertéren belül a nitrogénoxid képződés mérséklését szolgálja. A visszavezetés mellett kialakuló keverékösszetételről tud információval szolgálni a szélessávú lambdaszonda. [A légnyelésmérés (légtömegáram-mérés) azt mondja meg, hogy mennyi a frisslevegő beáramlás. Mivel a „jellegmező-térkép” alapján tudja a motor agya, hogy kipufogógáz visszavezetése nélkül mennyinek kell lennie a friss töltetnek, a visszavezetés mellett mért kisebb értékből tudja, hogy mennyi a visszavezetett kipufogógáz mennyisége.]
A dízelmotor külső – tehát nem belső motorikus – nitrogénoxid csökkentési módszereinek egyike (mostanában lép színre) a tárolókatalizátoros megoldás. A tárolókatalizátor regenerálásához a dízelmotort – a korábban szinte értelmezhetetlen - egynél kisebb légviszonytényező (lambda) tartományba is el kell vinni. A szélessávú szonda ennek értékét is jelezni tudja.

Az LSU

A szélessávú szondáról az Autótechnikában többször, sőt már megjelenésének pillanatában is írtunk, és egyre pontosítottuk működési leírását, mert egzakt működési elve, a hajtó áramkörrel együtt, meglehetősen bonyolult. Azt tapasztaltuk, hogy DDC szabályzókörének megértése komolyabb villamossági ismeretekkel rendelkező mérnökök számára is fejtörést okoz. A szakirodalmak felületesen tárgyalják, amely ezen érzékelő hibadiagnosztizálásában sajnos nagy hátrányt jelent. Azt tudjuk, hogy vezetékein, a Nernst-szondához viszonyítva, egyszerű multiméteres feszültségméréssel az információszerzés érdekében nem megyünk sokra.
Czuni Ákos több éves vizsgálatai alapján sikerült egy olyan műszert kifejlesztenie, amely segítségével lehetőség nyílt az LSU érzékelő jelének gépjárművekbe épített állapotában történő kiértékelésére, ez alapján a légviszonytényező (lambda) értékének meghatározására. Cikkünket a fejlesztőmérnök leírásával folytatjuk.

Az LSU-teszter

A készülék a gépjárműbe épített LSU szondát és annak szabályzókörét képes ellenőrizni, így nem kell külön szondát a kipufogórendszerbe tenni, mint más műszermegoldásoknál. A műszer a pillanatnyi légviszonytényező értéket (dízel-lambda) és a keverési arányt jelzi ki.
Az LSU-teszter alkalmazását egy 2009-es évjáratú BMW X3 2.0d típusú gépjárművön mutatjuk be.
Ehhez a méréshez először azonosítani kellett a kipufogórendszerben lévő szondát, és annak áramköri csatlakozását. A motortér jobboldali doblemeze mellett a kipufogó leömlő csonkjában találjuk a Bosch LSU 4.9-es szondát (1. ábra). A kábelezést követve eljutunk a szonda csatlakozójához (2. ábra). Fontos, hogy a csatlakozót csak gyújtás nélkül és kikapcsolt Power latch (időtárolós feszültségellátás) mellett húzzuk szét.
Nagyon fontos, hogy a szélessávú szondát először azonosítsuk! A különböző gyártók szondáinál a vezetékszínek és a kalibráló ellenállás elhelyezése eltérő! (Ha valaki ebben bizonytalan lenne, megmondjuk, hol kell utánanéznie!)

1. ábra

2. ábra

Esetünkben Bosch LSU szondával állunk szemben. Húzzuk szét a csatlakozót. A szonda felőli ötvezetékes hatpólusú csatlakozóban megkeressük a szonda „pumpacella” pozitív, piros színű vezetékét és a csatlakozó felőli – hatvezetékes oldal – kalibráló ellenállás kivezetését. A méréshez erre a két pontra van szükség. Helyes csatlakoztatás esetén itt a kalibráló ellenállás értékét multiméterrel ellenőrízzük, jelen esetben ez 102 Ω (3. ábra).
Továbbra is e két pontról kihozva a mérőkábeleket, dugjuk össze a csatlakozót. A vezetékeket csatlakoztassuk az LSU-teszterhez. Válasszuk a lambdaérték vizsgálat menüt. Mint látható a 4. ábrán, a műszer lambda = 1 értéket mutat, vagyis helyes a kábelek csatlakozása.
Beindítjuk a motort és figyeljük az értékeket. A motor irányítóegysége a lambda szabályzókört öt perc eltelte után hozza csak működésbe.
Ez az idő jó lehetőséget ad arra, hogy a motortérből a mérővezetékre ható villamos zavarokat (zajt) is megvizsgáljuk. Mivel a lambda érték nem változott, a zavarszűrés kifogástalanul működött!

3. ábra

4. ábra

A dízel-lambda mérése

A motorirányító egység öt perc járatás után aktiválta a lambdaszonda szabályzókörét. Először alapjáraton, üres sebességi fokozatban, kikapcsolt klíma és villamos fogyasztó berendezések mellett nézzük a légviszony értékét.
A dízel-lambda értéke 7,508. A szabályzókör frekvenciája 3,333 Hz. (5. ábra). A 6. ábrán a kijelző a lambda mellett a keverési arányt mutatja.
A vizsgált motortípus meghatározott időközönként aktiválta a BMW Efficient Dynamics részét képező fogyasztáscsökkentő üzemmódot, az akkumulátor teljesen feltöltött állapotában, annak töltését lekapcsolva, segítette a motor tüzelőanyagfogyasztás mérséklését.
Ekkor a légviszony λ = 10 érték fölé emelkedett.
A motor alapjáratán, minden villamos fogyasztó bekapcsolása után, a fokozatválasztó kapcsoló D-ben, a lambda 2,2 értékre csökkent.
Természetesen lehetőség van a motor menet közbeni légviszonytényező értékének vizsgálatára is. Érdekességképpen, hatodik fokozatban 50 km/h-ról lepadlózva, a lambda érték egy pillanatra 0,995 értékre csökkent.
A BMW gyári diagnosztikai szkennere a lambda értékét nem jelzi ki (talán nem is tudja ellenőrizni).
Ínyenceknek jó lehetőséget kínál a műszer USB soros oldali PC-s csatlakoztatási lehetősége, egy ingyenes program segítségével – RealTerm – a mért adatokat a PC-n befoghatjuk. Ezeknek az adatoknak a birtokában egy megfelelő számítógépes program segítségével akár le is rajzolhatjuk a lambda értékének változását – egyelőre még csak – az idő függvényében. Szerencsés módon sikerült részt vennem az olaszországi Dimsportnál (www.dimsport.it) egy tanulmányúton, ahol a teljesítménymérő padra felszerelt motorkerékpáron szintén kipróbáltuk az LSU-tesztert. Az ő általuk más jellemzők alapján mért és számolt lambda értékek és az LSU-teszter mért értékei között szinte alig volt különbség.

5. ábra

6. ábra

A keverékképzés üzemviszonyainak nyomon követéséhez az LSU-teszter, dízel- és Otto-motornál egyaránt nagy segítséget nyújthat, amikor a soros diagnosztikával kiolvasott hibakódot kiváltó ok után kell nyomozni. A teszter előszériája elkészült, bemutatója a 2010-es Autódigán volt.

Hogyan tovább?

A dízel emissziótechnikában a szélessávú szonda közeli rokonát, a NOX-szondát is egyre gyakrabban használják. A NOX-szonda jelét a szondához közel elhelyezett áramköri egység feldolgozza és CAN vonalon küldi tovább az értékeket. A szondateszter család következő tagja a NOX-teszter lesz, mely szintén „tiszta forrásból”, közvetlenül a jeladótól nyeri információit.