Лямбда регулирование, катализатор и ГБО

Как это появилось и зачем нужно лямбда регулирование? Введение.

В связи с жесткой конкуренцией и ужесточением экологических норм автопроизводители вынуждены постоянно совершенствовать свои автомобили. Двигатели, оснащенные карбюратором, уже не обеспечивали желаемой экономичности, экологичности и мощности автомобиля. Это обусловлено невозможностью точной настройки карбюратора на различных режимах. Поэтому производителями при первой возможности была внедрена электронная система управления впрыском под управлением 8-ми битного микропроцессора с тактовой частотой 4 мгц в 1979г. Это произошло через 8 лет после появления первого в мире 4-х битного микропроцессора 4004. На данный момент, система управления двигателем является довольно сложной в плане количества датчиков и исполнительных механизмов, сложных математических моделей записанных в виде программы блока управления.

Переход на более точную систему управления стал возможным не только благодаря появлению микропроцессора. Пригодился и опыт построения автоматизированных систем на промышленных предприятиях накопленный десятилетиями. На тот момент в ВУЗах уже давно появился предмет, без которого уже немыслима автоматизация процессов - Теория автоматического управления (ТАУ). ТАУ - это наука, которая позволяет просчитать уровень и скорость воздействия сразу на некоторое количество элементов управления для получения предсказуемо точного результата в отведенное время. На основании ТАУ для промышленности была создана и теория управления двигателем.

В процессе развития электронных систем управления двигателем улучшалась их точность, а вместе с ними и характеристики двигателей. Для того, что бы следовать все более жестким экономическим и экологическим параметрам, увеличивается количество узлов системы управления двигателем, улучшается точность их изготовления, увеличивается вычислительная мощность блоков управления двигателем для того, что бы использовать более точные и сложные модели управления и математику.

 система управления двигателем

Так как механические элементы системы имеют допуски изготовления и свойство изнашиваться, то понадобился датчик, который мог бы прояснить реальную  картину по соотношению воздух - топливо. Так с конца 1970-х годов в автомобилях начали применять датчики кислорода (лямбда зонды).

Познавательная книга по теории управления.

Зачем нужен лямбда зонд? (датчик кислорода)

Влияние состава смеси на экономичнось и мощность двигателя Лямбда зонд позволяет постоянно отслеживать количество кислорода в выхлопных газах и вводить корректировку впрыска топлива для достижения лучшей экономичности и экологичности двигателя.

Циркониевый лямбда зонд 

Самый распространенный вариант - циркониевый лямбда зонд, который выдает сигнал о бедной или богатой смеси. Если смесь богатая - лямда зонд выдаст напряжение более 0,45В, если бедная - менее 0,45В. Понятие бедной и богатой смеси связано с соотношением массы всасываемого в цилиндры двигателя воздуха к массе топлива. Условно соотношение выражается числом лямбда (уровень избытка кислорода). Например, при числе λ (лямбда) = 1, соотношение массы воздуха к массе топлива составляет 14,7 кг воздуха / 1 кг топлива, что является наиболее экологичным соотношением. Такую пропорцию еще называют "стехиометрической смесью".

Таким образом, в простой системе управления с лямбда зондом, состав топливно-воздушной смеси постоянно колеблется возле λ = 1. Это происходит из-за того, что система управления пытается максимально приблизится к λ=1, а чувствительный элемент циркониевого лямбда зонда может показать только больше или меньше.

Циркониевый лямбда зонд обладает еще некоторыми важными параметрами, которые используются в более продвинутых системах управления с целью соответствия экологическим нормам евро-4 и выше. Например, по внутреннему сопротивлению чувствительного элемента, выходного напряжения и сопоставляя эти параметры с другими параметрами системы,  можно судить о концентрации вредных химических элементов в выхлопе (CH, CO, H2) и температуре чувствительного элемента датчика кислорода. Таким образом, системой управления могут быть предприняты меры по улучшению экологических показателей мотора.

Широкополосный лямбда зонд

Существуют 2 основных типа широкополосных лямбда зондов, которые отличаются по принципу считывания информации.

  1. 4-х проводный. Используется на автомобилях Toyota, Lexus, Subaru, Suzuki.
  2. 5-ти проводный (возможен 6-й провод для калибровочного резистора) имеет дополнительную камеру - кислородный насос. Используется обычно на немецких автомобилях.

У этих датчиков кислорода есть общая особенность - они не просто показывают бедную или богатую смесь, а способны измерить состав смеси в большом диапазоне. Это позволяет более точно удерживать требуемый состав смеси. Так же становится возможным удерживать состав смеси λ не равный 1. Это может потребоваться на переходных режимах или частичных нагрузках, что позволяет добиться лучшей экономичности и улучшить другие показатели.

Принцип работы этих датчиков подробно описан во многих источниках. Поэтому останавливаться на нем мы не будем.

Задний лямбда зонд (за катализатором)

Для того, что бы понять смысл заднего лямбда зонда, кратко остановимся на работе катализатора. Автомобильный катализатор - устройство, которое преобразовывает выхлопные газы до относительно безвредного состояния. Главным образом в катализаторе догорает недогоревшее в моторе топливо ( 2CO + O2 → 2CO2) и разложение оксида азота (2NOX → XO2 + N2), который получается при температурах горения выше положенного и избытке кислорода. Реакции в нейтрализаторе возможны при его температуре примерно от 300 до 800 градусов. Так же на эффективность его работы и срок службы сильно влияет состав топливно - воздушной смеси, который удерживается передним лямбда зондом. Если горючая смесь будет богаче, то упадет эффективность нейтрализации СО и СН, если беднее — NOX.

Датчик B1S2Для того, что бы автомобиль всегда соответствовал нормам Евро-3 и выше, в выхлопную систему за катализатором был внедрен контролирующий датчик, который "подсказывает" водителю о выходе из строя катализатора. В этом случае на панели приборов загорается индикатор Check engine, а мотор переходит в аварийный режим работы.

Для еще большей эффективности каталитической реакции, в автомобилях с нормами евро-4 и выше, используются и показания заднего лямбда зонда B1S2. В таких автомобилях показания используются не только для диагностики, но и для более точной коррекции топливной смеси для того, что бы увеличить эффективность нейтрализации газов.

Работа заднего лямбда зонда

Катализатор производит разложение оксида азота на азот и кислород. Производится и связывание свободного кислорода с недогоревшим топливом (из СО получаем СО2). В катализаторе так же протекает множество других сложных реакций.

Как следует из описанного выше, содержание кислорода за катализатором заметно меньше, чем его содержание до катализатора. Способность катализатора накапливать и отдавать кислород определяет инерционность изменения содержания кислорода после катализатора. Поэтому основным показателем исправного катализатора является преобладание напряжения с заднего лямбда зонда более 0,6В даже если напряжение переднего лямбды значительное время держится на низком уровне. 

Работа второго лямбда зондаНа современных автомобилях задний лямбда B1S2 влияет так же и на топливные коррекции. Поэтому эффективность катализатора напрямую влияет на расход топлива. При снижении эффективности катализатора расход топлива растет. Это происходит из за того, что количество кислорода, который может использовать катализатор уменьшается, а система пытается удержать его содержание, добавляя топлива за катализатором.

Признаком нормальной работы катализатора с нормами евро-4 и выше явлется удержание напряжения на заднем лямбда зонде в районе 0,6 ... 0,7 вольт на стабильных режимах работы. При этом, топливные коррекции по задним B1S2 и передним B1S1 лямбда зондам должны быть около 0%.  При неправильной работе катализатора топливные коррекции по задним и передним датчикам могут сильно отличаться от нуля. 

Но не только напряжение от лямбда зонда и его динамические характеристики влияют на работу системы управления современного двигателя. Так как показания лямбда зонда зависят от состава прочих компонентов в выхлопных газах - система управления может косвенно определять их концентрацию. Так же система может косвенно определять и температуру катализатора, которая примерно равна температуре лямбда зонда. От температуры лямбда зонда зависит внутренне сопротивление его чувствительного элемента и потолок формируемого напряжения. По верхней и нижней полке напряжения ЭБУ может косвенно судить о концентрациях других примесей. 

Исходя из вышеописанного, следует, что современные системы управления двигателем умеют не только удерживать концентрацию кислорода за катализатором. Дополнительно удерживается температура каталитического нейтрализатора в требуемом диапазоне, косвенно отслеживается и удерживается содержание других примесей за катализатором.

К сожалению, катализатор имеет ограниченный ресурс. И в тот момент, когда автовладелец сталкивается с проблемой катализатора, у него есть выбор - приобрести новый катализатор или решить проблему другим способом. Наш человек смотря на дымящиеся трубы заводов и стоимость катализатора, конечно же ищет альтернативный вариант. На современных автомобилях обмануть блок управления совсем не просто, так как в процессе участвует множество параметров с узким коридором. Поэтому народные методы в виде проставок и резисторов с конденсаторами уже не годятся. Даже если эти методы и работают не некоторых автомобилях, то неизбежно растет расход топлива. Ввиду этого, производители эмуляторов катализатора постоянно совершенствуют алгоритмы эмуляции для наиболее точного воссоздания всех требуемых параметров. В современном эмуляторе катализатора эмулируются около 10 различных параметров: напряжения на различных режимах, динамические параметры, количество запасенного кислорода, эффективность катализатора, внутреннее сопротивление датчика, импеданс, время отсечки, реакция на манипуляцию педали газа, температура катализатора, режим прогрева, скорость реакции чувствительного элемента, изменение эффективности катализатора при изменении нагрузки.

ГБО и катализатор

Мы все чаще сталкиваемся с проблемами катализаторов на автомобилях оборудованных газобалонным оборудованием.

Обычно проблема вызвана не катализатором, а самим газобалонным оборудованием. Обратите внимание - если автомобиль работает на бензине продолжительное время без проблем - обратите внимание на ГБО. ГБО 4-го поколения

Наиболее часто встречаются 3 причины появления кодов неисправности по катализатору на автомобилях с газом:

  • Неправильная настройка ГБО. решение простое - настройте ГБО;
  • нестабильное давление газа в рампе форсунок. Обычно вызванонеспособностью редуктора удерживать требуемое давление. Ошибки обычно появляются, когда запас газа в баллоне заканчивается. Решение - заменить редуктор или чаще заправляться;
  • Часто встречающаяся проблема - нестабильность работы газовых форсунок. Обычными методами диагностировать невозможно.
  • Проблема с газовыми форсунками часто появляется из-за нестабильности их работы, разброса параметров. Наиболее часто встречается залипание форсунок и разброс в производительности. Все параметры определялись нами специальным тестером газовых форсунок.

Напомню, что современная система управления очень требовательна к параметрам всех звеньев, поэтому, даже незначительный разброс параметров форсунок ведет к непредсказуемым результатам. Из-за разброса параметров блок управления не может адекватно откорректировать топливные коррекции.

Наиболее эффективная работа двигателя, работающего на пропане возможна при более раннем угле зажигания и более бедной смеси с соотношением 15,5 : 1 для пропана по сравнению со смесью для бензина 14,7 : 1.  При снандартной схеме с ГБО 4-го и 5-го поколения управление смесью производится бензиновым блоком управления, газовый блок управления только вносит корректировки для управления газовыми форсунками. 

В связи с этим, смесь при работе на газу удерживается по бензиновым стандартам, что влечет за собой нештатную работу катализатора и более быстрое его разрушение.

Наши преимущества

В течение 14 дней после покупки вы можете вернуть любое устройство для экономии на авто без объяснения причины.

На всю продукцию даем 1-2 года гарантии. В течение срока бесплатно обменяем или отремонтируем приборы.

Большая часть наших товаров для авто устанавливается без нарушения заводской гарантии на машину. Вам не обязательно обращаться в дорогой фирменный сервис.

Почти все товары для тюнинга и экономии мы выпускаем сами. Поэтому вы купите эмуляторы и другую продукцию по минимальной стоимости, получите консультацию по установке и использованию устройств. Кроме того, мы регулярно проводим новые акции.

up