Az LSU szenzor

Napjaink legfontosabb kérdese az ipar területén a környezetvedelem és a gazdaságosság közötti kompromisszum megkötesével kifejlesztett nehézipari termékek gyártása. Így van ez a gepjárművek területén is, ahol az egyre szigorodó kornyezetvedelmi előírasok megkövetelik a károsanyag kibocsátás és ezzel egyidejűleg az üzemanyag fogyasztás redukálását a belsőégesű motorokra vonatkozóan. A konstruktőrök a folyamatos fejlesztés és tesztelés folyamán a motorok belső szerkezetének felépítésével már nem tudták teljesíteni az egyre szigorodó előírasokat, a továbblépést az emissziótechnikában képzelték el.

Az egyre magasabb Euro besorolású kategóriák között már nagyságrendi különbségek adódnak, amelyet az intenzíven erősödő technikai színvonal is egyenes aranyban képvisel. Ennek a technikának azonban ára van, de itt első sorban nem az előállítási költségekben kell gondolkodni, hanem az egyes gyártok közötti versengésben. Ha egy jármű a többihez képest kevesebb károsanyagot bocsát ki, akkor az egy újabb és jelentősen nagyobb piacon képes eladni magát. Ahhoz, hogy a gyártok ezt minél előnyösebben kihasználják, levédetik egyes emissziós projektjeiket és meglehetősen bizalmasan kezelik. Sajnos sokszor eredményesen, mert a gépjárműtechnikai szerelők egyre nehezebben birkóznak meg a nem véletlenül hiányosan továbbított technikai dokumentációkkal.

A ma autóinak emissziótechnikájában (Euro IV -től) kiemelkedően fontos szerepet játszik egy olyan érzékelő, amely alapvetően befolyásolja a szabályozott keverékképzést mind benzin, Diesel és gázüzemű motoroknál. Ennek az érzékelőnek a neve Breitband lambdaszonda, amely nem más mint egy speciális szélessáv tartományban merő oxigén érzékelő - LSU Lambdasonde Universal. Működése meglehetősen bonyolult, megértése komolyabb villamossági ismeretekkel rendelkező mérnökök számára is fejtörést okoz. A szakirodalmak felületesen tárgyaljak, amely ezen érzékelő hibadiagnosztizálásában sajnos nagy hátrányt jelent az autós szakmában.

A szélessávú lambdaszondákat a belsőégésű motorok kipufogó rendszerébe építik be, hogy megállapítsa az égéstermékek oxigéntartalmát. Ennek ismereteben pontosan következtetni lehet a motor hengerébe, újabban égésterébe bejuttatott üzemanyag és levegő keverési arányára. Míg Otto motoroknál a keverési aránynak a terhelési szakasz nagy részénél közel állandónak kell lennie, addig Diesel motoroknál a minőségi szabályozás dominál, vagyis a keverési arány a terhelési szakaszon végig változik. Ha az elégetett tüzelőanyag után mindkét motortípusnál megmérjük a kipufogógázban visszamaradt oxigén tartalmát (ellenőrző jel), és ennek függvényében kiadagoljuk az újabb dózist, akkor egy jól szabályozható égési körfolyamatot kapunk, amely az emissziótechnika alapja. Már a legkisebb mértékben megváltoztatott dózis hatására is változik az égéstermékek összetevője, amely összetevőket mi az oxigén tartalmának változásával veszünk figyelembe.

Mint tudjuk a Nernst ugrásfüggvény szonda csak egy szűk légviszony tartományt képes átfogni, így a határai korlátozottak, ennek ellenére széles körben elterjedt a benzinüzemű gépjárművek befecskendező rendszerében. Az emisszió redukálásának kutatása során megállapították, hogy kedvezően hat, ha szegénykeverékes üzemmódot alkalmaznak, és a keletkezett NOX – okat egy tárolóban csapdába ejtik, amelyet egy meghatározott ciklus után a dús üzemmódra kapcsolva azokat megsemmisítik. Ezt az új emissziótechnikát az ugrásfüggvény szonda már nem tudta kiszolgálni, a Diesel üzemű motorok a sokkal szélesebb légviszonytényező változás miatt pedig még nem tudták alkalmazni a Nernst szondákat, mivel azok emissziós gázaiban több oxigén található a működés kritériumait nem teljesítve. Vagyis itt még nem voltak adottak a minőségi szabályozás feltételei, a keverékképzés csak minőségi vezérlésként funkcionál. Éppen ezért a Bosch cég hosszas kutatás és fejlesztés eredménye képpen a kilencvenes évek vége felé kifejlesztette az úgynevezett szélessávú Breitband szondakat, amelyekkel lehetőség nyílt az Otto es Diesel motorok teljes működési tartományát lefedő légviszonytényező kiértékelésére.

A szélessávú lambdaszonda LSU egy planár technikával felépített, Nernst szondacellát, szivattyúcellát és egy integrált fűtőegységet tartalmaz. A légviszonytényező mérésére a λ = 0.65 -től gyakorlatilag a λ = végtelen értékig alkalmas. Fontos megemlíteni, hogy a szélessávú szondákat nem feltétlen a szegénykeverékes üzemmód miatt alkalmazzák, ugyanúgy használhatjuk a megszokott λ = 1 ε sugarú környezetben, és ebben az esetben az átmenet gyorsabban, precízebben szabályozható be, mellyel eljuthatunk a hengerszelektív lambdaméréshez, szabályozáshoz, amiből a motor vezérlőegységének az öndiagnosztikája is profitálhat, hiszen ha az egyes hengerek között a kiosztott dózis nagymértékű különbségét jegyzi fel, biztosra vehetjük, hogy a keverékképző rendszerben hiba van. A kábelezés öt darab vezetékből áll, amely a csatlakozó fejben egy kalibráló ellenállással kiegészítve hat darab érintkezőre módosul. A szonda működtetéséhez elengedhetetlen egy közbenső speciális áramkörrel való meghajtás.

Ahhoz, hogy az LSU szenzor diagnosztizálható legyen, több komplex feladatot kell megoldani. Fontos a szenzor teljes működésének ismerete, fizikai helyettesítő áramkörének modellezése (analógia), továbbá a kimeneti karakterisztikájának meghatározása pl. Maple11 matematikai szoftver segítségével. Az érzékelő jelének gépjárművekbe épített állapotában történő kiértékelése - az eredeti motormanagemant rendszerhez tartozó LSU szonda -  jelen pillanatig megoldatlan feladat volt, ez alapján a légviszonytényező (lambda) értékének mérése az LSU Teszter segítségével valóra vált!