Der PRG - Ökologie - Technik - Spass

Die Lambdasonde

Geschrieben von Joachim S am 29. Dezember 2006 17:54:48:
Tag zusammen,
es gab Weihnachtsgeld, und da hat der Jo zugeschlagen, und sich einen Breitband-Lamdasondenset für den PRG gekauft.
Und zwar sowas:
http://www.lm-1.de und da nach LC1 schauen.
Eigentlich habe ich vor, ein Steuergerät für eine VP37 zu bauen, und das Teil wollte ich nutzen, um die Kennfelder zu erstellen. Das ist Zukunftsmusik, bis auf weiteres werkelt eine aufgepeppte VE4 mit 12-er HD-Teil und DI-Hubscheibe im PRG.
Heute kam das Ding an, und beim begucken kam mir folgende Idee:
Das Teil hat u.A. einen programmierbaren Ausgang, es wäre also denkbar, einen Schwellwert zu bestimmen, der in etwa der Russgrenze entspricht.
Und nun schoss mir folgender Gedanke durch den Kopf. Wenn ich diesen Ausgang nutze, um ein Ventil zu öffnen, um der Einspritzpumpe etwas Ladedruck abzublasen, wenn die Schwelle erreicht ist, hätte man eine höchst einfache Fördermengenregelung. Also, Lambda ist groß (reichlich Luftüberschuss), die LDA bekommt den vollen Ladedruck und kann normal arbeiten.
Irgendwann kommen wir in die Russgrenze, das Ventil öffnet und bläst gezielt etwas aus der LDA-Dose ins Freie. Bis die Schwelle wieder unterschritten wird.
Die dazu passende Grundeinstellung der ESP wäre also rauchfrei ohne Ladedruck, und die LDA müsste so ausgelegt werden, dass sie dann unter Ladedruck etwas mehr Menge frei gibt, als nötig wäre. Fast genau so benimmt sich die ESP übrigens zur Zeit, nur dass sie bei sehr viel Ladedruck wieder hinterherhängt.
Was meint ihr, kann das klappen, oder ist das viel zu träge? Die Sonde arbeitet analog, das Auswertegerät gibt 12 Messwerte je Sekunde aus. Ich vermute, dass der Schaltausgang schneller ist, etwa so schnell wie die Sonde.
Wer kennt sich da aus? Wie schnell reagiert so eine Sonde? Oder ist das ganze eine Schnappsidee?
Gruss Jo


Geschrieben von Hans Fürthbauer am 01. Januar 2007 21:27:18:

Als Antwort auf: Re: Die Zapfenräger ... geschrieben von Joachim S am 31. Dezember 2006 18:45:06:

Hallo Jo,

die Breitbandsonde mit wenigen Worten zu beschreiben, ist nicht ganz leicht. Aber ich probiers mal und muß manches auch etwas simpifizieren:
Bauteile und Funktion: es gibt eine Pumpzelle, eine Referenzzelle und eine Heizung.
Die Pumpzelle aus Zirkondioxid hat 2 Platinelektroden. Schickt man über die Platinelektroden in die Pumpzelle einen Strom, dann entsteht auf rein physikalischem Weg, ohne irgend eine Mechanik, eine kleine "Sauerstoffpumpe". Von der Polarität des Pumpstroms an den Platinelektroden hängt die Pumprichtung ab. Die Referenzzelle besteht ebenfalls aus Zirkondioxid und hat auch 2 Platinelektroden. Bei einer Sauerstoffkonzentration im Abgas, die genau Lambda 1 entspricht, liefert die Referenzzelle 450 mV an den Elektroden. Die Referenzzelle steht mit der Umgebungsluft in Verbindung. Sie vergleicht den Sauerstoffgehalt im Abgas mit dem der Umgebungsluft. Die Referenzzelle ist vereinfacht nix anderes als eine herkömmliche Sprungsonde. Das Abgas tritt über die Pumpzelle in die Referenzzelle ein. Je nach dem Sauerstoffgehalt im Abgas ändert sich jetzt die Ausgangsspannung der Referenzzelle. Beträgt sie nicht 450 mV, dann legt eine Betriebsschaltung im Steuergerät auf die Pumpzelle einen Pumpstrom. Die Höhe des Pumpstroms und die Polarität hängt vom Sauerstoffgehalt des Abgases in der Referenzzelle ab. Ist das Kraftstoff-Luftgemisch mager, dann ist der Sauerstoffanteil im Abgas hoch. Die Pumpzelle muss jetzt Sauerstoff aus der Referenzzelle abpumpen, damit sich in der Referenzzelle sofort wieder eine Sauerstoffkonzentration für Lambda 1 einstellt und die Spannung wieder auf 450 mV geht. Ist das Gemisch fett, ist der Sauerstoffanteil im Abgas gering, dann pumpt die Pumpzelle Sauerstoff in die Referenzzelle, bis diese eben wieder die 450 mV liefert. Der erforderliche Pumpstrom wird gemessen und ist direkt proportional dem Sauerstoffgehalt im Abgas. Dazu 3 Beispiele aus meinen Unterlagen für Deine LSU 4.2: Bei Lambda > 1 ergibt sich ein positiver Pumpstrom bis zu einem Wert von ca. +2,5 mA bei 21% Sauerstoffgehalt (entspricht etwa reiner Luft) Bei Lambda = 1 ist der Pumpstrom Null. Bei Lambda < 1 wechselt der Pumpstrom die Polarität und beträgt bei Lambda 0,65 ca. 2,2 mA. Durch dieses Verhalten liefert die Breitbandsonde in einem Bereich von Lambda ca. 0,65 bis zu Lambda unendlich (reine Luft) ein eindeutiges, stetiges Signal. Eine elektrische Heizung ist unbedingt erforderlich. Die Betriebstemperatur des Sensorelements liegt bei ca. 750 bis 850 °C. Mit dem Abgas wäre diese Temperatur nicht zu erreichen, bzw. nicht zu halten und das Ding würde nicht funktionieren. Hinweise zum Einbau und Betrieb:
Einbau der Sonde 90° quer zum Abgasstrom und so, dass sich abgasseitig kein Kondenswasser zwischen Sondengehäuse und Sensorelement sammeln kann. Einbaulage aus der Horizontalen mit dem Kabelanschluss mindestens 10° nach oben. So daß die Sonde jedenfalls nicht waagrecht im Abgasrohr steht, sondern die Sondenspitze nach unten zeigt. Die Breitbandsonde benötigt Umgebungsluft als Referenzgas. Die Luft tritt über die Kabelverbindungen ein. Der PTFE-Formschlauch über den Kabelausgang ist Teil des Referenz-Luftvolumens. Auf die Steckverbindung dürfen wegen der Referenzluft keine "reinigenden", schmierenden oder sonstigen Stoffe aufgebracht werden, die irgendwelche Komponenten oder Dämpfe an die Luft abgeben. Die Steckverbindung soll nicht getrennt werden, wenn die Sonde elektrisch versorgt ist. In der Steckverbindung befindet sich ein Abgleichwiderstand. Die Steckverbindung ist daher Teil der Sonde. Noch ein Hinweis: Die LSU 4.9 Breitbandsonde (eine Weiterentwicklung Deiner LSU 4.2) wird bei aktuellen CR-PKW-Dieselmotoren häufig für die Mengenmittelwertadaption verwendet. Das ist eine Funktion, mit der laufzeitbedingte, abgasrelevante Driften von z.B. Injektoren, Luftmassenmesser, AGR, usw. erkannt werden. Das Steuergerät leitet dann über entsprechende Kennfelder Korrekturen ein. Die Breitbandsonde selbst kann auch eine Drift aufweisen. Damit wären aber die Korrekturen falsch. Die Sonde wird daher vom Steuergerät überwacht und bei Bedarf "nachkalibriert". Zu Deinem geplanten Aufbau kann ich nix Konkretes sagen. Wenn Du mit Ladedruckabblasung arbeitest, könnte eventuell die Hysterese des LDA "Männchen" machen. Der gesamte elektrische Teil ist jedenfalls um Häuser schneller als der pneumatische Teil und dann kommt noch die Umsetzung in Einspritzmenge. Der pneumatische Teil ließe sich beschleunigen und präziser machen, wenn Du ein schnelles Magnetventil hättest, das mit einem variablen Tastverhältnis angesteuert wird. Dann brauchst du auch keine Drossel mehr. Nachdenken könnte man auch darüber, ob nicht eine Druckvariation unterhalb der LDA-Membran zweckmäßiger wäre, als ein Abblasen des Ladedrucks. Zur Mengenabsenkung gibst Du z.B. per Magnetventil oder elektropneumatischem Druckwandler einen variablen Druck über die Membranbelüftung in den LDA-Federraum und schon geht die LDA-Membran hoch. Nimmst Du den Druck weg, geht die Membran wieder nach unten. So ein Eingriff wäre sicher schneller als das Abblasen und wieder Aufbauen des Ladedrucks. Sowas ähnliches gab es bei den VE-Pumpen mal als ALDA. Da lag auf der Unterseite der Membran statt Atmosphärendruck ein definierter Unterdruck.


Geschrieben von Joachim S am 01. Februar 2007 18:19:28:
bevor es an Probefahrt und Abstimmung geht, will ich schnell noch ein paar Bilder zeigen...
Wer weiss, vielleicht explodiert der ganze Kladderadatsch ja heut abend noch.
/bilder/lambda_1k.jpg
Die Sonde eingebaut am Krümmer kurz hinterm Lader.

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Die Controller-Einheit der Sonde. Das Ding kümmert sich um Ansteuerung und Versorgung, Kalibrierung, Programmierung. Liegt mehr oder weniger lose im Motorraum, muss ich noch ein bisschen feststrapsen.


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Der Innenraum. @ Claas, so sieht das mit der Seilzugmimik aus... Der grüne Sockel darunter ist das was passiert, wenn man Chris ein paar Minuten mit einer Flex, einem Schweissgerät und einem Stück Blech allein lässt. Der fette Griff ist die hydraulische Handbremsbetätigung.


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Aus dem Controller kommen 6 Kabel, die irgendwie versorgt sein wollen. Ich hab mal ne Klemmdose gesetzt, hinterm Amaturenbrett ist eh schon zuviel Chaos. Links auf der Klemmreihe ein sogenannter "High-Side-Driver". Eine KFZ-taugliche Treiberstufe, die das TTL-Signal des Controllers verstärkt. Feines Teil, kurzschlusssicher, überlastfest, plusgeschaltet, Diagnoseausgang, schaltet 15 Ampere und mehr, was immer man will.
Die linke kleine LED gehört zum Controller, zeigt an, obs ihm gut geht, ob er noch die Sonde aufheizt, spuckt ggfs. Fehlercodes aus. Der Drucktaster (halb vom grünen Temperaturfühlerkabel verdeckt) dient zur Kalibrierung der Sonde an freier Luft. Muss man ab und zu mal nachkalibrieren. Bei Normalbetrieb alle drei Monate, oder nach jedem Rennen, steht in der Anleitung...
Die linke LED geht an, wenn die einprogrammierte Grenze überschritten wird, und das Ventil öffnet. Ja, den Deckel mach ich noch zu, und die Kabel tüddel ich auch noch fest.


/bilder/lambda_5k.jpg
Das Abblaseventil direkt am LDA-Deckel mit festgeschraubt und angeschlossen.


/bilder/lambda_6k.jpg
Nochmal das Ventil, vielleicht kennt es einer und kann mir sagen, was es ist. Oder jemand hat nen Onkel und kann nachgucken?
So Abendbrot, Auspuff zusammenschrauben, dann Probefahren.
Geschrieben von Joachim S am 03. November 2007 10:10:40: Als Antwort auf: Re: Neues vom PRG, auch @ Hans F wegen Lambdasonde geschrieben von Ulrich extra vergine am 03. November 2007 01:59:24: Hi Ulrich, http://www.lm-1.de/index1.html Ich weiss jetzt nicht mehr genau, in welchem Laden ich die gekauft habe, es gibt wohl mindestens zwei deutsche Händler (Importeure). Ich meine, ich hätte sie irgendwo aus Berlin bestellt. Die Elektronik funzt einwandfrei, die mitgelieferte Software ist gut brauchbar. Plug und Play, solide wasserdichte Stecker, ausgereiftes System halt, zu einem wie ich finde fairen Preis. Aber eben nicht ganz billig... Wo du Breitbandsonden geschlachtet bekommst, weiss ich nicht. Ohne Auswerte-Elektronik ist es aber auch nur die halbe Miete. Die Dinger müssen beheizt und kalibriert werden, darum kümmert sich die Ansteuerung. Einbau im Auspuff "von schräg oben", damit sie kein Kondenswasser abkriegt. Sonst sofort kaputt. Betrieb ohne Heizung auch nicht gut, dann auch fast sofort kaputt. Die Sonde selbst ist von Bosch, Software und Elektronik kommen offenbar aus USA. Falls der Einbauort sehr nah am Motor liegt, ist eine Kühlung zu montieren. Bei mir einfach ein mit untergeschraubtes größeres Kupferblech, welches die Wärme von der Einschraubstelle ableitet und abstrahlt. Bis jetzt lebt sie noch, obwohl ich sie mitunter auch mal so RICHTIG mit Russ verklöttert habe... Wird offenbar heiss genug, um sich freizubrennen. Eine neue Sonde kostet aber auch nicht die Welt. Gruss Jo PS, unterm Suchbegriff Breitbandlambdasonde und vielleicht Zapfenträger sollte das Archiv so einiges ausspucken...