Voordat ik toekom aan mijn suggestie over hoe de Lambda-regeling van de KE-Jetronic te controleren en te wijzigen, wil ik in dit eerste bericht een aantal basisprincipes behandelen, die kunnen helpen om de zaak beter te begrijpen. Ik ga verder met een aantal aanbevelingen en overwegingen en de gedetailleerde procedures in bericht #2.
Basisprincipes:
Hier op BenzWorld.org zie ik dat de Lambda-regeling meestal ‘duty cycle adjustment’ wordt genoemd, of (niet echt geschikt) ‘mixture adjustment’ of ‘air/fuel mixture adjustment’, wat gemakkelijk kan leiden tot (en mogelijk vaak onthult) misvattingen. … Door de afstelling te wijzigen, wordt de positie van de regelzuiger van de brandstofverdeler ten opzichte van de positie van de luchtmassaplaat gewijzigd, wat in het geval van een K-Jetronic (zonder lambdaregeling) resulteert in een veranderde ‘lucht/brandstofmengsel’, maar - afgezien van de opwarmfase van de motor, of volledig ingetrapt gaspedaal, of noodloopmodus - niet in het geval van een KE-Jetronic!
Wat is ‘lambdaregeling’?
Het is de fijnafstelling van het lucht/brandstofmengsel tot een verhouding waarbij volledige brandstofverbranding plaatsvindt, om verontreinigende stoffen te minimaliseren. Die verhouding wordt ‘λ (Lambda) = 1’ genoemd, wat in het geval van niet-ethanolbrandstof wordt gegeven bij een lucht/brandstofverhouding van ongeveer 14,7 massa-eenheden lucht voor 1 massa-eenheid brandstof (14,7:1). Het is een compromis tussen motorkoppel en brandstofverbruik. Het hoogste motorkoppel zou worden gegeven bij een verhouding van ongeveer 12,5:1, en het laagste brandstofverbruik zou worden gegeven bij een verhouding van ongeveer 16:1.
Hoe werkt lambdaregeling?
Ik gebruik graag een metafoor ter illustratie. Tijdens het rijden vertelt ons oog onze hersenen naar welke kant de auto van de rijstrook afdrijft, de hersenen verwerken die informatie en vertellen onze hand om het stuur een beetje naar links of naar rechts te draaien, wat we min of meer afwisselend de hele tijd doen. … Vertaald naar de KE-Jetronic is de rijstrook ‘λ = 1’, het oog is de o2-sensor, de hersenen zijn de ECU (elektronische regeleenheid) en de hand is de EHA (elektrohydraulische actuator).
De EHA is een klep waardoor brandstof door de onderste kamers van de drukverschilkranen van de brandstofverdeler stroomt om de hoeveelheid brandstofinjectie en dus het lucht/brandstofmengsel te regelen. De baffle plate van de EHA wordt door positieve of negatieve stroom van de ECU elektromagnetisch dichter bij of verder weg van de inlaatnozzle bewogen, waardoor de onderkamerdruk kan worden veranderd. En de onderkamerdruk regelt de brandstofstroom door de bovenste kamers, die elk een aparte injectorbuispoort hebben.
Om te detecteren of volledige brandstofverbranding plaatsvindt, vergelijkt de o2-sensor, ongeacht het type brandstof, de hoeveelheid restzuurstof in de uitlaatgassen met de hoeveelheid zuurstof in de omgevingslucht. Bij de verhouding die volledige brandstofverbranding vertegenwoordigt (λ = 1) is de o2-sensor zeer gevoelig en genereert een spanning van 450 mV. Die spanning verandert aanzienlijk bij kleine veranderingen van de zuurstofverhouding. Bij ‘λ = 0,98’ is de o2-sensorspanning ongeveer 800 mV en bij ‘λ = 1,02’ is deze ongeveer 100 mV. En aangezien we de auto niet in zijn rijstrook kunnen houden zonder kleine aanpassingen via het stuur, kan ‘λ’ ook niet op ‘1’ worden gehouden zonder kleine mengselaanpassingen. Het lucht/brandstofmengsel is ofwel iets te arm of iets te rijk en moet afwisselend iets worden verrijkt en verarmd (micro-afgesteld) om ‘λ’ dicht bij ‘1’ te houden. Lambda fluctueert met ongeveer +/- 0,02 rond 1, wanneer de o2-sensorspanning fluctueert met ongeveer +/- 350 mV rond 450 mV, wat bij een gezonde o2-sensor gebeurt met een cyclische frequentie van ongeveer 0,5 – 1 Hz. Dat is de o2-sensorspanning die de ECU ‘wil’ ontvangen, en hij past het lucht/brandstofmengsel aan via EHA-regeling op zo'n manier dat hij die spanning wel ontvangt, ongeacht het soort brandstof, wat in het geval van niet-ethanolbrandstof leidt tot een lucht/brandstofmengsel dat fluctueert met ongeveer +/- 0,3 rond 14,7:1. In het geval van ethanolhoudende brandstof leidt dit tot een ander (rijker) mengsel, afhankelijk van het percentage ethanol in de brandstof.
Hier is een vereenvoudigd voorbeeld van één Lambda-regelcyclus met niet-ethanolbrandstof, die ongeveer 2 seconden duurt bij stationair draaien:
- λ ~ 0,98, (lucht/brandstof ~ 14,4:1), > o2-sensorspanning naar ECU ~ 800 mV
- ECU genereert meer negatieve EHA-stroom (duty cycle: 45%)
- het lucht/brandstofmengsel armer maken
- λ ~ 1,02, (lucht/brandstof ~ 15:1), > o2-sensorspanning naar ECU ~ 100 mV
- ECU genereert meer positieve EHA-stroom (duty cycle: 49%)
- het lucht/brandstofmengsel rijker maken
- volgende cyclus: λ ~ 0,98, (lucht/brandstof ~ 14,4:1), > …..
Wat gebeurt er als we de Lambda-regeling wijzigen?
Laten we zeggen dat de duty cycle fluctueert zoals in het bovenstaande voorbeeld tussen 45% en 49% bij stationair draaien. Wanneer we de afstelling wijzigen door de afstelschroef met de klok mee te draaien, beweegt de regelzuiger naar een hogere positie, wat leidt tot een rijker mengsel. Dat leidt er onmiddellijk toe dat de o2-sensorspanning 450 mV niet onderschrijdt, waarop de ECU onmiddellijk reageert met een EHA-stroom die rond een negatievere gemiddelde waarde fluctueert om het mengsel weer armer te maken, wat gepaard gaat met een duty cycle die bijvoorbeeld fluctueert tussen 33% en 37%.
En wanneer de regelzuiger in een lagere positie wordt gezet door de afstelschroef tegen de klok in te draaien, wat leidt tot een armer mengsel, reageert de o2-sensor onmiddellijk met een spanning die 450 mV niet overschrijdt, waarop de ECU onmiddellijk reageert door een stroom te sturen die rond een positievere gemiddelde waarde door de spoel van de EHA fluctueert om het mengsel weer rijker te maken, wat gepaard gaat met een duty cycle die bijvoorbeeld fluctueert tussen 57% en 61%.
Ongeacht in welke positie de regelzuiger staat, tenzij deze te hoog is ingesteld door draaien met de klok mee voorbij de ‘Lambda-armer-limiet’ van de EHA, of te laag door draaien tegen de klok in voorbij de ‘Lambda-rijker-limiet’ van de EHA, past de ECU altijd het lucht/brandstofmengsel aan via EHA-regeling, ongeacht het soort brandstof, op zo'n manier dat hij de o2-sensorspanning ontvangt die fluctueert met ongeveer +/- 350 mV rond 450 mV, wat ‘λ ~ 1 +/- 0,02’ respectievelijk ‘lucht/brandstof ~ 14,7 +/- 0,3 : 1’ vertegenwoordigt (in het geval van niet-ethanolbrandstof).
Of, om het in termen van ‘duty cycle’ te zeggen: ongeacht rond welke gemiddelde waarde de duty cycle fluctueert, zolang deze boven de 5–10% (‘armer-limiet’) en onder de 90–95% (‘rijker-limiet’) ligt, als deze fluctueert, fluctueert Lambda respectievelijk het lucht/brandstofmengsel rond de juiste verhouding, mits het systeem intact is, uiteraard. Echter, rond (of dicht bij) 50% doet hij dat preciezer dan bijvoorbeeld rond 20% of 80% (ik kom daar in bericht #2 op terug).
Conclusie: Wanneer we de duty cycle-afstelling wijzigen, wijzigen we de werkingsbereiken van zowel de regelzuiger als de baffle plate van de EHA … maar niet het mengsel!
- Regelzuiger hoger > EHA meer open
- Regelzuiger lager > EHA meer gesloten
Waar gaat deze ‘duty cycle’ over?
Parallel aan de fluctuerende EHA-stroom stuurt de ECU een blokgolfspanning met een bijbehorende ‘aan/uit-verhouding’ naar poort 3 van de diagnosekoppeling X11, waar deze kan worden gemeten in 'duty cycle', 'dwell angle' of 'volt'. Deze fluctuerende duty cycle is een gemakkelijker te controleren vertegenwoordiger van de EHA-stroom, en de duty cycle-controle / -afstelling is in feite een EHA-stroomcontrole / -afstelling.
Een duty cycle van 50% vertegenwoordigt een EHA-stroom van ‘0’ mA, een duty cycle onder de 50% vertegenwoordigt negatieve stroom (die in één richting door de spoel van de EHA stroomt), en een duty cycle boven de 50% vertegenwoordigt positieve stroom (die in de andere richting door de spoel van de EHA stroomt).
Naast de fluctuerende duty cycle dient een niet-fluctuerende (statische) duty cycle terwijl de motor draait als foutcode.
Uit het bovenstaande kan ook duidelijk worden dat het lucht/brandstofmengsel niet alleen ‘micro-afgesteld’ (op ‘λ ~ 1 +/- 0,02’) kan worden via EHA-regeling, zoals vaak wordt aangenomen, maar ook ‘macro-afgesteld’ – zolang de armer/rijker-limieten van de EHA niet worden overschreden. Vooral de armer-mogelijkheid via EHA-regeling is significant en preciezer.
Laat me deze ‘macro-afstelling’ illustreren met mijn metafoor van het rijden op de weg:
Zoals hierboven uitgelegd, is de ‘micro-afstelling’ via EHA-regeling als de constant uitgevoerde kleine aanpassingen via het stuur naar links en rechts om de rijstrook te behouden, ongeacht of we op een rechte weg of door een bocht rijden. De ‘macro-afstelling’ is als het draaien van het stuur om de veranderde richting van de weg te volgen. De veranderde richting van de weg vertegenwoordigt een veranderde toestand van het systeem … bijvoorbeeld een veranderde positie van de regelzuiger ten opzichte van de luchtmassaplaat, of een andere brandstof, of verontreiniging in de brandstofverdeler, of een valse luchtlek (natuurlijk van beperkte omvang), enz. … omstandigheden die allemaal zonder EHA-regeling zouden resulteren in een min of meer aanzienlijk te rijk / arm mengsel.
Het meer of minder ver naar links of rechts gedraaide stuur vertegenwoordigt de positie van de baffle plate van de EHA meer of minder ver weg van de inlaatnozzle van de EHA, respectievelijk een EHA-stroom meer of minder ver onder of boven ‘0’ mA, respectievelijk een duty cycle meer of minder ver onder of boven 50%.
En zoals we doorgaan met de kleine aanpassingen van het stuur naar links en rechts om de rijstrook te behouden, ongeacht of we het stuur in de rechtdoorpositie op een rechte weg houden of in een bocht naar links of rechts draaien, zet de ECU de kleine aanpassingen van de baffle plate van de EHA voort om ‘λ ~ 1 +/- 0,02’ te behouden, ongeacht of de baffle plate dichter bij of verder weg van zijn middenpositie (dichter bij of verder weg van de inlaatnozzle van de EHA) werkt.
Vervolg in bericht #2 …
Basisprincipes:
Hier op BenzWorld.org zie ik dat de Lambda-regeling meestal ‘duty cycle adjustment’ wordt genoemd, of (niet echt geschikt) ‘mixture adjustment’ of ‘air/fuel mixture adjustment’, wat gemakkelijk kan leiden tot (en mogelijk vaak onthult) misvattingen. … Door de afstelling te wijzigen, wordt de positie van de regelzuiger van de brandstofverdeler ten opzichte van de positie van de luchtmassaplaat gewijzigd, wat in het geval van een K-Jetronic (zonder lambdaregeling) resulteert in een veranderde ‘lucht/brandstofmengsel’, maar - afgezien van de opwarmfase van de motor, of volledig ingetrapt gaspedaal, of noodloopmodus - niet in het geval van een KE-Jetronic!
Wat is ‘lambdaregeling’?
Het is de fijnafstelling van het lucht/brandstofmengsel tot een verhouding waarbij volledige brandstofverbranding plaatsvindt, om verontreinigende stoffen te minimaliseren. Die verhouding wordt ‘λ (Lambda) = 1’ genoemd, wat in het geval van niet-ethanolbrandstof wordt gegeven bij een lucht/brandstofverhouding van ongeveer 14,7 massa-eenheden lucht voor 1 massa-eenheid brandstof (14,7:1). Het is een compromis tussen motorkoppel en brandstofverbruik. Het hoogste motorkoppel zou worden gegeven bij een verhouding van ongeveer 12,5:1, en het laagste brandstofverbruik zou worden gegeven bij een verhouding van ongeveer 16:1.
Hoe werkt lambdaregeling?
Ik gebruik graag een metafoor ter illustratie. Tijdens het rijden vertelt ons oog onze hersenen naar welke kant de auto van de rijstrook afdrijft, de hersenen verwerken die informatie en vertellen onze hand om het stuur een beetje naar links of naar rechts te draaien, wat we min of meer afwisselend de hele tijd doen. … Vertaald naar de KE-Jetronic is de rijstrook ‘λ = 1’, het oog is de o2-sensor, de hersenen zijn de ECU (elektronische regeleenheid) en de hand is de EHA (elektrohydraulische actuator).
De EHA is een klep waardoor brandstof door de onderste kamers van de drukverschilkranen van de brandstofverdeler stroomt om de hoeveelheid brandstofinjectie en dus het lucht/brandstofmengsel te regelen. De baffle plate van de EHA wordt door positieve of negatieve stroom van de ECU elektromagnetisch dichter bij of verder weg van de inlaatnozzle bewogen, waardoor de onderkamerdruk kan worden veranderd. En de onderkamerdruk regelt de brandstofstroom door de bovenste kamers, die elk een aparte injectorbuispoort hebben.
Om te detecteren of volledige brandstofverbranding plaatsvindt, vergelijkt de o2-sensor, ongeacht het type brandstof, de hoeveelheid restzuurstof in de uitlaatgassen met de hoeveelheid zuurstof in de omgevingslucht. Bij de verhouding die volledige brandstofverbranding vertegenwoordigt (λ = 1) is de o2-sensor zeer gevoelig en genereert een spanning van 450 mV. Die spanning verandert aanzienlijk bij kleine veranderingen van de zuurstofverhouding. Bij ‘λ = 0,98’ is de o2-sensorspanning ongeveer 800 mV en bij ‘λ = 1,02’ is deze ongeveer 100 mV. En aangezien we de auto niet in zijn rijstrook kunnen houden zonder kleine aanpassingen via het stuur, kan ‘λ’ ook niet op ‘1’ worden gehouden zonder kleine mengselaanpassingen. Het lucht/brandstofmengsel is ofwel iets te arm of iets te rijk en moet afwisselend iets worden verrijkt en verarmd (micro-afgesteld) om ‘λ’ dicht bij ‘1’ te houden. Lambda fluctueert met ongeveer +/- 0,02 rond 1, wanneer de o2-sensorspanning fluctueert met ongeveer +/- 350 mV rond 450 mV, wat bij een gezonde o2-sensor gebeurt met een cyclische frequentie van ongeveer 0,5 – 1 Hz. Dat is de o2-sensorspanning die de ECU ‘wil’ ontvangen, en hij past het lucht/brandstofmengsel aan via EHA-regeling op zo'n manier dat hij die spanning wel ontvangt, ongeacht het soort brandstof, wat in het geval van niet-ethanolbrandstof leidt tot een lucht/brandstofmengsel dat fluctueert met ongeveer +/- 0,3 rond 14,7:1. In het geval van ethanolhoudende brandstof leidt dit tot een ander (rijker) mengsel, afhankelijk van het percentage ethanol in de brandstof.
Hier is een vereenvoudigd voorbeeld van één Lambda-regelcyclus met niet-ethanolbrandstof, die ongeveer 2 seconden duurt bij stationair draaien:
- λ ~ 0,98, (lucht/brandstof ~ 14,4:1), > o2-sensorspanning naar ECU ~ 800 mV
- ECU genereert meer negatieve EHA-stroom (duty cycle: 45%)
- het lucht/brandstofmengsel armer maken
- λ ~ 1,02, (lucht/brandstof ~ 15:1), > o2-sensorspanning naar ECU ~ 100 mV
- ECU genereert meer positieve EHA-stroom (duty cycle: 49%)
- het lucht/brandstofmengsel rijker maken
- volgende cyclus: λ ~ 0,98, (lucht/brandstof ~ 14,4:1), > …..
Wat gebeurt er als we de Lambda-regeling wijzigen?
Laten we zeggen dat de duty cycle fluctueert zoals in het bovenstaande voorbeeld tussen 45% en 49% bij stationair draaien. Wanneer we de afstelling wijzigen door de afstelschroef met de klok mee te draaien, beweegt de regelzuiger naar een hogere positie, wat leidt tot een rijker mengsel. Dat leidt er onmiddellijk toe dat de o2-sensorspanning 450 mV niet onderschrijdt, waarop de ECU onmiddellijk reageert met een EHA-stroom die rond een negatievere gemiddelde waarde fluctueert om het mengsel weer armer te maken, wat gepaard gaat met een duty cycle die bijvoorbeeld fluctueert tussen 33% en 37%.
En wanneer de regelzuiger in een lagere positie wordt gezet door de afstelschroef tegen de klok in te draaien, wat leidt tot een armer mengsel, reageert de o2-sensor onmiddellijk met een spanning die 450 mV niet overschrijdt, waarop de ECU onmiddellijk reageert door een stroom te sturen die rond een positievere gemiddelde waarde door de spoel van de EHA fluctueert om het mengsel weer rijker te maken, wat gepaard gaat met een duty cycle die bijvoorbeeld fluctueert tussen 57% en 61%.
Ongeacht in welke positie de regelzuiger staat, tenzij deze te hoog is ingesteld door draaien met de klok mee voorbij de ‘Lambda-armer-limiet’ van de EHA, of te laag door draaien tegen de klok in voorbij de ‘Lambda-rijker-limiet’ van de EHA, past de ECU altijd het lucht/brandstofmengsel aan via EHA-regeling, ongeacht het soort brandstof, op zo'n manier dat hij de o2-sensorspanning ontvangt die fluctueert met ongeveer +/- 350 mV rond 450 mV, wat ‘λ ~ 1 +/- 0,02’ respectievelijk ‘lucht/brandstof ~ 14,7 +/- 0,3 : 1’ vertegenwoordigt (in het geval van niet-ethanolbrandstof).
Of, om het in termen van ‘duty cycle’ te zeggen: ongeacht rond welke gemiddelde waarde de duty cycle fluctueert, zolang deze boven de 5–10% (‘armer-limiet’) en onder de 90–95% (‘rijker-limiet’) ligt, als deze fluctueert, fluctueert Lambda respectievelijk het lucht/brandstofmengsel rond de juiste verhouding, mits het systeem intact is, uiteraard. Echter, rond (of dicht bij) 50% doet hij dat preciezer dan bijvoorbeeld rond 20% of 80% (ik kom daar in bericht #2 op terug).
Conclusie: Wanneer we de duty cycle-afstelling wijzigen, wijzigen we de werkingsbereiken van zowel de regelzuiger als de baffle plate van de EHA … maar niet het mengsel!
- Regelzuiger hoger > EHA meer open
- Regelzuiger lager > EHA meer gesloten
Waar gaat deze ‘duty cycle’ over?
Parallel aan de fluctuerende EHA-stroom stuurt de ECU een blokgolfspanning met een bijbehorende ‘aan/uit-verhouding’ naar poort 3 van de diagnosekoppeling X11, waar deze kan worden gemeten in 'duty cycle', 'dwell angle' of 'volt'. Deze fluctuerende duty cycle is een gemakkelijker te controleren vertegenwoordiger van de EHA-stroom, en de duty cycle-controle / -afstelling is in feite een EHA-stroomcontrole / -afstelling.
Een duty cycle van 50% vertegenwoordigt een EHA-stroom van ‘0’ mA, een duty cycle onder de 50% vertegenwoordigt negatieve stroom (die in één richting door de spoel van de EHA stroomt), en een duty cycle boven de 50% vertegenwoordigt positieve stroom (die in de andere richting door de spoel van de EHA stroomt).
Naast de fluctuerende duty cycle dient een niet-fluctuerende (statische) duty cycle terwijl de motor draait als foutcode.
Uit het bovenstaande kan ook duidelijk worden dat het lucht/brandstofmengsel niet alleen ‘micro-afgesteld’ (op ‘λ ~ 1 +/- 0,02’) kan worden via EHA-regeling, zoals vaak wordt aangenomen, maar ook ‘macro-afgesteld’ – zolang de armer/rijker-limieten van de EHA niet worden overschreden. Vooral de armer-mogelijkheid via EHA-regeling is significant en preciezer.
Laat me deze ‘macro-afstelling’ illustreren met mijn metafoor van het rijden op de weg:
Zoals hierboven uitgelegd, is de ‘micro-afstelling’ via EHA-regeling als de constant uitgevoerde kleine aanpassingen via het stuur naar links en rechts om de rijstrook te behouden, ongeacht of we op een rechte weg of door een bocht rijden. De ‘macro-afstelling’ is als het draaien van het stuur om de veranderde richting van de weg te volgen. De veranderde richting van de weg vertegenwoordigt een veranderde toestand van het systeem … bijvoorbeeld een veranderde positie van de regelzuiger ten opzichte van de luchtmassaplaat, of een andere brandstof, of verontreiniging in de brandstofverdeler, of een valse luchtlek (natuurlijk van beperkte omvang), enz. … omstandigheden die allemaal zonder EHA-regeling zouden resulteren in een min of meer aanzienlijk te rijk / arm mengsel.
Het meer of minder ver naar links of rechts gedraaide stuur vertegenwoordigt de positie van de baffle plate van de EHA meer of minder ver weg van de inlaatnozzle van de EHA, respectievelijk een EHA-stroom meer of minder ver onder of boven ‘0’ mA, respectievelijk een duty cycle meer of minder ver onder of boven 50%.
En zoals we doorgaan met de kleine aanpassingen van het stuur naar links en rechts om de rijstrook te behouden, ongeacht of we het stuur in de rechtdoorpositie op een rechte weg houden of in een bocht naar links of rechts draaien, zet de ECU de kleine aanpassingen van de baffle plate van de EHA voort om ‘λ ~ 1 +/- 0,02’ te behouden, ongeacht of de baffle plate dichter bij of verder weg van zijn middenpositie (dichter bij of verder weg van de inlaatnozzle van de EHA) werkt.
Vervolg in bericht #2 …