Innovate Αισθητήρας Οξυγόνου Wideband O2 (Bosch LSU4.2)

Επιστημονικό Υπόβαθρο

Η τέχνη της βελτίωσης ενός κινητήρα δεν είναι κάτι καινούριο, αλλά συναντάται και στο παρελθόν από την στιγμή μάλιστα της γέννησης του κινητήρα 100 χρόνια πίσω. Για μια ίσως και δύο γενιές οι μέθοδοι όπως η μετρητές υποπίεσης, τα όργανα μέτρησης μονοξειδίου και το «διάβασμα» του χρώματος των μπουζί ήταν τα βασικά εργαλεία στο βασικό οπλοστάσιο. Λόγο της έλλειψης ακρίβειας των μεθόδων αυτών η βελτίωση ενός κινητήρα ήταν περισσότερο μια υποκειμενική ανάλυση των δεδομένων παρά ένας επαγγελματικός τρόπος εργασίας.

Αργότερα, και ενώ τα πρότυπα εκπομπών γινόταν πιο αυστηρά και οι κινητήρες των αγωνιστικών άρχισαν να παράγουν όλο και περισσότερους ίππους, η ανάγκη να προσδιοριστεί με ακρίβεια η αναλογία αέρα-καυσίμου έγινε ολοένα και πιο σημαντική. Η τεχνολογία βελτίωσε τα όργανα μέτρησης της αναλογίας καυσίμου αέρα και ενσωμάτωσε την δυνατότητα καταγραφής. Για πολλά χρόνια η τεχνολογία αυτή ήταν αδύνατο να χρησιμοποιηθεί από τους επαγγελματίες βελτιωτές αλλά και τους απλούς χρήστες. Το κόστος τέτοιων μηχανημάτων ήταν πολύ ακριβό αγγίζοντας της μερικές χιλιάδες ευρώ

Οικονομικά όργανα μέτρησης εμφανίστηκαν στην αγορά με την εμφάνιση των πρώτων κινητήρων που ό έλεγχος γινόταν από κάποιος ηλεκτρονικό εγκέφαλο. Αυτό οι αισθητήρες είναι ακριβής μόνο για την περιοχή της τέλειας αναλογίας 14.7:1. Η ακρίβεια σε αυτό το εύρος είναι άχρηστη για τους βελτιωτές όταν για την πλήρη ανοιχτή πεταλούδα η αναλογία πέφτει έως 11:1 , αλλά συνήθως ως 13:1 για τους ατμοσφαιρικούς κινητήρες.

Το μεγάλο βήμα σε αυτούς τους αισθητήρες έγινε από την Bosch όταν έφτιαξε τον LSU4 ευρείας ζώνης μετρητή O2 πουλώντας τον σε λογική τιμή. Άμεσα η αγορά έφτιαξε για αυτόν τον αισθητήρα όργανα μέτρησης αναλογίας καυσίμου αέρα με μεγάλη ακρίβεια.

Δεν είναι όλοι ίδιοι.

Πολλά ερωτήματα δημιουργήθηκαν με την διάδοση αυτών των οργάνων.

Κατ’ αρχήν, από την στιγμή που όλα αυτά τα όργανα χρησιμοποιούν τον ίδιο αισθητήρα Bosch, και εφόσον ο αισθητήρας είναι καλιμπραρισμένος από το εργοστάσιο δεν θα έπρεπε οι τιμές τους να είναι ίδιες ? Η απάντηση είναι όχι. Υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των ελεγκτών και των κυκλωμάτων του αισθητήρα στα όργανα αυτά. Από το πώς ο αισθητήρας προθερμαίνεται έως τον τρόπο με τον οποίο τροφοδοτείτε με ρεύμα. Όλα αυτά επηρεάζουν την ακρίβεια του αισθητήρα. Άλλη μια ερώτηση που μπορεί να τεθεί είναι : Πιο όργανο είναι το καλύτερο ? Πιο όργανο έχει τις λειτουργίες που χρειάζομαι ?

Βάση αυτών των ερωτημάτων αλλά και άλλων, προσπαθήσαμε να βρούμε ποια όργανα είναι τα καλύτερα. Η διαδικασία ήταν δύσκολη αλλά καταφέραμε να έχουμε τις απαντήσεις.

Η μεθοδολογία

Το πλάνο ήταν να πάρουμε 8 δημοφιλή όργανα και να τα δοκιμάσουμε με τη βοήθεια βαθμονομημένων αέριων πρώτα. Έπειτα θα δοκιμαστούν για μία ώρα σε αγωνιστικό κινητήρα. Τέλος θα δοκιμαστούν σε εργαστηριακά αέρια. Το πρώτο αέριο πάρθηκε από την εταιρία Scott Specialty Gasses που χρησιμοποιείτε από τον SAE standards για .8 lambda και για .895 lambda (11.76 AFR και 13.15 AFR αντίστοιχα ). Το αέριο αυτό μας δίνει την δυνατότητα να δοκιμάσουμε το όργανο χωρίς να υπάρχει πρόβλημα μεταβολής του λάμδα λόγο στροφών ή άλλων μεταβλητών όπως θα συνέβαινε σε έναν πραγματικό κινητήρα. Για να έχουμε μεγαλύτερη ακρίβεια χρησιμοποιήσαμε και εργαστηριακά εργαλεία μέτρηση του λάμδα.

1. Οι αισθητήρες δοκιμάστηκαν με εργαστηριακό αέριο φτιαγμένο να δίνει 11.76 AFR και 13.15 AFR. Με αυτό τον τρόπο κάθε αισθητήρας θα διαβάζει το ίδιο αέριο, βοηθώντας μας να μετρήσουμε την ακρίβεια και την ταχύτητα απόκρισης των μεταβολών.

2. Αφού κάναμε τις δοκιμές στο εργαστήριο οι αισθητήρες τοποθετήθηκαν σε ένα αγωνιστικό όχημα με ειδική βενζίνη. Η διαδρομή προσομοιώνει την χρήση του αισθητήρα σε πραγματικές συνθήκες καυσαερίων και θερμοκρασιών.

3. Εννέα τρύπες ανοίχτηκαν στην εξάτμιση. Οχτώ για τους αισθητήρες και μία για το Westech's μετρητή. Η καταγραφή έγινε κατά την διάρκεια της λειτουργίας του κινητήρα.

4. Μια κοινή γείωση και τροφοδοσία δίνεται στα όργανα ώστε να μην υπάρχει διαφορά αποτελεσμάτων από αυτό.

Το παρακάτω διάγραμμα συγκεντρώνει τα αποτελέσματα και για της τέσσερεις κατηγορίες. Σε ένα συγκεκριμένο κομμάτι υπάρχει το θέση της ανα-βαθμονόμησης. Όλες οι συσκευές συχνά αναφέρονται στην εργοστασιακή ρύθμιση από την Bosch. Άλλοι κατασκευαστές οργάνων κάνουν κάποιου είδους δική τους βαθμονόμηση κατά την διάρκεια της εγκατάστασης .

Από αυτή τη διαδικασία προκύπτει και η προφανής ερώτηση: Αν ένα όργανο κάνει κάποιου είδους βαθμονόμηση, πως ο χρήστης θα ξέρει ότι οι τιμές που βλέπει είναι σωστές ? Ξέρουμε από την Bosch ότι τα δεδομένα από τον αισθητήρα αλλάζουν από χρόνο σε χρόνο όσο ο καιρός περνά.

Όπως περιγράφηκε και προηγουμένως τα δεδομένα από την αναλογία καυσίμου αέρα είναι πιο χρήσιμα όταν συνδυάζονται και με την καταγραφή άλλων δεδομένων όπως η θέση γκαζιού, η πίεση , οι στροφές και άλλα. Ο συνδυασμός των δεδομένων αυτών απαιτεί και καταγραφή. Έτσι ακόμα και αν οι τιμές αυτές είναι χρήσιμες για επίβλεψη σε πραγματικό χρόνο, όταν καταγράφονται είναι ακόμα πιο σημαντικό ο χρόνος απόκρισης των αισθητήρων. O χρόνος απόκρισης είναι σημαντικός επειδή είναι δυνατή η καταγραφή των δεδομένων με ακρίβεια χρόνου.

Τα αποτελέσματα - Με μια ματιά

Παρακάτω θα βρείτε τα αποτελέσματα από τα οχτώ όργανα που δοκιμάσαμε. Όλα τα όργανα χρησιμοποίησαν τον αισθητήρα Bosch LSU4 wideband oxygen sensor. Τα αποτελέσματα έδειξαν μεγάλες αποκλίσεις μεταξύ τους και σε τιμές και σε χρόνους. Βαθμολογήσαμε επίσης την ευκολία χρήσης, την οθόνη και το συνοδευτικό πρόγραμμα. Οι εταιρίες που πήραν μέρος στις δοκιμές είναι AEM, Dynojet, FAST, FJO, Innovate, NGK, PLX και Zeitronix.

AEM

Το όργανο της AEM ήταν ακριβής στα αποτελέσματα κατά την διάρκεια των δοκιμών, αλλά δεν έδινε την δυνατότητα καταγραφής των δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Ο χρόνος απόκρισης των τιμών είναι μέτριος.

AFX (NGK)

Το όργανο της NGK πέτυχε χαμηλό σκόρ στην ακρίβεια και δεν έχει αναλογική έξοδο. Δεν υπάρχει δυνατότητα καταγραφής των δεδομένων. Αναλογιζόμενοι ότι η εταιρία NGK κατασκευάζει αισθητήρες αναλογίας καυσίμου αέρα ήταν έκπληξη για εμάς ότι το όργανο είχε Bosch αισθητήρα.

Dynojet

Το όργανο της Dynojet ήταν δύσκολο στην εγκατάσταση και το πρόγραμμα καταγραφής δεδομένων είναι περιορισμένων δυνατοτήτων. Το Dynojet είχε τον πιο αργό χρόνο απόκρισης.

FAST

Το όργανο της FAST έχει εσωτερικό σύστημα καταγραφής, αλλά δεν έχει κάποιο πρόγραμμα για υπολογιστή. Αυτό ίσως το κάνει περισσότερο περίπλοκο όταν πρόκειται κάποιος να κάνει βελτίωση. Το να ρυθμίσεις την αναλογική έξοδο είναι κάπως δύσκολο. Η οθόνη είναι ωραία.

FJO

Το όργανο της FJO έχει περίεργο τρόπο σύνδεσης με τον αισθητήρα, τον ελεγκτή και τις αναλογικές εξόδους. Ήταν επίσης δύσκολο να ρυθμίσεις τις αναλογικές εξόδους με το πρόγραμμα που συνοδεύεται.

Innovate

Το όργανο της Innovate ήταν ακριβές, πέτυχε τους καλύτερους χρόνους απόκρισης και περιλαμβάνει ένα πολύ καλό πρόγραμμα ανάλυσης και καταγραφής. Η Innovate υποστηρίζει ότι είναι το μοναδικό ψηφιακό όργανο. Η εγκατάσταση και η καλωδίωση είναι λίγο μπερδεμένη.

PLX

Το όργανο της PLX M300 δεν περιέχει πρόγραμμα καταγραφής ενώ η ακρίβεια είχε απόκλιση +/1 AFR (το χειρότερο αποτέλεσμα). Σημειώστε ότι η PLX επικοινώνησε μαζί μας και μας είπε ότι δεν είχαμε συνδέσει σωστά τα καλώδια.

Zeitronix

Το όργανο της Zeitronix πέτυχε ακρίβεια +/- .54 AFR. Το πρόγραμμα που το συνοδεύει είναι σχετικά δύσκολο και περιορισμένων δυνατοτήτων. Σημειώστε ότι η εταιρία Zeitronix μας είπε ότι χρησιμοποιήσαμε ένα προϊόν που έχει αντικατασταθεί.

Το μόνο που δεν μπορέσαμε αποτελεσματικά να εξομοιώσουμε ήταν η παλαίωση του αισθητήρα σε βάθος χρόνου. Η παλαίωση κυρίως οφείλετε στα εσωτερικά κεραμικά του αισθητήρα και την. Οι συνθήκες χρήσης και το είδος του καυσίμου παίζουν μεγάλο ρόλο στην παλαίωση. Χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα με αγωνιστικό καύσιμο, μεταλλικά στοιχεία, μπούστερ οκτανίων, λάδι και πολύ υψηλές θερμοκρασίες προκαλέσαμε γρήγορη γήρανση του αισθητήρα και αποτέλεσμα η ακρίβεια να μειωθεί. Λόγω της γήρανσης είναι σημαντικό να υπάρχει δυνατότητα καλιμπραρίσματος του αισθητήρα. Ο πιο κοινός τρόπος καλιμπραρίσματος είναι αυτός του αέρα. Ο τρόπος αυτός απαιτεί ο αισθητήρας να βρίσκετε στην ατμόσφαιρα και να συγκρίνει τις τιμές με αυτόν. Αν το όργανο δεν έχει την δυνατότητα καλιμπραρίσματος, τότε ο αισθητήρας θα πρέπει να αλλάζετε ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Το θέμα όμως είναι πότε πρέπει να αλλάξεις τον αισθητήρα ? Αυτό απαιτεί εμπειρία για να το γνωρίζεις.

Προσπαθήσαμε να εξομοιώσουμε την ιδέα των παλιών αισθητήρων χρησιμοποιώντας παλιούς και χαλασμένους που είχαμε. Με ένας από αυτούς να τους συνδέουμε στο Innovate XD-16 το οποίο μας έδειχνε ένδειξη λάθους. Τον ίδιο αισθητήρα τον συνδέσαμε και σε άλλα όργανα τα οποία λειτουργούσαν αλλά έδειχναν λάθος ενδείξεις. Ξανά λοιπόν προκύπτει το ερώτημα : Αν το όργανο δεν μπορεί να σε ενημερώσει ότι ο αισθητήρας θέλει αλλαγή, πως γίνετε να το εμπιστεύεσαι?