В статье речь пойдет об анализе работы исправного каталитического нейтрализатора и разработке алгоритмов его эмуляции, разработке аппаратной и программной реализации эмулятора работы каталитического нейтрализатора на базе микроконтроллера.
1. Для чего это нужно? Каждый владелец современных автомобилей с бензиновым двигателем рано или поздно сталкивается с необходимостью замены на новый или удаления поврежденного каталитического нейтрализатора (далее КН). Причем доводить КН до критического состояния крайне не желательно, поскольку это может привести к необходимости капитального ремонта двигателя.
Замена КН на новый выполняется крайне редко в виду высокой стоимости. Обычно вопрос решается удалением КН из выхлопной системы и установки на его место пламегасителя.
Случай с проблемами при удалении КН и будет рассмотрен в настоящей статье.
Как известно электронные блоки управления (далее ЭБУ) современных двигателей способны контролировать работу КН. При отсутствии или неисправности КН помимо индикации ошибки возможно не совсем корректная подготовка топливной смеси. Решить описанную проблему можно следующими способами:
- изменить прошивку ЭБУ таким образом, чтобы наличие КН не требовалось.
Плюсы: надежный способ, который гарантирует отсутствие ошибок по КН в будущем, датчик СО после КН становится не нужным. Минусы: услуга дорогая, прошивка ЭБУ становится нестандартной и как правило помимо отключения КН меняется еще целый ряд параметров и алгоритмов работы ЭБУ. Причем далеко не в лучшую сторону для долговечности двигателя. Не любую прошивку ЭБУ можно исправить, особенно для новых малоизвестных авто.
- установить механическое устройство эмуляции КН. Обычно такие устройства представляют собой кусок трубки, в который вкручивается датчик СО установленный после катализатора. В некоторых моделях в трубке устанавливают микрокатализатор, по задумке, чтобы датчик СО выдавал сигнал в точности как будто КН имеется и работает исправно. Плюсы: недорого.
Минусы: поскольку датчик СО установлен не в потоке газов, а в отдельной трубке его подогрев быстро выйдет из строя, микрокатализатор не исправит ситуацию и через некоторое время по переходным процессам при торможении двигателем и ускорению ЭБУ поймет, что КН работает не корректно и выставит ошибку. В редких случаях данный способ приводит к решению задачи.
- установить электронный эмулятор работы КН. Плюсы: надежная эмуляция работы КН, отсутствие ошибок и правильное смесеобразования, не требуется вмешиваться в прошивку ЭБУ. Минусы: устройство относительно дорогое, датчик СО установленный после КН должен быть исправен. Для каждого вида СО датчика требуется свой вид эмулятора КН.
Анализ имеющихся разработок показывает, что существующие эмуляторы КН либо очень примитивны и не способны полноценно выполнять свою задачу, либо имеют совершенно не понятный алгоритм работы.
В целях разобраться в этом вопросе выполним разработку собственного электронного эмулятора КН. В качестве СО датчика будем использовать подогреваемый циркониевый СО датчик. Данный тип СО датчиков является самым распространенным.
Кратко напомним основные выходные параметры циркониевого СО датчика: прогретый до рабочей температуры датчик выдает на выходе ЭДС которое соответствует:
ЭДС > 0,7B - богатая смесь, отсутствует кислород
ЭДС < 0,3 бедная смесь, присутствует кислород.
Не прогретый до рабочей температуры СО датчик имеет бесконечно большое сопротивление на выходах. ЭБУ высокоомным резисторным делителем задает напряжение 0,45В на входах с СО датчика. Таким образом, подключенный к ЭБУ СО датчик пока не прогреется имеет напряжение 0,45В на выводах.
Как известно схема подключения датчиков имеет вид:
здесь:
датчик СО1 позволяет ЭБУ дозировать воздух и топливо в правильном соотношении
датчик СО2 служит для обеспечения корректной работы катализатора.
Чтобы выполнить правильную эмуляцию сигнала СО2 необходимо на исправном КН и исправной системе в целом выделить необходимые ключевые моменты для эмуляции сигнала СО2. Данная работа была проведена со следующими выводами:
1. ЭБУ регулирует смесь таким образом, чтобы на выходе СО2 была бедная смесь, т. е. присутствовал кислород. Это весьма логично для реакции СО + O -> CO2 которая должна происходить в катализаторе. Примерно раз в минуту, когда двигатель работает под нагрузкой значение СО2 уходит в богатую смесь и возвращается ЭБУ обратно к значению бедной смеси.
2. На холостом ходу значение СО2 как правило всегда соответствует бедной смеси.
3. В режиме торможения двигателем, когда водитель на большой скорости отпускает газ не отключая передачу показания СО1 и СО2 уходят в бедную смесь (подача топлива отключается ЭБУ).
4. Если показания датчика СО1 продолжительное время (более 2х секунд) соответствуют богатой смеси, то и показания СО2 тоже будут соответствовать богатой смеси.
5. Датчик СО2 имеет время прогрева и выхода в рабочее состояние значительно превышающее СО1. СО2 прогревается зимой около 4х минут.
На основании проведенной работы можно сделать несколько выводов:
- установить вместо СО2 «просто мигалку раз в минуту» не получится. ЭБУ вычислит ошибку за несколько поездок
- эмуляцию сигнала СО2 с КН возможно делать либо на основании сигнала СО1, либо СО2 (без КН они будут совпадать).
- необходимо учитывать режимы прогрева, торможения двигателем, режим больших нагрузок
- сигнал СО2 не просто показывает ЭБУ хороший КН или плохой. На основе сигнала СО2 ЭБУ выполняет дополнительную коррекцию смеси, чтобы она содержала на выходе минимальное количество кислорода необходимого для работы КН.
Итог проделанной работы https://vdsoft.ru/cce/