Bränslereglering (Closed Loop).
040213/GG

En modern bilmotor arbetar i oreglerat läge (Open Loop), endast då kraven för reglerat läge inte är uppfyllda, t.ex. vid kall motor. För att hålla den bränsleblandning som erfordras för emissionskontroll, skall motorn gå i reglerat läge under större delen av bilens drifttid.
Uppgiften för ett reglerat bränslesystem är att hålla förhållandet bränsle luft i rätt proportion. Små variationer i förhållandet kan ha betydande effekter på motorns uteffekt, bränsleförbrukning och avgasemissioner.
Förbränningen i motorns cylindrar, skapar produkter i gasform som utgör motorns avgaser. En del av dessa produkter är relativt harmlösa, medan andra är skadliga. De skadliga består i huvudsak av;
- kolväte (HC)
- koloxid (CO)
- kväveoxider (NOx).
Lagar och förordningar har satt utsläppsgränser för dessa ämnen från bilar.
Bensin är en blandning av komponenter som består av väte (H) och kol (C). Vid en fullständig
förbränningsprocess, förenas dessa ämnen med syre (O), och bildar vatten (H2O) och koldioxid (CO2).
Vid en ofullständig förbränning bildas oförbrända avgaser som innehåller kolväte (HC) och koloxid (CO).
Kväveoxider (Nox) refererar till flera typer av kemiska föreningar av kväve (N) och syre (O) som uppkommer vid förbränning.  Kväve och syre är normala beståndsdelar i luft, men de förekommer här som separata element.
Så länge temperaturen vid förbränning håller sig under ca 1300 grader C, förenas inte kväve och syre. Men om temperaturen är bara lite högre, förenas de två elementen till former av gaser som benämnes NOx.
Respektive ämnes variation relativt bränsleblandningsförhållande för en bensinmotor, framgår av nedanstående figur. Kurvan T visar motorns vridmoment (T står för ”torque”).

                                                
                                                             Bränsleblandningsförhållande.

Minimalt med skadliga utsläpp erhålles vid fullständig förbränning, dvs vid bränsleblandning 14,7:1. Detta är alltså det värde som bilens bränslereglering skall styra mot.
Som framgår av figuren gäller detta inte NOx. Problemet med NOx är i de flesta bilar löst med EGR-system.
För bränslereglering är alltså de variabler som behöver mätas HC och CO. Tyvärr finns det inte någon kostnadseffektiv, praktisk givare för sådan mätning som kan byggas in i bilens avgassystem. Däremot finns en givare som ger en indirekt mätning av HC- och CO-koncentrationen, lambdagivaren. Denna givare mäter syrehalten i avgaserna.
Lambdagivaren skall enligt OBD2-nomenklatur benämnas HO2S (syresensor). Beteckningen EGO (Exhaust Gas Oxygen Sensor) förekommer också.
Lambdagivaren genererar, när den är het, en spänningssignal som baseras på skillnaden i syrehalten i motorns avgaser och omgivningsluftens syrehalt. När bränsleblandningen till motorn är mager, innehåller avgaserna ungefär samma syrehalt som syrehalten i motorns omgivningsluft. Givaren genererar då en utsignal som är mindre än 400mV (millivolt). När bränsleblandningen är fet, innehåller motorns avgaser mindre syre än vad som finns i omgivningsluften. Givaren genererar då en utsignal som är större än 600mV.

                                                
                                                                  Utsignal från lambdagivare.                

Lambdagivaren är i grunden en analog givare. Den ger en kontinuerlig utsignal, proportionell mot differensen i syrehalt mellan avgaser och omgivningsluft. Men som synes är det linjära mätområdet mycket snävt runt bränsleblandningsförhållande 14,7:1. Den används därför vid bränslereglering som en binär givare. De två logiska tillstånden är ”fet” och ”mager”, syftande på aktuell bränsleblandning.
Utsignalen från givaren kommer, då motorn går i reglerat läge, att växla mellan dessa logiska nivåer enligt nedanstående figur.

                                                      
                                                    Utsignal från lambdagivaren vid bränslereglering.

Reglerfunktionen som är implementerad i fordonsdatorn, är i grunden en enkel till-från (On-Off) reglering.
När lambdagivaren utsätts för överskott på syre i avgaserna, genererar den en låg spänning  0,1 till 0,4 V (Volt).
Detta indikerar en mager bränsleblandning. Fordonsdatorn ökar då bränslemängden till motorn, genom att i små steg öka pulstiderna för injektorerna. Detta fortgår tills datorn noterar en växling i signalen från lambdagivaren.
Då lambdagivaren utsätts för lite eller inget syre i avgaserna, genererar den en hög spänning  0,6 till 0,9 V.
Detta indikerar fet bränsleblandning. Fordonsdatorn minskar då bränslemängden till motorn, genom att i små steg minska pulstiderna för injektorerna. Detta fortgår tills datorn noterar en växling i signalen från lambdagivaren.
Mängden injicerat bränsle finjusteras kontinuerligt, signalen från lambdagivaren ger hela tiden fordonsdatorn information om syrehalten i motorns avgaser. Genom att kontinuerligt växla mellan lite fet och lite mager bränsleblandning, kommer bränsleblandningens medelvärde att ligga mycket nära det ideala 14,7:1.
Typisk växlingsfrekvens för förloppet är 10 till 20 ms (millisekunder).
Varje bränsleinjector har en pulstid på mellan 5 till 10 ms.
En ny lambdagivare kan växla mellan så låg spänning som 0,1V, till så hög som 0,9V. Allteftersom givaren åldras minskar detta spänningsområde, och givaren växlar långsammare mellan nivåerna.
Avancerade fordonsdatorer kan reglera pulstiden individuellt till varje injektor (cylinder). Under givna driftförhållanden, aktuellt motorvarvtal mm, vet fordonsdatorn tiden från då gasen lämnar respektive cylinder till den når lambdagivaren.