Capire i trim di carburante a breve e lungo termine

15 marzo 2019

Il concetto di trim di carburante, e come una ECU utilizza i trim di carburante per mantenere un equilibrio stechiometrico tra carburante e aria sui motori a benzina è probabilmente tra gli aspetti meno compresi dei moderni sistemi di gestione del motore e del carburante oggi. Tuttavia, il processo di regolazione della miscela aria/carburante per massimizzare la potenza e, allo stesso tempo, risparmiare carburante e minimizzare le emissioni è relativamente semplice, a condizione che l’argomento sia affrontato in modo logico. In questo articolo, discuteremo brevemente cosa sono i trim di carburante, perché sono necessari e come usare i trim di carburante come aiuti diagnostici, iniziando con questa domanda-

Cosa sono i trim di carburante?

Quando un motore a benzina funziona con una miscela stechiometrica aria/combustibile (14,7 parti di aria per 1 parte di combustibile), tutto il combustibile viene bruciato usando tutta l’aria disponibile. Tuttavia, poiché tutti i motori a benzina richiedono più (o meno) carburante al variare del carico, l’equilibrio tra aria e carburante deve necessariamente cambiare per adattarsi ai cambiamenti nella domanda di carburante. Quindi, in parole povere, i trim di carburante sono le regolazioni continue che l’ECU fa alle strategie di erogazione del carburante per mantenere la miscela aria/combustibile il più vicino possibile al punto stechiometrico (noto anche come Lambda = 1) per tutta la gamma operativa del motore.

In pratica, l’ECU gestisce due tipi distinti di regolazioni del carburante, che sono

Trim del carburante a breve termine (STFT)

Le regolazioni del carburante a breve termine si verificano come risultato diretto dei cambiamenti nel contenuto di ossigeno del flusso di scarico. Il flusso di scarico è monitorato da un sensore di ossigeno a monte del convertitore catalitico, e la tensione del segnale che genera è direttamente proporzionale al contenuto di ossigeno del flusso di scarico. Durante il normale funzionamento del veicolo, e a condizione che il sensore di ossigeno sia in funzionamento a circuito chiuso, l’ECU reagirà ai cambiamenti nella composizione del flusso di scarico quasi istantaneamente, da cui il termine “regolazione del carburante a breve termine”, e lo farà diverse volte al secondo.

Si deve notare che nella maggior parte delle applicazioni, la tensione del segnale varia da circa 0,2 volt, a circa 0,9 volt, che l’ECU interpreta come cambiamenti nel contenuto di ossigeno del flusso di scarico. A seconda del valore di tensione del segnale, l’ECU modificherà la larghezza dell’impulso degli iniettori per aggiungere carburante alla miscela aria/combustibile, o alterare la larghezza dell’impulso dell’iniettore per sottrarre carburante dalla miscela aria/combustibile, ed è questo processo di adattamento della larghezza dell’impulso dell’iniettore che è noto come fuel trim.

In pratica, una tensione di segnale di 0,45 rappresenta una miscela aria/combustibile che è al, o vicino al valore stechiometrico, e tensioni di segnale sopra o sotto questo valore rappresentano una miscela ricca, o magra. Si noti che i sensori di ossigeno possono semplicemente indicare se la miscela aria/carburante è magra o ricca: questi sensori non possono misurare la composizione reale del flusso di scarico nel modo in cui i sensori del rapporto aria/carburante sono in grado di farlo.

NOTA: In alcune applicazioni, in particolare alcuni prodotti GM, i sensori di ossigeno sono elettricamente opposti, il che significa che una bassa tensione di segnale indica una miscela ricca, al contrario della miscela magra che indicherebbe nella maggior parte delle altre applicazioni.

L’assetto del carburante a lungo termine

L’assetto del carburante a lungo termine è misurato su intervalli di tempo più lunghi dai sensori di ossigeno o di rapporto aria-carburante a valle del catalizzatore, e in pratica, le tensioni di segnale che questi sensori generano non sono direttamente implicate nelle strategie di erogazione del carburante, anche se ci sono alcune eccezioni a questa regola.

Lo scopo principale dei sensori di ossigeno a valle è quello di monitorare l’efficienza del catalizzatore, che si realizza per mezzo della ECU che confronta la sua tensione di segnale con quella del sensore di ossigeno a monte. Più precisamente, lo schema delle variazioni della tensione del segnale del sensore di ossigeno a valle viene confrontato con lo schema delle variazioni della tensione del segnale del sensore di ossigeno a monte, e sulla base delle differenze o delle somiglianze tra gli schemi di tensione del segnale, l’ECU calcola un valore di efficienza per il convertitore catalitico.

In un sistema di gestione del motore perfettamente funzionante, la tensione del segnale del sensore a monte fluttua rapidamente a causa dei cambiamenti che avvengono nella composizione del flusso di scarico. Tuttavia, la tensione del segnale del sensore a valle dovrebbe rimanere abbastanza costante intorno al punto medio della gamma di tensione che si applica a quel sensore, a condizione che l’efficienza dei convertitori catalitici sia di circa il 75% o superiore.

Quindi, in assenza di guasti o malfunzionamenti che possono influenzare i trim del carburante, i valori di trim del carburante a lungo termine rappresentano una media dei trim/adattamenti che l’ECU ha eseguito per correggere la miscela aria/carburante misurata in un arco di tempo predeterminato.

Come interpretare i dati dell’assetto carburante

Per gli scopi di questo articolo, assumeremo che tutti i sensori di ossigeno, o di rapporto aria/carburante, lavorino allo stesso modo, nel senso che una bassa tensione di segnale indica una miscela magra, e che, al contrario, una tensione di segnale alta indica una miscela ricca. Assumiamo anche che il motore sia in buone condizioni meccaniche, che non ci siano perdite di vuoto nel motore, che non ci siano accensioni errate e che non ci siano perdite di scarico a monte dei sensori di ossigeno.

Se si collega uno strumento di scansione a un tale veicolo, entrambi i dati dell’assetto del carburante a breve e lungo termine saranno visualizzati come percentuali. Idealmente, entrambi i valori dovrebbero essere a, o vicino a 0%, quando il motore è in esecuzione a una velocità costante, come quando è al minimo. Tuttavia, in alcuni casi, il valore visualizzato per i trim di carburante a lungo termine può arrivare fino al 6-8% (a seconda dell’applicazione) e può essere un numero negativo o positivo. Quindi cosa significa questo? Guardiamo prima i numeri positivi-

Valori positivi del fuel trim

Se il valore visualizzato del fuel trim è un numero positivo, significa che l’ECU sta aumentando la larghezza dell’impulso dell’iniettore per aggiungere carburante alla miscela aria/combustibile per arricchire la miscela perché i dati di input che sta ricevendo le dicono che la miscela è troppo magra.

Valori negativi del trim del carburante

Se il valore visualizzato del trim del carburante è un numero negativo, significa che l’ECU sta diminuendo la larghezza dell’impulso dell’iniettore per sottrarre carburante dalla miscela aria/carburante per ridurre la miscela aria/carburante perché i dati di ingresso che sta ricevendo gli dicono che la miscela è troppo ricca.

NOTA: Alcuni strumenti di scansione possono visualizzare i trim di carburante come Lambda = X, dove “X” può essere un numero maggiore o minore di “1”, con “1” che rappresenta una miscela aria/carburante stechiometrica. Come regola generale, i numeri maggiori di “1” indicano una miscela magra, e i numeri minori di “1” indicano una miscela ricca.

TIP: Tenete a mente che i valori dell’assetto del carburante sono affidabili solo se è noto che l’ossigeno – o i sensori del rapporto aria/carburante sono completamente funzionali e in funzionamento a circuito chiuso, e che non ci sono codici di misurazione aria/carburante o di accensione memorizzati. Tuttavia, anche se i sensori sono noti per essere buoni, può accadere che i valori visualizzati dell’assetto del carburante possono essere fuori fino al 20% o più; questo può essere il risultato di un malfunzionamento, o, può essere il risultato di qualcuno che ha recentemente cancellato tutti i codici di errore. Cancellare i codici di errore ha l’effetto di cancellare anche i dati memorizzati sull’assetto del carburante, e l’ECU generalmente richiede almeno alcuni cicli di guida per reimparare come adattare le strategie di erogazione del carburante.

Quindi quali dovrebbero essere i valori di assetto del carburante?

Mentre valori di assetto del carburante dello 0% sarebbero ideali, non esiste un motore perfetto, il che significa che in pratica, raggiungere costantemente valori di assetto del carburante dello 0% diventa progressivamente più difficile man mano che un motore invecchia. Tuttavia, mentre una discreta usura dei motori è inevitabile e le moderne ECU sono programmate per compensare l’aumento dei tassi di consumo dell’olio, la perdita di sensibilità dei sensori e altri fattori che influenzano i trim di carburante, le ECU hanno una capacità limitata di compensare alcuni fattori, quindi tenete a mente quanto segue quando interpretate i valori dell’assetto del carburante-

Valori dell’assetto del carburante a breve termine

Supponendo che il motore sia in ottime condizioni meccaniche, e che tutti i sensori coinvolti nella misurazione sia dell’aria di aspirazione che del carburante, i valori dell’assetto del carburante a breve termine dovrebbero essere generalmente tra il 10% positivo e il 10% negativo quando il motore funziona a un regime costante. Si noti però che, poiché i cambiamenti improvvisi nel regime del motore possono far fluttuare selvaggiamente i valori dell’assetto del carburante a breve termine, tutti i valori dell’assetto del carburante dovrebbero essere presi ad un minimo di almeno tre regimi costanti del motore, cioè al minimo, a circa 2500 RPM e a circa 3500 RPM. Si noti inoltre che i valori di fuel trim dovrebbero essere presi solo quando il motore ha funzionato alle velocità sopra indicate per almeno 30 secondi.

Valori di fuel trim a lungo termine

In teoria, i fuel trim a lungo termine dovrebbero essere allo 0% o vicini allo 0% quando il motore funziona a un regime costante. Tuttavia, mentre i cambiamenti di velocità del motore produrranno (e devono produrre) dei cambiamenti nel valore del fuel trim a lungo termine, questo valore dovrebbe tornare a un punto vicino allo 0% quando il regime del motore si stabilizza. Si noti che se i valori di fuel trim a lungo termine fluttuano in un modello che assomiglia alle fluttuazioni dei valori di fuel trim a breve termine, si sospetta un convertitore catalitico difettoso.

Nonostante, come regola generale, i valori di fuel trim a lungo termine che si aggirano intorno al 5-8% – sia negativi che positivi – non sono necessariamente indicativi di un problema. Tuttavia, quando i trim di carburante a lungo termine superano circa il 10% su entrambi i lati dello 0%, c’è un problema che deve essere indagato, ma si noti che i codici che indicano condizioni di funzionamento ricche o magre saranno generalmente impostati solo quando la deviazione raggiunge circa il 25% o giù di lì.

I valori di trim di carburante a breve termine, d’altra parte, spesso deviano fino al 10% su entrambi i lati dello 0% quando il motore funziona a una velocità costante, che non indica necessariamente un problema. Tuttavia, una volta che la deviazione raggiunge circa il 25% con il motore in funzione a velocità costante, c’è un problema che sarà quasi sempre indicato da un codice di errore di funzionamento ricco o magro.

Come usare i valori di assetto del carburante come aiuto diagnostico

Come detto altrove, i valori di assetto del carburante che si discostano di qualche punto percentuale dall’ideale 0% non sono necessariamente indicativi di problemi seri. Tuttavia, i valori di fuel trim (sia lunghi che corti) che vanno da piccole deviazioni a circa il 25% su entrambi i lati dello 0% sono certamente degni di attenzione, anche se nessun codice è stato impostato come risultato della deviazione.

Di seguito sono riportati alcuni suggerimenti e trucchi per diagnosticare i più comuni guasti/difetti/fallimenti/malfunzionamenti che causano miscele magre di aria/combustibile che si traducono in alti valori positivi dell’assetto del carburante-

• Piccole perdite di vuoto; se entrambi i valori dell’assetto del carburante a breve e lungo termine sono più alti di circa il 10% con il motore al minimo, aumentare la velocità del motore a circa 2000 RPM per circa 30 secondi. Se i valori dell’assetto del carburante tornano a un livello più normale dopo questo tempo, c’è una piccola perdita di vuoto i cui effetti sono ridotti o eliminati a velocità elevate del motore.
• Sensori MAF difettosi possono segnalare eccessivamente il volume d’aria che passa sopra di loro, causando così condizioni di funzionamento magro
• Pressione del carburante inadeguata; testare la pressione del carburante con un apposito manometro
• Iniettori del carburante intasati o sporchi; testare il funzionamento degli iniettori eseguendo un modello di spruzzo e un test del volume
• Sensori di ossigeno o di rapporto aria/combustibile marginalmente difettosi; i sensori perdono un po’ di sensibilità dopo un lungo utilizzo, o i sensori possono essere bloccati a leggere condizioni di magro come risultato di non reagire ai segnali di commutazione dalla ECU, o possono essere lenti a rispondere ai segnali di commutazione

Di seguito sono riportati alcuni suggerimenti e trucchi per diagnosticare i più comuni guasti / difetti / guasti / malfunzionamenti che causano aria ricca / miscele di carburante che risultano in alti valori negativi di carburante trim-

• Pressione del carburante eccessiva; verificare la pressione del carburante con un apposito manometro
• Iniettori del carburante che perdono; verificare il funzionamento dell’iniettore eseguendo un test di spruzzatura e di volume
• Sensori MAF difettosi possono sotto segnalare il volume d’aria che passa sopra di loro, causando così condizioni di funzionamento ricche
• Le perdite di scarico; riparare tutte le perdite trovate poiché i gas di scarico contaminano l’aria ambiente che i sensori di ossigeno usano come riferimento
• Perdita di compressione su uno o più cilindri; la perdita di compressione causa una combustione scarsa o incompleta, che si traduce in idrocarburi incombusti che “ingannano” i sensori di ossigeno nel segnalare una miscela ricca
• Incendio marginale; non tutti i misfire sono abbastanza gravi da impostare un codice misfire, quindi controllare o sostituire le candele sospette, e controllare il funzionamento di tutte le bobine di accensione con un oscilloscopio
• Sensore(i) di ossigeno o di rapporto aria/carburante marginalmente difettoso; i sensori possono essere bloccati alla lettura di condizioni ricche come risultato di non reagire ai segnali di commutazione dall’ECU, o possono essere lenti a rispondere ai segnali di commutazione

Conclusione

Se i valori di fuel trim sono interpretati correttamente e le loro implicazioni sono comprese, essi offrono al tecnico un modo quasi infallibile per diagnosticare problemi e questioni che altrimenti potrebbero richiedere ore per la diagnosi. Infatti, i valori dell’assetto del carburante offrono un’idea delle condizioni generali del motore e del sistema di alimentazione in modi che pochi altri metodi diagnostici possono eguagliare, quindi usateli a vostro vantaggio.