Kurzfristige und langfristige Kraftstofftrimmung verstehen

15. März 2019

Das Konzept der Kraftstofftrimmung und wie ein Steuergerät die Kraftstofftrimmung verwendet, um ein stöchiometrisches Gleichgewicht zwischen Kraftstoff und Luft bei Benzinmotoren aufrechtzuerhalten, gehört heute wahrscheinlich zu den am wenigsten verstandenen Aspekten moderner Motor- und Kraftstoffmanagementsysteme. Der Prozess des Trimmens des Luft/Kraftstoff-Gemischs zur Maximierung der Leistung bei gleichzeitiger Kraftstoffeinsparung und Minimierung der Emissionen ist jedoch relativ einfach, vorausgesetzt, das Thema wird auf logische Weise angegangen. In diesem Artikel werden wir kurz erörtern, was Kraftstofftrimmungen sind, warum sie benötigt werden und wie man Kraftstofftrimmungen als Diagnosehilfsmittel verwendet, beginnend mit dieser Frage-

Was sind Kraftstofftrimmungen?

Wenn ein Benzinmotor mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemisch (14,7 Teile Luft zu 1 Teil Kraftstoff) läuft, wird der gesamte Kraftstoff unter Verwendung der gesamten verfügbaren Luft verbrannt. Da jedoch alle Benzinmotoren mehr (oder weniger) Kraftstoff benötigen, wenn sich die Last ändert, muss sich das Gleichgewicht zwischen Luft und Kraftstoff zwangsläufig ändern, um Änderungen des Kraftstoffbedarfs zu berücksichtigen. Vereinfacht ausgedrückt sind Kraftstofftrimmungen also die kontinuierlichen Anpassungen, die ein Steuergerät an der Kraftstoffzufuhrstrategie vornimmt, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch über den gesamten Betriebsbereich des Motors so nahe wie möglich am stöchiometrischen Punkt (auch bekannt als Lambda = 1) zu halten.

In der Praxis verwaltet das Steuergerät zwei deutlich unterschiedliche Arten von Kraftstofftrimmungen, nämlich

Kurzfristige Kraftstofftrimmung (STFT)

Kurzfristige Kraftstofftrimmungen treten als direkte Folge von Änderungen des Sauerstoffgehalts im Abgasstrom auf. Der Abgasstrom wird von einer Sauerstoffsonde vor dem Katalysator überwacht, und die von ihr erzeugte Signalspannung ist direkt proportional zum Sauerstoffgehalt des Abgasstroms. Während des normalen Betriebs des Fahrzeugs und unter der Voraussetzung, dass sich die Sauerstoffsonde im Closed-Loop-Betrieb befindet, reagiert das Steuergerät auf Änderungen in der Zusammensetzung des Abgasstroms fast augenblicklich, daher der Begriff „Kurzzeit-Kraftstofftrimmung“, und zwar mehrmals pro Sekunde.

Bei den meisten Anwendungen muss beachtet werden, dass die Signalspannung im Bereich von etwa 0,2 Volt bis etwa 0,9 Volt liegt, was das Steuergerät als Änderungen im Sauerstoffgehalt des Abgasstroms interpretiert. Abhängig vom Wert der Signalspannung ändert das Steuergerät die Impulsbreite der Einspritzdüsen, um entweder Kraftstoff zum Luft/Kraftstoff-Gemisch hinzuzufügen oder die Impulsbreite der Einspritzdüsen zu ändern, um Kraftstoff vom Luft/Kraftstoff-Gemisch zu subtrahieren, und dieser Prozess der Anpassung der Impulsbreite der Einspritzdüsen ist als Kraftstofftrimmung bekannt.

In der Praxis stellt eine Signalspannung von 0,45 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch dar, das am oder nahe am stöchiometrischen Wert liegt, und Signalspannungen über oder unter diesem Wert stellen entweder ein fettes oder ein mageres Gemisch dar. Beachten Sie, dass Sauerstoffsensoren lediglich anzeigen können, ob das Luft/Kraftstoff-Gemisch entweder mager oder fett ist: Diese Sensoren können die tatsächliche Zusammensetzung des Abgasstroms nicht in der Weise messen, wie es Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren tun können.

Hinweis: Bei einigen Anwendungen, vor allem bei einigen GM-Produkten, sind die Sauerstoffsensoren elektrisch entgegengesetzt, was bedeutet, dass eine niedrige Signalspannung ein fettes Gemisch anzeigt, im Gegensatz zu dem mageren Gemisch, das sie bei den meisten anderen Anwendungen anzeigen würde.

Langzeit-Kraftstoff-Trimmwerte

Langzeit-Kraftstoff-Trimmwerte werden über längere Zeitintervalle von Sauerstoff- oder Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren stromabwärts des Katalysators gemessen, und in der Praxis sind die von diesen Sensoren erzeugten Signalspannungen nicht direkt in die Kraftstoffzufuhr-Strategien involviert, obwohl es einige Ausnahmen von dieser Regel gibt.

Der primäre Zweck der stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensoren ist es, die Effizienz des Katalysators zu überwachen, was dadurch erreicht wird, dass die ECU ihre Signalspannung mit der des stromaufwärts gelegenen Sauerstoffsensors vergleicht. Genauer gesagt wird das Muster der Änderungen in der Signalspannung der nachgeschalteten Lambdasonde mit dem Muster der Änderungen in der Signalspannung der vorgeschalteten Lambdasonde verglichen, und basierend auf den Unterschieden oder Ähnlichkeiten zwischen den Signalspannungsmustern berechnet das Steuergerät einen Wirkungsgradwert für den Katalysator.

In einem voll funktionsfähigen Motormanagementsystem schwankt die Signalspannung der vorgeschalteten Sonde schnell aufgrund von Änderungen, die in der Zusammensetzung des Abgasstroms auftreten. Die Signalspannung des nachgeschalteten Sensors sollte jedoch ziemlich konstant um die Mitte des für diesen Sensor geltenden Spannungsbereichs bleiben, vorausgesetzt, der Wirkungsgrad des Katalysators liegt bei etwa 75 % oder höher.

Damit stellen Langzeit-Kraftstofftrimmwerte in Abwesenheit von Fehlern, Ausfällen oder Fehlfunktionen, die die Kraftstofftrimmung beeinflussen können, einen Durchschnitt der Trimmungen/Anpassungen dar, die das Steuergerät zur Korrektur des Luft/Kraftstoff-Gemischs durchgeführt hat, gemessen über einen bestimmten Zeitraum.

Interpretation der Kraftstofftrimmdaten

Für die Zwecke dieses Artikels nehmen wir an, dass alle Sauerstoff- oder Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren auf die gleiche Weise arbeiten, in dem Sinne, dass eine niedrige Signalspannung ein mageres Gemisch anzeigt und dass umgekehrt eine hohe Signalspannung ein fettes Gemisch anzeigt. Wir gehen außerdem davon aus, dass der Motor in einem guten mechanischen Zustand ist, dass es keine Unterdrucklecks gibt, dass keine Zündaussetzer vorhanden sind und dass es keine Abgaslecks vor den Sauerstoffsensoren gibt.

Wenn Sie ein Scan-Tool an ein solches Fahrzeug anschließen, werden sowohl die Kurzzeit- als auch die Langzeit-Kraftstofftrimmdaten als Prozentwerte angezeigt. Idealerweise sollten beide Werte bei oder nahe 0 % liegen, wenn der Motor mit einer konstanten Drehzahl läuft, z. B. im Leerlauf. In einigen Fällen kann der angezeigte Wert für die Langzeit-Kraftstofftrimmung jedoch bis zu 6 bis 8 Prozent betragen (je nach Anwendung) und kann entweder eine negative oder eine positive Zahl sein. Was bedeutet das also? Betrachten wir zunächst die positiven Zahlen

Positive Kraftstofftrimmwerte

Wenn der angezeigte Kraftstofftrimmwert eine positive Zahl ist, bedeutet dies, dass das Steuergerät die Impulsbreite der Einspritzdüsen erhöht, um dem Luft/Kraftstoff-Gemisch Kraftstoff hinzuzufügen, um das Gemisch anzureichern, weil die Eingangsdaten, die es erhält, ihm sagen, dass das Gemisch zu mager ist.

Negative Kraftstoff-Trimmwerte

Wenn der angezeigte Kraftstoff-Trimmwert eine negative Zahl ist, bedeutet dies, dass das Steuergerät die Einspritzdüsen-Pulsbreite verringert, um Kraftstoff vom Luft/Kraftstoff-Gemisch zu subtrahieren, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch abzumagern, weil die Eingangsdaten, die es erhält, ihm sagen, dass das Gemisch zu fett ist.

Hinweis: Einige Scan-Tools können die Kraftstoff-Trimmung als Lambda = X anzeigen, wobei „X“ eine Zahl größer oder kleiner als „1“ sein kann, wobei „1“ ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Gemisch darstellt. Als Faustregel gilt, dass Zahlen größer als „1“ ein mageres Gemisch und Zahlen kleiner als „1“ ein fettes Gemisch anzeigen.

TIPP: Beachten Sie, dass die Kraftstofftrimmwerte nur dann zuverlässig sind, wenn bekannt ist, dass die Sauerstoff- oder Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren voll funktionsfähig sind und im geschlossenen Regelkreis arbeiten und dass keine Codes für die Luft/Kraftstoff-Dosierung oder die Zündung gespeichert sind. Aber selbst wenn die Sensoren bekanntermaßen in Ordnung sind, kann es vorkommen, dass die angezeigten Kraftstofftrimmwerte um bis zu 20 % oder mehr abweichen; dies kann das Ergebnis einer Fehlfunktion sein, oder es kann das Ergebnis davon sein, dass jemand kürzlich alle Fehlercodes gelöscht hat. Das Löschen von Fehlercodes hat den Effekt, dass auch die gespeicherten Kraftstofftrimmdaten gelöscht werden, und das Steuergerät benötigt in der Regel mindestens ein paar Fahrzyklen, um die Anpassung der Kraftstoffzufuhrstrategien neu zu erlernen.

Welche Kraftstofftrimmwerte sollten also gelten?

Obwohl Kraftstofftrimmwerte von 0 % ideal wären, gibt es so etwas wie einen perfekten Motor nicht, was bedeutet, dass es in der Praxis immer schwieriger wird, 0 % Kraftstofftrimmwerte zu erreichen, je älter ein Motor wird. Zwar ist ein gewisser Verschleiß an Motoren unvermeidlich und moderne Steuergeräte sind so programmiert, dass sie erhöhte Ölverbrauchsraten, nachlassende Sensibilität der Sensoren und andere Faktoren, die sich auf die Kraftstofftrimmung auswirken, kompensieren können, doch haben Steuergeräte nur eine begrenzte Kapazität, einige Faktoren zu kompensieren, Beachten Sie daher bei der Interpretation der Kraftstofftrimmwerte Folgendes:

Kurzfristige Kraftstofftrimmwerte

Angenommen, der Motor befindet sich in einem ausgezeichneten mechanischen Zustand und alle Sensoren, die an der Messung der Ansaugluft und des Kraftstoffs beteiligt sind, sollten die kurzfristigen Kraftstofftrimmwerte im Allgemeinen zwischen positiven 10 % und negativen 10 % liegen, wenn der Motor mit einer konstanten Drehzahl läuft. Beachten Sie jedoch, dass plötzliche Änderungen der Motordrehzahl dazu führen können, dass die kurzfristigen Kraftstofftrimmwerte stark schwanken. Daher sollten alle Kraftstofftrimmwerte bei mindestens drei konstanten Motordrehzahlen gemessen werden, nämlich im Leerlauf, bei etwa 2500 U/min und bei etwa 3500 U/min. Beachten Sie auch, dass die Kraftstofftrimmwerte nur gemessen werden sollten, wenn der Motor mindestens 30 Sekunden lang bei den oben genannten Drehzahlen gelaufen ist.

Langzeit-Kraftstofftrimmwerte

In der Regel sollten die Langzeit-Kraftstofftrimmwerte bei oder nahe 0 % liegen, wenn der Motor mit einer konstanten Drehzahl läuft. Während jedoch Änderungen der Motordrehzahl zu Änderungen des Langzeit-Kraftstofftrimmwerts führen (und führen müssen), sollte dieser Wert zu einem Punkt nahe 0 % zurückkehren, wenn sich die Motordrehzahl stabilisiert. Wenn die Langzeit-Kraftstofftrimmwerte in einem Muster schwanken, das den Schwankungen der Kurzzeit-Kraftstofftrimmwerte ähnelt, ist ein defekter Katalysator zu vermuten.

Als Faustregel gilt jedoch, dass Langzeit-Kraftstofftrimmwerte, die um die 5 bis 8 Prozent-Marke herum schwanken – entweder negativ oder positiv – nicht unbedingt auf ein Problem hinweisen. Beachten Sie jedoch, dass Codes, die auf fette oder magere Betriebsbedingungen hinweisen, in der Regel erst dann gesetzt werden, wenn die Abweichung etwa 25 % erreicht.

Kurzfristige Kraftstofftrimmwerte hingegen weichen oft um bis zu 10 % von 0 % ab, wenn der Motor mit einer konstanten Drehzahl läuft, was nicht unbedingt auf ein Problem hinweist. Sobald die Abweichung jedoch etwa 25 % bei gleichmäßigem Motorlauf erreicht, liegt ein Problem vor, das fast immer durch einen Fehlercode für fetten oder mageren Motorlauf angezeigt wird.

Kraftstofftrimmwerte als Diagnosehilfe verwenden

Wie bereits an anderer Stelle erwähnt, sind Kraftstofftrimmwerte, die um einige Prozent von den idealen 0 % abweichen, nicht unbedingt ein Hinweis auf ernsthafte Probleme. Allerdings sind Kraftstofftrimmwerte (sowohl lange als auch kurze), die von kleinen Abweichungen bis hin zu etwa 25 % auf beiden Seiten von 0 % reichen, durchaus beachtenswert, selbst wenn keine Codes als Folge der Abweichung gesetzt wurden.

Nachfolgend finden Sie einige Tipps und Tricks zur Diagnose der häufigsten Fehler/Defekte/Ausfälle/Fehlfunktionen, die ein mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch verursachen, das zu hohen positiven Kraftstofftrimmwerten führt-

• Kleine Unterdrucklecks; wenn sowohl die kurz- als auch die langfristigen Kraftstofftrimmwerte im Leerlauf höher als ca. 10% sind, erhöhen Sie die Motordrehzahl für ca. 30 Sekunden auf ca. 2000 RPM. Wenn die Kraftstofftrimmwerte nach dieser Zeit auf ein normaleres Niveau zurückkehren, liegt ein kleines Vakuumleck vor, dessen Auswirkungen bei hohen Motordrehzahlen verringert oder beseitigt werden.
• Defekte MAF-Sensoren können die Luftmenge, die über sie strömt, zu hoch anzeigen und dadurch Magerlauf verursachen
• Inadäquater Kraftstoffdruck; prüfen Sie den Kraftstoffdruck mit einem speziellen Kraftstoffdruckmessgerät
• Verstopfte oder verschmutzte Einspritzdüsen; prüfen Sie die Funktion der Einspritzdüsen, indem Sie einen Sprühmuster- und Volumentest durchführen
• Mäßig defekte Sauerstoff- oder Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren; Sensoren verlieren nach längerem Gebrauch an Empfindlichkeit, oder Sensoren können bei der Anzeige von mageren Bedingungen stecken bleiben, weil sie nicht auf Schaltsignale von der ECU reagieren, oder sie können langsam auf Schaltsignale reagieren

Nachfolgend finden Sie einige Tipps und Tricks zur Diagnose der häufigsten Fehler/Defekte/Ausfälle/Fehlfunktionen, die fette Luft/Kraftstoff-Gemische verursachen, die zu hohen negativen Kraftstoff-Trimmwerten führen-

• Übermäßiger Kraftstoffdruck; Prüfen Sie den Kraftstoffdruck mit einem speziellen Kraftstoffdruckmessgerät
• Undichte Einspritzdüsen; prüfen Sie die Funktion der Einspritzdüsen, indem Sie einen Sprühmuster- und Volumentest durchführen
• Defekte MAF-Sensoren können die Luftmenge, die über sie strömt, zu niedrig anzeigen und dadurch fette Laufbedingungen verursachen
• Auspufflecks; Reparieren Sie alle gefundenen Lecks, da Abgase die Umgebungsluft verunreinigen, die Sauerstoffsensoren als Referenz verwenden
• Verlust einer gewissen Kompression auf einem oder mehreren Zylindern; Kompressionsverlust verursacht eine schlechte oder unvollständige Verbrennung, was dazu führt, dass unverbrannte Kohlenwasserstoffe die Sauerstoffsensoren „täuschen“ und ein fettes Gemisch melden
• Randaussetzer; nicht alle Fehlzündungen sind schlimm genug, um einen Fehlzündungscode zu setzen, also überprüfen oder ersetzen Sie verdächtige Zündkerzen und überprüfen Sie den Betrieb aller Zündspulen mit einem Oszilloskop
• Minimal defekte Sauerstoff- oder Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren; Sensoren können bei der Anzeige von fetten Zuständen stecken bleiben, weil sie nicht auf Schaltsignale von der ECU reagieren, oder sie können langsam auf Schaltsignale reagieren

Fazit

Wenn Kraftstoff-Trimmwerte richtig interpretiert und ihre Auswirkungen verstanden werden, bieten sie einem Techniker eine fast narrensichere Möglichkeit, Probleme und Fragen zu diagnostizieren, die sonst Stunden dauern könnten. In der Tat bieten Kraftstoff-Trimmwerte Einblicke in den Gesamtzustand des Motors und des Kraftstoffsystems auf eine Art und Weise, die nur wenige andere Diagnosemethoden erreichen können, also nutzen Sie sie zu Ihrem Vorteil.