15 maart 2019
Het concept van brandstoftrims en hoe een ECU brandstoftrims gebruikt om bij benzinemotoren een stoichiometrisch evenwicht tussen brandstof en lucht te handhaven, is waarschijnlijk een van de minst begrepen aspecten van moderne motor- en brandstofmanagementsystemen van dit moment. Het proces van afstelling van het lucht/brandstofmengsel om het vermogen te maximaliseren en tegelijkertijd brandstof te besparen en emissies te minimaliseren is echter relatief eenvoudig, mits het onderwerp op een logische manier wordt benaderd. In dit artikel zullen we kort bespreken wat brandstof trimmen zijn, waarom ze nodig zijn, en hoe brandstof trimmen te gebruiken als diagnostische hulpmiddelen, te beginnen met deze vraag-
Wat zijn brandstof trimmen?
Wanneer een benzinemotor met een stoichiometrisch lucht/brandstofmengsel (14,7 delen lucht op 1 deel brandstof) loopt, wordt alle brandstof verbrand met gebruikmaking van alle beschikbare lucht. Aangezien alle benzinemotoren echter meer (of minder) brandstof nodig hebben naarmate de belasting verandert, moet het evenwicht tussen lucht en brandstof noodzakelijkerwijs veranderen om in te spelen op veranderingen in de vraag naar brandstof. Eenvoudig gezegd zijn brandstofafstelling de voortdurende aanpassingen die een elektronische regeleenheid aan de brandstoftoevoer maakt om het lucht/brandstofmengsel zo dicht mogelijk bij het stoichiometrische punt (ook bekend als Lambda = 1) te houden over het gehele werkingsgebied van de motor.
In de praktijk beheert de ECU twee duidelijk verschillende soorten brandstof trim, namelijk
Short Term Fuel Trim (STFT)
Short Term Fuel Trim treedt op als een direct gevolg van veranderingen in het zuurstofgehalte van de uitlaatgassen. De uitlaatgasstroom wordt bewaakt door een zuurstofsensor die zich vóór de katalysator bevindt, en de signaalspanning die deze sensor genereert, is recht evenredig met het zuurstofgehalte van de uitlaatgasstroom. Tijdens de normale werking van het voertuig, en op voorwaarde dat de zuurstofsensor in gesloten lus werkt, zal de ECU vrijwel onmiddellijk reageren op veranderingen in de samenstelling van de uitlaatgasstroom, vandaar de term, “korte termijn brandstof trim”, en zal dit meerdere malen per seconde doen.
Opgemerkt moet worden dat bij de meeste toepassingen de signaalspanning varieert van ongeveer 0,2 volt, tot ongeveer 0,9 volt, die de ECU interpreteert als veranderingen in het zuurstofgehalte van de uitlaatgasstroom. Afhankelijk van het signaal voltage waarde, zal de ECU veranderen de pulsbreedte van de injectoren om ofwel brandstof toe te voegen aan de lucht / brandstof mengsel, of wijzigen van de injector pulsbreedte brandstof aftrekken van de lucht / brandstof mengsel, en het dit proces van aanpassing van de injector pulsbreedte die bekend staat als brandstof trims.
Als een praktische zaak, een signaal spanning van 0,45 staat voor een lucht / brandstof mengsel dat is op, of dicht bij de stoichiometrische waarde, en signaal spanningen boven of onder deze waarde vertegenwoordigen ofwel een rijke, of een mager mengsel. Merk op dat zuurstofsensoren alleen kunnen aangeven of het lucht/brandstofmengsel arm of rijk is: deze sensoren kunnen de werkelijke samenstelling van de uitlaatgasstroom niet meten op de manier waarop lucht/brandstofverhoudingssensoren dat wel kunnen.
Opmerking: Bij sommige toepassingen, met name bij sommige GM-producten, zijn de zuurstofsensoren elektrisch tegenovergesteld, wat betekent dat een lage signaalspanning wijst op een rijk mengsel, in tegenstelling tot het magere mengsel dat bij de meeste andere toepassingen wordt aangegeven.
Lange termijn brandstof Trims
Lange termijn brandstof trims worden gemeten over langere tijdsintervallen door zuurstof -, of lucht brandstof verhouding sensoren stroomafwaarts van de katalysator, en in de praktijk, de signaalspanningen die deze sensoren genereren zijn niet direct betrokken bij brandstof levering strategieën, hoewel er enkele uitzonderingen op deze regel.
Het primaire doel van stroomafwaartse zuurstof sensoren is om de efficiëntie van de katalysator te controleren, die wordt bereikt door middel van de ECU te vergelijken zijn signaalspanning met die van de upstream zuurstofsensor. Het patroon van veranderingen in de signaalspanning van de stroomafwaartse zuurstofsensor wordt echter vergeleken met het patroon van veranderingen in de signaalspanning van de stroomopwaartse zuurstofsensor, en op basis van de verschillen of overeenkomsten tussen de signaalspanningspatronen berekent de ECU een efficiëntiewaarde voor de katalysator.
In een volledig functioneel motormanagementsysteem fluctueert de signaalspanning van de stroomopwaartse sensor snel als gevolg van veranderingen die optreden in de samenstelling van de uitlaatgasstroom. De signaalspanning van de downstream-sensor moet echter vrij constant blijven rond het midden van het spanningsbereik dat voor die sensor geldt, mits de efficiëntie van de katalysator ongeveer 75% of hoger is.
Dus, in afwezigheid van fouten, storingen of defecten die de brandstofafstelling kunnen beïnvloeden, vertegenwoordigen de brandstofafstellingswaarden op lange termijn een gemiddelde van de afstellingen/aanpassingen die de ECU heeft uitgevoerd om het lucht/brandstofmengsel te corrigeren, gemeten over een vooraf bepaalde tijdsduur.
Hoe brandstof trim gegevens te interpreteren
Voor de doeleinden van dit artikel, zullen we aannemen dat alle zuurstof -, of lucht / brandstof verhouding sensoren werken op dezelfde manier, in de zin dat een laag signaal spanning duidt op een arm mengsel, en dat omgekeerd, een hoog signaal spanning duidt op een rijk mengsel. We zullen ook aannemen dat de motor in goede mechanische conditie is, er zijn geen motor vacuüm lekken, er zijn geen misfires aanwezig, en er zijn geen uitlaat lekken upstream van de zuurstof sensoren.
Als u een scan-tool aan te sluiten op een dergelijk voertuig, zowel de korte en lange termijn brandstof trim gegevens zullen worden weergegeven als percentages. Idealiter, zouden beide waarden op, of dicht bij 0% moeten zijn, wanneer de motor bij een regelmatige snelheid loopt, zoals wanneer het stationair draait. In sommige gevallen kan de weergegeven waarde voor de lange termijn brandstof trim echter oplopen tot 6 à 8 procent (afhankelijk van de toepassing) en kan zowel een negatief als een positief getal zijn. Dus wat betekent dit? Laten we eerst naar de positieve getallen kijken
Positieve brandstof trim waarden
Als de weergegeven brandstof trim waarde een positief getal is, betekent dit dat de ECU de injector puls breedte verhoogt om brandstof aan het lucht/brandstof mengsel toe te voegen om het mengsel te verrijken omdat de input data die het ontvangt zegt dat het mengsel te mager is.
Negatieve brandstof trim waarden
Als de weergegeven brandstof trim waarde een negatief getal is, betekent dit dat de ECU de injector puls breedte verlaagt om brandstof van het lucht/brandstof mengsel af te trekken om het lucht/brandstof mengsel te arm te maken omdat de ontvangen input data aangeeft dat het mengsel te rijk is.
NOOT: Sommige scan-tools kunnen brandstof-trimmen weergeven als Lambda = X, waarbij “X” een getal groter of kleiner dan “1” kan zijn, waarbij “1” staat voor een stoichiometrisch lucht/brandstof-mengsel. Als vuistregel geldt dat getallen groter dan “1” duiden op een arm mengsel, en getallen kleiner dan “1” duiden op een rijk mengsel.
TIP: Houd in gedachten dat de brandstof trim waarden zijn alleen betrouwbaar als het bekend is dat de zuurstof -, of lucht / brandstof-verhouding sensoren volledig functioneel zijn en in gesloten lus werking, en dat er geen lucht / brandstof metering of ontsteking gerelateerde codes opgeslagen. Maar zelfs als bekend is dat de sensoren goed zijn, kan het gebeuren dat de weergegeven waarden voor de brandstoftrim 20% of meer afwijken; dit kan het gevolg zijn van een storing, of het kan het gevolg zijn van het feit dat iemand onlangs alle foutcodes heeft gewist. Het wissen van foutcodes heeft ook het effect van het wissen van opgeslagen brandstof trim gegevens, en de ECU heeft over het algemeen ten minste een paar rijcycli nodig om opnieuw te leren hoe de brandstoftoevoer strategieën aan te passen.
Dus wat moeten de brandstof trim waarden zijn?
Hoewel een brandstof trim waarde van 0% ideaal zou zijn, bestaat er niet zoiets als een perfecte motor, wat betekent dat in de praktijk, het bereiken van 0% brandstof trim waarden consequent wordt steeds moeilijker naarmate een motor ouder wordt. Hoewel redelijke slijtage van motoren onvermijdelijk is en moderne ECU’s zijn geprogrammeerd om te compenseren voor toegenomen olieverbruik, sensoren die gevoeligheid verliezen, en andere factoren die brandstof trimmen beïnvloeden, hebben ECU’s een beperkte capaciteit om te compenseren voor sommige factoren, dus houd het volgende in gedachten bij het interpreteren van brandstof trim waarden
Scherpe brandstof trim waarden
Aannemende dat de motor in uitstekende mechanische conditie is, en dat alle sensoren die betrokken zijn bij het meten van zowel inlaatlucht en brandstof, korte termijn brandstof trim waarden moeten over het algemeen tussen de positieve 10%, en negatieve 10% liggen wanneer de motor op een constant toerental draait. Omdat plotselinge veranderingen in het motortoerental kunnen leiden tot sterke schommelingen in de brandstofwaarden op korte termijn, moeten alle brandstofwaarden worden gemeten bij ten minste drie stabiele motortoerentallen, namelijk bij stationair toerental, bij ongeveer 2500 RPM en bij ongeveer 3500 RPM. Merk ook op dat de brandstoftrimwaarden alleen moeten worden gemeten wanneer de motor gedurende ten minste 30 seconden bij de bovengenoemde toerentallen heeft gedraaid.
Lange-termijn brandstoftrimwaarden
In het algemeen moeten de lange-termijn brandstoftrimwaarden op, of dicht bij 0% liggen wanneer de motor bij een constant toerental draait. Hoewel veranderingen in het motortoerental veranderingen in de waarde van de brandstofafstelling op lange termijn zullen (en moeten) veroorzaken, moet deze waarde terugkeren naar een punt dat dicht bij 0% ligt wanneer het motortoerental stabiliseert. Merk op dat als de lange termijn brandstof trim waarden fluctueren in een patroon dat lijkt op de fluctuaties van de korte termijn brandstof trim waarden, vermoed dan een defecte katalysator.
Niettemin, als een vuistregel, lange termijn brandstof trim waarden die schommelen rond de 5 tot 8 procent mark – hetzij negatief of positief – zijn niet noodzakelijk indicatief voor een probleem. Echter, wanneer de lange termijn brandstof trim meer dan ongeveer 10% of zo aan beide zijden van 0%, is er een probleem dat moet worden onderzocht, maar merk op dat codes die rijk of mager omstandigheden zal over het algemeen alleen worden ingesteld wanneer de afwijking ongeveer 25% bereikt.
Korte termijn brandstof trim waarden aan de andere kant, vaak afwijken van zo veel als 10% aan beide zijden van 0% wanneer de motor draait op een stabiel toerental, die niet noodzakelijkerwijs duidt op een probleem. Zodra de afwijking echter ongeveer 25% bereikt bij een motor die op een constant toerental draait, is er een probleem dat bijna altijd zal worden aangegeven door een storingscode voor rijk of arm lopen.
Hoe brandstof trimwaarden te gebruiken als diagnostische hulpmiddelen
Zoals elders vermeld, brandstof trimwaarden die een paar procent afwijken van de ideale 0% zijn niet noodzakelijkerwijs indicatief voor ernstige problemen. Echter, brandstof trimwaarden (zowel lange als korte) die variëren van kleine afwijkingen tot ongeveer 25% aan weerszijden van 0% zijn zeker de moeite waard om aandacht aan te besteden, zelfs als er geen codes zijn ingesteld als gevolg van de afwijking.
Hieronder vindt u enkele tips en trucs voor het diagnosticeren van de meest voorkomende fouten / defecten / storingen / defecten die magere lucht / brandstof mengsels veroorzaken die resulteren in hoge positieve brandstof trim waarden-
- Kleine vacuüm lekken; als zowel de korte als lange termijn brandstof trim waarden hoger zijn dan ongeveer 10% met de motor bij stationair toerental, verhoogt u het motortoerental tot ongeveer 2000 RPM gedurende ongeveer 30 seconden of zo. Als de waarden van de brandstoftrim na deze tijd naar een normaler niveau terugkeren, is er een klein vacuümlek waarvan de effecten bij hoge motortoerentallen worden verminderd of geëlimineerd.
- Defecte MAF-sensoren kunnen het volume van de lucht die er overheen gaat te hoog opgeven, waardoor de motor mager loopt
- Onvoldoende brandstofdruk; test de brandstofdruk met een speciale brandstofdrukmeter
- Verstopte of vuile brandstofinjectoren; test de werking van de injectoren door een sproeipatroon en volume test uit te voeren
- Maar weinig defecte zuurstof -, of lucht/brandstofverhoudingssensor(en); sensoren verliezen enige gevoeligheid na langdurig gebruik, of sensoren kunnen vastlopen bij het lezen van magere condities als gevolg van het niet reageren op schakelsignalen van de ECU, of kunnen traag reageren op schakelsignalen
Hieronder volgen enkele tips en trucs voor het diagnosticeren van de meest voorkomende fouten / defecten / storingen / defecten die rijke lucht/brandstof mengsels veroorzaken die resulteren in hoge negatieve brandstof trim waarden-
- Excessieve brandstofdruk; test de brandstofdruk met een speciale brandstofdrukmeter
- Lekkende brandstofinjectoren; test de werking van de injectoren door een sproeipatroon en volumetest uit te voeren
- Defectieve MAF-sensoren kunnen het volume lucht dat over hen passeert onderrapporteren, en daardoor rijk lopen veroorzaken
- Uitlaatlekken; repareer alle gevonden lekken aangezien het uitlaatgas de omgevingslucht verontreinigt die de zuurstofsensoren voor referentiedoeleinden gebruiken
- Verlies van enige compressie op één of meerdere cilinders; het verlies van compressie veroorzaakt slechte of onvolledige verbranding, die in onverbrande koolwaterstoffen resulteert die zuurstofsensoren “misleiden” in het melden van een rijk mengsel
- Marginale misfire; Niet alle ontstekingsfouten zijn erg genoeg om een ontstekingscode in te stellen, dus controleer of vervang verdachte bougies, en controleer de werking van alle bobines met een oscilloscoop
- Maarginaal defecte zuurstof-, of lucht/brandstofverhoudingssensor(en); De sensoren kunnen vastlopen op het uitlezen van rijke condities als gevolg van het niet reageren op schakelsignalen van de ECU, of kunnen traag reageren op schakelsignalen
Conclusie
Als de brandstoftrimwaarden correct worden geïnterpreteerd en hun implicaties worden begrepen, bieden zij een technicus een bijna onfeilbare manier om problemen en kwesties te diagnosticeren die anders uren in beslag zouden kunnen nemen. In feite bieden brandstofwaarden inzicht in de algehele conditie van de motor en het brandstofsysteem op manieren die weinig andere diagnostische methoden kunnen evenaren, dus gebruik ze in uw voordeel.