artikel

Back to Basics: Fuel trims helpen bij diagnose

Werkplaats & Onderhoud Premium 2062

Op AMT Garageforum zien we het regelmatig: storingscodes leiden niet tot de oplossing van het probleem waarmee de auto in de werkplaats staat. Wat dan? Een veel voorkomende vraag van te hulp schietende forumleden is in zo’n geval: ‘Wat geven de fuel trims aan?’ Opvallend vaak leidt het antwoord op die vraag tot de oplossing. Hoe dat kan? We gaan op zoek naar de geheimen
achter de fuel trims.

Back to Basics: Fuel trims helpen bij diagnose
Long term en short term fuel trims, hoe kunnen die je helpen bij de diagnose?

In dit artikel leggen we uit hoe de waardes van de fuel trims ontstaan, wat voor invloed ze hebben op de brandstofinspuiting en welke diagnoses je ermee kunt stellen. Daarmee is dit een vervolg op de Back to Basics-artikelen in AMT 3 en waarin we de theorie en praktijk bespraken van de aansturing en het herkennen van storingen van een benzine-injector. Voordat we het gaan hebben over hoe de fuel trims invloed hebben op de aanstuurmethoden van de brandstofinjectoren, verdiepen we ons eerst in de bepaling van de hoeveelheid ingespoten brandstof zónder correcties.

De benodigde hoeveelheid

De cellen in de VE-tabel tonen de vullingsgraad van een motor in procenten. Op de verticale as staat de druk in het inlaatspruitstuk (de motorbelasting), op de horizontale as het motortoerental.

De constructeur heeft de benodigde hoeveelheid brandstof vastgesteld in verschillende kenvelden die in het ROM-geheugen van de ECU zijn opgeslagen. De software in de ECU leest uit deze kenvelden hoeveel brandstof er zonder correcties nodig is. Dit is afhankelijk van motortoerental, temperatuur en belasting. Twee belangrijke kenvelden zijn de VE-tabel en de AFR-tabel.

Vullingsgraad

VE staat voor Volumetric Efficiency, de vullingsgraad. De afbeeldingen tonen de VE-tabel als invultabel en de driedimensionale weergave. Ze zijn in het programma ‘TunerStudio’ gecreëerd. Dit programma wordt voornamelijk toegepast om een programmeerbare-ECU zoals de Mega-Squirt of Speeduino van software te voorzien. Op de verticale as van de tabel staat de MAP (Manifold Air Pressure). Die druk in het inlaatspruitstuk varieert van 15 kPa (veel onderdruk) tot 100 kPa (de buitenluchtdruk). De MAP geeft de motorbelasting aan. De horizontale as geeft het motortoerental aan tussen het stationaire en maximale motortoerental.

Daar 'vult' de motor het best

De cellen in de VE-tabel tonen de vullingsgraad van de motor. Met andere woorden, hoe efficiënt de motor is bij een bepaald toerental en belasting. Rond het toerental waar het koppel het hoogst is (rond de 4.200 tpm), is de motor het meest efficiënt. Daar zijn de percentages het hoogst, dus daar ‘vult’ de motor het best. Het toepassen van technieken die de vullingsgraad verhogen (zoals variabele kleptiming, inlaatspruitstukverstelling of het toepassen van een turbo) komt ten goede aan de vullingsgraadpercentages.

De AFR-tabel geeft de lucht-brandstofverhouding weer die deze motor afhankelijk van toerental en belasting nodig heeft. Bij 14,7 kg lucht per kg brandstof geldt dat lambda =1. De tabel maakt duidelijk dat die waarde lang niet altijd gewenst is.

Lucht-brandstofverhouding

De benodigde lucht-brandstofsamenstelling ligt vast in een AFR-tabel. AFR is de afkorting van Air Fuel Ratio. Bij de stoichiometrische mengverhouding (lambda = 1) is er precies voldoende lucht om alle brandstof volledig te verbranden. Er is dan 14,7 kg lucht op 1 kg benzine. Niet in alle situaties is een stoichiometrisch mengsel gewenst.
Wanneer de motor meer vermogen (P) moet leveren, vindt er verrijking plaats. De verdamping van die extra brandstof in zo’n rijker mengsel zorgt voor koeling. Het verrijken naar λ = 0,8 betekent dat er een mengverhouding (AFR) van 11,76 kg lucht op 1 kg benzine van toepassing is. Er is dan te weinig lucht om die kg brandstof volledig te verbranden. Dat leidt tot een hoger brandstofverbruik.

Een arm mengsel zorgt voor een gunstiger brandstofverbruik (be), maar geeft meer kans op pingelen. Het verrijken of verarmen van het mengsel moet altijd binnen de verbrandingsgrenzen blijven.

Tijdens het stationair draaien bedraagt het toerental tussen de 600 en 900 omwentelingen per minuut. De gasklep is bijna helemaal gesloten en de onderdruk is hoog: deze bedraagt tussen de 25 en 40 kPa. Het mengsel is in dit toerengebied stoichiometrisch (14,7 : 1).
Bij deellast en een motortoerental van 4.200 tpm is de gasklep verder geopend. De onderdruk in het inlaatspruitstuk daalt naar 40 tot 75 kPa. Bij toenemende motorbelasting neemt de onderdruk af en wordt er verrijkt. Bij een lage motorbelasting is een arm mengsel mogelijk. Bij vollast staat de gasklep volledig geopend. De onderdruk daalt tot 100 kPa (de buitenluchtdruk) en er vindt maximale verrijking plaats (12,5 : 1).

Fuel Trims vormen een correctiefactor om de hoeveelheid ingespoten brandstof aan te passen

Bedrijfsomstandigheid en mengselsamenstelling

De lambdawaarde heeft niet alleen invloed op het vermogen en het brandstofverbruik, maar ook op de uitlaatgas-emissies. Een rijker mengsel zorgt voor een lager NOx-gehalte, maar ook voor een hogere CO- en HC-uitstoot. Bij een armer mengsel liggen de brandstofdeeltjes verder uit elkaar, waardoor de verbranding niet meer optimaal is, met als gevolg dat de HC-uitstoot eveneens stijgt.

Bij het toepassen van een katalysator is het gewenst om de inspuiting constant wisselend rijk en arm te laten verlopen. Bij een rijk mengsel wordt CO gevormd als gevolg van een zuurstoftekort, waarmee de katalysator de NOx reduceert. Een arm mengsel bevat een overschot aan zuurstof, waarmee CO en HC worden geoxideerd.

In de driedimensionale weergave is goed te zien dat de VE het hoogst is rond het toerental waar het koppel het hoogst is (4200 rpm).

Andere factoren

De regeleenheid bepaalt hoeveel brandstof er moet worden ingespoten. In de eerste plaats worden de basisinspuitgegevens uit de kenvelden gelezen. De waarden uit de VE- en AFR-tabellen worden meegenomen in de berekening voor de inspuithoeveelheid.

Ook wordt er rekening gehouden met de volgende waarden die door de constructeur zijn vastgesteld:
– verrijking afhankelijk van koelvloeistof- en inlaatluchttemperatuur;
– kortstondige acceleratieverrijking bij het (snel) openen van de gasklep;
– correctie door variatie in de boordspanning.

Continu corrigeren

Naast deze vastgestelde waarden houdt de ECU nauwlettend rekening met de spanningen die de lambdasonde naar de regeleenheid stuurt. Deze spanningen zijn afhankelijk van het zuurstofgehalte in de uitlaatgassen. Dit is een variabele factor die continu wijzigt. De input van deze sensorspanningen wordt als zogenoemde fuel trims verwerkt.

Ook als er geen storingslampje brandt, kan het bestuderen van de fuel trims nuttig zijn

Langer of korter aansturen

Fuel trims vormen een correctiefactor om de hoeveelheid ingespoten brandstof aan te passen wanneer dat nodig is. Er wordt rekening gehouden met de slijtage en vervuiling van motoronderdelen, sensoren en actuatoren. Met behulp van de fuel trims worden de uitlaatgasemissies over de gehele levenscyclus van de auto binnen de wettelijke normen gehouden.

Bij een positieve fuel trim probeert de ECU het te arme mengsel rijker te maken. Bij een negatieve fuel trim doet hij het tegenovergestelde, namelijk het te rijke mengsel armer maken. Dat doet de ECU door de aanstuurpuls van de injector langer of korter te maken.

De waarden in de
getoonde VE- en AFR-
tabel zijn afgeleid uit de koppel- en vermogenskromme van een 1.8 20v-motor uit een VW Golf.

Korte en lange termijn

Er wordt onderscheid gemaakt tussen de Short Term Fuel Trim (STFT) en Long Term Fuel Trim (LTFT).
Voor de STFT is de actuele waarde van de lambdasensor in de closed loop-situatie bepalend voor de air fuel ratio (AFR). De STFT verandert constant tijdens het draaien van de motor door de kortetermijnaanpassingen en tijdelijke veranderingen.

Wanneer er bewust een vacuümlek gecreëerd zou worden door bijvoorbeeld een carterventilatieslang los te nemen, voegt de ECU onmiddellijk meer brandstof toe om de mengselsamenstelling binnen de verbrandingsgrenzen te houden. De STFT zal bij het uitlezen dan dus zeer snel stijgen. De STFT wordt telkens gereset bij het uitschakelen of starten van de motor.

De Long Term Fuel Trim bestaat uit adaptieve leerwaarden die over een langere periode uit de STFT worden gevormd. De LTFT wordt opgeslagen in het zogenoemde Keep Alive Memory (KAM). Dit KAM-geheugen houdt het geheugen intact doordat er altijd spanning op blijft staan zolang de boordspanning aanwezig is. De LTFT wordt dus niet gereset wanneer de motor wordt uit- of ingeschakeld.

Het wissen van de LTFT-gegevens is mogelijk met diagnoseapparatuur of door de accupool los te nemen. Bij een eerstvolgende rit wordt dan opnieuw een readiness-test uitgevoerd en worden de STFT-gegevens gebruikt om het KAM-geheugen opnieuw te vullen.

De fuel trims worden in een percentage aangegeven. Deze moeten zich zo dicht mogelijk bij 0 % bevinden, zowel bij stationair als bij verhoogd toerental. Wanneer het percentage lager dan -10% of hoger dan 10% is, vallen de waarden buiten de tolerantie. Een STFT kan zonder

Het mengsel moet constant wisselend rijk en arm zijn. Bij een rijk mengsel wordt CO gevormd als gevolg van een zuurstoftekort, waarmee de katalysator de NOx
reduceert. Een arm mengsel bevat een overschot aan zuurstof, waarmee CO en HC worden geoxideerd.

gevolgen tijdelijk buiten de toleranties terecht komen, maar gebeurt dat bij een LTFT, dan gaat er een emissiegerelateerd storingslampje branden.

Oorzaken van afwijkingen

Wanneer de fuel trim positief is, bijvoorbeeld 20%, geeft dit aan dat het mengsel te arm is. Dit kan bijvoorbeeld komen door:
– lekkage van uitlaatgassen vóór de lambdasonde;
– valse lucht, vacuümlekkage als gevolg van een gescheurde inlaat- of carterventilatieslang;
– vervuiling of een defect aan de luchtmassameter of lambdasonde;
– geringe brandstofopbrengst door een slecht werkende brandstofpomp, of verstoppingen in het brandstoffilter of injectoren.

Te rijk

Een te rijk mengsel geeft een negatieve fuel trim (bijvoorbeeld -20%). Dat kan worden veroorzaakt door:
– lekkende brandstofinjector;
– sterk vervuild luchtfilter of een blokkering in het inlaattraject;

De VE-tabel bepaalt de pulsbreedte
van de aansturing van de injectie.
De fuel trim is een correctie daarop.

– te kleine klepspeling;
– compressieverlies;
– probleem met de lambdasonde of luchtmassameter;
– probleem met EGR;
– defecte brandstofdrukregelaar of een probleem met de retour;
– onjuiste koelvloeistoftemperatuur.

Storingzoeken zonder storingscode

Niet alleen bij emissiegerelateerde storingen, maar ook als er geen storingslampje brandt, kan het bestuderen van de fuel trims nuttig zijn. Een kleine vacuümlekkage kan door de oplettende bestuurder of technicus worden opgemerkt doordat de motor onregelmatig of schokkerig draait, maar er komt geen foutmelding tevoorschijn.

Een positieve fuel trim geeft aan dat het mengsel te arm is, bij een negatieve fuel trim is het te rijk. Een LTFT boven de 10% of onder de -10% valt buiten de tolerantie. Een STFT kan wel zo groot zijn zonder gevolgen.

Dat kan komen doordat de afwijking te gering is om een storingscode te genereren. Denk bijvoorbeeld aan een LTFT van iets minder dan 10%. De live data, soms meetwaardeblokken of datastream genoemd, tonen de STFT en LTFT per cilinderbank. Bij een motor met twee cilinderbanken kan er dus specifiek naar een probleem in één van de cilinderbanken worden gezocht.

Reageer op dit artikel