Storingsdiagnose met behulp van fuel trim

Adaptiewaarden

De optimale lucht-/brandstofverhouding van een benzinemotor (ottomotor) is in theorie 14,7:1. Dat heet de stoïchiometrische mengverhouding.

Door slijtage van verschillende onderdelen zal – als er geen maatregelen zijn getroffen – tijdens de levensduur van de motor de mengverhouding veranderen. De wetgever eist dat de autofabrikant wel die maatregelen treft. Dat zijn dan de adaptiewaarden die in de motorregeleenheid (ECU) zijn opgeslagen.

Lambdaregeling

Of de adaptiewaarden in de berekening van de in te spuiten hoeveelheid benzine moeten worden verwerkt, wordt aangegeven door de lambdaregeling. Hoe de tweepunts-lambdasensor en de breedbandsensor werken, is al eerder beschreven. Ook is beschreven hoe een diagnose kan worden gesteld en welke testapparatuur je kunt gebruiken.

Het probleem

Een veel voorkomend probleem heeft te maken met wat de Engelsen ‘driveability’ noemen. De klacht van de bestuurder is dan dat de auto inhoudt tijdens het rijden, tijdens het accelereren, brandstofverbruik is aan de hoge kant, motor slaat onder bepaalde omstandigheden af, enz.

Een diagnose bij het autobedrijf heeft geen resultaat, in die zin dat er geen foutcodes kunnen worden uitgelezen, om de eenvoudige reden dat deze niet zijn gedetecteerd. En dat komt dan omdat de ‘storing’ van een bepaald onderdeel, dat invloed heeft op de mengselvorming, net niet ernstig genoeg is om een foutcode te laten opslaan of de MIL-lamp (continu) te laten branden. De hoofdrol hierin wordt gespeeld door de lambdaregeling, omdat deze uiteindelijk verantwoordelijk is voor de mengselvorming.

Foutcodes

Fouten worden in de ECU opgeslagen als een storingscode. Dit kan een storing zijn die zich zo nu en dan voordoet (incidenteel) of permanent. Elke code verwijst naar een bepaalde storing.

Afbeelding 1: een betaalbaar en handig Scan toestel met meerdere functies is deze Vident van OBD-Partner. 

Een storing in de mengselvorming wordt veelal veroorzaakt door niet goed functionerende sensoren en/of actuatoren. Over het algemeen kan je aannemen dat als een sensor of actuator voor 25% of meer niet juist functioneert er een foutcode wordt opgeslagen.

Als die storing betrekking heeft op de mengselvorming en als zodanig wordt gemeten door de lambdaregeling, dan zal de lambdaregeling dat – voor zover mogelijk – compenseren door aanpassing van het lucht-/brandstofmengsel.

De brandstofhoeveelheid (of beter gezegd brandstofmassa) die moet worden toegevoegd aan de verbrandingslucht om de juiste mengverhouding te verkrijgen, kunnen we samenvatten onder de term fuel trim.

Fuel trim

Fuel trim is de methode om de mengselvorming volgens specificaties uit te voeren, tijdens de gehele levensduur van de auto, met het doel om aan de emissie-eisen te blijven voldoen.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen short-term fuel trim (STFT) en long-term fuel trim (LTFT). Zowel short-term als long-term fuel trim worden uitgedrukt in een percentage. Dit is af te lezen van een scan tool of een diagnosetester.

Een positieve fuel trim (+) geeft aan dat de motorregeleenheid (ECU) het mengsel rijker wil samenstellen. Dit in het geval er een arm mengsel wordt gedetecteerd (lambdaregeling!). Een negatieve fuel trim (-) duidt op de poging van de motorregeleenheid om een armer mengsel tot stand te brengen. De fuel trim waarden worden ingesteld afhankelijk van motortoerental en motorbelasting.

Long-term fuel trim

De motorregeleenheid kent een adaptieve regelstrategie. Adaptief wil zeggen aanpassen aan veranderende bedrijfsomstandigheden of situaties. De long-term fuel trim zorgt voor adaptieve waarden die slijtage van motorcomponenten moet compenseren als deze van invloed zijn op de uitlaatgassamenstelling.

Zo kan een luchtmassameter minder goed gaan werken door vervuiling. Dat heeft nadelige gevolgen voor de basisafstelling en het snel reageren op veranderingen in de massa van de aangezogen lucht.

Ook lambdasensoren leiden onder het langdurig moeten werken in een (te) warme omgeving, waarbij zich ook vuil afzet op de sensor. Dat komt de meetnauwkeurigheid niet ten goede.

Met betrekking tot het brandstofsysteem zijn druksensoren en inspuitventielen gevoelig voor ‘storingen op de lange termijn’. Op de inspuitventielen (of bij diesels de verstuivers) kan zich na verloop van tijd een afzetting vormen die een nadelige invloed heeft op het inspuitpatroon (verneveling). Een optimale verbranding is dan niet meer gewaarborgd.

Of en in welke mate de long-term fuel trim wordt aangepast is afhankelijk van de waarden van de short-term fuel trim.

De long-term fuel trim is een ingeleerde waarde. Deze mag in principe niet verloren gaan. Daarom zijn die waarden in de motorregeleenheid (ECU) opgeslagen in een niet-vluchtig geheugen. Dat is de KAM, oftewel de keep alive memory.

De short-term fuel trim is dynamisch. Deze past zich aan tijdens het rijden aan de heersende bedrijfsomstandigheden van de motor. Als het storingsgeheugen van de ECU wordt ge-reset komt de short-term fuel trim weer op nul te staan.

Short-term fuel trim

Tijdens het draaien van de motor zal de motorregeleenheid doorlopend een aantal factoren aanpassen. De belangrijkste zijn wel het ontstekingstijdstip en de inspuitduur.

De inspuitduur wordt aangepast aan het toerental en de motorbelasting. De inspuitventielen (en bij dieselmotoren de verstuivers) zullen in de loop der tijd slijtage vertonen. Ook zullen er zich bijvoorbeeld verbrandingsresten op de inspuitopening (nozzle) afzetten. Dit laatste heeft een nadelige invloed op het inspuitpatroon en de vereiste fijne verneveling van de brandstof. Hetzelfde doet zich voor als een inspuitventiel niet op de juist manier sluit en blijft ‘nadruppelen’.

De lambdaregeling registreert deze afwijkingen in het verbrandingsproces. Dit zal door de motorregeleenheid verwerkt worden in de short-term fuel trim. Wordt de situatie zodanig ernstig waardoor er sprake is van een slijtageproces – dus de short-term fuel trim moet over een langere periode met dezelfde waarden worden bijgesteld – dan zal de motorregeleenheid de long-term fuel trim aanpassen.



Afbeelding 2: een scherm met daarin de short en long term term fuel trim. 

De waarden van de long-term en short-term fuel trim

We hebben het al gehad over een positieve (+) fuel trim en een negatieve (-) fuel trim. In het geval van een positieve waarde zal de motorregeleenheid een arm mengsel willen compenseren. Er moet dus meer brandstof worden ingespoten.

Uitgaande van de situatie dat de door de brandstofpomp geleverde druk constant is – er worden bij motoren met directe benzine-inspuiting ook brandstofpompen met een variabele druk toegepast – zal de inspuitduur worden verlengd. Dit gebeurt door het oprekken van de pulsbreedte van de aan het inspuitventiel toegevoerde stroom (‘duty-cycle’).

Wanneer wordt de waarde van de fuel trim ontoelaatbaar?

Over het algemeen wordt aangehouden dat als de fuel trim een afwijking van 10% of meer vertoont, er nader onderzoek nodig is. Die waarde is cumulatief. Dat wil zeggen dat als de long-term fuel trim -7,5% bedraagt en de short-term -1,5% dit in totaal -9% is. Deze waarde nadert al de 10%.

Als de bestuurder (klant) geen klachten heeft met betrekking tot de al eerder genoemd drivability en de emissie gemeten met een meergastester ook geen reden tot ingrijpen is, kan verder onderzoek achterwege blijven.

Maar dat is geheel afhankelijk van de situatie (merk en type auto, komen de waarden bij die betreffende merken/typen vaker voor, wat is de onderhouds-/reparatiegeschiedenis?).

Komt de fuel trim boven de 10% (- of +), dan wordt over het algemeen een verdergaande diagnose uitgevoerd.

Het meten van de fuel trim gebeurt normaal gesproken bij stationair toerental. Overigens verdient het aanbeveling om dat ook bij bijvoorbeeld 2500 toeren te doen. Op die manier is te constateren of het motormanagement al of niet in uitzonderlijke mate het mengsel rijker of armer stelt.

Een aantal componenten dat een arm mengsel kan veroorzaken

In ieder geval controleren we het totaal aan luchtgeleidende onderdelen op lekkage. Denk daarbij aan het inlaatspruitstuk (lekke pakkingen) en vacuümleidingen. Maar ook aan het uitlaatspruitstuk en dan met name in het gedeelte vóór de lambdasensor.

Al eerder genoemd is een vervuilde of door een andere oorzaak niet goed werkende luchtmassameter of MAP-sensor (MAP = Manifold Absolute Pressure). Een te arm mengsel komt meer voor dan een rijk mengsel.



Afbeelding 3: weergave van een scherm waarbij de brandstofregeling zich rond λ = 1 beweegt

Oorzaken van een te rijk mengsel

Een negatieve waarde van de fuel trim betekent dat de motorregeleenheid het mengsel wil verarmen. Dat wil dus zeggen dat de motor met een te rijk mengsel draait. De motorregeleenheid reduceert de pulsbreedte van de stroomtoevoer naar de inspuitventielen, waardoor de inspuitduur vermindert.

De oorzaak van het probleem dat de motor met een te rijk mengsel draait, kan van uiteenlopende aard zijn. Tegenwoordig veel voorkomend zijn problemen met de uitlaatgasrecirculatie (EGR).

Ook kan er een probleem zijn met de (brandstof) drukregelaar. En zoals al eerder genoemd met de inspuitventielen en ook de lambdasensoren.

Voor wat de inspuitventielen betreft, deze kunnen één voor één afgesloten worden (stroomtoevoer onderbreken) en dan de fuel trim-waarden worden bekeken. Op die manier kan een misfire geconstateerd worden en ook een probleem met één of meer inspuitventielen.

Conclusie

Het beoordelen van de fuel trim-waarden kan een nuttige diagnosemethode zijn.

Er zit wel een addertje onder het gras. En dat is dat de verschillende motorregeleenheden afwijkende regelstrategieën hebben als het om de fuel trim gaat.

Het helpt dus als je gedegen kennis opdoet met betrekking tot bepaalde motormanagementsystemen. Ook specifieke problemen die zich met bepaalde merken en typen auto’s voordoen kan je bestuderen en zonodig ergens noteren om later te raadplegen.



Atte Roskam