Fuel Adaptation and Fuel Trim" par un certain Dana Baum.
Les informations sont basées sur une e39 équipée d'un M52 et d'un calculateur Siemens MS42, mais la majorité des informations est applicable à tout les moteurs et peut permettre de diagnostiquer certains problèmes moteurs.
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Contrôle Lambda
Fuel Adaptation et Fuel Trim.
Question: Qu’est ce que les Lambda et le contrôle des lambda?
Dans le cas d’un moteur à essence, le mélange optimal en air et en essence pour une combustion complète a un ratio de 14,7 (quantité) d’air pour 1 (quantité d’essence). Cette stoechiométrie ( la relation de quantité entre le combustible et le comburant dans une
réaction chimique) air/essence (Air to Fuel Ratio, AFR) est appelée Lambda = 1.
Une valeur lambda de 1 est normalement considérée comme le meilleur rapport entre émissions, économie de carburant et production d’énergie.
Tourner PAUVRE est quand l’AFR a plus d’air que d’essence. On l’appelle Lambda >1. Par exemple un ratio de 16 :1 d’AFR est pauvre. Tourner pauvre inclus des émissions,
particulièrement des NOx, augmente la chaleur, augmente généralement l’économie
de carburant, réduit la puissance et augmente les chances de cognement.
Tourner RICHE est quand l’AFR a plus d’essence que d’air. L’AFR est sous 14,7:1 (Lambda <1).
Par un exemple, un AFR de 13:1 est riche.
Tourner riche augmente les émissions, baisse généralement la chaleur, fait
augmenter la consommation, augmente la puissance (à un certain point), baisse les
chances de cognement.
Tourner riche sur une longue période
peut causer du dépôt sur les sondes d’O2 (sondes lambdas) et les bougies et peut
détruire le catalyseur. La puissance maximum est généralement obtenue avec un
AFR de 12.3:1.
Question: Comment l’ECU (le calculateur) sait-il quoi faire?
Par la surveillance des capteurs O2 primaires (celles avant le catalyseur), la température du liquide de refroidissement, la position du boîtier papillon, le débitmètre, la vitesse du moteur (RPM) et dans une moindre mesure, les changements d’altitude, d’humidité, la température ambiante, la qualité de l’essence, etc…, l’ECU calcule le ratio air/essence
nécessaire pour une combustion optimale.
Question : Que sont les “Fuel Adaptation” et “Fuel Trim”?
Le “Fuel Adaptation”, c’est le contrôle précis de l’apport en carburant par l’ECU. Pour cela, l’ECU augmente et baisse l’apport en carburant en augmentant ou baissant le temps d’ouverture des injecteurs.
L’ensemble de ces ajustements est appelé “Fuel Trim”. Les valeurs du fuel trim
sur une plage de régime moteur sont appelées “Adaptation Values”.
L’ECU modifie le taux d’injection sous
deux zones de fonctionnement du moteur. Ces zones sont le ralenti (ou la charge
faible) et de normal à en charge (dans les hauts régimes).
Ces taux d’injections modifies sont
appelés: Long Term Fuel Trim(LTFT) Additive et Short Term Fuel Trim (STFT) Multiplicative.
Long Term Fuel Trim (LTFT)
C’est le contrôle du temps d’ouverture des injecteurs sur toute la plage d’utilisation du moteur. Les LTFT sont initialement calculé au ralenti ou à faible charge et une moyenne est faite dans le temps.
Dans ces conditions de ralenti/charge faible, le montant de variation de carburant est faible en rapport avec la faible entrée d’air. Le calculateur surveille les sondes lambdas et AJOUTE ou SOUSTRAIT approximativement 0.001msec de temps d’injection pour maintenir le Lambda = 1 (14.7:1 d’AFR). Le montant d’augmentation ou de baisse du temps d’injection appelé LTFT Adaptation Value. C’est la valeur sortie par l’ECU lors de la lecture du flux de données en direct.
Par exemple: si un LTFT de 1 est la valeur de fabrication pour la plage d’injection d’un injecteur neuf (temps d’ouverture). Cela à une LTFT Adaptation Value de
0.0.
Un LTFT de 1.100 indiquerait un temps d’injection plus grand. Cela correspond à une LTFT Adaptation Value de
0.100 .
Un LTFT de 0.980 indiquerait un temps d’injection plus réduit. Cela correspond à LTFT Adaptation Value de -0.020.
Le LTFT est aussi influencé par le Short Term Fuel Trim (STFT).
Short Term Fuel Trim (STFT) Multiplicative
C’est le contrôle du temps d’ouverture d’injection de la sur la plage d’opération intermédiaire à haute du moteur.
Quand le moteur fonctionne sur sa plage normale ou en charge, ou encore sur les hauts régimes, de plus grands volumes d’air et de carburant sont nécessaires. Ainsi pour maintenir les conditions du Lambda = 1, l’ECU surveille les sondes lambda et calcule la charge calculée (image 2) et compare les valeurs à la valeur optimale pour le temps d’injection enregistré dans la drive map (la configuration du calculateur). Si les valeurs du temps d’injection de base ne mènent pas à une valeur Lambda = 1 aux sondes lambdas pour la masse d’air mesurée par le débitmètre, le calculateur augmente ou baisse le temps d’injection par un pourcentage déterminé par la différence entre la lambda et la valeur optimale. Ces pourcentages ont été intégrés à l’ECU en usine après des tests dynamométrique approfondis et sont compilés dans la drive map sous l’appelation “weighted STFT value array”. (voir
ici pour plus d’infos : http://members.iatn.net/tech/gm/obd2/obd2-6-3.html)
Quand les STFT atteignent leurs limites d’ajustement, cela cause la baisse ou l’augmentation des Long Term Fuel Trim. Si la correction des valeurs de base excède +25% ou -25% durant plus de 10 secondes un DTC (Message d’erreur) est produit pour arrêter l’augmentation ou la baisse des STFT.
Les Short Term Fuel Trim en général se font très rapidement et font de petits changements temporaires sur l’essence apporté au moteur.
Long Term Fuel Trim font des changements permanent plus lentement. Chaque changement dans les LTFT est l’équivalent d’un changement des STFT sur toute leur plage. L’idée est que quand les STFT atteignent leurs limites hautes/basses, elles retournent à zéro et font bouger les valeurs des LTFT vers le haut ou le bas d’un point.
Les STFT continuent de changer très vite, et si elles atteignent à nouveau leurs limites, elles changent à nouveau les valeurs des LTFT. Cela continue jusqu’à ce que les LTFT
ont ajouté assez de carburant pour compenser le problème ou jusqu’à les LTFT ont atteint leurs propres limites. Quand cela arrive l’AFR ne peut être maintenu à la valeur Lambda=1 et un code erreur (voyant) renvoyant aux sondes lambda apparaît.
Une fois qu’un code défaut relative aux LTFT apparaît, en fonction de l’étalonnage, l’ECU passe par défaut en mode Open Loop (Sondes lambda déconnectées), l’ECU détermine l’apport en carburant en se basant sur toutes les entrées des capteurs (excepté les lambda) et une “drive map” interne prédéterminée.
En mode Closed Loop, les informations envoyées par les sondes lambda sont utilisées par l’ECU pour calculer les ajustements et adaptations de l’apport en carburant. Si les sondes lambda indiquent des conditions pauvres, les valeurs d’adaptation seront au dessus de 0. Si elles indiquent une condition riche, les valeurs d’adaptation seront en
dessous de 0. Des valeurs d’adaptation entre +10% and -10% du temps d’injection de base sont une indication que l’ECU maintient un bon contrôle de l’injection.
Si l’ECU tombe en Open Loop pour quelque raison que ce soit, vous remarquerez que les valeurs d’adaptation des LTFT seront à 0.0 ms. C’est parce que l’ECU n’écoute plus les informations envoyées par les sondes lambda, et ne peut plus faire d’ajustements à l’apport en carburant. Il ne doit que compter sur la courbe de carburant programmée dans la drive map. C’est une bonne raison pour conserver une courbe de carburant aussi
parfaite que possible.
Voici certaines conditions qui mènent à des défauts des valeurs
d’adaptations :
Prise d’air à l’admission
Mauvaise pression du carburant
Injecteur défectueux ou cokéifié
Capteur de Temperature moteur défectueux
EGR défectueuse
Prise d’air secondaire
Reniflard d’huile défectueux ou présentant une fuite
Débitmètre défectueux
Sonde lambda agée (réponse lente)
Catalyseur cassé ou encrassé
Carburant de mauvaise qualité
Réservoir de carburant vide
Combustion altérée par une faille mécanique (bougies, compressions, valves d’admission/d’échappement,etc…)
Valeurs d’adaptation des LTFT positives (+), LTFT >1. (L’ECU pense que le mélange est pauvre). Pas assez de carburant ou trop d’air.
Valeurs d’adaptation des LTFT négatives (-), 0<LTFT<1 (L’ECU pense que le mélange est riche). Trop de carburant ou pas assez d’air. Cela peut venir d’un injecteur qui fuit par exemple.
Valeurs d’adaptation des STFT positives (+) (L’ECU pense que le mélange est pauvre). Une valeur positive élevée constante peut signifier un débitmètre HS (reportant des mesures de volume d’air trop basses), un retour de pression d’échappement trop bas, un catalyseur bouché, des ratés d’allumage, une importante prise d’air à l’admission ou à l’échappement…
Valeurs d’adaptation des STFT négatives (-) (L’ECU pense que le mélange est riche). Une valeur negative élevée constante peut signifier une pression à l’échappement haute, un
catalyseur endommagé, des injecteurs bloqués ouverts.
Les exigences de l’OBD II
Les exigences de l’OBD-II pour la surveillance du système de carburant indiquent qu’une surveillance constante du système de carbuarant est nécessaire pour maintenir le respect des normes d’émissions. Celui-ci est considéré comme en disfonctionnement quand les niveaux d’émissions excèdent 1,5 fois les normes. La réglementation impose une surveillance des limites des LTFT. Les conditions de fonctionnement au moment de la détection d’un défaut doivent être stockées dans les données de l’ECU.
Surveillance diagnostic des Fuel Trim
Le diagnostic des Fuel Trim Diagnostic (FTD) surveille la moyenne des LTFT et STFT. Si ces valeurs atteignent leur limite maximale et y restent pour une longue durée, un disfonctionnement est indiqué. Le FTD compare la moyenne des valeurs limites riches et pauvres des LTFT et STFT qui sont les seuils de failles calibrés pour le test. Si l’une ou l’autre des valeurs se situe dans les seuils d’échec, un accès est accordé. Le système en closed loop a toujours autorité. Si les deux valeurs sont hors des clous, alors une condition de défaut existe. Il y aura un code erreur enregistré et le défaut riche ou pauvre sera indiqué. Le FTD procède aussi à un test pour déterminer si un mélange riche pourrait être causé par un excès de vapeur dans le reniflard.
Les Fuel Trim via les sondes lambda secondaires
Les sondes lambda secondaire, localisées après le catalyseur, sont utilisées pour la correction des fuel trim sur les véhicules équipés de l’OBD-II. Par leur localisation, les lambda secondaires sont généralement protégées des hautes températures et plus encore des contaminations qui affectent les sondes lambdas primaires. De plus, les lambda secondaires voient les gaz d’échappement équilibrés (déjà passés par le
catalyseur). Cela leur permet d’être réceptives à de plus petits changement dans le contenu en oxygen des gaz d’échappement. A son tour, il est alors possible pour la sonde lambda secondaire de rester proche des 0.45v. Cette caractéristique lui permet d’être utilisée pour contrôle du carburant. Dans des conditions de régimes et de charge stable, la polarisation des STFT peut être ajustée de manière à ce que le voltage de la sonde secondaire se maintienne proche des 0.45v. Cela garantit que le catalyseur reçoive un mélange stoechiométrique de gaz d’échappement, malgré tout dépassement du point de commutation (0.45v) de la lambda primaire. Ce système est appelé Fore Aft Oxygen Sensor Control (FAOSC).
Ce système ne peut pas être utilisé avec un échappement en "y-pipe" où une seule lambda secondaire essaierait d’ajuster en fonction de 2 lambda primaires.
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