Die Funktion der Adaptive Fuel Value Table (AFV) wurde bereits mehrfach angesprochen. Grundsätzlich ist es der Mechanismus, mit dem die EFI die Werte der Lambda Sonde verarbeitet.
Die Funktion dieser AFV ist nicht wirklich dokumentiert, und man muss sich die Informationsbröckchen überall zusammenklauben. Da unsere EFI ein Produkt ist, das ursprünglich für General Motors (GM) gemacht wurde, liegt es nahe, dass dieselben Mechanismen wie bei einer GM Einspritzung zum Tragen kommen. Ich werde mich also im Folgenden mehrheitlich darauf beziehen. Bei Mutmassungen werde ich besondere Hinweise geben:
Die VE-Tabelle
Bevor wir uns an die AFV machen, werfe ich nochmals einen Blick auf die VE-Table. Das VE steht für Volumetric Efficiency. Jeder Verbrennungsmotor ist prinzipiell eine Luftpumpe. Je besser die Pumpe, deste mehr Leistung kann der Motor erbringen. Manche Maschinen (vor allen Dingen, wenn Luftfilter und Auspuff geändert sind) können bei einer bestimmten Drehzahl und einer bestimmten Öffnung des Gasschiebers/Drosselklappe mehr Luft Pumpen als andere. In der Harley VE-Table sind die Öffnung des Gasgriffs und die aktuelle Drehzahl des Motors gegeneinander aufgetragen.
Bei den neueren Maschinen, die schon mit der sogenannten Lambda-Regelung arbeiten, besteht die VE Table aus der Drehzahl und dem Unterdruck im Manifold (MAP). Das ist deutlich günstiger, da dadurch der Zusammenhang zwischen AFR und VE sehr deutlich ist, da beide Tabellen den MAP Wert verwenden. Da ich selber aber "nur" eine ältere EFI mit AFR-Regelung habe, bleibe ich in meiner Beschreibung bei genau dieser.
Es gibt in der Harley EFI zwei VE-Tabellen (jeweils für vorderen und hinteren Zylinder), in denen in jeder Zelle eine Zahl zwischen 0 und 128 eingetragen ist. Diese Zahl gibt an, wieviel die Maschine gerade an Luft pumpt. Je höher der Wert, desto mehr Luft pumpt der Motor und desto höher ist das Drehmoment an dieser Stelle.
Wenn der Wert genau 100 ist, dann pumpt der Motor genausoviel Luft, wie der Hubraum gross ist. Also bei einem 1800 ccm Motor wären das 900ccm pro Hub und Zylinder. Der Idealwert kann aber stellenweise auch überschritten werden. Das liegt an "Schwingungseffekten". Manchmal tritt ein "Schwingungsberg" auf. Dann kann der Zylinder mit leichtem Überdruck gefüllt werden. Dann bekommt man stellenweise Werte wie 107, also 7% mehr.
Der Idealwert sollte also 100 sein. Wenn viele der VE-Zellen deutlich über 100 liegen, dann stimmt wahrscheinlich die Einstellung für das Engine Displacement nicht. Auch eine falsche Einstellung der Injector Size kann zum Beispiel beim VTune Prozess zu einer im gesamten "verschobenen" VE-Table führen. Schliesslich misst man dabei den Unterschied zwischen tatsächlicher und programmierter AFR, um die VE-Tabelle nachzukalibrieren. Näheres zu dem Thema findet sich in den Anleitungen des TTS oder anderer Tuningmodule:
Hier mal eine typische VE Table und die Graphische Darstellung:
Bei 3000 rpm und 10% Throttle pumpt der Zylinder nur 79% des Idealwertes. Bei 30% aber 107%, also richtig gut (das nennt man Durchzug aus niedrigen Drehzahlen). Da die Strömungsverhältnisse in einem Verbrennungsmotor sehr stark mit der Drehzahl schwanken können (Schwingungseffekte), sieht die Graphik der VE-Table wie eine Berg-und Tallandschaft aus. Und jedesmal, wenn an der Luftströmung etwas geändert wird (zum Beispiel durch Luftfilter, Auspuff, Nockenwellen), kann sich die Charakteristik, also die Lage und Höhe der Berge und Täler, drastisch ändern.
Da nun alle weiteren Berechnungen der EFI von dieser VE-Table ausgehen, muss diese Tabelle natürlich auch stimmen. Die Idee, dass eine Lambdasonde veränderte VE-Tafeln ausgleichen kann, ist trügerisch. Dazu später mehr. Siehe auch:
Deshalb besteht die Hauptarbeit des Tunens darin, eine möglichst exakte VE-Table von dem Motor zu erstellen. Entweder auf dem Leistungsprüfstand, oder durch Fahrten mit dem Program VTUNE:
Die AFV Tabelle; langfristige Änderung
Die Messwerte der Lambda Sonden werden auf zweierlei Weise verarbeitet: Langfristig und Kurzfristig.
Die langfristige Verarbeitung findet in der AFV Tabelle statt. Bei GM heisst diese Tabelle Block Learn Multiplier (BLM), in der OBD-II Notation auch LTFT (Long Term Fuel Trim). Diese Tabelle wird semipermanent im nichtflüchtigen Speicher der EFI abgelegt. Wenn die Maschine abgeschaltet wird, behält die EFi diese Messwerte. Dieser Speicher wird bei einem Reflashen der EFI gelöscht (alle Werte wieder auf 128), genauso wie bei 24h ohne Batterie.
Die Funktion der AFV ist die automatische Justierung des Gemischs, um jederzeit den eingestellten Wert von Lambda=1 (AFR 14.6) sicherzustellen. Die AFV kann aus bis zu 32 Zellen bestehen, bei Harley sind es maximal 24 Zellen. Es können je nach Kalibrierung auch weniger sein. Andere Hersteller kommen mit 16 Zellen aus.
Jede dieser Zellen ist für einen ganzen Block von VE-Werten zuständig. Wie diese Zellen tatsächlich verteilt sind, ist mir nicht bekannt. Man kann die Grösse und Lage der AFV Zellen leider auch nicht mit einem OBD-II Scanner auslesen, weshalb man per Try&Error versuchen müsste, das rauszufinden.
Ich habe mal einen künstlerischen Versuch gemacht, wie diese Blöcke verteilt sein könnten. Jeder Block entspricht dabei einer AFV Zelle.
Es ist aber auch irgendeine andere Aufteilung der 24 Zellen möglich. Die nächste Idee beruht auf der Tatsache, dass die EFi unter 26 kPA und über 82,9kPA (in der AFR Tabelle) keine Lambda-Messwerte verarbeitet:
Jede dieser Zellen wird Anfangs mit dem Wert 128 gefüllt. Das bedeutet, dass keine Änderungen an der Einspritzmenge nötig sind. Jede Zelle kann (theoretisch) Werte von 0 (gar kein Sprit) bis 255 (doppelt soviel Sprit) annehmen. Praktischerweise wird dieser Wert aber von den Herstellern Software auf ein physikalisch sinnvolles Mass begrenzt. Im Automobilbau hat man sich auf einen Wertebereich, d.h. auf AFV-Grenzwerte von 105 (Mager) bis 150 (Fett) geeinigt. Damit kann die EFi rund +- 17% an Treibstoff korrigieren. Das wird bei der Harley ähnlich sein (s.u.).
Wenn also in Zelle 5 der Wert 140 steht, dann werden alle VE-Zellen, die von diesem Block erfasst sind, um 140/128 (also 9%) angereichert. In der benachbarten EFV Zelle 6 könnte der Wert 110 stehen, dann werden die betroffenen Zellen um 110/128, also 14% abgemagert.
Der Integrator (INT); kurzfristige Änderung
Der kurzfristige Programmteil ist der Integrator, auch STFT (Short Term Fuel Trim) genannt. Der INT ist es, der die Werte in der AFV verändert. Der INT besteht nur aus einem einzigen Wert (im Gegensatz zur AFV), der von 0 bis 255 geht (wen wunderts?). Er wird im RAM Speicher gehalten, geht also bei jedem Ausschalten der Maschine verloren. Die Neutralstellung ist auch hier 128, das heisst das dann keine Korrektur notwendig ist und der AFR auf 14.6 steht. Der Wert 0 des INT steht für rund 1% weniger Treibstoff, 255 steht für rund 1% mehr Treibstoff. Die exakten Prozentzahlen sind von den Grenzwerten (in mV) der Lambdasonden abhängig (siehe unten).
Der INT Wert (rund +- 1%) wird ständig auf die Gemischaufbereitung draufgerechnet. Die EFI erhöht also zunächst einmal ständig den INT Wert und damit den Treibstoffanteil im Gemisch. das solange, bis er entweder 255 erreicht, oder die Lambdasonden den oberen Lambda-Grenzwert erreichen, zum Beispiel 760mV (AFR 14.4). Dann weiss die EFi, dass das Gemisch zu fett ist.
Danach verringert die EFI den INT Wert wieder Schritt für Schritt, bis er entweder 0 erreicht, oder den unteren Grenzwert der Lambdasonden (z.b. 100mV, AFR 15.0). Dann weiss die EFI, dass das Gemisch zu mager ist. So geht das die ganze Zeit munter hin- und her. Das passiert etwa 20 mal pro Sekunde. Die exakten Lambda Grenzwerte (in mV) der Harley EFI sind mir momentan nicht bekannt.
Statt der INT-Grenzwerte 0 und 255 können es auch andere Werte sein. Oft sind die INT-Grenzwerte genau gleich wie die AFV-Grenzwerte eingestellt, obwohl beide Zahlen wirklich nix miteinander zu tun haben. Wenn also der AFV nur zwischen 108 und 160 korrigiert, dann korrigiert auch oft der INT nur zwischen 108 und 160, bevor er die AFV Zelle modifiziert. Das hilft wohl dabei, die Übersicht zu bewahren, wenn man den Fahrzeugzustand mit einem OBD-II Scanner ausliest und analysiert.
Die EFI liest also ständig die Werte der Lambdasonde aus und errechnet (durch rauf/runterregeln) einen integrierten Wert des INT, der Mittelwert auf dem sich der Wert einpegelt. Wenn der INT-Wert 0 oder 255 (oder einen anderen eingestellten INT-Grenzwert) erreicht, dann wird der INT Wert wieder auf 128 gestellt und die EFI sucht die AFV Zelle, in der sich die Maschine gerade befindet. Diese AFV Zelle wird dann um einen Punkt verringert/erhöht.
Mit dem neuen AFV Korrekturwert geht das Spiel wieder von vorne los. Mit der Zeit erhält so die AFV die "Richtigen" Werte. Dieser Vorgang dauert etwa 20 Sekunden pro AFV Zelle. Dann ist ein AFR 14.6 in dieser Zelle stabil erreicht. Also ist im Idealfall die komplette AFV Tabelle mit ihren 24 Zellen nach rund 10 Minuten gefüllt. In der Praxis dauert das eher 20 Minuten bis zu mehreren Stunden, da nicht immer alle möglichen Fahrzustände angefahren werden. Dort, wo man oft fährt, bekommt man die Werte schnell, bei den anderen Zellen dauert es länger.
Harley Grenzwerte:
Nach Angaben von Daytona Sensors LLC (TwinCam Instruction, Seite 5) kann der INT Wert von 75%-125% gehen, das wären also 96 bis 153. Auf Seite 15 wird das Statement getätigt, dass auch der gesamte Korrektubereich der EFI bei 25 % liegt. Das würde heissen, das der INT-Grenzwert und der AFR-Grenzwert gleich sind, und beide von (gerundet) 100 bis 150 gehen. Zumindest soll das für die EFIs bis Baujahr 2008 gelten:
Tuning
Das Ziel eines jeden Tunings muss sein, die Lernkurve dieses Systems zu eliminieren. Und das erreicht man dadurch, dass die VE-Tabelle exakt stimmt. Dann stimmen auch die gewünschten AFR Werte mit den tatsächlichen überein, und man bräuchte die ganze Minik kaum noch. Höchstens wenn sich die Luftfeuchte- oder Temperatur ändert. Oder ein Alkohol-angereicherter Treibstoff getankt wird.
Durch massive Änderungen am Lufteinlass/Auslass kann es passieren, dass die VE-Tabelle derart falsch liegt, dass die AFV Mimik das Ganze gar nicht mehr korrigieren kann. Vor allen Dingen, wenn innerhalb einer AFV Zelle mehrere neue VE-Berge/Täler entstanden sind. Dann wird ständig hilflos herumkorrigiert, ohne festes Ergebniss. Die EFi kann sich dann auch aufhängen, und ständig viel zu mager oder viel zu fett fahren; in den AFV Zellen stehen dann irgendwelche Phantasiewerte. Bei der BUELL EFi (die von VDO gefertigt wird) ist dies ein bekanntes Leiden.
Das Gleiche kann passieren, wenn man versucht die EFI mit einem XIED zu "überlisten", indem man den Gleichgewichtspunkt der Lambda Sonde per Widerstandsbrücke auf AFR 13,8 senkt. Es gibt Meldungen von XIED Benutzerm die davon berichten, dass sie keinen 100 Oktan Treibstoff tanken können, weil dann offensichtlich die Sensoren etwas wärmer werden und die Messkurve sich derart verschiebt, dass die EFI nur noch übermässig fett fährt:
Grenzen des Selbsttunings
Besonders das ändern der Nockenwelle überfordert die "Selbstheilungskräfte" der EFi praktisch immer. Allgemein sagen die Experten, dass wenn die Werte der einzelnen AFV Zellen um mehr wie 3% voneinander abweichen, die EFi nicht mehr maximal Effektiv arbeitet. Das kann man nur dadurch umgehen, dass die VE-Tables exakt eingestellt sind.
Wenn in der AFR Tabelle nicht der ganze Bereich unter 4500 rpm rot geschaltet ist (Rotes Meer), also als Closed-Loop geschaltet ist, dann beeinflussen die AFV Zellen aber weiterhin alle VE-Zellen, die von ihr erfasst sind. Unabhängig davon, ob ein paar dieser Zellen als Open-Loop mit einem wesentlich tieferen AFR-Wert (z.B. 13.8) gefahren werden wollen. Dann hat man zwar in der AFR-Tabelle in der entsprechenden Zelle 13.8 stehen, aber durch die (hier unerwünschte) Einmischung des AFV wird daraus vielleicht ein AFR 13.4 (zu fett). Oder Schlimmer 14.4 (zu mager).
Motorstart
Jedesmal, wenn die EFI nicht im Closed Loop Betrieb ist, wird der Wert des INT auf 128 gestellt. Nach Start der Maschine hält die EFI den INT-Wert auf 128, bis klar ist, das genügend Wartezeit vergangen ist und die Lambdasonden warm, d.h. mindestens einmal eine Spannung von über 450mV geliefert haben. Dann rennt die mimik los, ansonsten bleibt die Maschine im Open-Loop Modus. So funktionieren auch die Eliminator Stecker, indem ein 1MOhm Widerstand der EFI eine ständig kalte Lambda Sonde vorgaukelt:
Ausnahmezustände
Beim Beschleunigen, Schiebebetrieb, WOT (Wide Open Throttle), aber auch beim Leerlauf, Warmlaufen etc wird die Lambda-Regelung der EFI regelmässig ausser Kraft gesetzt. Dabei werden die errechneten AFV-Lambda Werte einfach durch spezielle Tabellen ersetzt, die feste (meist niedrigere) AFR Werte vorgeben. Bis runter auf AFR 12.0. Und nicht alle Tabellen sind für den Benutzer zur Manipulation freigegeben oder überhaupt sichtbar.
Ein Beispiel ist eine versteckte Mechanik, welche die Betriebsspannung der Maschine überwacht und Spannungsschwankungen, welche die Einspritzdauer der Düsen verändern könnten, durch eine Tabelle ausgleicht. Das heisst dann Battery Voltage Correction (BVC).
Wie berechnet sich die gesamte Einspritzmenge?
Bei jeder EFI vom GM Typ, also auch bei der Harley EFI, gibt es zumindest folgende Tabellen (die Namen sind der Harley Namensgebung angepasst):
BPW - Base Pulse Width
BPC - Base Pulse Constant
MAP - Manifold Absolute Pressure
T - Temperatur
AFR - Air Fuel Ratio
VE - Volumetric Efficiency
BVC - Battery Voltage Correction
AFV - Air Fule Value
DFCO - Decel Fuel Cutoff
DE - Decel Enleanment
INT - Integrator
Die BPW ist die Zeitdauer, die das Einspritzventil geöffnet ist. Je länger, desto mehr Sprit wird eingespritzt. Dann errechnet sich das BPW wie folgt:
BPW = BPC * MAP * T * AFR * VE * BVC * AFV * DFCO * DE * INT
Dazu kommen dann noch die verschiedenen Ausnahmezustände und Sondertabellen. Und schon hat man eine funktionierende EFI. Ist doch einfach, oder?
Der Barometrische Druck und MAP:
In die Berechnung des MAP (Manifold Absolute Pressure) geht auch der Barometrische Druck ein, das heisst der Umgebungsdruck. Der MAP Sensor misst ja immer beides gleichzeitig, da er nur eine simple Druckdose mit Sensor ist.
Im Tal ist der Luftdruck höher, also muss mehr Sprit eingespritzt werden. Auf dem Berg ist er niedriger, deshalb braucht man da auch weniger Sprit. Dazu kommen noch die allfälligen Hoch- und Tiefdruckgebiete, durch die man fährt. Alte Vergasermotorräder mussten bei der Fahrt in die Alpen immer umgedüst werden, da sie sonst zu fett liefen. Bei der EFI muss man rechnerisch die Luftmenge korrigieren, also die Werte der VE-Tabelle.
Bei der AFR-Tabelle wird die MAP auch verwendet. Bei weniger Druck wird die aktive Zelle nach links verschoben, bei höherem nach rechts. Da aber in der AFR Tabelle meisten (im Teillastbereich) derselbe Wert steht, nämlich 14.6, ändert sich an dieser Stelle nix. Dort wird also nicht korrigiert.
Deshalb gibt es einen expliziten Messwert für den barometrische Druck (Ambient Barometric Pressure, ABP). Dieser wird von dem MAP Sensor im Manifold festgestellt, und zwar vor dem Anlassen des Motors.
Die Notwendigkeit dieses Messwertes ist dadurch bedingt, dass die AFR Tabelle zwar mit MAP rechnet, aber die VE-Tabelle (die eigentlich für die Luftmenge zuständig ist) nur mit der ThrottlePosition (TPS). Da korrigiert sich die Luftmenge leichter, wenn man die ABP kennt. Wenn die VE-Tabelle auch mit MAP rechnen würde (wie alle modernen Automobil-Einspritzanlagen), dann bräuchte man den ABP nicht.
Die EFI bekommt auch auch im laufenden Betrieb (trotz der meist erhöhten/erniedrigten AFV -Werte) die Änderungen im barometrischen Druck mit und korrigiert den ABP nach. Das passiert bei bestimmten Stellungen der Kurbelwelle (und geringer Drehzahl), an denen nicht "eingeatmet" wird, und somit der Manifold-Druck gleich dem Aussendruck ist.
Es ist also bei EFIs möglich, dass diese bei bestimmten Throttle Positionen und bestimmten Positionen der Kolben aus den MAP Messwerten den ABP zurückrechnen:
Damit ist die EFI an sich schon in der Lage, die Höhenunterschiede auszugleichen. Als drittes Regelungs-und Überwachungsinstrument gibt es dann noch die Lambda-Sonden. Der Ausgleich von Unregelmässigkeiten durch meteorologische oder treibstoffbedingten Schwankungen (jenseits der Druckschwankungen, zum Beispiel bei der Luftfeuchte), und nicht das "autotunen" von getunten Motoren ist ja die eigentliche Aufgabe der Lambda-Sonden. Bei einer ordentlich eingestellten EFI werden schliesslich alle AFR-Werte (auch 14.6) präzise "von alleine" erreicht.
Nixdestotrotz: wenn man extrem schnell die Höhenlage wechselt, vor allen Dingen von hoch nach tief, kann man ruhig mal den Motor abschalten. Das resettet die EFI und den Kopf des Fahrers (was oft wichtiger ist).
Wenn die EFI nicht ordentlich programmiert ist, dann hat man das Gefühl , als ob man in den Bergen Leistung verlieren würde. Oder man spürt einen unrunden Motorlauf (bis hin zu "Zündaussetzern"). Wenn die EFI ordentlich eingestellt ist (VE, AFR) und die Lambda Sonden laufen (und nicht durch Zusätze wie den Powercommander einfach abgeklemmt wurden), dann merkt man davon überhaupt nix, und die Maschine zieht in jeder Lebenslage und in jeder Höhe kraftvoll durch.
Mysterien und Hypothesen
Die EFI Software kann weiterhin bestimmen, dass manche AFV Zellen nur zu bestimmten Gelegenheiten verwendet werden. Bei Autos werden zum Beispiel bei eingeschalteter Klimaanlage manche Zellen ausgelassen. Es geht das Gerücht, dass die Harley EFi über die Auswahl der AFV Zellen auch sehr langfristige Fahreigenschaften steuert. Wenn ich näheres weiss, werde ich es schreiben.
Zudem ist die Lage und die Grösse der AFV Zellen bei jeder Kalibrierung anders, kann sich von Typ zu Typ und Jahr zu Jahr ändern. Ausser dem Hersteller der Kalibrierung ist die Lage dieser AFV Zellen niemandem bekannt.
Links:
Daytona Twin Tec LLC - Tech FAQ TCFI
© 2010, Peter Viczena
Die Funktion dieser AFV ist nicht wirklich dokumentiert, und man muss sich die Informationsbröckchen überall zusammenklauben. Da unsere EFI ein Produkt ist, das ursprünglich für General Motors (GM) gemacht wurde, liegt es nahe, dass dieselben Mechanismen wie bei einer GM Einspritzung zum Tragen kommen. Ich werde mich also im Folgenden mehrheitlich darauf beziehen. Bei Mutmassungen werde ich besondere Hinweise geben:
Die VE-Tabelle
Bevor wir uns an die AFV machen, werfe ich nochmals einen Blick auf die VE-Table. Das VE steht für Volumetric Efficiency. Jeder Verbrennungsmotor ist prinzipiell eine Luftpumpe. Je besser die Pumpe, deste mehr Leistung kann der Motor erbringen. Manche Maschinen (vor allen Dingen, wenn Luftfilter und Auspuff geändert sind) können bei einer bestimmten Drehzahl und einer bestimmten Öffnung des Gasschiebers/Drosselklappe mehr Luft Pumpen als andere. In der Harley VE-Table sind die Öffnung des Gasgriffs und die aktuelle Drehzahl des Motors gegeneinander aufgetragen.
Bei den neueren Maschinen, die schon mit der sogenannten Lambda-Regelung arbeiten, besteht die VE Table aus der Drehzahl und dem Unterdruck im Manifold (MAP). Das ist deutlich günstiger, da dadurch der Zusammenhang zwischen AFR und VE sehr deutlich ist, da beide Tabellen den MAP Wert verwenden. Da ich selber aber "nur" eine ältere EFI mit AFR-Regelung habe, bleibe ich in meiner Beschreibung bei genau dieser.
Es gibt in der Harley EFI zwei VE-Tabellen (jeweils für vorderen und hinteren Zylinder), in denen in jeder Zelle eine Zahl zwischen 0 und 128 eingetragen ist. Diese Zahl gibt an, wieviel die Maschine gerade an Luft pumpt. Je höher der Wert, desto mehr Luft pumpt der Motor und desto höher ist das Drehmoment an dieser Stelle.
Wenn der Wert genau 100 ist, dann pumpt der Motor genausoviel Luft, wie der Hubraum gross ist. Also bei einem 1800 ccm Motor wären das 900ccm pro Hub und Zylinder. Der Idealwert kann aber stellenweise auch überschritten werden. Das liegt an "Schwingungseffekten". Manchmal tritt ein "Schwingungsberg" auf. Dann kann der Zylinder mit leichtem Überdruck gefüllt werden. Dann bekommt man stellenweise Werte wie 107, also 7% mehr.
Der Idealwert sollte also 100 sein. Wenn viele der VE-Zellen deutlich über 100 liegen, dann stimmt wahrscheinlich die Einstellung für das Engine Displacement nicht. Auch eine falsche Einstellung der Injector Size kann zum Beispiel beim VTune Prozess zu einer im gesamten "verschobenen" VE-Table führen. Schliesslich misst man dabei den Unterschied zwischen tatsächlicher und programmierter AFR, um die VE-Tabelle nachzukalibrieren. Näheres zu dem Thema findet sich in den Anleitungen des TTS oder anderer Tuningmodule:
Hier mal eine typische VE Table und die Graphische Darstellung:
Bei 3000 rpm und 10% Throttle pumpt der Zylinder nur 79% des Idealwertes. Bei 30% aber 107%, also richtig gut (das nennt man Durchzug aus niedrigen Drehzahlen). Da die Strömungsverhältnisse in einem Verbrennungsmotor sehr stark mit der Drehzahl schwanken können (Schwingungseffekte), sieht die Graphik der VE-Table wie eine Berg-und Tallandschaft aus. Und jedesmal, wenn an der Luftströmung etwas geändert wird (zum Beispiel durch Luftfilter, Auspuff, Nockenwellen), kann sich die Charakteristik, also die Lage und Höhe der Berge und Täler, drastisch ändern.
Da nun alle weiteren Berechnungen der EFI von dieser VE-Table ausgehen, muss diese Tabelle natürlich auch stimmen. Die Idee, dass eine Lambdasonde veränderte VE-Tafeln ausgleichen kann, ist trügerisch. Dazu später mehr. Siehe auch:
Deshalb besteht die Hauptarbeit des Tunens darin, eine möglichst exakte VE-Table von dem Motor zu erstellen. Entweder auf dem Leistungsprüfstand, oder durch Fahrten mit dem Program VTUNE:
Die AFV Tabelle; langfristige Änderung
Die Messwerte der Lambda Sonden werden auf zweierlei Weise verarbeitet: Langfristig und Kurzfristig.
Die langfristige Verarbeitung findet in der AFV Tabelle statt. Bei GM heisst diese Tabelle Block Learn Multiplier (BLM), in der OBD-II Notation auch LTFT (Long Term Fuel Trim). Diese Tabelle wird semipermanent im nichtflüchtigen Speicher der EFI abgelegt. Wenn die Maschine abgeschaltet wird, behält die EFi diese Messwerte. Dieser Speicher wird bei einem Reflashen der EFI gelöscht (alle Werte wieder auf 128), genauso wie bei 24h ohne Batterie.
Die Funktion der AFV ist die automatische Justierung des Gemischs, um jederzeit den eingestellten Wert von Lambda=1 (AFR 14.6) sicherzustellen. Die AFV kann aus bis zu 32 Zellen bestehen, bei Harley sind es maximal 24 Zellen. Es können je nach Kalibrierung auch weniger sein. Andere Hersteller kommen mit 16 Zellen aus.
Jede dieser Zellen ist für einen ganzen Block von VE-Werten zuständig. Wie diese Zellen tatsächlich verteilt sind, ist mir nicht bekannt. Man kann die Grösse und Lage der AFV Zellen leider auch nicht mit einem OBD-II Scanner auslesen, weshalb man per Try&Error versuchen müsste, das rauszufinden.
Ich habe mal einen künstlerischen Versuch gemacht, wie diese Blöcke verteilt sein könnten. Jeder Block entspricht dabei einer AFV Zelle.
Es ist aber auch irgendeine andere Aufteilung der 24 Zellen möglich. Die nächste Idee beruht auf der Tatsache, dass die EFi unter 26 kPA und über 82,9kPA (in der AFR Tabelle) keine Lambda-Messwerte verarbeitet:
Jede dieser Zellen wird Anfangs mit dem Wert 128 gefüllt. Das bedeutet, dass keine Änderungen an der Einspritzmenge nötig sind. Jede Zelle kann (theoretisch) Werte von 0 (gar kein Sprit) bis 255 (doppelt soviel Sprit) annehmen. Praktischerweise wird dieser Wert aber von den Herstellern Software auf ein physikalisch sinnvolles Mass begrenzt. Im Automobilbau hat man sich auf einen Wertebereich, d.h. auf AFV-Grenzwerte von 105 (Mager) bis 150 (Fett) geeinigt. Damit kann die EFi rund +- 17% an Treibstoff korrigieren. Das wird bei der Harley ähnlich sein (s.u.).
Wenn also in Zelle 5 der Wert 140 steht, dann werden alle VE-Zellen, die von diesem Block erfasst sind, um 140/128 (also 9%) angereichert. In der benachbarten EFV Zelle 6 könnte der Wert 110 stehen, dann werden die betroffenen Zellen um 110/128, also 14% abgemagert.
Der Integrator (INT); kurzfristige Änderung
Der kurzfristige Programmteil ist der Integrator, auch STFT (Short Term Fuel Trim) genannt. Der INT ist es, der die Werte in der AFV verändert. Der INT besteht nur aus einem einzigen Wert (im Gegensatz zur AFV), der von 0 bis 255 geht (wen wunderts?). Er wird im RAM Speicher gehalten, geht also bei jedem Ausschalten der Maschine verloren. Die Neutralstellung ist auch hier 128, das heisst das dann keine Korrektur notwendig ist und der AFR auf 14.6 steht. Der Wert 0 des INT steht für rund 1% weniger Treibstoff, 255 steht für rund 1% mehr Treibstoff. Die exakten Prozentzahlen sind von den Grenzwerten (in mV) der Lambdasonden abhängig (siehe unten).
Der INT Wert (rund +- 1%) wird ständig auf die Gemischaufbereitung draufgerechnet. Die EFI erhöht also zunächst einmal ständig den INT Wert und damit den Treibstoffanteil im Gemisch. das solange, bis er entweder 255 erreicht, oder die Lambdasonden den oberen Lambda-Grenzwert erreichen, zum Beispiel 760mV (AFR 14.4). Dann weiss die EFi, dass das Gemisch zu fett ist.
Danach verringert die EFI den INT Wert wieder Schritt für Schritt, bis er entweder 0 erreicht, oder den unteren Grenzwert der Lambdasonden (z.b. 100mV, AFR 15.0). Dann weiss die EFI, dass das Gemisch zu mager ist. So geht das die ganze Zeit munter hin- und her. Das passiert etwa 20 mal pro Sekunde. Die exakten Lambda Grenzwerte (in mV) der Harley EFI sind mir momentan nicht bekannt.
Statt der INT-Grenzwerte 0 und 255 können es auch andere Werte sein. Oft sind die INT-Grenzwerte genau gleich wie die AFV-Grenzwerte eingestellt, obwohl beide Zahlen wirklich nix miteinander zu tun haben. Wenn also der AFV nur zwischen 108 und 160 korrigiert, dann korrigiert auch oft der INT nur zwischen 108 und 160, bevor er die AFV Zelle modifiziert. Das hilft wohl dabei, die Übersicht zu bewahren, wenn man den Fahrzeugzustand mit einem OBD-II Scanner ausliest und analysiert.
Die EFI liest also ständig die Werte der Lambdasonde aus und errechnet (durch rauf/runterregeln) einen integrierten Wert des INT, der Mittelwert auf dem sich der Wert einpegelt. Wenn der INT-Wert 0 oder 255 (oder einen anderen eingestellten INT-Grenzwert) erreicht, dann wird der INT Wert wieder auf 128 gestellt und die EFI sucht die AFV Zelle, in der sich die Maschine gerade befindet. Diese AFV Zelle wird dann um einen Punkt verringert/erhöht.
Mit dem neuen AFV Korrekturwert geht das Spiel wieder von vorne los. Mit der Zeit erhält so die AFV die "Richtigen" Werte. Dieser Vorgang dauert etwa 20 Sekunden pro AFV Zelle. Dann ist ein AFR 14.6 in dieser Zelle stabil erreicht. Also ist im Idealfall die komplette AFV Tabelle mit ihren 24 Zellen nach rund 10 Minuten gefüllt. In der Praxis dauert das eher 20 Minuten bis zu mehreren Stunden, da nicht immer alle möglichen Fahrzustände angefahren werden. Dort, wo man oft fährt, bekommt man die Werte schnell, bei den anderen Zellen dauert es länger.
Harley Grenzwerte:
Nach Angaben von Daytona Sensors LLC (TwinCam Instruction, Seite 5) kann der INT Wert von 75%-125% gehen, das wären also 96 bis 153. Auf Seite 15 wird das Statement getätigt, dass auch der gesamte Korrektubereich der EFI bei 25 % liegt. Das würde heissen, das der INT-Grenzwert und der AFR-Grenzwert gleich sind, und beide von (gerundet) 100 bis 150 gehen. Zumindest soll das für die EFIs bis Baujahr 2008 gelten:
Tuning
Das Ziel eines jeden Tunings muss sein, die Lernkurve dieses Systems zu eliminieren. Und das erreicht man dadurch, dass die VE-Tabelle exakt stimmt. Dann stimmen auch die gewünschten AFR Werte mit den tatsächlichen überein, und man bräuchte die ganze Minik kaum noch. Höchstens wenn sich die Luftfeuchte- oder Temperatur ändert. Oder ein Alkohol-angereicherter Treibstoff getankt wird.
Durch massive Änderungen am Lufteinlass/Auslass kann es passieren, dass die VE-Tabelle derart falsch liegt, dass die AFV Mimik das Ganze gar nicht mehr korrigieren kann. Vor allen Dingen, wenn innerhalb einer AFV Zelle mehrere neue VE-Berge/Täler entstanden sind. Dann wird ständig hilflos herumkorrigiert, ohne festes Ergebniss. Die EFi kann sich dann auch aufhängen, und ständig viel zu mager oder viel zu fett fahren; in den AFV Zellen stehen dann irgendwelche Phantasiewerte. Bei der BUELL EFi (die von VDO gefertigt wird) ist dies ein bekanntes Leiden.
Das Gleiche kann passieren, wenn man versucht die EFI mit einem XIED zu "überlisten", indem man den Gleichgewichtspunkt der Lambda Sonde per Widerstandsbrücke auf AFR 13,8 senkt. Es gibt Meldungen von XIED Benutzerm die davon berichten, dass sie keinen 100 Oktan Treibstoff tanken können, weil dann offensichtlich die Sensoren etwas wärmer werden und die Messkurve sich derart verschiebt, dass die EFI nur noch übermässig fett fährt:
Grenzen des Selbsttunings
Besonders das ändern der Nockenwelle überfordert die "Selbstheilungskräfte" der EFi praktisch immer. Allgemein sagen die Experten, dass wenn die Werte der einzelnen AFV Zellen um mehr wie 3% voneinander abweichen, die EFi nicht mehr maximal Effektiv arbeitet. Das kann man nur dadurch umgehen, dass die VE-Tables exakt eingestellt sind.
Wenn in der AFR Tabelle nicht der ganze Bereich unter 4500 rpm rot geschaltet ist (Rotes Meer), also als Closed-Loop geschaltet ist, dann beeinflussen die AFV Zellen aber weiterhin alle VE-Zellen, die von ihr erfasst sind. Unabhängig davon, ob ein paar dieser Zellen als Open-Loop mit einem wesentlich tieferen AFR-Wert (z.B. 13.8) gefahren werden wollen. Dann hat man zwar in der AFR-Tabelle in der entsprechenden Zelle 13.8 stehen, aber durch die (hier unerwünschte) Einmischung des AFV wird daraus vielleicht ein AFR 13.4 (zu fett). Oder Schlimmer 14.4 (zu mager).
Motorstart
Jedesmal, wenn die EFI nicht im Closed Loop Betrieb ist, wird der Wert des INT auf 128 gestellt. Nach Start der Maschine hält die EFI den INT-Wert auf 128, bis klar ist, das genügend Wartezeit vergangen ist und die Lambdasonden warm, d.h. mindestens einmal eine Spannung von über 450mV geliefert haben. Dann rennt die mimik los, ansonsten bleibt die Maschine im Open-Loop Modus. So funktionieren auch die Eliminator Stecker, indem ein 1MOhm Widerstand der EFI eine ständig kalte Lambda Sonde vorgaukelt:
Ausnahmezustände
Beim Beschleunigen, Schiebebetrieb, WOT (Wide Open Throttle), aber auch beim Leerlauf, Warmlaufen etc wird die Lambda-Regelung der EFI regelmässig ausser Kraft gesetzt. Dabei werden die errechneten AFV-Lambda Werte einfach durch spezielle Tabellen ersetzt, die feste (meist niedrigere) AFR Werte vorgeben. Bis runter auf AFR 12.0. Und nicht alle Tabellen sind für den Benutzer zur Manipulation freigegeben oder überhaupt sichtbar.
Ein Beispiel ist eine versteckte Mechanik, welche die Betriebsspannung der Maschine überwacht und Spannungsschwankungen, welche die Einspritzdauer der Düsen verändern könnten, durch eine Tabelle ausgleicht. Das heisst dann Battery Voltage Correction (BVC).
Wie berechnet sich die gesamte Einspritzmenge?
Bei jeder EFI vom GM Typ, also auch bei der Harley EFI, gibt es zumindest folgende Tabellen (die Namen sind der Harley Namensgebung angepasst):
BPW - Base Pulse Width
BPC - Base Pulse Constant
MAP - Manifold Absolute Pressure
T - Temperatur
AFR - Air Fuel Ratio
VE - Volumetric Efficiency
BVC - Battery Voltage Correction
AFV - Air Fule Value
DFCO - Decel Fuel Cutoff
DE - Decel Enleanment
INT - Integrator
Die BPW ist die Zeitdauer, die das Einspritzventil geöffnet ist. Je länger, desto mehr Sprit wird eingespritzt. Dann errechnet sich das BPW wie folgt:
BPW = BPC * MAP * T * AFR * VE * BVC * AFV * DFCO * DE * INT
Dazu kommen dann noch die verschiedenen Ausnahmezustände und Sondertabellen. Und schon hat man eine funktionierende EFI. Ist doch einfach, oder?
Der Barometrische Druck und MAP:
In die Berechnung des MAP (Manifold Absolute Pressure) geht auch der Barometrische Druck ein, das heisst der Umgebungsdruck. Der MAP Sensor misst ja immer beides gleichzeitig, da er nur eine simple Druckdose mit Sensor ist.
Im Tal ist der Luftdruck höher, also muss mehr Sprit eingespritzt werden. Auf dem Berg ist er niedriger, deshalb braucht man da auch weniger Sprit. Dazu kommen noch die allfälligen Hoch- und Tiefdruckgebiete, durch die man fährt. Alte Vergasermotorräder mussten bei der Fahrt in die Alpen immer umgedüst werden, da sie sonst zu fett liefen. Bei der EFI muss man rechnerisch die Luftmenge korrigieren, also die Werte der VE-Tabelle.
Bei der AFR-Tabelle wird die MAP auch verwendet. Bei weniger Druck wird die aktive Zelle nach links verschoben, bei höherem nach rechts. Da aber in der AFR Tabelle meisten (im Teillastbereich) derselbe Wert steht, nämlich 14.6, ändert sich an dieser Stelle nix. Dort wird also nicht korrigiert.
Deshalb gibt es einen expliziten Messwert für den barometrische Druck (Ambient Barometric Pressure, ABP). Dieser wird von dem MAP Sensor im Manifold festgestellt, und zwar vor dem Anlassen des Motors.
Die Notwendigkeit dieses Messwertes ist dadurch bedingt, dass die AFR Tabelle zwar mit MAP rechnet, aber die VE-Tabelle (die eigentlich für die Luftmenge zuständig ist) nur mit der ThrottlePosition (TPS). Da korrigiert sich die Luftmenge leichter, wenn man die ABP kennt. Wenn die VE-Tabelle auch mit MAP rechnen würde (wie alle modernen Automobil-Einspritzanlagen), dann bräuchte man den ABP nicht.
Die EFI bekommt auch auch im laufenden Betrieb (trotz der meist erhöhten/erniedrigten AFV -Werte) die Änderungen im barometrischen Druck mit und korrigiert den ABP nach. Das passiert bei bestimmten Stellungen der Kurbelwelle (und geringer Drehzahl), an denen nicht "eingeatmet" wird, und somit der Manifold-Druck gleich dem Aussendruck ist.
Es ist also bei EFIs möglich, dass diese bei bestimmten Throttle Positionen und bestimmten Positionen der Kolben aus den MAP Messwerten den ABP zurückrechnen:
Damit ist die EFI an sich schon in der Lage, die Höhenunterschiede auszugleichen. Als drittes Regelungs-und Überwachungsinstrument gibt es dann noch die Lambda-Sonden. Der Ausgleich von Unregelmässigkeiten durch meteorologische oder treibstoffbedingten Schwankungen (jenseits der Druckschwankungen, zum Beispiel bei der Luftfeuchte), und nicht das "autotunen" von getunten Motoren ist ja die eigentliche Aufgabe der Lambda-Sonden. Bei einer ordentlich eingestellten EFI werden schliesslich alle AFR-Werte (auch 14.6) präzise "von alleine" erreicht.
Nixdestotrotz: wenn man extrem schnell die Höhenlage wechselt, vor allen Dingen von hoch nach tief, kann man ruhig mal den Motor abschalten. Das resettet die EFI und den Kopf des Fahrers (was oft wichtiger ist).
Wenn die EFI nicht ordentlich programmiert ist, dann hat man das Gefühl , als ob man in den Bergen Leistung verlieren würde. Oder man spürt einen unrunden Motorlauf (bis hin zu "Zündaussetzern"). Wenn die EFI ordentlich eingestellt ist (VE, AFR) und die Lambda Sonden laufen (und nicht durch Zusätze wie den Powercommander einfach abgeklemmt wurden), dann merkt man davon überhaupt nix, und die Maschine zieht in jeder Lebenslage und in jeder Höhe kraftvoll durch.
Mysterien und Hypothesen
Die EFI Software kann weiterhin bestimmen, dass manche AFV Zellen nur zu bestimmten Gelegenheiten verwendet werden. Bei Autos werden zum Beispiel bei eingeschalteter Klimaanlage manche Zellen ausgelassen. Es geht das Gerücht, dass die Harley EFi über die Auswahl der AFV Zellen auch sehr langfristige Fahreigenschaften steuert. Wenn ich näheres weiss, werde ich es schreiben.
Zudem ist die Lage und die Grösse der AFV Zellen bei jeder Kalibrierung anders, kann sich von Typ zu Typ und Jahr zu Jahr ändern. Ausser dem Hersteller der Kalibrierung ist die Lage dieser AFV Zellen niemandem bekannt.
Links:
Daytona Twin Tec LLC - Tech FAQ TCFI
© 2010, Peter Viczena