Grundlagen der Motorsteuerung mit AEM EMS2

AEM EMS2 – Überlegungen zur Anwendung im 3000GT

Grundlage ist hier das Programm zur Einstellung des EMS2: AEMTuner (hier: v2.91ff.) Dies ist kein Kochrezept; wie es genau geht, muss man sich fallweise überlegen. Und natürlich: Alles auf eigene Gefahr!

Siehe auch Umrüstung auf AEM EMS2 für praktische Umbau-Hinweise!

Dort bitte auch die Hinweise beachten: Das AEM EMS2 ist nicht mehr erhältlich. Es hat auch Nachteile, z.B. die relativ träge Lambda-Regelung (externer Lambda-Sonden-Controller, langsame CPU) und kein generelles Volumetric-Efficiency-Modell.

Grundaufgabe: Ersatz des Serien-Steuergerätes („ECU“)

Das EMS2 hat die Aufgabe, die Benzinzufuhr zu den Zylindern und die Zündung des Gemisches in den Brennräumen zu regeln. Dazu steuert es Öffnungs-Zeitpunkt und -Dauer der Einspritzdüsen sowie den Zeitpunkt der Zündung der einzelnen Zündkerzen je Zylinder in Abhängigkeit von über Sensoren erfassten Betriebszustandsinformationen des Motors.

Warum die Serien-ECU ersetzen?

Die Serien-ECU kann nicht oder nur sehr unbefriedigend geändert werden, d.h. die bekannten Programmfehler (z.B. Überfettung) können nicht oder nur unzureichend korrigiert werden, und Leistungssteigerungen durch Erhöhung des Ladedrucks über 1 Bar hinaus sind mit der Serien-ECU nicht betriebssicher möglich. (Hintergrund: Die Serien-ECU hat für alles über dem Serien-Ladedruck genau eine Fuel-Einstellung, sodass eventuelle nicht-lineare Änderungen nicht berücksichtigt werden.)

Warum das AEM EMS2?

Das EMS2 ist ein 100% steckerkompatibles (aber nicht pin-kompatibles!), voll konfigurierierbares Steuergerät und verfügt über eine einigermaßen sinnvolle Klopferkennung. Außerdem bringt es bereits eine Grund-Konfiguration für den 3000GT mit.

Das AEM EMS2 kann sogar theoretisch Plug&Play betrieben werden, wenn man bei der Steuerung über Luftmassen-Messer bleibt und keinerlei zusätzliche Sensoren verwendet. Dann sind einige wenige Einstellungen im Programm vorzunehmen, aber als Ersatz für eine defekte Serien-ECU soll es geeignet sein. Ich habe es nicht ausprobiert.

Welche Umbauten sind erforderlich?

Da die Regelfunktion des EMS2 auf Sensordaten basiert und die serienmäßig verbauten Sensoren nicht ausreichen, müssen weitere Sensoren eingebaut werden (s.u.). Die vorhandenen Aktoren (z.B. das Boost Control Solenoid Valve) können benutzt werden, allerdings bietet AEM ein solideres BCSV an. Das EMS2 selbst wird hinter der Mittelkonsole anstelle der OEM ECU montiert. Da es zumindest stecker­kompatibel ist, werden die Stecker von der Serien-ECU abgezogen und (ggf. nach Umstecken einiger Pins und Anlöten zus. Drähte) an das EMS2 angesteckt. Detaillierte Einbauanleitung siehe Beipackzettel, weitere Hinweise unter Umrüstung auf AEM EMS2.

Nochmal: Fallweise ist es erforderlich, einzelne Pins zu ändern, insbesondere für die EU-Modell ab 1998. Näheres siehe unten.

Welche Sensoren sind wichtig?

1. MAP-Sensor: „Manifold Air Pressure“, Luftdruck im Drosselklappen-Gehäuse und Ansaug-Krümmer.
   Zweck: Errechnung der Luftmasse (=Anzahl Sauerstoff-Moleküle) und daraus des „Load“ Inputs für die Steuerung der Kraftstoff-Einspritzung und Zündung; wird gemeinsam mit dem IAT-Sensor verwendet (s.u.). Die Maps (Kennfelder) haben auf der X-Achse die Drehzahl und auf der Y-Achse den errechneten Load-Wert.
2. IAT-Sensor: „Intake Air Temperature“, Lufttemperatur im Ansaugbereich, also dort wo der MAP-Sensor misst. Der IAT-Sensor kann auch vor der Drosselklappe in der Y-Pipe sitzen.
   Zweck: Errechnung der Luftmasse (=Anzahl Sauerstoff-Moleküle) und daraus des „Load“ Inputs für die Regelung der Kraftstoff-Einspritzung und Zündung, wird gemeinsam mit dem MAP-Sensor verwendet (s.o.).
3. MAF-Sensor (alternativ): Der OEM „Mass Air Flow“ Sensor kann weiter verwendet werden (FFS!), aber nicht zusammen mit den MAP- und IAT-Sensoren.
   Der MAF Input-Pin oder der Pin für den Aussenluftdruck am MAF Stecker kann anderweitig belegt werden, z.B. mit einem Benzindruck-Sensor, falls man den Benzindruck z.B. über das EMS2 loggen möchte.
4. AFR-Sensor: „Air-Fuel-Ratio“, Luft-Benzin-Verhältnis oder Lambda-Wert:
   1. Sprungsonde(n): Die vorhandenen Sprungsonden könnten weiterhin verwendet werden, jedoch empfiehlt sich die Verwendung einer Breitbandsonde (bei einflutigen Abgasanlagen) oder zweier Breitband-Sonden (1 je Zylinderbank bei zweiflutigenAbgasanlagen). Das EMS2 kann mit beiden Varianten umgehen.
   2. Breitband-Lambda-Sonden: Lambda-Sensoren sollten verwendet werden, die den AFR-Wert kontinuierlich über den Wertebereich 10...20 auf ein 0...5 Volt Signal abbildet. Dazu wird je eine Sonde und ein Controller benötigt. Eine einzelne Sonde würde in die Downpipe eingesetzt, sodass sie im gemeinsamen Abgasstrom beider Zylinderbänke liegt.
   3. Zwei Breitband-Lambda-Sonden können so verwendet werden, dass je eine pro Zylinderbank eingesetzt wird. Zweck: Input für die Regelung der Kraftstoff-Einspritzung, siehe „O2 F/B“ im Programm und unten.
5. EGT-Sensor: „Exhaust Gas Temperature“, Abgas-Temperatur. Es empfiehlt sich wegen der Bauweise des 6G72 Motors, je Abgaskrümmer (also je Zylinderbank) eine EGT-Sonde einzusetzen. Man nehme K-Type Sensoren, die gehen nicht kaputt und sind schnell, benötigen jedoch einen Signalwandler.
   Zweck: Erkennung von zu hohen Abgastemperaturen zur Vermeidung von Schäden an Turboladern und anderen Teilen. Konfiguration durch Zuweisung der jeweiligen Sonde zu Zylindern (1...3 und 4...6) und Einschalten von EGT Feedback (aber nur zu Logging- und Überwachungs-Zwecken).
6. Klopf-Sensor: Der Serien-Klopf-Sensor wird weiterverwendet, es kann aber ein 2. Klopfsensor angeschlossen werden.
   Zweck: Erkennung von Motorklopfen („Detonation“) und entsprechende Reaktion zur Vermeidung von Motorschäden.
7. OEM-Sensoren: Drosselklappen-Stellung, Kurbelwellen-Stellung, Nockenwellen-Stellung u.v.a.m. werden über den OEM Kabelbaum übermittelt und ggf. vom EMS2 ausgewertet.
8. Die Lambda-Sprungsonden werden nicht gebraucht, wenn Breitband-Lambda-Sonden verwendet werden.

Wie stellt man die Grundeinstellung des EMS2 für den 3000GT her?

Von AEM lädt man das Programm AEMTuner herunter und installiert es. Es bringt eine Konfiguration für den 3000GT mit. Über ein USB-Kabel stellt man später die Verbindung zwischen PC und EMS2 her und lädt die Konfiguration ins EMS2. Näheres siehe dessen Dokumentation.

Achtung: Die Kommentare in der Konfiguration beachten, ggf. ist sie für größere Einspritzdüsen (550cc statt 360cc) gemacht! Dann entweder die Düsen umbauen oder die Maps entsprechend anpassen, denn die Steuerung arbeitet mit Öffnungszeiten der Düsen, und bei größeren Düsen müssen diese entsprechend verkürzt werden, um nicht zu viel Kraftstoff einzuspritzen.

Bis ca. 450PS sind die 360cc Düsen angeblich ausreichend. Stellt man die Kalibrierung um, kann man erstmal fahren, ohne alles umbauen zu müssen.

Es empfiehlt sich, vor dem Einspielen der Map die Breakpoints für Drehzahl und Last anzupassen: Maximale Drehzahl = 8500, Maximale Last = wasimmer der Ladedruck nachher sein soll +20%. Beim Ändern der Breakpoints versucht das Programm, die Maps anzupassen. Das funktioniert nur begrenzt, die Fuel Map wird z.B. zu mager. Daher sollte man das halt machen, BEVOR man die Map an das eigene Setup anpasst bzw. auf den Prüfstand geht. Man kann sich auch die Vorher-Werte per Copy-and-Paste in eine Excel-Tabelle zaubern, damit man einen Vergleich hat, um die Maps wieder ungefähhr in die richtige Grössenordnung zu bringen.

Ist das erledigt, kann man die Verbindung zwischen PC und EMS2 per USB herstellen. Bei neueren Windows-Versionen (ab 8) geht das u.U. etwas hakelig, unbedingt vorher die von AEM gelieferten Treiber installieren, solange das EMS2 noch nicht angeschlossen ist.

Es dauert nach dem "ECU connect" etwas, aber dann wird die ECU-"Lampe" am unteren Rand grün. Eine eventuell vorhandene Kalibrierung (bei gebrauchtem EMS2) wird in den PC geladen und könnte gespeichert werden. Bekommt man keine Verbindung, sind entweder die Treiber falsch installiert, oder man benutzt einen USB-Hub, der ungeeignet ist. Mit direkter Verbindung probieren.

Jetzt kann man per Menüpunkt die 3000GT Map hochladen; initial ist keine auf dem EMS2 drauf.

Wichtig ist es, vor dem ersten Startversuch in der Software die mechanische OT-Markierung auf der Schwungscheibe mit dem Kurbelwellen-Sensor-Wert zu synchronisieren (Wizzard vorhanden), das ist die Zündzeitpunkt-Kalibrierung.

Ausserdem muss man das Gleiche mit dem Drosselklappen-Sensor (engl. TPS) tun, auch per Wizzard. Dann kann es losgehen: Start your engine!

Welche Bereiche der AEMTuner Konfiguration müssen nachbearbeitet werden?

Gemisch richtig einstellen, Größe der Einspritzdüsen berücksichtigen

In unserem (performance-orientierten) Setup benutzen wir das Speed-Density-Verfahren (MAP- und IAT-Sensor) anstelle des serienmäßigen MAF-Sensors. Das EMS2 ermittelt die benötigte Spritmenge aus diesen Messwerten über die Fuel-Map, und den Zündzeitpunkt über die Ignition-Map. Durch die einzelnen Zellen je Load/RPM wird praktisch die individuelle VE (Volumetric Efficiency) in jedem Betriebszustand abgebildet. Das heißt aber auch zum Glück, dass man nur bei mechanischen / strömungstechnischen Änderungen HINTER der IAT/MAP-Messung (also im Ansaugkrümmer und Zylinderkopf) neu abstimmen muss.

Als erstes sollte die Fuel Map mit Hilfe der Zielwerte in der O2 F/B Tabelle grob eingestellt werden. Dazu benötigt man sinnvolle AFR-Werte für die einzelnen Zellen dieser O2 F/B Map. Die mitgelieferte O2 F/B Map ist eher konservativ (=fett). Mit Hilfe des AEMTuner Programms könnte man die Fuel Map automatisch anpassen lassen, sodass die Werte in den Zellen schon so stehen, dass im Fahrbetrieb nur noch minimale Nachregelung nötig wird - dies ist aber auch nur eine grobe Näherung, damit man erstmal fahren kann.

Nachdem man die Fuel Map eingerichtet hat, kommt die Zündung an die Reihe (s.u.); danach kann es sinnvoll sein, die Fuel Map noch einmal zu optimieren, weil z.B. in bestimmten Bereichen Klopfen nicht durch einen späteren Zündwinkel (zu hohe EGT!) sondern nur durch fetteres Gemisch verhindert werden kann. Das könnte auch je Motor variieren!

Die Fuelmaps müssen sowieso auf größere oder kleinere Düsen eingerichtet werden. Die mitgelieferte Konfiguration geht von 550cc Düsen aus, serienmäßig sind 360cc Düsen verbaut. Bis zu 1000cc sind üblich, je nach gefahrenem Ladedruck.

Da die Serien-Turbos der EU-Modelle max. 1,3 Bar Ladedruck (bis etwa 5500 U/min, darüber Abfall) liefern, kommt man mit 550er Düsen problemlos hin. Mit den 360er Düsen sollte man es bei 1,05 Bar belassen.

Es gibt in AEMTuner einen „Wizard“, mit dem man eine Änderung z.B. der Düsengröße "automagisch" berücksichtigen kann.

Fuel Trims

Intake Air Temperature Trim

Wenn die Luft im Ansaugtrakt kälter ist, ist sie dichter und bringt mehr Sauerstoff mit. Also kann auch mehr Sprit zugeführt werden, Wird die Luft warm, kann abgemagert werden, jedoch in engen Grenzen, damit es nicht zu Magerlaufschäden kommt.

Ist dieser Trim nicht richtig eingestellt, kann es zu verschiedenen Problemen kommen, auch zu Warmstartproblemen, Mehrverbrauch bei warmem Wetter und anderen führen. Insbesondere muss beobachtet werden, ob der AIT Sensor z.B. bei heiss abgestelltem Motor übermäßig aufgeheizt wird, und dass er sich möglichst dicht an den Ansaugkrümmern befindet.

Zünd-Timing an Oktan-Wert des verfügbaren Kraftstoffs anpassen

Ignition-Map: Load (Luftmasse etc.) über Drehzahl; Zelle enthält Zündwinkel („Vorzündung“).

Ziel: Vorzündung so einstellen, dass das maximale Drehmoment bei minimaler Vorzündung anliegt, ohne dass es zu Klopfen kommt.

Die mitgelieferte Konfiguration geht von unverbleitem Normalbenzin mit 91 Oktan aus (US-Wert, entspricht 95 Oktan in DE). In DE ist Superbenzin mit 95 ROZ, Super-Plus mit 98 ROZ und fallweise Kraftstoff mit 100 oder 102 ROZ verfügbar. Der deutsche Sprit ist also klopf-fester, d.h. die Zündung kann weiter in Richtung früherem Zündzeitpunkt eingestellt werden.

Der Klopfsensor sollte eingerichtet werden, damit das EMS2 eingreifen kann, wenn Kraftstoff mit geringerer Oktanzahl getankt wurde.

Alternativ kann man in Abhängigkeit vom getankten Sprit auch die Konfiguration der EMS2 anpassen, wenn man sein Notebook und Kabel immer dabei hat, oder man installiert einen Schalter.

Sensoren kalibrieren?

Müssen alle verwendeten Sensoren erneut kalibriert werden? → Nur wenn es keine voreingestellte Kalibrierung im AEMtuner gibt, z.B. für den PROsport AFR-Sensor. Das ist leider tricky, weil man keine Wertepaare mit Nachkommastellen eingeben kann und anhand der Maps nicht sehen kann, wo denn nun welcher Wert auf der X-Achse genau liegt.

Mindestens muss der Klopfsensor kalibriert werden, außerdem muss die Richtigkeit des angezeigten Zündwinkels mit dem passenden Wizzard und einer Stroboskoplampe überprüft und ggf. fahrzeugspezifisch korrigiert werden. Siehe dazu die Hinweise in der AEM Anleitung und unter Umrüstung auf AEM EMS2.

Klopf-Erkennung kalibrieren und einschalten

Mit der rechten Maustaste auf die Tab-Leiste klicken, „Show Hidden Tabs“ → „Knock“ ankreuzen. Im Knock-Tab sieht man:

• Knock Sensor Calibration: Ein Diagramm, in dem eingestellt werden kann, bei welcher Drehzahl welche Klopfsensor-Spannung „normal“ ist. Weicht die tatsächliche Spannung nach oben davon ab, wird dies als mögliches Klopfen interpretiert, Freqeunzen werden herausgefiltert, und das EMS2 stellt ggf. die Zündung nach „spät“ und fettet das Gemisch an (siehe „Options - Knock Control“).
  Die mitgelieferte Einstellung ist eine flache Kennlinie bei ca. 0,4 Volt. Das Signal vom Klopfsensor ist eine Schwingung, bestehend aus vielen Frequenzen. Das EMS2 wendet darauf offenbar ein Bandfilter an, sobald die 0,4 Volt Amplitude überschritten werden, um die typischen Klopffrequenzen zu isolieren. Außerdem kann der Kurbelwellen-Winkel (siehe Channel-Fenster) berücksichtigt werden, um das Klopfen demjenigen Zylinder zuzuordnen, der gerade mit Zündung dran ist.
• Options – Knock Control: Hier muss man den „Knock Control“ Wert von OFF auf ON stellen. Die weiteren Parameter besagen, um wieviel Prozent das Gemisch pro Volt Klopfsensor-Spannung engereichert wird, und um wieviel Grad die Zündung zurückgenommen wird. Ebenso ist dort eingestellt, in welchen Schritten die Werte wieder normalisiert werden, wenn die Klopfsensor-Spannung wieder normal ist (also kein Klopfen mehr vorliegt).
  Die Bedeutung der einzelnen Werte wird im Hilfe-Fenster beschrieben, wenn man in das Feld klickt (dazu unter „Help“ → „Tuning Explanation“ aktivieren).
• Options – Adv Knock: Einstellungen für die Filterung des Klopfsensor-Singnals.
• Channels (Sensor-Inputs und errechnete Werte), siehe jeweilige Erklärungen im Hilfe-Fenster.

Im Handbuch von AEM steht sinngemäß drin, dass man das EMS2 für eine bestimmte Kraftstoff-Qualität grundsätzlich so einstellen soll, dass es über das gesamte Drehzahlband kein Klopfen gibt. Man soll nicht so vorgehen, dass man die aktive Klopferkennung dazu benutzt, sich an den frühestmöglichen Zündzeitpunkt bei magerstmöglichem AFR heranzutasten. Die aktive Klopferkennung soll nur eine Schutzfunktion haben, falls man weniger Oktan fährt oder die Ansaugluft sehr heiß wird.

Daraus kann man folgern, dass die Kalibrierung der Klopfsensor/Drehzahl-Map wie folgt zu erfolgen hat:

• Bei gegebenem Sprit (z.B. 102 Oktan) klopf-freies Verhalten einstellen. Dazu muss man einen externen Klopf-Monitor verwenden und erhält klopffreie Zündungs- und Fuel-Maps.
• Mit dieser Einstellung den Output des Klopfsensors mit dem EMS2-Logging aufzeichnen. Die so gemessenen Werte sind diejenigen, bei denen es (noch) nicht klopft.
• Nun verschiebt man die Kurve so (vermutlich nach oben), dass sie bei jeder Drehzahl durch den gemessenen Wert (plus X) verläuft.
• Jetzt kann man „Knock Control“ auf „ON“ stellen.
• Wie man die korrekte Funktion verifiziert? Schlechten Sprit tanken und das Logging beobachten...

AFR-Breitband-Sensor(en) integrieren

O2 Feedback für closed loop operation ist im Handbuch in einem extra Kapitel beschrieben (ab Seite 245). Open loop (d.h. Fuel Map gesteuerter Betrieb) wird aber zumindest beim Kaltstart benötigt, es gibt auch eine Maximal-Drehzahl für O2 Feedback, darüber dann mapgesteuerter Betrieb. Im Programm heißen die Felder „O2 FB ...“ wie O2 FeedBack.

O2 #1 und O2 #2 sind in der Konfiguration die Sprungsonden, aber man ersetzt sie im Proogramm (!) durch die Eingänge der Breitband-Sonde(n). (Nicht die Sprungsonden mechanisch durch die Breitband-Sonden ersetzen, die Einbaupositionen sind zu dicht am Motor -> zu warm!)

Die Zielwerte für AFR in der O2 MAP müssen ggf. je nach Anwendung angepasst werden. Die Anfangsmap ist aber brauchbar; ob sie für Closed-Loop-Betrieb unter Vollast bei hohen Drehzahlen taugt, kann ich nicht beurteilen. Wie man an sinnvolle AFR-Werte kommt, die zur eigenen Anwendung passen, kann ich auch (noch) nicht sagen.

Ein Hinweis zur Drehzahl-Obergrenze des O2 Feedback:

Durch die externen Sonden-Controller und die relativ langsame Architektur des AEM EMS2 ist die Lambda-Regelung evtl. für hohe Drehzahlen zu träge. Bei 6.000 U/min würde man beim 4-Takt-Motor mit zwei separat steuerbaren Zylinderbänken 50 Hz Abtastrate benötigen. Ob das funktioniert, habe ich bisher nicht getestet, ich verlasse mich oberhalb von 4.500 U/min auf die Open-Loop-Fuelmap. Erschwerend kommt vermutlich noch der asymmetrische Aufbau der Abgas-Stränge und der relativ große Abstand der Breitband-Sonden von den Auslaß-Ventilen hinzu. Hier muss jeder seine eigenen Erafhrungen machen, fürchte ich.

EGT-Sensoren verwenden

Unter „Display“ / „Show Options Full List Display“ befinden sich mehrere Einstellmöglichkeiten für EGT-Optionen, speziell „EGT Fuel Control“ muss auf „ON“. Die Einspritzdüsen („Display“ → „Show Injectors Display“) sind zu EGT-Sensoren zuordenbar.

Im „Sensors“ Tab kann man sich ein Channel-Fenster mit den EGT-Werten bauen.

Es macht keinen Sinn, gleichzeitig über AFR und EGT zu regeln (was ja auch einleuchtet). Die EGT-Meßwerte verwendet man also, um bei Überschreitung der eingestellten max. Temperatur mehr Sprit zur Kühlung einzuspritzen ("Notlauf"), aber hauptsächlich für das Logging.

Ladedruck-Regelung über Boost Control Solenoid Valve (BCSV) einstellen und einschalten

Siehe BOOST Tab in der Tab-Leiste. Man muss die Haupt-Tabelle (Boost WG Base Duty) ausfüllen, sodaß in jeder Zelle der "Duty Cycle" Wert drinsteht, mit dem der angestrebte Ladedruck erreicht wird. Duty Cycle heisst das Verhältnis von offen zu geschlossen pro Zeiteinheit. 50% heisst also, dass das Ventil 50% der Zeit offen und 50% geschlossen ist. Die Map sagt also vereinfacht aus, wie lange das Ventil offen sein muss, um bei der jeweiligen Drehzahl den gewünschten Ladedruck zu erreichen. Das hat seine Grenze da, wo die Lader ihre Leistungsgrenze erreichen. Setzt man alle Zellen auf 100%, hat man immer den maximal durch die Lader erreichbaren Ladedruck. Das kann man sich genauso schenken wie alles auf Null zu lassen...

Das Ladedruck-Target kann man über vier verschiedene Maps setzen:

• Abhängig von der Geschwindigkeit (VSS),
• ... vom eingelegten Gang,
• ... von der Drehzahl,
• ... von der Drosselklappen-Stellung.

Alle Target-Werte werden addiert, dann wird in der Boost WG Base Duty Map ermittelt, welches der Duty Cycle sein muss, um das Boost Target zu erreichen.

Meiner Meinung nach ist es zweckmäßig, die Map "Boost Target RPM" zu verwenden, damit das Boost Target drehzahlabhängig ermittelt wird. Um die Gear-Map zu verwenden, müsste man erstmal die Gang-Berechnung (abhängig von Geschwindigkeit und Drehzahl) konfigurieren. Und die geschwindigkeitsabhängige Map ("Boost Target VSS") ist nicht nötig für den 3000GT, wenn man nix Besseres weiss, setzt man aber dort die Werte auf konstant z.B. 200 kpa (1 bar).

Die Map "Boost Comp. Trim" sorgt dafür, dass je nach Boost Target der Duty Cycle korrigiert wird. Verwendet man dies, kann man die Boost WG Duty Map mit einem konstanten Grunswert füllen. Hat man aber immer dasselbe Target (konstante Einstellung in VSS), ist das weniger spannend, denn man ist immer an derselben Stelle dieser Map.

Das Procedere zur Einstellung des Boost geht so, dass man Powerpulls fährt, bis in allen Bereichen den gewünschten LD erreicht. Das geht am besten auf dem Prüfstand oder aber mit Logging auf der Strasse.

Man füllt die Boost WG Duty Cycle Map überall mit ~10 und bastelt dann mit dem Boost Comp. Trim Map weiter.

Serien-MAF verwenden

Geht nur, wenn MAP/IAT-Sensoren nicht verwendet werden. Der Switch „Mass Air Flow“ wird auf „ON“ gestellt, „Speed Density“ auf „OFF“. Aber nur entweder – oder.

Der Serien-MAF scheint bei höheren Luftmassen deutlich zu viel anzuzeigen, sodass die ECU zu viel Sprit einspritzen will → IDC 135% mit Serien-ECU und -MAF bei 1,05 Bar LD!

Telemetrie

Unter „Tools“ → „Configure Telemetry“ → „Serial Telemetry“ kann man das Datenformat für die Ausgabe von diversen Channels einstellen. Die Daten kommen an der seriellen Schnittstelle raus.

Dort werde ich dann einen Serial-BT-Adapter anstecken und mit einem Smartphone die Daten abholen. Mit einer entsprechenden App hat man dann ein Dashboard und Logging mitsamt GPS-Informationen, Beschleunigungswerten etc.

Feinheiten der Abstimmung

Teil/Niedriglast-Abstimmung, Fahrbarkeit

Unsere amerikanischen Freunde laden ihren 800PS Boliden am Wochenende auf den Hänger und fahren Huckepack zum Dragstrip. Dort ziehen sie 3-4 Powerruns durch und fahren zum Reparieren wieder Huckepack heim.

Wir dagegen fahren durch Städte, Staus und über Landstrassen zu Treffen oder Trackdays und brauchen ein sinnvolles Teillast-Verhalten:

• Sanftes Anfahren ohne den Motor auf 3000 U/min bringen zu müssen,
• Cruisen bei 1500 U/min,
• Gasannahme ab 1500 U/min ohne Stottern (engl. "bogging"),
• Schubabschaltung bei Rollbetrieb ohne Gas.

Dazu findet man wenig, deshalb hier ein paar Tipps.

Fuel Map / Grundeinstellung: Man hat im Bereich von 0...100 Kpa (also Unterdruck) und unter 3000 U/min zu tun. Je fetter, desto besser für die Gasannahme, aber zu fett führt auch zum Bocken, und ausserdem steigt der Spritverbrauch immens. Also schaltet man bei warmem Motor O2 Feedback uns alle Korrekturtabellen (Trims) und Accelleration-Unterstützung ab und stellt die Fuelmap so ein, dass man in diesem Bereich rollen kann, ohne dass das Fahrzeug bockt, und man sich im AFR-Bereich der O2 Map bewegt (14,7 ... 13,5). Um die Leerlaufdrehzahl herum 14,7 einhalten!

Fuel Trims: Hier ist nicht viel zu holen, erstmal ausgeschaltet lassen.

Accelleration Maps (Reiter Accel): Hier wird es spannend. Die Default-Einstellungen wieder herstellen, wir benutzen hauptsächlich die Map, die Drehzahl und Accel Fuel % einstellt. Hier den Bereich unter 3000 U/min nach oben schieben so weit es irgendwie geht, bis das Fahrzeug aus dem Cruisen mit 1500...2500 U/min einigermassen ordentlich Gas annimmt. 98% bei 2000 U/min sind normal! Ausserdem kann man die Stellwerte für Maximal-Prozentsatz und dauer der Zusatz-Einspritzung hochsetzen.

Hinweis (a): Mit erleichterter Schwungscheibe bekommt man die Aufschaukel-Neigung des Antriebs mit dem EMS2 nicht gut in den Griff, also nicht enttäuscht sein, wenn es nicht perfekt wird. Lieber auskuppeln.

Hinweis (b): Man kann die Vorzündung in dem Bereich <2000 U/min (wo es am ehesten ruckelt) zurücknehmen. Habe ich nicht ausprobiert, soll aber üblich sein.

Wenn man mit dem Verhalten bei warmem Motor zufrieden ist, kann man andere Kühlwasser-Temperaturen durchspielen, das dauert natürlich lange.

Hinweis (c): Wer einen gut funktionierenden Wasserkühler hat (z.B. Alu-Kühler von Mishimoto) und keinen anderen Thermostaten, der muss die temperaturabhängigen Maps evtl. anpassen, weil bei normaler Fahrweise die Standard-Temperaturgrenze von 80°C nicht erreicht wird! Die ganzen Teillast-Übungen bringen das Kühlwasser locker auf 90°C, und wenn man dann wieder zügiger fährt, sinkt die Temperatur wieder unter 80°C und man wundert sich, warum er unter 2000 U/min plötzlich wieder bockt.

Leerlauf

Die Grundeinstellung der Default-Map ist ziemlich brauchbar, aber verbessern kann man immer.

Die Leerlauf-Regelung benutzt die Drehzahl, Kühlmittel-temperatur und die Drosselklappenstellung (den Sensor muss man gelegentlich kontrollieren!). Sie regelt grob über den Steppermotor (IAC) parallel zur Drosselklappe und fein über die Verstellung des Zündzeitpunktes.

Letzteres funktioniert nur ordentlich, wenn die Ignition Map im Bereich der Leerlaufdrehzahl / Leerlauf-Last möglichst gleichmäßig aussieht und der Übergang in den Teillast-Bereich nich zu abrupt ist.

Die Seite "Idle" im Programm hat alles, was man benötigt. Prinzipiell sind folgende Werte / Maps wichtig:

• Idle Target Base: Gibt den Zielwert für den Leerlauf in Abhängigkeit von der Kühlwasser-Temperatur an.
• Idle % vs Target: Damit reguliert man die grobe Regelung über den ISC.
• Ignition vs. Idle RPM: in dem inneren Bereich mit dem "Knick" spielt sich die Feinregelung ab. Hektische Anzeige, fällt sofort auf.
• Idle Target: Die aktuelle Soll-Drehzahl. Dieser Wert ändert sich in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur gem. Idle Target Base Map.
• Idle Position: Finale Stellgröße für den IAC. 50% heisst, dass der IAC halb geöffnet ist.
• Idle Base: Die aktuelle Stellgröße für den IAC. Base und Position sollen möglichst nahe beieinander liegen.
• Idle Learned Value: Ist der erforderliche Korrekturwert für Idle Position, um die aktuelle Leerlaufdrehzahl zu erreichen.

• FB Deadband +/-: Definiert den Bereich, aus dem der Stepper-Motor sich heraushält und in dem nur die Feinregelung via Zündzeitpunkt eingreift. Typische Werte +/-50. Ausserhalb dieses Toleranzbereiches regelt grob der Leerlauf-Stellmotor (IAC).
• Idle P Gain: Bei zu grossem Wert kommt es zum Übersteuern, Default ist OK.
• Idle FB Rate: So groß wie möglich stellen, solange ein sauberer Leerlauf erhalten bleibt. Nicht zu klein machen.

Hier ein kleines Video zum Thema (auf Englisch), das auf den kompletten Tuningprozess eingeht. Da wir eine brauchbare Grundeinstellung haben, müssen wir nur ein wenig an der Regelung optimieren (wenn überhaupt). Dieser Bereich beginnt im Video etwa bei 7:50.

Die Vorgehensweise in Stichpunkten:

Um diesen Bereich zu tunen, sollte der Motor auf Betriebstemeratur sein (>= 80°C).

1. Die Aktivität des Stepper-Motors soll minimiert werden. Dazu stellt man über die Idle Target Base Map die aktuell gewünschte Drehzahl ein (wenn der Motor warm ist, dann kann man die Leerlaufdrehzahl ruhig hochsetzen=. Dazu schiebt man die Kurve am aktuellen Punkt (kleines Quadrat) nach oben, z.B. auf 800 U/min. Idle Target sollte jetzt 800 sein.
2. Idle Learned Value (also den Stellwert) beobachten: Ist er negativ, die aktuelle Position in der Idle% vs Target Map absenken, ist er positiv, hochschieben. Ziel ist erreicht, wenn Idle Base und Idle Position so dicht wie möglich aneinander liegen und Idle Learned Position nahe Null ist.
3. Wiederholen für das ganze sinnvolle Drehzahlband!
4. Dann ggf. auch noch die Ignition-Feinregelung nachjustieren, wenn der Marker nicht im mittleren (Steigung<>0) Bereich der Ignition vs. Idle RPM Map bleibt.

Muss man die Steuerung des Stepper-Motors von Grund auf neu einstellen, kann man die Werte für Deadband + und Deadband - "ganz weit weg" setzen, also auf +/-3000 wie im Video am Anfang beschrieben, dann greift die Regelung gar nicht ein. Die Ignition vs. Idle RPM Map muss man dann aber auf "ausnullen". Habe ich nicht gebraucht, um meinen Leerlauf auf 700 U/min ohne und 850 U/min mit Klimaanlage zu bringen.

Startverhalten

Auch hier ist die Default Map schon brauchbar.

Noch anzupasen wären:

Start Extra vs. Temp: Zusätzliche Einspritzung in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur. Start Extra Decay: Abkling-Zeit der Extra-Einspritzung (Start Extra) auf in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur. Warm Up Enrichment: Nur anfassen, wenn bei bestimmten Temperaturen das Gemisch zu stark abmagert (AFR beobachten).

Wenn der Motor im kalten Zustand nur mit Gaspedal-Pumpen anspringt, liegt's am zu mageren Gemisch -> Start Extra bei niedrigen Temperaturen erhöhen.

Wenn der Motor im warmen Zustand nur mit einem kurzen Gaspedal-Impuls anspringt, dann liegt es am zu fetten Gemisch (das Gaspedal öffnet kurzzeitig die Drosselklappe und fügt so Luft hinzu). In diesem Fall Start Extra zurück, ggf. auch (nur) Start Extra Decay heruntersetzen (d.h. die Abklingzeit verkürzen).

Tipp: Wenn der Motor nach dem Start anfängt zu sägen (also die Leerlaufregelung nicht "greift"), den AFR beobachten: Pendelt sie eher Richtung "mager" (13...>15), dann in diesem Bereich anfetten (vorzugsweise über Warmup Enrichment, oder auch über Start Extra Decay länger). Pendelt sie Richtung "fett" (13...<11), dann dto. abmagern.

Ist auch eine Fummelei, man muss vermutlich alle Temperaturbereiche durchtesten, das macht sich am besten, wenn man kalt startet.

Aber ACHTUNG: Das klappt alles nicht, wenn man nicht vorher wie oben beschreiben die Leerlauf-Einstellungen in Ordnung gebracht hat! "Idle% vs Target" muss für alle möglichen Leerlauf-Drehzahlen lt. "Idle Target Base" korrekt funktionieren, auch für >1000!

Wie funktioniert das Tuning auf dem Prüfstand?

Einen Allrad-Prüfstand kann man mieten. Dessen Steuerung hilft, den Betriebszustand bzgl. Drehmoment oder Drehzahl konstant zu halten. Aufgrund praktischer Erfahrungen empfiehlt sich, das Tuning auf dem Prüfstand zu beginnen:

• Man kann die Sensoren testen und notfalls nachkalibrieren (nicht-AEM-Lambda und Klopfsensor),
• Man stört durch das Teillast-Gefummel nicht den Strassenverkehr,
• Man kann Störungen sofort beseitigen,
• Man kriegt ein Fahrzeug, das sich ausser bei Vollast geschmeidig verhält.

Man variiert also auf dem Prüfstand z.B. die Last bei konstanter Drehzahl, d.h. man gibt immer mehr Gas, und der Prüfstand hält durch entsprechendes Bremsmoment die Drehzahl konstant. Dadurch kommt man in die einzelnen Zellen der Fuel- und Ignition-Maps und kann hier die Werte variieren, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist (max. Drehmoment, AFR und Klopfen OK). Das geht vollständig nur auf dem Prüfstand, weil man dort systematisch dafür sorgen kann, dass die Last bei konstanter Drehzahl gesteigert wird. Der Operator muss dafür sorgen, dass die Drehzahl nicht abfällt. Die Drehzahl-Stufen müssen sich an der RPM-Achsen-Aufteilung der jeweiligen 2D/3D-Maps orientieren (500/900/1500/2000/... und weiter in 500er Schritten), damit man in die Zellen kommt. Zwischen den Zellen interpoliert das AEM EMS2.

Die Aufgabe auf dem Prüfstand ist es, diese Maps bis ca. 5000 U/min erstmal OHNE fahrzeugeigenes Knock- und AFR-Feedback mit sicheren Werte auszufüllen (allerdings sind sie das schon in der Grundeinstellung). Dazu benutzt man z.B. einen externen Klopfsensor und ggf. eine externe Breitband-Lambda-Sonde, wenn diese nicht schon vorhanden ist.

Problem: Man müsste ALLE Zellen ansteuern und dann dort sowohl mit Fuel als auch mit Ignition variieren, bis es z.B. gerade nicht klopft und der AFR-Wert „gut“ ist. Das sind theoretisch 17*14=238 Zellen. Aber nicht alle diese Zellen werden im Echtbetrieb auch benutzt: Wer fährt denn mit 500 U/min und Vollast? Es geht um einen Korridor um die Mitteldiagonale von unten links nach oben rechts, in dem man optimiert, der Rest wird "glattgemacht".

In der Praxis wird empfohlen, bei einem Durchgang erst die Fuelmap (AFR ist Zielwert, EGT ist Grenzwert) einzustellen. In einem 2. Durchgang wird dann der spätestmögliche Zündzeitpunkt eingestellt, bei dem kein Klopfen mehr auftritt, aber noch das maximale Drehmoment anliegt. Hierfür wird der externe Klopfsensor benötigt, auch wenn der Motor einen solchen hat; dieser ist ja noch nicht kalibriert!

Wichtig: Man macht das nicht bis zur Höchstdrehzahl, sondern bis z.B. 5000 U/min, um den Motor nicht zu überlasten.

Das Volllast-Tuning (also Power Runs mit 3. Gang mit Vollgas bis zur Redline) macht man auf der Straße, vorzugsweise auf einer Teststrecke ohne öffentlichen Verkehr, ähem. Notfalls tut es auch eine nächtliche Autobahn... Der Tuner spielt Beifahrer mit dem Notebook auf dem Schoß und gibt Anweisungen, das ist für den Fahrer eine Geduldsprobe.

Wenn die Kalibirierung fertig ist wird basierend auf den Map-Zellen im Echtbetrieb (wenn man AFR- und Knock-Feedback einschaltet) durch die ECU manipuliert: Sie korrigiert Abweichungen bei den AFR-Ziel-Werten durch 5% Abmagerung oder 10% Anreicherung (einstellbar). Dazu dient die O2 Feedback Target Map! Falls man schlechteren Sprit tankt und die ECU Klopfen erkennt, dann kommen die üblichen Massnahmen: Zündung später, Gemisch Anreichern und Ladedruck reduzieren.

Zum Thema TÜV: Siehe Abgas-Untersuchung. Das AEM EMS2 hat KEINE OBD-Schnittstelle!

Lesestoff

http://en.wikibooks.org/wiki/AEM_EMS_Guidebook bezieht sich auf EMS-1, aber erläutert Basics, die im Handbuch für EMS-2 vorausgesetzt werden (z.B. „boost compensation“).