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Dec 31, 2023

Breitbandprobleme und die Junkbox Miata

Wie immer kämpfe ich knapp gegen meinen Mazda MX-5 von 1991.

Wie immer kämpfe ich knapp gegen meinen Mazda MX-5 von 1991, und dies ist die Geschichte, wie ich dazu kam, einen Breitband-Sauerstoffsensor in mein japanisches Vollblut einzubauen. Es entstand im Rahmen meines laufenden Projekts, mir einen brauchbaren Rennwagen zu bauen und herauszufinden, warum der Motor meines japanischen Kleinwagens aus den 1990er-Jahren eher wie ein Bootsanker aus der Malaise-Ära der späten 1970er-Jahre läuft.

Ich habe mich immer als Pechvogel betrachtet. Meine Vorliebe für Metal der frühen 90er Jahre hat dazu geführt, dass ich nie die liebevolle Akzeptanz der OBD-2-Diagnose kennengelernt habe, und ich musste mich mit dem blöden System begnügen, das von Herstellern implementiert wurde, die gerade erst anfingen, zuverlässige Kraftstoffeinspritzsysteme zu produzieren.

Dazu gehört im Allgemeinen das Einsetzen einer Drahtbrücke, das Anschließen einer LED und das Beobachten, wie die Fehlercodes blinken. Mein Mazda war da keine Ausnahme, und nachdem ich ein Auto ertragen musste, das so fett lief, dass Ruß überall auf der hinteren Stoßstange zurückblieb, musste ich die Diagnose durchführen.

Es wurden drei Codes gefunden – einer für den Nockenwinkelsensor und zwei für den Sauerstoffsensor. Nun führt ein Fehler des Nockenwinkelsensors (CAS) normalerweise dazu, dass das Auto überhaupt nicht fährt, man kann also davon ausgehen, dass es sich um einen vorübergehenden Fehler handelte, den man im Auge behalten sollte.

Der Sauerstoffsensor bedurfte jedoch eindeutig der Aufmerksamkeit. Seine Aufgabe besteht darin, dem Motorsteuergerät (ECU) zu ermöglichen, das Kraftstoffgemisch im Abgas zu überwachen und sicherzustellen, dass es nicht zu fett oder zu mager ist. Da mein Auto ganz offensichtlich zu fett lief und die Diagnosecodes auf einen Defekt der Lambdasonde hindeuteten, war eine Reparatur angebracht.

Ich habe den Preis für Ersatzsensoren erhöht, und ein neuer Sauerstoffsensor war für weniger als 100 US-Dollar zu haben. Allerdings war es nicht genau das, was ich wollte, da nicht alle Sauerstoffsensoren gleich sind. In den 80er- und 90er-Jahren waren Autos typischerweise vom Erstausrüster mit einem sogenannten Schmalband-Sauerstoffsensor ausgestattet. Diese bestehen fast immer aus einer Zirkondioxidzelle, die abhängig vom Sauerstoffkonzentrationsunterschied zwischen Abgas und freier Luft eine Spannung ausgibt. Diese Sensoren liegen im Allgemeinen bei 0,45 V, wenn das Kraftstoffgemisch stöchiometrisch ist, ändern sich jedoch schnell auf 0,1 V im mageren Zustand und 0,9 V im fetten Zustand. Die Reaktion ist stark nichtlinear und ändert sich stark in Abhängigkeit von der Temperatur. Sie dient daher nur dazu, dem Steuergerät mitzuteilen, ob es fett oder mager ist, nicht jedoch um wie viel. Steuergeräte mit Schmalbandsensoren tendieren dazu, stark zu schwanken, wenn sie in der O2-Regelung mit geschlossenem Regelkreis laufen – Sie werden sehen, dass ein Motor im Leerlauf auf beiden Seiten des magischen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von 14,7 schwankt und nie in der Lage ist, den richtigen Wert einzustellen.

Da ich beabsichtige, in Zukunft auf ein Aftermarket-Steuergerät umzusteigen, muss ich das Auto tunen. Dazu gehört es, sicherzustellen, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse (AFRs) korrekt sind, und dafür muss ich in der Lage sein, sie richtig zu messen. Nur zu wissen, ob Sie fett oder mager sind, reicht nicht aus, da es oft wünschenswert ist, den Motor bei bestimmten Motorlasten absichtlich fett oder mager laufen zu lassen. Um einen echten AFR-Wert zu erhalten, ist der Einbau eines Breitband-Sauerstoffsensors erforderlich. Diese sind etwas komplizierter.

Breitbandsensoren wurden erstmals 1992 von NGK perfektioniert und bestehen aus einem Schmalbandsensor in Kombination mit einer speziellen Ionenpumpzelle, die in einem kleinen Messhohlraum montiert ist, der über eine Öffnung für die Einspeisung von Abgas verfügt. Das Breitbandsteuermodul überwacht die Sauerstoffkonzentration im Messhohlraum durch den Schmalbandsensor, und wenn er einen fetten Zustand erkennt, steuert er den Pumpzellenstrom, um Sauerstoffionen aus der Außenluft in den Hohlraum zu pumpen, um die überschüssigen Kraftstoffmoleküle zu verbrauchen. Im mageren Zustand kehrt es den Pumpzellenstrom um, um überschüssige Sauerstoffionen aus dem Messhohlraum zu entfernen. Der Breitband-Sauerstoffregler kann das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmen, indem er den Pumpenstrom überwacht, der erforderlich ist, um den Messhohlraum auf einem stöchiometrischen Gemisch zu halten.

Da ein Breitband-Sauerstoffsensorsystem nur etwa 250 US-Dollar kostet, machte es für mich keinen Sinn, einen weiteren Schmalbandsensor zu kaufen, wenn ich später sowieso auf einen Breitbandsensor umsteigen musste. Ich habe mich für das Breitband-Controller-Kit Innovate LC-2 mit dem DB-Messgerät entschieden. Im Lieferumfang sind ein 4,9-Breitband-O2-Sensor von Bosch, der LC-2-Controller, die gesamte für die Installation und Programmierung des Controllers erforderliche Verkabelung sowie ein schönes 52-mm-Messgerät mit grüner LED enthalten, sodass Sie Ihre Termine mit Ihren äußerst genauen Kenntnissen über Ihre Daten verschönern können Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Autos. Der LC-2 ist ein guter Controller für ein Setup wie das meine, da er über einen emulierten Schmalband-Signalausgang verfügt. Dadurch kann ich den Breitband-Controller mit meinem serienmäßigen Steuergerät verwenden, während ich für ein Aftermarket-Gerät spare, das die Breitband-Ausgänge versteht.

Der erste Schritt vor der Installation bestand darin, eine Kalibrierung des Breitbandcontrollers durchzuführen. Dazu muss der Controller ohne angeschlossenen Sensor eingeschaltet und etwa 30 Sekunden lang eingeschaltet bleiben, bis die LEDs korrekt blinken. Anschließend muss der Controller ausgeschaltet und dann mit angeschlossenem Sensor wieder eingeschaltet werden. Ich habe dies mit einem Tischnetzteil gemacht, die Kalibrierung schlug jedoch fehl, da es nur 1 Ampere liefern konnte, was für die Heizung des Sensors nicht ausreichte. Ein zweiter Versuch mit einem ATX-Netzteil, das mehr Strom liefern konnte, war erfolgreich.

Die Hauptanforderungen der Installation sind geschaltete Zwölf-Volt-Stromversorgung für den Breitband-Controller. Es ist wichtig, eine Stromleitung zu finden, die nur dann eingeschaltet ist, wenn die Zündung eingeschaltet ist. Dies liegt daran, dass der Breitbandsensor über eine Heizung verfügt, um ihn für die Messung auf der richtigen Temperatur zu halten. Wenn Sie dies direkt mit zwölf Volt an der Batterie betreiben, wird die Batterie auch dann entladen, wenn das Auto ausgeschaltet ist, und außerdem brennt der Sensor durch. Da bei meinem Auto mehr Wert auf Leistung als auf Komfort gelegt wird, habe ich beschlossen, auf eine Stereoanlage im Auto zu verzichten. Wenn Sie darauf bestehen, Ihre Stereoanlage installiert zu lassen, möchten Sie möglicherweise stattdessen eine separate, abgesicherte Zwölf-Volt-Leitung verlegen.

Nachdem die Stereoanlage weg war, beschloss ich, das Messgerät dort zu installieren, wo normalerweise die Auto-Stereoanlage hingehört, und betrieb es über dieselben Stromleitungen, was recht einfach war, da einige LEDs höchstens ein paar hundert Milliampere benötigen. Mein Vater war so freundlich, eine Stereo-Abdeckblende anzufertigen, in die das Messgerät passte und die nach dem Einbau unglaublich aufgeräumt aussah.

Der LC2 ist mit zwei analogen Ausgängen ausgestattet, einem Breitbandausgang auf der gelben Leitung und dem oben erwähnten emulierten Schmalbandausgang auf der braunen Leitung. Ich leitete den Breitbandausgang direkt zum Messgerät und den emulierten Schmalbandausgang über ein Kabel, das bis zurück zum Motorraum führte. Es war dort einfacher, die Sauerstoffsensorleitungen des serienmäßigen Steuergeräts einzuspleißen, als sich mit einem Kabelsalat unter dem Handschuhfach herumzuschlagen. Der Trick bestand darin, einen kleinen Schlitz in die Kabelbaumtülle des Hauptmotors an der Firewall zu schneiden, um meine neue O2-Sensorleitung hindurchzuführen.

Als ich dieses Kabel verlegte, wurde mir die wahrscheinliche Ursache für den ursprünglichen Ausfall des O2-Sensors klar. Ein Vorbesitzer hatte maßgeschneiderte Auspuffkrümmer eingebaut, was es erforderlich machte, den ursprünglichen Sauerstoffsensor an eine neue Position zu bringen. Da der Kabelbaum nicht die richtige Größe hatte, schnitten sie die Leitung des Originalsensors ab und spleißten sie mit einem „Schnellspleiß“-Stecker zusammen. Diese Dinge sind im Allgemeinen schrecklich und stellen schreckliche Verbindungen her und sollten niemals in einer Automobilumgebung verwendet werden, nicht einmal für ein Radio. Dies ist mit ziemlicher Sicherheit der Grund dafür, dass das Steuergerät vom Original-Sauerstoffsensor keinen korrekten Messwert erhalten konnte!

Als nächstes musste ich herausfinden, wie ich das Kabel vom Breitband-Controller in der Kabine zum im Auspuff montierten Sensor verlegen sollte. Amerikanische Miata-Besitzer führen dies normalerweise durch eine Ersatztülle auf der Fahrerseite der Firewall durch, diejenigen von uns, die auf der gegenüberliegenden Straßenseite fahren, haben diese jedoch nicht zur Verfügung. Bei der Arbeit an einem in Australien ausgelieferten Auto konnte ich stattdessen eine Tülle finden, die perfekt im Fußraum auf der Beifahrerseite für einen kleinen Klimaanlagenschlauch angebracht war, und habe stattdessen mein Kabel dort hindurchgezwängt.

Leider sollte das Schlimmste noch kommen. Es war Zeit, den neuen Sensor in den Auspuff einzubauen. Das Problem war der absolute Metzger, der den Sensor zuvor installiert hatte. Der Sensor war völlig verdreht und auf ein unheilvolles Maß angezogen. Nach langem Eintauchen in Kriechöle konnte ich den alten Sensor entfernen, aber die Gewinde waren jetzt völlig kaputt, um den Fachausdruck zu verwenden. Es bestand keine Hoffnung, den neuen Sensor ordnungsgemäß zu installieren, ohne ihn vorher auszusortieren.

Wer mich gut kennt, weiß, dass ich nicht gerade in den bestsortierten Werkstätten arbeite. Mit dem richtigen Gewindebohrer könnte ich die Gewinde ohne große Probleme schnell reinigen, aber ich besitze genauso viele Wasserhähne wie Doppeldeckerbusse. Da die Uhr Mitternacht schlug, bestand auch für mich keinerlei Hoffnung mehr auf einen Gang zum Laden. Zum Glück kamen die Schrottplatzexpeditionen meiner Jugend hierher, um mich zu retten.

Als ich in den vergangenen Jahren versucht hatte, ein Problem mit einem meiner früheren Fahrzeuge zu beheben, hatte ich mir auf dem Schrottplatz ein paar gebrauchte Sauerstoffsensoren besorgt. Ich hatte das Glück, eines noch herumliegen zu sehen, und es wurde zum Dienst einberufen. Ganz vorsichtig habe ich es in den Sensorstopfen im Auspuff eingeführt, so dass es so gerade und parallel wie möglich war, bevor ich vorsichtig anfing, es festzuziehen. Indem ich jeweils etwa eine halbe Umdrehung machte und dann, wie es bei der Technik üblich ist, eine Vierteldrehung zurückdrehte, gelang es mir, ein brauchbares Gewinde wieder in den Auspuff zu schneiden und den Tag zu retten. Der neue Bosch 4.9-Breitbandsensor war mit Bedacht bereits mit Anti-Seize beschichtet, und ich konnte ihn nun behutsam und ohne weitere Probleme einschrauben.

Zu diesem Zeitpunkt war es bereits 2 Uhr morgens und ich war auf dieses Auto angewiesen, damit ich nach Hause zu meinem schönen, bequemen Bett fahren konnte. Durch einen dummen Glücksfall, oder vielleicht, weil die richtige Installation im Grunde nur vom korrekten Löten von sechs Drähten abhing, funktionierte es beim ersten Mal, und das Messgerät erwachte zum Leben und meldete die AFRs meines Motors! Sobald der Motor warm war, konnte man deutlich beobachten, wie der Regelkreis des Steuergeräts nach einem stöchiometrischen Gemisch auf beiden Seiten dieser magischen Zahl von 14,7 suchte. Der Erfolg war süß.

Insgesamt verlief der Einbau für ein Projekt, an dem ein 26 Jahre altes Auto und einige stark festsitzende alte Teile beteiligt waren, bemerkenswert reibungslos. Nach mehreren Wochen im Einsatz kann ich berichten, dass der Sensor gut funktioniert, obwohl der Kraftstoffverbrauch meines Autos immer noch bemerkenswert schlecht ist, was bedeutet, dass ich weiter nach anderen Problemen suchen muss. Ich empfehle jedem, diesen Hack zu übernehmen, wenn er einen ähnlichen Modifikationspfad einschlägt, und wünsche Ihnen allen viel Glück mit Ihren eigenen Projektautos. Mögen sie auf die Straße zurückkehren, bevor der Rost sie auf die Erde Ihres Hintergartens zurückbringt!