Con i motori endotermici è stato da sempre
necessario sintonizzare alle diverse condizioni di funzionamento sia la
miscela aria - carburante che l'accensione.
Già il Modello A di Henry Ford ha permesso agli automobilisti di influenzare
l'accensione e l'alimentazione della benzina tramite regolatori posti sul
piantone del volante. Oggi tutti i moderni autoveicoli vengono equipaggiati
dalle case produttrici esclusivamente con sistemi di gestione del motore
elettronici. Sia che si tratti di mono iniezione , simile ad un carburatore,
o di iniezione multigetto, senza dubbio più efficace, o ancora di iniezione
diretta diesel Common-Rail con regolazione della pressione di alimentazione,
non c'è differenza, poiché tutte e tre le varianti vengono comandate per
mezzo di un dispositivo Hi-Tech, la centralina di gestione del motore.
1. La centralina di
gestione del motore
La centralina di gestione del motore è responsabile dell'intera gestione del
motore e controlla, comanda e regola tutte le principali funzioni del
motore, prendendo in considerazione il rispettivo stato di carico
relativamente ad ogni parametro d'ambiente come ad es. la temperatura
esterna e la densità atmosferica o la temperatura del motore, liquido
refrigerante ed olio, etc. Ciò è possibile grazie all'acquisizione dei dati
di funzionamento e spostamento con l'ausilio di elementi sensibili e sensori,
i quali rilevano con estrema precisione pressioni, temperature, numero
di giri, velocità del veicolo e masse d'aria. La
centralina di gestione del motore rielabora così la banca dati
(memorizzata in uno speciale chip), insieme
con i diagrammi caratteristici e le linee
caratteristiche tutti i dati preimpostati per
l'iniezione, l'accensione,
la pressione di alimentazione e
valore lambda. In tal modo vengono, ad esempio,
calcolati di continuo e dipendentemente dallo stato di carico e dai
parametri d'ambiente, il punto d'accensione ottimale ed il carburante
necessario, in relazione alla fasatura d'iniezione
corretta ed alla rispettiva pressione d'alimentazione.
Sulla base degli ultimi ritrovati della tecnica, la banca dati viene
ottimizzata nel processo di Chip Tuning, vale a dire che tutti i diagrammi
caratteristici e tutte le linee caratteristiche rilevanti, ad es. per il
tempo e la quantità di iniezione, il punto di accensione e la regolazione
della pressione di alimentazione, la limitazione della coppia e l'emissione
di particelle inquinanti, vengono misurati
interdipendentemente per tutti i regimi di coppia, nonché elaborati e
modificati tramite una specifica programmazione del computer
tridimensionale. Tale modifica dipende dal carico e dal numero di giri
nell'area di tolleranza ed avviene in modo tale da ottenere un rapporto
ottimale fra potenza massima e coppia massima,
tenendo sempre conto di due fattori fondamentali: lunga durata del motore e
minimo consumo di carburante. Si ottiene così una maggior prestazione del
motore, ma soprattutto un sensibile incremento di coppia. Sono possibili
aumenti di potenza e coppia tra il 20% e il 40% per i motori turbo e tra
l'8% e il 12% per i motori aspirati, con l'effetto di un notevole
miglioramento di accelerazione, agilità e velocità massima dell'autoveicolo.
In generale il motore diviene più grintoso e potente, pur senza pregiudicare
minimamente l'affidabilità, al pari delle vetture di
serie,
la durata e l'idoneità al'uso
quotidiano del motore stesso, naturalmente con
la prerogativa di un
tuning moderato, un uso responsabile ed una manutenzione regolare.
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2. Compiti
della centralina di gestione del motore
A) Comando dell'accensione
Per poter sfruttare al meglio il carburante risparmiando energia, è
necessario poter calcolare in qualsiasi momento il punto di accensione
giusto - nei motori diesel la fasatura d'iniezione ideale - in rapporto al
numero di giri, al carico, alla temperatura ed ad altri parametri di
controllo.
B) Controllo dell'angolo di chiusura
A seconda del numero di giri cambia l'intervallo di tempo fra i segnali di
comando del sistema d'accensione. Per ottenere un'energia di accensione
costante è tuttavia necessaria un'apposita corrente primaria per la quale è
a sua volta indispensabile un determinato tempo di chiusura che non viene
sempre raggiunto nel caso di un elevato numero di giri. Ne consegue che
possono verificarsi delle mancate accensioni ad alti numeri di giri.
C) Regolazione del battito in testa
Nei motori moderni a basso consumo l'obiettivo è quello di realizzare un
rapporto di compressione elevato per poter conseguentemente ottenere una
coppia elevata e quindi un consumo specifico basso. Aumentando la
compressione aumenta tuttavia il pericolo dell'autoaccensione incontrollata
che provoca una combustione 'a battiti'. Tramite i segnali del sensore delle
oscillazioni situato sul blocco motore, la centralina di gestione del motore
elabora e comanda un'accensione leggermente
ritardata.
D) Iniezione del carburante
Dipendentemente dai segnali dei sensori per massa d'aria, numero di giri,
carico, ed altri fattori di correzione, l'elettronica calcola il tempo
d'iniezione necessario e la quantità di carburante da
iniettare, per soddisfare esigenze quali: il calo dei
consumi, la riduzione delle emissioni nocive contenute nei gas di scarico e
l'incremento delle prestazioni specifiche del motore.
E) Regolazione Lambda
La miscela aria-carburante viene regolata per mezzo del microcontrollore in
rapporto alla composizione dei gas di scarico (misurata tramite la sonda
lambda) su un valore ideale (lambda=1), in modo da conseguire un elevato
rendimento del catalizzatore e di conseguenza un basso contenuto di sostanze
nocive. La sonda lambda misura quindi prima del catalizzatore la
concentrazione di ossigeno residua nei gas di scarico. Questi valori di
misurazione vengono trasmessi ininterrottamente alla centralina di gestione
del motore la quale include poi suddetti dati di misurazione nei calcoli in
corso.
F) Regolazione minimo di giri - alimentazione
Le differenti temperature del motore con i connessi coefficenti di aderenza,
nonché i condotti di aspirazione non perfettamente puliti e molti altri
fattori determinano un numero di giri al minimo differente ad uguale
sezione-bypass. Regolando il numero di giri al minimo, l'alimentazione viene
modificata in modo tale che il numero di giri acquisito tramite il sensore
del numero di giri (sensore Hall) rimanga su un valore costante predefinito.
Allo stesso modo vengono calcolati anche i parametri per l'avviamento a
caldo - e a freddo.
G) Regolazione della pressione di alimentazione
Negli autoveicoli dotati di turbocompressore, con
l'ausilio della centralina vengono altresì calcolati l'altezza della
pressione di carico ed il volume di carico necessari, i quali vengono poi
regolati sul valore nominale per mezzo di appositi sensori.
H) Riciclo dei gas combusti
Per migliorare la qualità dei gas di scarico e abbattere
l'inquinamento, all'aria pulita aspirata vengono
addizionati i gas di scarico in quantità
misurata.
I) Servizio e funzioni di sicurezza
- Controllo della plausibilità dei valori impostati al fine di evitare
malfunzionamento.
- Controllo severo dei sistemi "Drive by wire" installati ormai in tutti i
veicoli moderni come Ega.
- Riconoscimento dei difetti nei sensori ed attuatori con memorizzazione nel
sistema diagnostico.
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3.
Funzionamento della centralina di gestione del motore
La centralina di gestione del motore è un microprocessore ad alte
prestazioni che, sulla base dei valori di misurazione in entrata, calcola in
collegamento con la sua banca dati preimpostata tutte le funzioni di
regolazione e comando. Una delle funzioni principali nei motori a benzina
consiste nel calcolo della quantità massima possibile e necessaria da
iniettare di volta in volta. La quantità di carburante da iniettare dipende
dall'aria aspirata. Per il perfetto funzionamento del catalizzatore, il
rapporto aria - carburante deve essere assolutamente corretto in modo tale
che il catalizzatore possa lavorare alla perfezione. Nel caso di
accelerazione a pieno carico bisogna tuttavia ignorare i valori lambda così
da rendere possibile l'accelerazione massima. Oltre a ciò bisogna definire
il momento in cui far accendere la miscela compressa. Nel caso di ritardo
dell'accensione, aumentano i consumi, ad accensione anticipata, invece, il
motore inizia a 'battere'. La centralina di gestione del motore svolge molte
altre funzioni ancora come ad esempio il disinnesto dolce dell'impianto
d'iniezione mentre il motore gira al massimo, o una volta raggiunto il
limite di velocità massima preimpostato (ad es. negli M3, M5, E50, e così
via). È inoltre possibile integrare un regolatore della velocità che viene
comandato dalla centralina stessa. Spesso il comando della ventilazione
prolungata e della fase di corsa a freddo avviene sulla base di diversi
valori di misurazione come ad esempio: temperatura del liquido di
raffreddamento e del carburante, temperatura esterna e dell'olio. Nei
moderni motori diesel la quantità d'iniezione viene determinata in rapporto
alla massa d'aria aspirata, alla pressione dell'aria, alla temperatura
esterna, al numero di giri ed al carico. Ciò si rende necessario per
soddisfare i requisiti delle norme sulle emissioni. Nei veicoli
turbocompressi si devono inoltre definire esattamente e 'regolare'
la pressione e il volume di alimentazione del
turbocompressore, in correlazione con il carico ed il numero di giri. Anche
i dati necessari al comando sono memorizzati nell'Eprom. Sulla base di
tali dati, memorizzati in maniera tridimensionale
nei diagrammi caratteristici, la centralina calcola la quantità
d'iniezione possibile o necessaria ad un determinato regime di giri
e di carico.
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4. Perché
non direttamente dal produttore della vettura?
Nella realizzazione delle centraline le case produttrici devono scendere
a parecchi compromessi. L'autoveicolo deve innanzitutto consumare meno
carburante possibile ed essere conforme alle norme di legge sulle emissioni.
Non bisogna poi dimenticare altri fattori quali le differenze nella qualità
del carburante o combustibile tra i vari paesi nei quali vengono utilizzati
i veicoli, l'incremento delle emissioni nocive a causa di carburanti o
combustibili scadenti, la mancata osservanza delle ispezioni e non da ultimo
naturalmente anche le motivazioni economiche come ad es. le classi
d'assicurazione. Come risultato di tali limitazioni presenti nella
produzione dei veicoli in serie si hanno programmi poco grintosi e
conseguentemente poco efficienti. L'esperienza insegna che le centraline
di gestione dei motori di serie delle case produttrici non sono altro che il
risultato di un compromesso: i diagrammi caratteristici, infatti, vengono di
regola impostati in modo che alle tolleranze nello scambio dati interno
venga garantito un grado d'efficienza "Good Enough". Tra l'altro ormai
tutte le case produttrici offrono motori identici, o quasi identici, a
livello meccanico, con prestazioni molto differenti. La variante
prestazionale più potente è solitamente anche
la più costosa di
modelli con motori quasi identici a livello meccanico
e viene spesso ottenuta servendosi
solo di un software modificato nella centralina. In
passato le varianti più potenti venivano offerte non prima di un anno e
mezzo o due dopo aver venduto il primo autoveicolo della serie, così da
stimolare i clienti già acquisiti all'acquisto di un nuovo autoveicolo. I
reparti di marketing sono determinanti in questo gioco. Se siete disposti a
sottoporre regolarmente a manutenzione la Vostra auto e ad accettare consumi
leggermente aumentati ai regimi superiori, allora Vi aspettano prestazioni
grandiose. Il nostro scopo è quello di migliorare sensibilmente
tramite la nostra ottimizzazione la potenza e la coppia a tutti i
regimi. E, proprio nei veicoli turbodiesel, dopo l'ottimizzazione avrete
l'impressione di essere alla guida di un'altra classe automobilistica.
La coppia è la pietra miliare per l'ottimizzazione di un veicolo.
L'incremento netto della coppia, non solo a pieno carico, bensì
principalmente anche a regimi intermedi e bassi, in concomitanza con
l'incremento della potenza a tutti i regimi, fa sì che il motore reagisca
molto meglio alle accelerazioni impresse, rendendo così l'auto nel complesso
più dinamica ed agile. I fastidiosi cali di potenza, l'andamento a
singhiozzo, le carenze in fase di avviamento e accelerazione, con i nostri
Chip sono ormai acqua passata. Sono i nostri Tuning Chip che Vi regaleranno
l'auto che avete sempre sognato.
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