Principali sensori ed attuatori del sistema di gestione elettronica Il funzionamento del motore viene ottimizzato dall'unità elettronica grazie alle informazioni che raccoglie dai sensori e alle regolazioni che effettua grazie agli attuatori. Analizziamo ora i sensori ed attuatori più comuni a tutti i sitemi di gestione elettronica. Descrizione e funzionamento DEBIMETRO A PALETTE Il debimetro a palette è uno strumento di misura della PORTATA DI ARIA. Montato sul condotto di aspirazione aria del motore lo strumento ne intercetta il flusso e tramite una paletta flottante calettata con un potenziometro ne valuta l'intensità. In realtà lo strumento non misura direttamente la portata dell'aria ma solo l'intensità del flusso. Per avere la misura della quantità di aria effettivamente aspirata bisognerà aggiungere alla misura di flusso anche quella di temperatura e di pressione dell'aria per poterne valutare anche la densità. Capacità Lo strumento, avendo delle parti meccaniche in continuo movimento, è abbastanza delicato e soggetto ad usura. Inoltre il potenziometro che rileva la posizione della paletta flottante è del tipo a strisciamento quindi soggetto anch'esso ad usura specialmente nella posizione di maggiore utilizzo.
Descrizione e funzionamento DEBIMETRO A FILO A CALDO Contrariamente al debimetro a palette questo tipo di strumento è in grado di stimare la massa d'aria aspirata dal motore. Il funzionamento è basato sul principio termodinamico della convezione. L'aria canalizzata nel condotto viene a contatto con il filo caldo in platino. La quantità di calore persa dal filo è direttamente proporzionale alla massa d'aria che lo ha investito, quindi misurando questo flusso di calore si ha anche una stima della quantità di aria che transita nel condotto. Vantaggi Tra i vantaggi di questo strumento bisogna ricordare la totale assenza di parti in movimento e quindi soggette ad usura. Inoltre questo strumento non ha bisogno di ulteriori rilevazioni di grandezze fisiche per fornire una stima della massa d'aria che è aspirata dal motore.
Descrizione e funzionamento DEBIMETRO A FILM CALDO Il funzionamento di questo strumento di misura è molto simile a quello a filo caldo già esposto prima. Anche questo è in grado, senza bisogno di altre misure di grandezze fisiche, di fornire una stima della massa d'aria entrante nel motore. La differenza sostanziale è nella presenza, al posto del filo caldo, di una membrana calda di misura. Vantaggi Il vantaggio di questo strumento risiede nella migliore convezione termica che si crea sulla membrana calda rispetto a quella che si può creare su un filo caldo. In questo modo la stima che si fa della portata di aria risulta più affidabile in un range molto più ampio di flusso.
Descrizione funzionamento SENSORE DI PRESSIONE ASSOLUTA Il sensore di pressione assoluta misura la depressione che si crea nei condotti di aspirazione nei sistemi dotati di debimetro a palette. Dove cioè la densità dell'aria è ricavata indirettamente dalle misure di pressione e temperatura dell'aria. Funzionamento Il funzionamento del sensore si basa su una caratteristica di alcuni materiali piezoresistivi che variano la loro resistenza al variare dello stress fisico a cui sono sottoposti (estensimetri). Deponendo su di una membrana mobile uno strato di questo materiale e inserendone la resistenza ottenuta in un ponte di misura si ha una indicazione in volt della deformazione assunta dalla membrana. Poiché su una delle facce della membrana agisce il vuoto assoluto, a motore spento si ha l'indicazione della pressione atmosferica che determina l'altitudine a cui si trova il veicolo.
SENSORI DI TEMPERATURA ARIA E LIQUIDO REFRIGERANTE Descrizione e funzionamento I sensori di temperatura sono costituiti da resistenze NTC (Negative Temperature Coefficient) che variano la loro resistenza al variare della temperatura. Nella figura riferita al sensore di temperatura acqua è anche riportata la caratteristica che lega la temperatura al valore della resistenza.
Descrizione e funzionamento SENSORE DI GIRI MOTORE Il sensore di giri motore è di tipo induttivo e rileva il passaggio dei denti di una ruota fonica tramite un segnale alternato proporzionale in frequenza alla velocità di passaggio dei denti. Sulla puleggia dentata solitamente sono presenti 60 denti meno due che servono come riferimento per il P.M.S. Del primo pistone. Il montaggio, la costituzione e il segnale che il sensore fornisce sono rappresentati nelle seguenti figure. L'effetto Hall è la formazione di una differenza di potenziale, detto potenziale di Hall, sulle facce opposte di un conduttore elettrico dovuta a un campo magnetico perpendicolare alla corrente elettrica che scorre in esso. Note Comunque sia realizzato fisicamente il sensore di fase comunica all'unità elettronica di controllo la posizione dell'albero di distribuzione quando questa si trova a 58 prima del P.M.S. del primo pistone
SENSORE DI FASE Effetto hall Il sensore di fase basa il suo funzionamento su una proprietà di alcuni materiali semiconduttori. Quando un cubo di questo materiale è attraversato da una corrente e da un campo magnetico secondo due diverse direzioni dello spazio produce nella terza direzione una tensione proporzionale. Descrizione e funzionamento Quindi un sensore ad effetto Hall avrà solitamente un magnete permanente che viene nascosto o meno al materiale semiconduttore. Oppure avrà il materiale semiconduttore che viene interessato dal campo magnetico solo in alcuni istanti.
Descrizione e funzionamento CRITICITÀ SENSORE DI DETONAZIONE Il sensore di detonazione basa il suo funzionamento sulle proprietà dei cristalli piezoelettrici. Questi cristalli hanno infatti la proprietà di generare una tensione elettrica quando sono sottoposti a pressione meccanica. Rendendo quindi solidale con la testa del motore questo sensore l'unità di controllo è in grado di rilevare, tramite un segnale elettrico ad impulsi, l'intensità della detonazione che avvengono nelle camere di scoppio. Il cristallo piezoelettrico che costituisce il sensore rileva le vibrazioni generate alla frequenza compresa tra i 12 khz e i 16 khz quindi il suo serraggio verso la testata motore deve essere effettuato esattamente con la coppia prevista (solitamente da 1.95daNm a 2.05daNm) per consentirne un corretto funzionamento. Caratteristiche elettriche Resistenza di 532588ohm a 20C
SENSORE POSIZIONE VALVOLA A FARFALLA Descrizione e funzionamento Questo sensore di tipo piezometrico serve per rilevare la posizione assunta dalla valvola a farfalla. La rilevazione avviene sempre con un contatto strisciante a resistenza variabile con la posizione assunta. In aggiunta sono presenti un contatto di posizione di fondo corsa ed uno di posizione di riposo. Nota Il sensore a volte non è sostituibile singolarmente ma è parte integrata del corpo sfarfallato. Comunque in ogni caso dopo l eventuale sostituzione bisogna seguire la procedura di apprendimento dell unità elettronica che sarà descritta in seguito. Descrizione POTENZIOMETRO PEDALE ACCELERATORE Nei sistemi di gestione elettrica dotati di farfalla motorizzata il pedale acceleratore è composto da un doppio potenziometro che rileva la posizione del pedale attraverso la variazione di resistenza. La presenza del secondo potenziometro ha lo scopo di eseguire una misura ridondante per sicurezza. Gestione dei guasti Nel caso di malfunzionamento di uno dei due potenziometri l'unità elettrica di controllo limita l'apertura massima della farfalla motorizzata al 40% riducendo quindi le prestazioni del veicolo. Note Una molla ad elica presente sull'alberino del potenziometro garantisce una adeguata resistenza alla pressione mentre una seconda molla assicura il ritorno del pedale durante il rilascio.
SONDA LAMBDA Descrizione Lo scopo di questo sensore è quello di informare l'unità elettronica sul tipo di combustione in corso, ricca o povera di ossigeno (magra o grassa), tramite un segnale elettrico. Il sensore è molto influenzato nel suo funzionamento dalla temperatura che deve essere maggiore di 300 C. Sulla base di questa caratteristica si possono distinguere due classi di questa sonda: Sonda lambda non riscaldata Sonda lambda riscaldata Il riscaldamento, quando presente, avviene tramite una resistenza elettrica interna alla sonda stessa. Funzionamento La parte sensibile della sonda è costituita da uno strato di ossido di zirconio che risulta poroso per le molecole di ossigeno. Quando questo materiale ceramico è attraversato da molecole di ossigeno si ha la generazione di una tensione elettrica tra le facce esposte. Rivelando questa tensione con gli elettrodi si ha una stima della qualità di ossigeno che lambisce il sensore.
Segnale prodotto Il segnale di tensione prodotto dalla sonda lambda durante il normale funzionamento del veicolo può variare nei limiti rappresentati in figura. In ascisse è riportato il valore del coefficiente lambda che indica una miscela magra(lambda>1) o grassa (lambda <1 in ingresso al motore.
Caratteristiche Nel caso di sonda non riscaldata si possono avere sonde ad uno o con due fili. Invece nel caso di sonda riscaldata si possono avere tre o quattro cavi. Note Le sonde lambda più diffuse sono quelle con resistenza di preriscaldo. Tra queste bisogna distinguere quelle che hanno la resistenza di preriscaldo collegata direttamente alla tensione di batteria da quelle che hanno il preriscaldo gestito dall'unità elettronica. Le due sonde lambda a tre o quattro cavi riportate nelle precedenti figure hanno la resistenza collegata direttamente alla tensione di batteria perché hanno due connettori separati. Mentre quella riportata di seguito ha un unico connettore e la resistenza di preriscaldo è gestita tramite l'unità elettronica di gestione motore.
ATTUATORE REGIME DI MINIMO Descrizione Nei sistemi di gestione elettronica motore dotati di farfalla meccanica non motorizzata è presente un meccanismo di regolazione della portata d'aria per mantenere costante il regime di minimo motore in tutte le condizioni di temperatura e di carichi elettrici o meccanici supplementari attivati. Questo sistema può essere realizzato in vari modi, ma tutti sono mirati a regolare un passaggio supplementare di aria in aspirazione by passando la valvola a farfalla.
Funzionamento In questa realizzazione il motorino passo passo facendo arretrare lo stelo munito di otturatore apre il passaggio supplementare di aria aggiungendo una portata a quella già presenta, dovuta al trafilamento attraverso la valvola a farfalla completamente chiusa. Caratteristiche Accoppiamento motorino-stelo otturatore: tipo vite-madrevite Velocità del motorino: circa 200 passi\sec Risoluzione dell apertura: circa 0.04 mm\passo Posizione di portata massima: 8.9 mm=circa 220 passi Regolatore con valore rotante In qusta realizzazione la regolazione della luce by-pass è ottenuta variando la velocità di rotazione di un normale motorino elettrico. Calettata sell asse del motorino vi è una valvola a quarto di cerchio che tiene chiusa la luce di by-pass per il 25% del tempo di rotazione e aperta per il restante 75%. Questa tecnica di regolazione non è molto usata in quanto presenta tutti gli svantaggi dell usura meccanica del motorino con spazzole contrariamente a quello passo-passo dove non vi sono organi in moto relativo a contatto.