Principali sensori ed attuatori del sistema di gestione elettronica

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.
DEBIMETRO A PALETTE
Descrizione e funzionamento
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.
DEBIMETRO A FILO A CALDO
Descrizione e funzionamento
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.
DEBIMETRO A FILM CALDO
Descrizione e funzionamento
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.
SENSORE DI PRESSIONE ASSOLUTA
Descrizione funzionamento
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.
SENSORE DI GIRI MOTORE
Descrizione e funzionamento
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.
SENSORE DI DETONAZIONE
Descrizione e funzionamento
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.
CRITICITÀ
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.
POTENZIOMETRO PEDALE ACCELERATORE
Descrizione
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.