Nel tentativo di stare al passo con le leggi sulle emissioni e sull'efficienza del carburante, il sistema di alimentazione utilizzato nelle auto moderne è cambiato molto nel corso degli anni. La Subaru Justy del 1990 è stata l'ultima auto venduta negli Stati Uniti ad avere un carburatore; l'anno modello successivo, il Justy aveva l'iniezione di carburante. Ma l'iniezione di carburante esiste dagli anni '50 e l'iniezione elettronica di carburante è stata ampiamente utilizzata sulle auto europee a partire dal 1980 circa. Ora, tutte le auto vendute negli Stati Uniti hanno sistemi di iniezione di carburante.
In questo articolo impareremo come il carburante entra nel cilindro del motore e cosa significano termini come "iniezione di carburante a più vie" e "iniezione di carburante nel corpo farfallato".
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Per la maggior parte dell'esistenza del motore a combustione interna, il carburatore è stato il dispositivo che forniva carburante al motore. Su molte altre macchine, come tosaerba e motoseghe, lo è ancora. Ma con l'evoluzione dell'automobile, il carburatore è diventato sempre più complicato nel tentativo di gestire tutti i requisiti operativi. Ad esempio, per gestire alcuni di questi compiti, i carburatori avevano cinque circuiti diversi:
Per soddisfare i requisiti di emissioni più severi, sono stati introdotti convertitori catalitici. Affinché il convertitore catalitico fosse efficace, era necessario un controllo molto attento del rapporto aria-carburante. I sensori di ossigeno monitorano la quantità di ossigeno nello scarico e l'unità di controllo del motore (ECU) utilizza queste informazioni per regolare il rapporto aria/carburante in tempo reale. Questo è chiamato controllo a circuito chiuso -- non era possibile ottenere questo controllo con i carburatori. C'è stato un breve periodo di carburatori a controllo elettrico prima che i sistemi di iniezione del carburante prendessero il sopravvento, ma questi carburatori elettrici erano ancora più complicati di quelli puramente meccanici.
Inizialmente, i carburatori sono stati sostituiti con sistemi di iniezione del carburante con corpo farfallato (noto anche come punto singolo o iniezione centralizzata del carburante sistemi) che incorporavano valvole di iniezione di carburante a comando elettrico nel corpo farfallato. Questi erano quasi un sostituto imbullonato per il carburatore, quindi le case automobilistiche non hanno dovuto apportare modifiche drastiche al design del loro motore.
A poco a poco, con la progettazione di nuovi motori, l'iniezione di carburante nel corpo farfallato è stata sostituita da iniezione di carburante multiporta (noto anche come porta , multipunto o sequenziale iniezione di carburante). Questi sistemi hanno un iniettore di carburante per ogni cilindro, solitamente posizionato in modo da spruzzare direttamente sulla valvola di aspirazione. Questi sistemi forniscono una misurazione del carburante più accurata e una risposta più rapida.
Il pedale dell'acceleratore della tua auto è collegato alla valvola a farfalla -- questa è la valvola che regola la quantità di aria che entra nel motore. Quindi il pedale dell'acceleratore è davvero il pedale dell'aria.
Quando si preme il pedale dell'acceleratore, la valvola a farfalla si apre di più, lasciando entrare più aria. L'unità di controllo del motore (ECU, il computer che controlla tutti i componenti elettronici del motore) "vede" la valvola a farfalla aperta e aumenta il tasso di carburante in previsione di una maggiore quantità di aria che entra nel motore. È importante aumentare la velocità del carburante non appena si apre la valvola a farfalla; in caso contrario, quando si preme per la prima volta il pedale dell'acceleratore, potrebbe esserci un'esitazione poiché un po' d'aria raggiunge i cilindri senza carburante sufficiente.
I sensori monitorano la massa d'aria che entra nel motore, nonché la quantità di ossigeno nello scarico. L'ECU utilizza queste informazioni per ottimizzare l'erogazione del carburante in modo che il rapporto aria-carburante sia giusto.
Un iniettore di carburante non è altro che una valvola a controllo elettronico. Viene fornito con carburante pressurizzato dalla pompa del carburante della tua auto ed è in grado di aprirsi e chiudersi molte volte al secondo.
Dentro un iniettore di carburante
Quando l'iniettore è eccitato, un elettromagnete muove uno stantuffo che apre la valvola, consentendo al carburante pressurizzato di fuoriuscire attraverso un minuscolo ugello. L'ugello è progettato per atomizzare il carburante -- per creare una nebbia il più fine possibile in modo che possa bruciare facilmente.
Un iniettore di carburante che si accende
La quantità di carburante fornita al motore è determinata dalla quantità di tempo in cui l'iniettore di carburante rimane aperto. Questa è chiamata ampiezza dell'impulso , ed è controllato dalla ECU.
Iniettori carburante montati nel collettore di aspirazione del motore
Gli iniettori sono montati nel collettore di aspirazione in modo da spruzzare carburante direttamente sulle valvole di aspirazione. Un tubo chiamato binario del carburante fornisce carburante pressurizzato a tutti gli iniettori.
In questa immagine, puoi vedere tre degli iniettori. Il condotto del carburante è il tubo a sinistra.
Per fornire la giusta quantità di carburante, la centralina del motore è dotata di tutta una serie di sensori. Diamo un'occhiata ad alcuni di loro.
Al fine di fornire la corretta quantità di carburante per ogni condizione operativa, l'unità di controllo del motore (ECU) deve monitorare un numero enorme di sensori di ingresso. Eccone solo alcuni:
Esistono due tipi principali di controllo per multiporta sistemi:Gli iniettori di carburante possono aprirsi tutti contemporaneamente, oppure ognuno può aprirsi appena prima dell'apertura della valvola di aspirazione del suo cilindro (questo è chiamato iniezione sequenziale multi-porte ).
Il vantaggio dell'iniezione sequenziale del carburante è che se il guidatore effettua un cambio improvviso, il sistema può rispondere più rapidamente perché dal momento in cui viene effettuato il cambio, deve solo attendere solo l'apertura della successiva valvola di aspirazione, anziché il successivo completo giri del motore.
Gli algoritmi che controllano il motore sono piuttosto complicati. Il software deve consentire all'auto di soddisfare i requisiti sulle emissioni per 100.000 miglia, soddisfare i requisiti di risparmio di carburante EPA e proteggere i motori dagli abusi. E ci sono anche decine di altri requisiti da soddisfare.
L'unità di controllo del motore utilizza una formula e un gran numero di tabelle di ricerca per determinare l'ampiezza dell'impulso per determinate condizioni operative. L'equazione sarà una serie di molti fattori moltiplicati tra loro. Molti di questi fattori proverranno dalle tabelle di ricerca. Esamineremo un calcolo semplificato della ampiezza dell'impulso dell'iniettore di carburante . In questo esempio, la nostra equazione avrà solo tre fattori, mentre un vero sistema di controllo potrebbe averne cento o più.
Per calcolare l'ampiezza dell'impulso, l'ECU cerca prima la ampiezza dell'impulso di base in una tabella di ricerca. La larghezza dell'impulso di base è una funzione del regime del motore (RPM) e carica (che può essere calcolato dalla pressione assoluta del collettore). Diciamo che il regime del motore è 2.000 giri/min e il carico è 4. Troviamo il numero all'intersezione tra 2.000 e 4, che è 8 millisecondi.
Nei prossimi esempi, A e B sono parametri che provengono dai sensori. Diciamo che A è la temperatura del liquido di raffreddamento e B è il livello di ossigeno. Se la temperatura del liquido di raffreddamento è uguale a 100 e il livello di ossigeno è uguale a 3, le tabelle di ricerca indicano che il fattore A =0,8 e il fattore B =1,0.
Quindi, poiché sappiamo che ampiezza dell'impulso di base è una funzione di carico e RPM e che ampiezza dell'impulso =(ampiezza dell'impulso di base) x (fattore A) x (fattore B) , la durata complessiva dell'impulso nel nostro esempio è uguale a:
Da questo esempio, puoi vedere come il sistema di controllo effettua le regolazioni. Con il parametro B come livello di ossigeno nello scarico, la tabella di ricerca per B è il punto in cui (secondo i progettisti del motore) c'è troppo ossigeno nello scarico; e di conseguenza, la ECU riduce il carburante.
I sistemi di controllo reali possono avere più di 100 parametri, ciascuno con la propria tabella di ricerca. Alcuni dei parametri cambiano anche nel tempo per compensare i cambiamenti nelle prestazioni dei componenti del motore come il convertitore catalitico. E a seconda della velocità del motore, la ECU potrebbe dover eseguire questi calcoli più di cento volte al secondo.
Chip sulle prestazioni
Questo ci porta alla nostra discussione sui chip ad alte prestazioni. Ora che abbiamo capito un po' come funzionano gli algoritmi di controllo nella ECU, possiamo capire cosa fanno i produttori di chip ad alte prestazioni per ottenere più potenza dal motore.
I chip ad alte prestazioni sono prodotti da società aftermarket e vengono utilizzati per aumentare la potenza del motore. C'è un chip nell'ECU che contiene tutte le tabelle di ricerca; il chip ad alte prestazioni sostituisce questo chip. Le tabelle nel chip delle prestazioni conterranno valori che si traducono in tassi di carburante più elevati durante determinate condizioni di guida. Ad esempio, possono fornire più carburante a tutto gas a ogni regime del motore. Possono anche cambiare i tempi della scintilla (ci sono anche tabelle di ricerca per questo). Dal momento che i produttori di chip ad alte prestazioni non sono interessati a problemi come l'affidabilità, il chilometraggio e il controllo delle emissioni come lo sono le case automobilistiche, utilizzano impostazioni più aggressive nelle mappe del carburante dei loro chip ad alte prestazioni.
Per ulteriori informazioni sui sistemi di iniezione del carburante e altri argomenti automobilistici, controlla i collegamenti nella pagina successiva.
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