Tecnica
L’elettronica (1a puntata)
DALLA FISICA
AL DIGITALE
Siamo definitivamente passati
dall’alimentazione in cui era
il carburatore a miscelare aria
e benzina a quella basata sull’iniezione
elettronica. Vantaggi e svantaggi
delle due soluzioni
di Ivan Merighi Responsabile assistenza tecnica Faster96
e sviluppo prodotto Dynojet Italia
L’ELETTRONICA IN 6 PUNTATE
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Dal carburatore all’iniezione
Come è fatta l’iniezione
I sensori dell’iniezione e sonda lambda
Valvole parzializzatrici e cornetti d’aspirazione variabili
L’acceleratore elettronico
Le mappe
GIRI MOTORE COME UN BATTITO CARDIACO
L’asse Y indica le parti di aria mentre l’asse X indica il regime
di rotazione del motore. La curva blu mostra come aumenta
la quantità di aria aspirata dal motore in funzione del regime di rotazione
1
O
rmai la quasi totalità delle
moto nuove in vendita sono
alimentate con l’iniezione
elettronica. Fanno eccezione alcune
fuoristrada specialistiche ma è questione di tempo, poco, in base ad
un calendario che pone fuori legge
inesorabilmente i motori con il carburatore, non ancora dalla circolazione ma da nuove omologazioni e
in un prossimo futuro dalla vendita.
Ma quali sono le differenze tra il caro vecchio carburatore e l’iniezione
elettronica? Entrambi i sistemi servono per miscelare la benzina con
l’aria aspirata dal motore, ma mentre
il carburatore funziona meccanica-
TEMPI MODERNI
L’evoluzione tecnica ha comportato molti organi in più rispetto al recente passato:
nella pagina a fianco, una 4 cilindri da Gran Premio con i suoi 4 carburatori in
bella vista. A fianco, uno spaccato di una moto odierna, con iniezione elettronica,
pompa benzina,
aspirazione
dal cupolino
diretta nell’air box,
sensori, sonde...
mente, l’iniezione è gestita da una
centralina. Il carburatore viene regolato dalla Casa o dal meccanico e tale impostazione rimane fissa (a meno
che non vi mettiate lì con gli attrezzi
necessari strada facendo), quindi
sensibile alle variazioni climatiche o
di altitudine, mentre l’iniezione può
contare su correzioni automatiche
basate sulla presenza di sensori.
Durante il funzionamento del motore il movimento del pistone verso il
basso richiama l’aria verso la camera di combustione. A questo flusso
di aria viene miscelato il carburante tramite il carburatore oppure
l’iniettore.
ARIA E BENZINA FANNO LE CURVE INSIEME
Sul lato destro e in rosso le parti di carburante. La carburazione corretta a
tutti i regimi si ottiene se la quantità di benzina è iniettata sempre nella giusta
proporzione con l’aria aspirata: le loro curve devono procedere insieme
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Tecnica
zona di influenza del getto
del massimo
L’elettronica (1a puntata)
Il grafico 1 (pag. 110) mostra un
diagramma di come può apparire la
curva del flusso dell’aria di un motore. Vi è rappresentata la quantità
dell’aria aspirata in funzione del regime di rotazione.
Il flusso di aria aspirata da ogni
motore è determinato da molti fattori
come il profilo degli alberi a camme,
l’andamento e le dimensioni dei condotti di aspirazione e scarico, l’airbox, l’impianto di scarico, ecc. Per
ottenere un ipotetico rapporto aria/
benzina di 14:1 costante a tutti i regimi di giri, la quantità di benzina miscelata all’aria (curva della benzina)
dovrebbe avere un andamento simile
alla curva dell’aria (vedi grafico 2).
La combustione più efficace infatti
si ottiene con il giusto rapporto aria/
benzina. La quantità di benzina miscelata all’aria non deve essere troppa (carburazione grassa) altrimenti
il carburante non brucerebbe com-
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zona di influenza dello spillo conico
zona di influenza dello smusso
della farfalla
zona di influenza del getto
del minimo
LA CARBURAZIONE AD ORECCHIO
Il disegno sopra mostra quale organo del carburatore influenza
l’alimentazione al progressivo aprirsi della valvola comandata dalla
manopola del gas. La carburazione in questo caso si modifica intervenendo,
con semplici utensili e molta esperienza, sui rispettivi organi del carburatore
pletamente e in modo efficace, e non
deve essere troppo poca (carburazione magra) altrimenti la combustione risulterebbe scarsa e genererebbe un surriscaldamento. Il rapporto
L’IMPORTANZA DI UNA BUONA CARBURAZIONE
inmoto
Nel riquadro in alto viene mostrata la potenza del motore (asse Y) in funzione
dei giri motore (asse X). Nel riquadro in basso la rilevazione del rapporto
stechiometrico (rapporto aria/benzina sull’asse Y) effettuata tramite una sonda
lambda per acquisizione dati. La prima rilevazione (curva blu) mostra un
rapporto aria/benzina troppo ricco di benzina in particolare fino a 5.000 giri. La
seconda rilevazione (curva rossa) mostra una diversa regolazione dello spillo
conico. Al variare della carburazione varia anche la potenza del motore. L’effetto
della sola regolazione dello spillo conico interessa un range di giri molto ampio
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aria/benzina (anche chiamato rapporto stechiometrico) di riferimento è
di 14,7:1 ovvero una parte di benzina per ogni 14,7 di aria. Questo è il
valore di riferimento per le normative
anti-inquinamento, il miglior compromesso fra il corretto funzionamento
del motore e le emissioni inquinanti.
Generalmente però la migliore resa
del motore la si ha con un rapporto
aria/benzina più ricco di benzina,
che può variare da 12,8:1 a 13,8:1 in
base alla configurazione del motore
stesso.
Il carburatore miscela la benzina in
base alle dimensioni dei getti e dello
spillo conico. Queste parti meccaniche permettono di regolare la carburazione su fasce però molto ampie
e poco definite del range dei giri
motore, ma soprattutto non in funzione dell’apertura dell’acceleratore,
costringendo sempre alla ricerca di
un compromesso. Il grafico 3 mostra
l’effetto sulla carburazione della variazione dello spillo conico, e si vede
come l’area interessata va dai 2.500
ai circa 7.000 giri motore.
Per variare la carburazione al minimo si utilizza la vite di registro miscela oppure si sostituisce il getto del
minimo. Questi hanno effetto (in un
motore che raggiunge i 12.000 giri)
INIEZIONE BATTE CARBURATORE
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dal regime del minimo e fino a circa
2.500/3.000 giri motore. Il getto del
massimo invece ha effetto da circa
6.000 giri motore e fino al limitatore
di giri. A vantaggio del carburatore
rimane solo la ridotta dotazione di attrezzi necessaria per l’intervento, insieme all’esperienza di come usarli,
mentre a sfavore c’è il tempo necessario per lo smontaggio delle parti, la
regolazione e il montaggio.
La quantità di benzina inviata da
un impianto a iniezione elettronica
è invece determinata dalla mappa
della benzina che è scritta all’interno
della centralina (ECU). Una mappa
benzina prevede regolazioni molto
più mirate e definite (ad esempio
cambia per fasce di regime ogni 250
giri), e separatamente anche in funzione dell’apertura dell’acceleratore.
La regolazione della carburazione
tramite una centralina di iniezione
elettronica però è molto più difficile
perché richiede attrezzatura specifica (generalmente un computer) e
non è praticabile “a orecchio” come
spesso è possibile fare per il carburatore. Una volta in possesso del
necessario è possibile una messa
a punto molto più accurata e mirata
con il risultato di una resa superiore e in un tempo molto breve,
A sinistra, un moderno carburatore per un sofisticato monocilindrico
da fuoristrada. Nella pagina a fianco, lo schema di influenza
sulla carburazione dei vari organi del carburatore. Nel grafico
4, il rapporto stechiometrico imperfetto a tutti i regimi di un
motore alimentato a carburatore. Nel riquadro inferiore in mostra
l’andamento altalenante del rapporto stechiometrico che non
segue mai la linea ottimale indicata con la linea rossa tratteggiata.
Una diversa regolazione della carburazione non farebbe altro che
spostare la linea blu più in alto o in basso, mantenendo l’andamento
altalenante. Nel grafico 5, il rapporto aria/benzina dello stesso
motore alimentato ad iniezione: risulta sempre perfetto grazie alla
precisione di intervento permessa dalla centralina elettronica. La
carburazione del motore rappresentato con la curva blu ricopia
sempre la linea rossa tratteggiata ottimale
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inmoto
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Tecnica
L’elettronica (1a puntata)
generalmente una riprogrammazione
della centralina richiede pochi minuti
o secondi. I grafici 4 e 5 mostrano la
differenza nelle curve di carburazione: il 4 la curva di carburazione di
una moto a carburatori, il 5 la curva
di carburazione dello stesso modello
ma ad iniezione.
GLI IMPIANTI di iniezione elettronica hanno anche un altro vantaggio rispetto ai carburatori, ovvero la
possibilità di adeguare autonomamente la carburazione, entro certi
limiti impostati dal costruttore, al variare dell’altitudine e/o condizioni climatiche. Alle centraline di iniezione
elettronica sono collegati dei sensori
che forniscono informazioni sulle
condizioni ambientali e del veicolo;
pressione atmosferica, temperatura dell’aria, temperatura del motore,
posizione dell’acceleratore, e altri
ancora, nonché dello stato della
combustione (sonda lambda) di cui
parleremo più avanti. Conoscendo le
informazioni di questi sensori la centralina può attuare delle correzioni
temporanee alla mappa benzina ed
adeguarsi automaticamente fra estate ed inverno o fra mare e montagna,
senza che sia necessario intervenire
manualmente. Nelle moto alimentate
a carburatore è comunque presente,
oggi, una centralina elettronica per la
gestione dell’anticipo di accensione,
del limitatore di giri e di altre funzioni.
Negli impianti di iniezione elettronica
la centralina invece è unica e in grado di gestire anche tutti questi parametri contemporaneamente.
A vantaggio dell’iniezione elettronica c’è anche la versatilità nelle
diverse condizioni di utilizzo, ovvero
una moto da strada o fuoristrada con
l’elettronica se viene utilizzata quotidianamente per andare in ufficio
o solamente in pista, non risente di
problematiche particolari e la resa è
in tutti i casi ottimale. La taratura di
un carburatore talvolta deve invece
essere rivista a seconda del tipo di
utilizzo della moto per avere la mi-
gliore regolarità di risposta oppure il
consumo più contenuto.
Una importante differenziazione a
svantaggio dell’iniezione elettronica
riguarda invece la sua alimentazione.
A differenza del carburatore l’impianto di iniezione richiede una quantità
di energia per il proprio funzionamento e per comandare dei piccoli
motori elettrici (servomotori) utilizzati
per alcune funzioni specifiche al fine
di migliorare l’erogazione del motore.
La necessità di una batteria di alimentazione è stata fino a poco fa un
elemento discriminante per l’utilizzo
su alcune categorie di moto in cui il
contenimento del peso è molto im-
portante. Il funzionamento dei recenti
impianti di iniezione elettronica è stato finemente ottimizzato per ridurre al
minimo il consumo di energia e l’adozione di potenti e rapidi generatori di
corrente hanno permesso la recente diffusione di impianti di iniezione
“batteryless” (senza batteria) su moto come le enduro, le cross e le trial.
Inoltre a una iniezione elettronica è
sempre abbinata una pompa della
benzina, laddove invece una volta
il carburante arrivava al carburatore
quasi sempre per caduta, se c’era la
sufficiente differenza di livello tra rubinetto della benzina del serbatoio e
vaschetta del carburatore.
■
ALL’INIEZIONE PIACE IL CONDOTTO DRITTO
Sul prossimo numero analizzeremo le componenti dell’iniezione. Nella foto
in sezione di un moderno motore si può notare come i condotti di aspirazione
siano rettilinei, per quanto possibile, per migliorare “la respirazione”
inmoto
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