Motori a Combustione Interna

Funzioni svolte dall’EMS

➢ Gestione del sistema di accensione

➢ Gestione di alimentazione del combustibile e regolazione

➢ Gestione gruppi di sovralimentazione

➢ Gestione sistemi a fasatura variabili

➢ Controllo avanzato del veicolo

➢ Diagnostica

➢ Controllo emissioni

Concentrandosi sul sistema di accensione è richiesto che la centralina garantisca una tensione

sufficiente a far scoccare la scintilla a cavallo degli elettrodi della candela, una corretta fasatura con

il ciclo motore e il suo opportuno anticipo variabile a seconda delle condizioni di funzionamento,

realizzato tramite un sistema di accumulo di energia elettrica proveniente dall’alternatore sotto

forma capacitiva o induttiva.

L’iniezione avviene attraverso un opportuno organo chiamato iniettore controllato direttamente

dalla centralina deve garantire il giusto apporto di combustibile ed avere un sistema di controllo in

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feedback per regolare la dosatura nelle diverse condizioni di funzionamento del motore garantendo

un determinato standard per le emissioni nocive nell’ambiente. Perciò il sistema di iniezione deve

➢ Essere in grado di garantire l’alimentazione di combustibile nelle varie condizioni di

funzionamento

➢ Controllare la dosatura per un corretto funzionamento e controllo delle emissioni inquinanti

tramite informazioni provenienti da una serie di sensori

Figura 12-9 Classificazione sistemi di iniezione

Figura 12-10 Layout di iniezione diretta e indiretta La distinzione principale è però la

prima. È bene analizzare anche la

classificazione (3). In un sistema

single point a monte della farfalla

non è necessario definire il

momento di iniezione poiché la

benzina ha il tempo di miscelarsi

nel condotto; si adotta un

iniettore continuo con possibilità

di regolare la portata. In un multi-

point la fasatura di iniezione va a

determinare una serie di

fenomeni che influenzano la

miscelazione, perciò si regola

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l’apertura dell’iniettore tramite la centralina, che riceve la posizione dell’albero motore da un

encoder magnetico.

In generale nell’iniezione diretta gli iniettori sono posti sulla testa e iniettano direttamente nel

cilindro. Con questo metodo è possibile iniettare solamente durante la fase di aspirazione e

compressione (max 150°) e con pressioni molto elevate per garantire un’adeguata quantità di

combustibile e penetrazione dello spray. In quella indiretta inietto nel condotto di aspirazione,

perciò ho ben 720° di manovella a disposizione, in più mi basta una piccola pressione di iniezione

poiché la pressione nel condotto è abbastanza bassa. Di contro però nella fase di incrocio delle

valvole posso rischiare cortocircuito non solo di aria ma anche di combustibile, cosa da evitare. In

più ho una risposta all’acceleratore meno pronta.

Figura 12-11 EMS di un motore motociclistico

La centralina controlla la valvola a farfalla in base al carico richiesto che è quantificato dal pedale

dell’acceleratore. La valvola a farfalla e l’acceleratore non sono più collegati meccanicamente ma

tramite il drive by wire. Inoltre diminuendo il carico l’anticipo di accensione deve aumentare per

problemi legati alla velocità di combustione; per bassissimi carichi però devo tornare ad aumentare

l’anticipo di accensione in quanto avrei una risposta troppo repentina del motore e quindi possibili

problemi di guidabilità.

12.2.1 Vantaggi dell’iniezione diretta

La benzina andando dentro il cilindro mette a disposizione il calore latente di evaporazione per

sottrarre calore all’aria. Questo porta una maggiore resistenza alla detonazione in quanto viene

abbassata la temperatura di inizio compressione

Si migliora il funzionamento del motore nei transitori e a freddo. Infatti nei MCI ad iniezione indiretta

si aveva la condensazione della benzina sulle pareti a causa delle basse temperature. Anche in

accelerazione a causa della brusca sovrappressione si ha la condensazione sulle pareti del condotto.

Tale fenomeno fa smagrire la miscela quando invece era richiesta più ricca. Perciò è necessario

compensarlo aggiungendo più miscela. Infine in decelerazione a causa della depressione si ha

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miscela sulle pareti

causando il problema

opposto poiché vorrei

→

miscela povera.

formazione di idrocarburi

incombusti.

L’iniezione diretta

permette la stratificazione

della carica cioè una

distribuzione non uniforme

del titolo in camera di

combustione. Vicino alla

candela inietto con

dosatura stechiometrica

mentre lontano da essa

Figura 12-12 EMS per iniezione diretta inietto una miscela povera.

Questo consente di far partire la combustione e farla proseguire in tutta la camera. Così facendo

diminuisco le temperature di combustione grazie all’eccesso d’aria riducendo la detonazione, riduco

di conseguenza lo scambio termico con le pareti e ho meno lavoro di pompaggio. Con tale

metodologia si può regolare un motore Otto come se fosse un Diesel.

Iniettando a valvole chiuse ovviamente il rendimento di intrappolamento sarà sempre unitario

Per i motori ad iniezione diretta si distinguono 3 principali modalità di funzionamento:

➢ →

Pieno carico Si effettua l’iniezione anticipata: il combustibile viene iniettato già durante

la fase di aspirazione, in modo da avere in camera una miscela omogenea stechiometrica o

leggermente ricca per ottenere la massima potenza.

➢ →

Carichi medio-bassi Si realizza la carica semi stratificata: in camera è presente ovunque

miscela aria/combustibile, la quale è tanto più ricca quanto più è vicina agli elettrodi della

candela; in questo modo è possibile accendere una miscela con rapporto aria/combustibile

anche piuttosto alto.

➢ →

Bassi carichi Si effettua l’iniezione ritardata. Il combustibile è immesso in camera nella

fase di compressione e, grazie alle condizioni fluidodinamiche nel cilindro, si realizza la

stratificazione della carica; la fluidodinamica interna, la geometria della camera di

combustione e la tipologia di iniettore utilizzato risultano determinanti. A carichi molto bassi

è comunque necessaria una piccola parzializzazione per non andare su miscele troppo

magre.

12.2.2 Svantaggi dell’iniezione diretta

Rispetto all’iniezione indiretta quella diretta presenta i seguenti svantaggi

➢ Pressioni di iniezione molto elevate (fino ai 150-200 bar)

➢ Possibilità di incombusti a causa della condensazione di combustibile con le pareti

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➢ Quando si usa carica stratificata, l’elevato eccesso d’aria peggiora il funzionamento del

catalizzatore trivalente

➢ Necessità di un controllo elettronico complesso delle varie modalità di funzionamento

➢ Controllo avanzato dei moti turbolenti all’interno del cilindro

Figura 12-13 Modalità di iniezione della carica in funzione del carico e del regime

12.2.3 Metodologie per la stratificazione della carica

➢ Wall guided spray

o Lo spray viene guidato dalle superfici della camera di combustione. Iniettando in fase

di compressione, la benzina viene indirizzata verso le pareti dello stantuffo e

convogliata da esso verso gli elettrodi della candela. Questo metodo ammette quindi

impingement (impatto) sulle pareti con tutti gli svantaggi annessi fra cui l’elevata

concentrazione di HC allo scarico.

➢ Air guided spray

o Si cerca di interporre uno strato d’aria tra le pareti e lo spray in modo da evitare il

contatto diretto. Lo spray verrà guidato dai moti dell’aria in camera di combustione,

per cui è necessario prevedere e controllare correttamente l’entità degli stessi

(difficile!).

➢ Spray guided

o Con il metodo spray guided si dovrebbe ottenere un’auto confinamento da parte

dello spray. Si richiedono iniettori complessi e risulta di difficile realizzazione.

Figura 12-14 Metodi di stratificazione della carica 90

12.2.4 Funzionamento del controllo di accensione e iniezione

Tempi e fasatura di iniezione e anticipo di accensione sono decisi dalla ECU in base a

➢ Mappe principali di tempi di iniezione e anticipo accensione in funzione di giri e carico

➢ Funzioni di correzione dei parametri di mappa principale in base a informazioni da altri

sensori o informazioni di livello superiore da TPS e sensore di giri

o Correzione per condizioni ambiente (ATS e APS)

o Correzione per temperatura refrigerante motore (WTS)

o Correzione per avviamenti a freddo (ATS e WTS)

o Correzione per velocità transitori carico/giri (derivata TPS e RPM)

o Correzione per controllo dosatura in loop chiuso (LAMBDA)

Nel sistema EMS (Electronic Management System) la centralina deve essere calibrata in funzione

del motore su cui verrà installata, ovvero per ogni condizione possibile vengono analizzati e

registrati i dati relativi al corretto funzionamento e vengono così stilate le mappe di controllo

principali sulle quali si basa la centralina per la regolazione del motore. Nella tabella sottostanti si

può osservare un esempio di mappa tridimensionale relativa all’anticipo di accensione in funzione

del numero di giri e del carico in condizioni normali. Successivamente vengono introdotte delle

curve di correzione dipendenti dai parametri ambientali come ad esempio la curva di correzione

della dosatura in funzione della temperatura del motore visibile in figura.

Figura 12-15 Mappa base di combustione 91

Figura 12-16 Correzione per pressione e temperatura ambiente

Figura 12-17 Mappa di accensione 92

13 Alimentazione di combustibile nei MCI Diesel

I motori ad accensione spontanea utilizzano combustibili liquidi poco volatili: l’iniezione avviene

quindi direttamente nella camera di combustione sotto forma di uno spray composto da finissime

goccioline, per tale motivo il sistema di iniezione assume un’importanza rilevante. Grazie al

mescolamento dell’aria con il combustibile (e all’interazione con le pareti calde della camera) si

ottiene una parziale vaporizzazione ed un’estesa superficie di contatto combustibile-comburente

che favorisce una rapida ed efficace vaporizzazione del getto. È bene ricordare che la combustione

deve avvenire in fase gassosa, perciò è necessario che il combustibile evapori prima che possa

iniziare la combustione.

La combustione di un motore Diesel è più sensibile alla turbolenza ma comunque più stabile nel

campo di funzionamento, per questo motivo infatti la fiamma è non premiscelata. In un motore ad

accensione comandata la fiamma premiscelata è più stabile alla turbolenza ma molto più sensibile

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