Come l’iniezione elettronica del carburante mappa il rapporto aria/carburante

Pensa all’iniezione elettronica del carburante come al successore digitale del carburatore. Un cervello computerizzato controlla la miscela all’interno del motore. Se lo fai in modo sbagliato, puoi sprecare gas e danneggiare il motore. Se lo fai bene, tutto ronza.

I carburatori hanno governato per decenni. Poi è arrivata l’iniezione elettronica del carburante. Diventò accessorio alla fine degli anni ’50 e di serie negli anni ’90. Al giorno d’oggi, se la tua auto non ha EFI in un’auto.

La Mappa del carburante è il cuore di questo sistema. Indica al computer esattamente la quantità di carburante da iniettare in base alle condizioni in tempo reale. Ogni decisione viene presa sulla base di tre obiettivi:

• Prestazioni: Massimizza la velocità e l’accelerazione.
• Efficienza: spreme ogni chilometro fuori dal serbatoio.
• Emissioni: Mantiene pulita l’uscita di scarico.

Comprendere come funziona questa mappatura è il primo passo per diagnosticare i problemi o apportare modifiche per ottenere risultati migliori. Il passo successivo è comprendere l’hardware che rende tutto ciò possibile.

Hardware dietro la mappa

Le mappe intelligenti sono impossibili da ottenere senza hardware intelligente. I sistemi EFI si basano su una rete di sensori e attuatori che comunicano con l’unità di controllo del motore (ECU).

I sensori sono i tuoi occhi e le tue orecchie. Monitora il flusso d’aria, la temperatura del motore, la posizione dell’acceleratore e il livello di ossigeno di scarico. Queste informazioni vengono inviate all’ECU.

Gli attuatori sono i muscoli. La cosa più importante è l’iniettore. Inietta il carburante direttamente nel collettore di aspirazione o nel cilindro. L’ECU controlla per quanto tempo l’iniettore rimane aperto. Questa durata è chiamata larghezza dell’impulso.

Altre parti includono la pompa del carburante, che pressurizza il tubo del carburante, e il corpo farfallato, che regola il flusso d’aria aspirata. Ogni parte deve funzionare in sincronia. Se un sensore fallisce, la mappa sarà imprecisa. Il motore non funziona bene. Il risparmio di carburante diminuisce. Le emissioni sono in aumento.

Non puoi veramente capire la tua mappa del carburante se non sai da dove provengono i dati. Il cuore di tutti i sistemi di iniezione elettronica del carburante (EFI) è l’unità di controllo del motore (ECU). Consideralo come il cervello della tua macchina. Prende i dati grezzi dai sensori sparsi nel vano motore e nell’abitacolo e converte il rumore in decisioni che mantengono il motore in funzione senza intoppi.

L’ECU stessa è solo una scatola di plastica nera. C’è un circuito all’interno. Tuttavia, dove trovarlo dipende dal produttore. Alcune persone lo montano nel vano motore vicino alla batteria. Alcuni lo nascondono accanto al piantone dello sterzo, sotto il vano portaoggetti o addirittura sotto il sedile del passeggero. Le posizioni variano. La funzione no.

Ma un cervello senza sensi è inutile. Lo stesso vale per l’ECU. L’input è obbligatorio. Esistono molti sensori che possono accendere la temuta spia del “motore di controllo”, ma solo un certo sottoinsieme costruirà una mappa del carburante. Questi sono input importanti che indicano alla ECU quanto gas iniettare nel cilindro.

I sensori che definiscono la mappa

Non elenca tutti i sensori installati nel veicolo. Questi sono gli unici fattori che determinano il rapporto aria/carburante.

• Sensore del flusso d’aria di massa (MAF): Questo sensore misura la quantità di aria che entra nel motore. Oziare? Poiché non c’è abbastanza aria, l’ECU richiama il carburante. Vuoi aprire l’acceleratore? L’aria entra. L’ECU reagisce iniettando più carburante in base al flusso d’aria. Questo è direttamente correlato.
• Sensori di ossigeno (O2): Questi sensori montati sullo scarico monitorano le emissioni del motore. Più specificamente, sta cercando ossigeno e carburante incombusti. Se la miscela è troppo ricca o magra, l’ECU regola dinamicamente la velocità di iniezione per migliorare l’efficienza. È il modo in cui l’ECU si autocorregge.
• Sensore di posizione dell’acceleratore (TPS): Indica al computer la forza e la velocità con cui premi il pedale dell’acceleratore. Quanto più lo spingi, tanto più ampia sarà l’apertura della piastra dell’acceleratore. Una piastra più ampia significa più aria. Più aria significa che l’ECU deve aggiungere più carburante per mantenere il rapporto di accelerazione target.
• Sensore pressione assoluta collettore (MAP): Questo sensore misura le variazioni di pressione nel collettore di aspirazione. Fondamentalmente dice all’ECU quanto carico è sottoposto al motore. Hai intenzione di trainare un rimorchio? Scalare una collina ripida? L’ECU rileva l’alta pressione e sa,

che ha bisogno di impegnarsi di più. L’alta pressione riduce il grado di vuoto e la quantità di carburante iniettato aumenta rapidamente.

Una pressione inferiore significa meno carico, quindi l’ECU produce meno carburante.
* Sensore di velocità del veicolo (VSS): Semplice ma importante. Trasmette la velocità dell’auto alla ECU. Questi dati regolano l’erogazione del carburante in base alla velocità, ma controllano anche il tachimetro e il cruise control.

Dov’è la mappa?

In altre parole, l’hardware è già pronto. Ci sono sensori che forniscono informazioni. Ma dov’è la vera mappa? Non è un oggetto fisico. Non riesco a trovarlo nel vano portaoggetti. Questo è il prossimo pezzo del puzzle. Preparare la carta millimetrata.

Mappa del carburante

La Mappa carburante è fondamentalmente una griglia 3D archiviata nella memoria dell’ECU. Questo non è un singolo numero. Questa è una matrice complessa di punti dati. Ogni punto mette in relazione il carico del motore (solitamente determinato dal sensore MAP o MAF) alla velocità del motore.

A bassi regimi e carichi bassi (si pensi al minimo o alla navigazione dolce) la mappa richiede un ibrido snello molto specifico. L’obiettivo qui è l’efficienza. Ma quando si apre il gas agli alti regimi, la mappa cambia. Hai bisogno di una miscela più ricca. Perché? Perché richiede più carburante per richiedere più carburante. L’ECU scansiona questa rete milioni di volte al secondo.

Non è statico. Le moderne ECU possono adattarsi. imparano. Se il sensore O2 segnala condizioni ricche nel tempo, l’ECU può inclinare leggermente la mappa per compensare. Quando cambi le tue abitudini di guida, la regolazione del carburante a breve termine dell’ECU si adatta in pochi secondi. La mappa è la base, ma la vera magia è come la ECU la elabora in tempo reale.

È qui che la teoria incontra la strada. Comprendere questa griglia aiuterà a spiegare perché una messa a punto può rendere la tua auto più veloce, come un sensore MAF difettoso può ridurre il risparmio di carburante e perché.

L’unità di controllo del motore (ECU) non necessita di ausili visivi per far funzionare la tua auto. Calcola e basta. Ma che dire di noi umani? La visualizzazione può aiutare. Non hai bisogno di una vera carta millimetrata, ma immaginarla rende la logica più chiara. Questa è una mappa del carburante. È come l’algebra delle scuole medie, ma determina come respira l’auto.

Consideriamo un semplice asse X-Y. L’asse X corre orizzontalmente. Mostra i giri al minuto (RPM). Questa è la velocità con cui girano le parti interne del motore. Dipende da cosa stai facendo. Accelerando. Al minimo. Trainare carichi pesanti.

L’asse Y corre verticalmente. Rappresenta il carico del motore. Questa è l’energia necessaria per completare l’attività. Un carico elevato significa un’elevata richiesta di energia. Il carico basso significa crociera o minimo.

Successivamente, spargi i punti su questo grafico. Ogni punto rappresenta uno scenario di guida specifico. Esistono centinaia di queste combinazioni. In ogni punto la ECU decide cosa dire agli iniettori.

Prendi in considerazione l’idea di trascinare un camper a ralla sulle Montagne Rocciose a velocità autostradale. Il motore è sottoposto a un carico pesante. Ha bisogno di tonnellate di energia. L’ECU raccoglie i dati dai sensori. Controlla la velocità del veicolo. Misura la pressione dell’aria aspirata. Monitorare la temperatura. Traccia un punto specifico su quella griglia immaginaria. Il computer è programmato per rispondere a questa coordinata esatta. Invia il segnale agli iniettori. Non è richiesto alcun input da parte del conducente. Funziona e basta.

Mentre l’ECU elabora i dati del sensore in base alla mappa, regola tre variabili chiave per mantenere il motore in funzione in modo ottimale.

1. Portata del carburante: la quantità di gas che viene iniettata.
2. Tempo della scintilla: quando la candela si accende.
3. Regime minimo: la velocità con cui il motore gira quando è fermo.

Il sistema è automatico. Ma puoi intervenire. È anche possibile cambiare la ECU. I sensori possono essere aggiornati. Puoi modificare tu stesso la mappa. Successivamente, esamineremo il miglioramento e la risoluzione dei problemi del sistema di mappatura del carburante.

Cambia la mappa del carburante

Ottimizzazione per Drag Win o MPG?

Generalmente cadi in uno dei due campi quando inizi a fare confusione con la mappa del carburante. Ci sono i segugi delle prestazioni, alla disperata ricerca di ogni frazione di secondo in meno rispetto ai loro tempi sul quarto di miglio. Poi ci sono gli avari di carburante, che scambieranno felicemente la potenza con una migliore resa chilometrica del gas.

Se stai inseguendo le vittorie sulla pista di accelerazione del sabato sera, potresti riprogrammare l’ECU per scaricare più carburante nella miscela. Certo, sprecherai un po’ di gas. Certo, probabilmente vedrai idrocarburi incombusti soffocare il tuo scarico. Ma se continua a far girare le gomme e a far funzionare l’orologio, questo è il compromesso.

Capovolgi la sceneggiatura. Se sei dalla parte del risparmio di carburante, stai cercando un rapporto aria/carburante più snello. Qui sacrifichi la potenza pura. Il motore respira meno carburante, il che significa migliori miglia per gallone. Stai bruciando meno cose per portare a termine lo stesso lavoro. Anche l’aftermarket lo sa. Sul mercato sono disponibili sensori MAP regolabili appositamente progettati per aiutare questi conducenti a ottenere maggiore efficienza.

La trappola del sensore

Ecco la cattura che la maggior parte delle persone sfugge. I dati interni dell’ECU sono intelligenti tanto quanto i sensori che la alimentano. Se uno di questi sensori è difettoso, il cervello è cieco. Non è in grado di regolare correttamente gli iniettori perché vola con informazioni errate.

I fallimenti di solito non sono problemi tecnici. Spesso è solo un sensore polveroso. O un collegamento elettrico corroso. A volte il cablaggio si allenta. Occasionalmente, il sensore stesso si arrende e inizia a inviare segnali spazzatura.

Cosa succede quando il MAF fallisce

Torniamo a quello scenario di carico pesante. Stai trainando un camper su una ripida salita nelle Montagne Rocciose. Il motore sta lavorando duro. Se il sensore del flusso d’aria di massa (MAF) non funziona correttamente, potrebbe indicare all’ECU che nel motore entra pochissima aria.

Il computer ci crede.

Sposta il punto operativo sulla mappa del carburante in base a questa menzogna. Non sa che hai bisogno di più carburante per gestire quel massiccio flusso d’aria. Non segnala l’apertura degli iniettori. Il risultato? Il motore muore di fame. Sembra lento. Manca l’energia per sollevare quel peso perché sta ottenendo il mix sbagliato.

La mappa del carburante all’interno dell’ECU è in grado di ottimizzare la miscela aria/carburante per la massima efficienza e prestazioni in qualsiasi condizione. Ma solo se i sensori dicono la verità.

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Altri fantastici collegamenti

• Rivista di artigianato automobilistico

-Autostalk.com

Fonti

• Rivista di artigianato automobilistico. “EFI: flusso di massa contro densità di velocità.” (accesso effettuato il 18/12/2008) http://www.carcraft.com/techarticles/electronic_fuel_injection/index.html

• Tecnologia del carburante digitale PowerCard. “Domande frequenti.” (accesso il 18/12/2008) http://www.powercardtuning.com/support/faqs.aspx

-Smith, Jeff. “Guida alla comprensione dell’iniezione elettronica del carburante.” Chevy ad alte prestazioni. (accesso il 18/12/2008) http://www.chevyhiperformance.com/techarticles/49279_fuel_injection_basics/index.html

-Robinson, Kelsey et al. “Ingegneria automobilistica: progettazione della mappa del carburante.” Rutgers University, 2007. (visitato il 18/12/2008) http://www.osd.rutgers.edu/gs/07papers/auto.pdf

-Torbjornsen, Tom. “Un corso accelerato di elettronica automobilistica.” Il salone dell’auto americano. (accesso il 18/12/2008) http://www.americascarshow.com/Detail.aspx?dct=54&id=3079&mid=1638