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L'iniezione delle Harley-Davidson PDF Stampa E-mail
Indice
L'iniezione delle Harley-Davidson
Magneti-Marelli e Delphi
La centralina (ECU)
I sensori
La sonda Lambda
Gli iniettori
Circuito del minimo
La mappatura
Tutte le pagine

Da alcuni anni a questa parte le stringenti normative stanno obbligando tutti i produttori di veicoli a motore a passare all'iniezione elettronica per rientrare nelle normative anti-inquinamento.
Anche la Harley-Davidson che produce moto con il motore più classico (o arcaico che dir si voglia) ha dovuto abbandonare il carburatore su tutti i suoi  modelli.

Lo scopo di questo articolo è quello di dare una minima base teorica sul funzionamento dei componenti che vengono usati sui sistemi di iniezione delle Harley-Davidson

 



Differenze tra il sistema Magneti-Marelli e il Delphi

Dopo la prima serie di motociclette con iniezione Magneti-Marelli, la Harley-Davidson è passata ad un sistema progettato dalla Delphi.
Uno dei vantaggi principali nel passaggio a questo sistema è il modo come viene individuato il carico a cui viene sottoposto il motore.
Il sistema Magneti-Marelli usava il cosiddetto canale "Alpha-N" che in gergo indica l'unione del regime di rotazione e dell'apertiura della farfalla; in pratica ad un regime basso ed un'apertura eccessiva della farfalla il motore va inteso sotto alto carico per cui necessita di maggiore benzina.
Questo sistema aveva problemi con determinate modifiche alla moto, e soprattutto alcuni tipi di assi a camme con alzata elevata.
Un altro valore che la tecnica del canale Alpha-N non riesce a recuperare è la pressione atmosferica dalla quale si desume l'altitudine.

Il sistema Delphi non usa più il canale "Alpha-N" ma il cosiddetto sensore MAP (Manifold Absolute Pressure - Pressione Assoluta del Condotto di Aspirazione, detto anche Debimetro). In pratica se viene rilevata una forte depressione nel condotto di aspirazione (indipendentemente dalla percentuale di apertura della farfalla) va inteso un carico maggiore del motore.
Questo sistema è più efficiente e compatibile con qualsiasi tipo di assi a camme, ed è più efficace specie se si vuole modificare la propria moto con assi a camme più performanti.

Un'altra piccola differenza tra il sistema Marelli e il Delphi è stata l'adozione di un corpo farfallato con un solo venturi contro i due accoppiati del Magneti-Marelli. Il primo vantaggio è nella possibilità che ha avuto H-D di adattare l'imbocco del corpo farfallato alla forma dell'imbocco dei carburatori Keihin CV usati fino a quel momento.
Questo ha permesso di poter usare tutti gli accessori come filtri aria e adattatori finora utilizzati con il carburatore, senza nessuna modifica meccanica.

 


 

La centralina (ECU)

La centralina elettronica è un microcomputer, ha infatti microprocessore, memoria ram, memoria flash programmabile e interfacce di ingresso e uscita e piccoli controller per pilotare segnale elettrici.

Qui dentro è memorizzata la mappa e tutti i programmi di controllo delle varie funzioni che svolgono i sensori della moto. Le mappe memorizzate sono quelle per l'efficienza volumetrica per pilotare gli iniettori, la mappa di accensione per pilotare l'anticipo d'accensione delle candele, la mappa stechiometrica per la funzionalità closed-loop di autoregolazione con le sonde Lambda (vedi sotto).

All'interno della centralina delle Harley ci sono varie funzioni accessorie oltre a quelle necessarie per il funzionamento dell'iniezione e dell'accensione:

  • sensore di inclinazione per lo spegnimento del motore in caso di caduta,
  • dialogo con l'impianto di allarme per impostare il blocco motore in caso di tentato furto,
  • temporizzazione delle frecce in base al segnale fornito dal sensore di velocità posto sul cambio,
  • controllo del led della 6a marcia sullo strumento,
  • codice UIN univoco del veicolo,
  • riduzione e memorizzazione dell'impulso di velocità proveniente dal sensore del cambio,

 


 

I sensori

Una cosa importante dei moderni sistemi di iniezione elettronica dei veicoli a motore sono i sensori.
La quasi totalità dei sensori presenti nel motore sono piccoli apparecchi elettrici passivi. Possono essere delle resistenze, dei solenoidi o delle termocoppie, degli interruttori. In tutti i casi c'è un carico elettrico applicato e le differenti condizioni fisiche o moviimenti meccanici che possono verificarsi causano una variazione di resistenza del sensore.
Un discorso a parte va fatto per le sonde Lambda a banda stretta (al diossido di zirconio) che invece è un generatore di corrente tra 0-1,2volts.
Questi sensori lavorando insieme danno alla centralina preziose informazioni dello stato in cui si trova il motore e quindi di quali parametri prendere in considerazione per fornire la quantità adeguata di benzina.

Sensore MAP

Il sensore MAP (Manifold Absolute Pressure - Debimetro) viene usato per individuare il carico a cui è stato sottoposto il motore.
In pratica all'apertura del gas e rispettiva farfalla entra aria nel corpo farfallato e all'apertura della valvola di aspirazione il motore tenta di aspirare questa aria. In base a quanta depressione (risucchio) c'è nel condotto di aspirazione il sensore MAP viene risucchiato più o meno intensamente e al suo interno avviene una variazione in una resistenza elettrica che dice alla centralina (ECU) sotto quale carico si trova il motore.

Spesso al sensore MAP è associato un sensore di temperatura dell'aria, per cui insieme alla depressione (e quindi il carico motore) la centralina viene a conoscenza della temperatura atmosferica dell'aria dalla quale riesce a ricavare la densità. Di norma più è fredda l'aria più e densa e quindi ricca di ossigeno, e quindi potrà combinarsi con più benzina.
Più è calda e più è rarefatta, e quindi ci sarà meno ossigeno al suo interno.

Una funzione del sensore MAP+temperatura è anche quella di individuare l'altitudine in base alla depressione che avviene nel condotto di aspirazione, che cambia anche in base alla pressione atmosferica dovuta all'altitudine.

Sensore temperatura aria

Di solito associato al MAP in unico blocco, server per identificare la temperatura dell'aria e quindi la sua densità.

Sensore Pick-up

Il sensore Pick-up è quello di posizione dell'albero motore. Questo sensore di tipo magnetico riesce ad individuare l'approssimarsi del punto morto superiore (PMS) e quindi il momento necessario per far scoccare la scintilla. Insieme al MAP questo sensore aiuta nel capire a quale carico è stato sottoposto il motore. Sull'albero motore sono praticate delle tacche, di cui alcune sono più lunghe o ci sono delle interruzioni all'approssimarsi del PMS.

Sensore TPS

Il sensore TPS (Throttle Position Sensor) è quello che indica quanto è stata aperta la farfalla, cioè quanto gas è stato dato al motore. Ha una resistenza variabile che fornisce una caduta di tensione tra 0-5v. Insieme al pick-up è importante per individuare nella mappa carburante nella centralina, la cella corretta col valore base di carburante da fornire.

Sensore Ossigeno

Il sensore ossigeno è la cosiddetta sonda Lambda. Il suo scopo è vedere quanto ossigeno residuo dalla combustione è rimasto nei gas di scarico, ed aiutare nel regolare le successive fasi di spruzzo degli iniettori per correggere la quantità di benzina.
I sensori Lambda esistono di due tipi, quello a banda stretta (Narrow Band) installato di serie sulle Harley e su quasi tutti i veicoli, e quelli a banda larga (Wide Band) utilizzati da sistemi di diagnostica e da centraline aggiuntive per alte prestazioni.
Attorno a questo sensore c'è una discussione molto vasta a cui sarà dedicato un paragrafo apposito.

Sensore di temperatura motore

Il sensore di temperatura del motore è una termocoppia e il suo scopo è informare della temperatura del motore. Sulle Harley si trova sulla testa del cilindro posteriore e aiuta a correggere la carburazione in base alla temperatura del motore o a spegnerlo in caso di surriscaldamento.

Sensore di battito in testa

In passato per individuare il battito in testa causato da benzina inefficiente o anticipo d'accensione errato si usavano sensori che intercettavano le vibrazioni. Ma su una Harley ci sono numerose vibrazioni che potrebbero falsare la lettura con questo tipo di sensore.

Così oggi su quasi tutti i veicoli si usano sensori agli Ioni, posti direttamente dentro la bobina. Si basa su un fenomeno fisico, in pratica se avviene una detonazione prima che ci sia la scintilla della candela, vengono prodotti ioni+ che attraversando gli elettrodi della candela generano una lieve corrente che viene individuata da un circuito speciale posto dentro la bobina. QUI un disegno esplicativo.

Sensore di velocità

Il sensore di velocità sulle Harley si trova nel cambio e in particolare su un albero collegato all'ingranaggio di una marcia e serve a vari scopi. Immagazzinando il totale dei suoi impulsi si memorizzano i km totali del veicolo. Si ritrasmettono i suoi impulsi allo strumento contakm, e si usa per calcolare la velocità del veicolo. Altri usi sono per lo spegnimento automatico delle frecce per identificare l'aumento di velocità dopo una svolta.

Sensore 6a marcia

È un sensore che serve a dire allla centralina che si è raggiunta la 6a marcia, viene usato anche per accendere una luce sulla plancia per indicarlo al conducente.

Sensore di inclinazione

Il sensore di inclinazione non ha una funzione attiva nel rendimento del motore. Il suo scopo è solo quello di spegnere il motore in caso di inclinazione eccessiva se la moto cadesse in terra o si ribaltasse in un incidente.

 



La sonda Lambda

La sonda Lambda detta anche sensore dell'ossigeno, merita un capitolo apposta. Questo sensore è molto dibattuto nel mondo Harley perché anche se il suo scopo è quello di dosare meglio la carburazione, l'adozione di sonde a banda stretta oltre che necessaria per il rispetto delle emissioni, risulta poco efficace per la natura dei motori Harley.

I motori raffreddati ad aria sono ormai in via di estinzione sia per le potenze specifiche massime in grado di sviluppare che sono inferiori a quelle dei motori raffreddati a liquido, sia per il problema della temperatura che possono raggiungere se spinti nell'efficienza e la necessità di usare carburazioni grasse per favorirne il raffreddamento, che si tradurrebbe in inquinamento eccessivo.

Con l'avvento della sonda Lambda nel 2007 (2006 per il modello Dyna) arriva anche nelle centraline delle Harley-Davidson ad aste e bilanceri la funzionalità closed-loop.
Cosa significa closed-loop?
Normalmente senza le sonde Lambda, il dosaggio della benzina sarebbe dato dalla tabella di efficienza volumetrica della mappatura con le correzioni effettuate leggendo gli altri sensori per carico, altitudine, temperatura, densità ecc.
La modalità in cui non si usano le sonde Lambda ma la sola mappa base e gli altri sensori si chiama open-loop.

Nel momento in cui si usa la modalità closed-loop tutti gli altri sensori e la mappa volumetrica vengono ignorati e si segue una mappa differente, ossia la mappa stechiometrica (AFR - Air Fuel Ratio). La mappa stechiometrica riporta dei valori di rapporto tra aria e benzina. Per esempio la posizione Lambda 1 è 14,7:1 ossia 14,7 parti di aria per ogni parte di benzina. La Harley usa il rapporto 14,6:1 (quasi Lambda 1), una tolleranza permessa dalle leggi sulle emissioni.
Quando una centralina segue la sonda Lambda, si fa guidare da questa in modo che ad ogni scoppio e successivo scarico dai gas venga rilevata la quantità di ossigeno e se il valore si discosta da 14,6:1 la centralina corregge per raggiungerlo nelle fasi di scarico successive.

Ma la modalità closed-loop sulle Harley-Davisdson non è su tutti i regimi e percentuali di apertura del gas. Ma solo da 0-4500 giri/min e tra 0-60% di apertura del gas. Oltre questi valori si torna in open-loop a seguire la mappa volumetrica di base.

 



Gli iniettori

 

Gli iniettori sono i dispositivi responsabili del dosaggio del carburante. Sono delle valvole che vengono aperte con un meccanismo piezoelettrico.
In pratica la pompa situata dentro il serbatoio porta in pressione la benzina in una canula che arriva a tutti gli iniettori. La pressione resta costante. Su uno dei poli di ogni iniettore ci sono 12volts e il negativo non viene messo a massa finché non arriva l'impulso dalla centralina, fatto ciò un cilindretto si sposta e la benzina che era già a pressione viene spruzzata e vaporizzata.

Da questo meccanismo si capisce che l'inettore non ha una portata che può variare, ma il maggiore apporto di benzina avviene semplicemente prolungando il tempo di apertura.

Nel periodo 2004-2005 H-D usava iniettori con una portata maggiore di quelli che ha installato dal 2006 in poi. I nuovi iniettori non permettono elaborazioni superiori ai 90cv.

Se si prolunga molto il tempo di apertura degli iniettori, per la particolare fasatura del motore Harley ad aste e bilancieri accade che la benzina non aspirata dal cilindro frontale dopo la chiusura della valvola di aspirazione viene aspirata dal cilindro posteriore che inizierà da lì a poco la sua fase di aspirazione.
In tutte le elaborazioni che prevedono un apporto di carburante al cilindro anteriore di oltre il 30% rispetto alla mappa di base della moto originale, bisogna tenere conto di questa cosa e prevedere la possibilità di cambiare gli iniettori con altri di portata maggiore.

 

 


 


Circuito del minimo

Il circuito del minimo è un passaggio di aria che scavalca la farfalla controllata dalla manopola del gas, per permettere alla centralina di regolare autonomamente il regime di minimo. Il minimo viene alzato a motore freddo (cosiddetto starter automatico) ingrassando nel contempo la miscela per permettere al motore di stare acceso fino a riscaldamento avvenuto. E per regolare il regime del minimo a motore caldo.

Il passaggio di aria viene infatti parzializzato da un pistoncino collegato ad un solenoide che in base al voltaggio fornito muove avanti e indietro il pistoncino.

 


 

La mappatura

Nonostante nell'impianto di iniezione ci siano così tanti sensori che aiutano a regolare la quantità di benzina da dosare al motore, comunque bisogna partire da una base. Questa è la base da utilizzare se tutti i sensori si trovano in condizioni normali, condizioni che sono considerata la norma nell'uso del veicolo.

Per fare questa mappa base, un prototipo di quella moto viene preparata con tutte le componenti che monterà nel paese dove dovrà essere venduta. Quindi scatola filtro omologata, scarico catalizzato ecc.
Quindi su dei banchi dinamometrici con anche alcuni sensori aggiuntivi si estrapolani i cosiddetti valori di Efficienza Volumetrica. L'efficienza volumetrica è la quantità d'aria che in condizioni ideali senza carico riesce ad entrare nel cilindro. Questa tabella è la base per dire agli iniettori quanta benzina dare ad ogni fase di aspirazione.

Creata la tabella VE delle condizioni ideali, si aggiungono i parametri in caso di variazioni delle condizioni rilevate dai vari sensori. Per esempio se abbiamo che a 2500 giri/min e 10% di apertura del gas il motore sta avendo un'efficienza volumetrica del 100%, con temperatura atmosferica di 25°C se la temperatura atmosferica scende a 15°C bisogna ingrassare del 5% per compensare la maggiore densità dovuta alla minore temperatura dell'aria.

Un breve riassunto del cosa avviene al variare delle condizioni:

  • Temperatura aria: ingrassare se la temperatura diminuisce, smagrire se aumenta.
  • Temperatura motore: ingrassare a motore freddo per favorire la partenza. Smagrire e portare ai valori di VE a temperature ideali di esercizio. Ingrassare a temperature molto alte per favorire il raffreddamento dei cilindri. Spegnere il motore a temperatura critica per evitare la rottura.
  • Pressione atmosferica: Seguire la tabella VE al livello del mare. Ingrassare in caso di depressione (aree sotto il livello del mare). Smagrire man mano che si sale di altitudine per compensare un'aria più rarefatta e meno ricca di ossigeno.
  • Carico motore: Seguire tabella VE in caso di carico nullo (cruising). Ingrassare per aumento di carico, cioè apertura repentina del gas e richiesta di accelerazione partendo da bassi regimi.

Una funzione interessante è la "pompa di ripresa" o di accelerazione. Questo è un componente presente su molti carburatori che serve a dare uno spruzzo improvviso di una buona quantità di carburante nel momento in cui la manopola del gas subisce un'apertura repentina. Per compensare la quantità d'aria che arriva in un istante di tempo troppo breve che impedirebbe al circuito di massimo regime di fornire rapidamente la quantità di benzina necessaria. Questa funzione viene simulata anche dal sistema di iniezione che fa la stessa cosa quando vede aperture repentine del gas senza variazione di carico e viene allungato il tempo di apertura degli iniettori.

Oltre alla mappatura per l'iniezione, la ECU gestisce anche la mappatura di accensione. Molto simile a quella del carburante, questa mappatura serve a dire alla centralina ad ogni cella di regime+apertura farfalla di quanti gradi prima del PMS (Punto Morto Superiore) bisogna ritardare o anticipare la scintilla delle candele. Questa mappatura è collegata anche al segnale proveniente dal sensore di battito in testa, che aiuta a regolare i valori fissi nella mappa per prevenire questo fenomeno dannoso per il motore e per le prestazioni.

 

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