Comprendere i sensori di base in un veicolo moderno

Jul 24, 2023

Kunle Shonaike

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Kunle Shonaike

I computer possono fare solo ciò per cui sono programmati. Se portano dentro la spazzatura, buttano fuori la spazzatura. In un computer di controllo del motore automobilistico (chiamato Powertrain Control Module o PCM; ciò che viene colloquialmente chiamato "brainbox" nel "gergo motoristico Naija"), i dati di input non provengono da una tastiera ma da segnali elettronici provenienti da vari sensori. Funzionano come gli occhi e le orecchie del motore, aiutandolo a sfruttare al massimo le condizioni di guida. Di conseguenza, il PCM non può farlo se l'input che riceve è difettoso o mancante. Il sistema di controllo del motore non entrerà in "circuito chiuso" se il PCM non riceve un buon segnale dal sensore del liquido di raffreddamento o dal sensore dell'ossigeno. Né può bilanciare correttamente la miscela di carburante se non riceve buoni input dal sensore di posizione della valvola a farfalla, dal sensore MAP o dal sensore del flusso d'aria. Il motore potrebbe non avviarsi nemmeno se il PCM non riceve un segnale o riceve un segnale errato dal sensore di posizione dell'albero motore. I sensori monitorano tutte le funzioni chiave necessarie per gestire i tempi di accensione, l'erogazione del carburante, i controlli delle emissioni, il cambio della trasmissione, il controllo della velocità di crociera, la riduzione della coppia del motore (se il veicolo è dotato di freni antibloccaggio con controllo della trazione) e l'uscita di carica dell'alternatore. Sulla maggior parte dei veicoli dei modelli più recenti, il PCM controlla anche l'acceleratore. Non vi è alcun collegamento meccanico o cavo (come avveniva nelle automobili prima di questa era della meccatronica) tra l'acceleratore o il pedale dell'acceleratore e l'acceleratore (comunemente chiamato "corpo farfallato"). Gli ingressi dei sensori affidabili sono assolutamente indispensabili affinché l'intero sistema funzioni senza intoppi. Di seguito sono riportati alcuni tipi di sensori in un veicolo moderno.

Sensore del liquido di raffreddamento: Solitamente posizionato sulla testata o sul collettore di aspirazione, il sensore del liquido di raffreddamento viene utilizzato per monitorare la temperatura del liquido di raffreddamento del motore. La sua resistenza cambia in proporzione alla temperatura del liquido di raffreddamento. L'input dal sensore del liquido di raffreddamento indica al computer quando il motore è caldo, in modo che il PCM possa entrare nel controllo del carburante con feedback a circuito chiuso e gestire altre funzioni di emissione (EGR, spurgo del contenitore, ecc.) che potrebbero dipendere dalla temperatura.

Strategie del sensore del liquido di raffreddamento: Il sensore del liquido di raffreddamento è un sensore abbastanza affidabile, ma se si guasta, può impedire al sistema di controllo del motore di entrare in circuito chiuso. Ciò si tradurrà in una miscela di carburante ricca, un consumo eccessivo di carburante ed elevate emissioni di monossido di carbonio (CO); inquinando l'ambiente, il che potrebbe far sì che il veicolo non superi un test sulle emissioni.

Un sensore difettoso può essere diagnosticato misurando la sua resistenza e osservando un cambiamento man mano che il motore si riscalda. Nessun cambiamento, o una lettura aperta o chiusa, indicherebbe un sensore difettoso.

Sensore di ossigeno (O2): Utilizzato sia sui motori a carburatore che su quelli a iniezione dal 1981, il sensore di ossigeno (o "sensore O2", come viene comunemente chiamato) è il sensore chiave nel circuito di controllo del feedback della miscela di carburante. Montato nel collettore di scarico, il sensore O2 monitora la quantità di ossigeno incombusto nello scarico. Su molti motori V6 e V8 sono presenti due sensori di questo tipo (uno per ciascuna bancata di cilindri).

Il sensore O2 genera un segnale di tensione proporzionale alla quantità di ossigeno incombusto nello scarico. Quando la miscela di carburante è ricca (ovvero quando il veicolo scarica e spreca carburante), la maggior parte dell'ossigeno viene consumata durante la combustione, quindi c'è poco ossigeno incombusto nello scarico. La differenza nei livelli di ossigeno tra lo scarico all'interno del collettore e l'aria esterna crea un potenziale elettrico attraverso la punta in platino e zirconio dei sensori. Ciò fa sì che il sensore generi un segnale di tensione. L'uscita del sensore è alta (fino a 0,9 V) quando la miscela di carburante è ricca (basso contenuto di ossigeno) e bassa (fino a 0,1 V) quando la miscela è magra (alto contenuto di ossigeno). L'uscita del sensore è monitorata dal computer e viene utilizzata per riequilibrare la miscela di carburante per ridurre le emissioni. Quando il sensore indica "magro", il PCM aumenta il tempo di accensione degli iniettori per arricchire la miscela di carburante. Al contrario, quando il sensore indica "ricco", il PCM riduce il tempo di attivazione degli iniettori per rendere la miscela di carburante magra. Ciò provoca un rapido passaggio avanti e indietro da ricco a magro e viceversa mentre il motore è in funzione. Queste onde uniformi danno come risultato una miscela "media" quasi perfettamente bilanciata per una combustione pulita. La velocità di commutazione è più lenta nei carburatori a retroazione più vecchi, più veloce nei sistemi di iniezione con corpo farfallato e più veloce nell'iniezione sequenziale multiporta. Se l'uscita del sensore O2 viene monitorata su un oscilloscopio, produrrà una linea a zigzag che danza avanti e indietro da ricca a magra. Consideratelo come una sorta di cardiofrequenzimetro per la miscela aria/carburante del motore.