Come funziona l'iniezione elettronica EFI di Harley-Davidson

I sistemi di iniezione elettronica fanno ormai parte della nostra vita su due ruote. Sono più efficienti poiché producono più potenza con la stessa quantità di carburante, inquinano meno e consentono al motore di funzionare con maggiore precisione.
Spiegheremo nel modo più semplice possibile il funzionamento di base di questi sistemi sempre più avanzati.

Iniettando carburante
L'iniezione elettronica o EFI (Electronic Fuel Injection) sostituisce il carburatore nel suo compito di alimentare il motore con il carburante necessario per il suo funzionamento (in linea di principio il motore rimane lo stesso e svilupperà la stessa potenza lorda, cambia solo il modo di alimentarlo).
In un sistema EFI si distinguono 3 parti fondamentali: la centralina, i sensori e gli attuatori.

La centralina
Chiamata anche ECM o ECU (Electronic Control Unit) è il cervello del sistema. Si tratta di un piccolo computer, che comunica con gli altri componenti in modo analogico (tramite voltaggio) e anche in modo digitale, attraverso una sorta di “internet” di cui è dotata la moto (per maggiori dettagli puoi leggere quest'altro articolo).

La funzione della centralina è determinare quanta quantità di carburante e in quale preciso momento debba essere iniettata in ogni cilindro. Per farlo analizza le informazioni che le arrivano dai diversi sensori (temperatura, RPM, apertura dell'acceleratore...) e le confronta con delle tabelle o mappe scritte nella sua memoria. Dopo aver calcolato la quantità e il momento esatto, impartisce ordini affinché gli iniettori si aprano consentendo il passaggio della benzina ai cilindri. Si occupa anche di decidere quando le candele devono emettere la scintilla, controllando l'accensione. Tutto questo avviene diverse centinaia di volte al secondo.

Sensori o input
I sensori si occupano di fornire tutte le informazioni necessarie alla ECU per conoscere le condizioni in cui viaggia il veicolo (e il suo motore). I principali sono:

• CKP (Crankshaft Position) o sensore di posizione dell'albero motore:

Situato nel carter del motore, il sensore distingue delle scanalature lavorate nell'albero motore e determina la velocità di rotazione dello stesso, indicando alla centralina la velocità del motore o RPM.

• CMP (Camshaft Position) o sensore di posizione dell'albero a camme.

Indica in quale fase si trova il motore (aspirazione, compressione, scoppio o scarico) attraverso la lettura di alcuni riferimenti sull'albero a camme.

• MAP (Manifold Air Pressure) o sensore di vuoto di aspirazione.

Misura la depressione nel collettore di aspirazione, indicando alla ECM il carico del motore e l'aria che entra nei cilindri.

• ET (Engine Temperature) o sensore di temperatura del motore.

Situato sulla testata o sul cilindro, questo sensore informa sui gradi a cui sta funzionando il motore; in questo modo la ECM sa se il motore è freddo o a temperatura operativa.

• TPS (Throttle Position Sensor) o sensore di posizione dell'acceleratore.

Attraverso questo input la centralina sa quanto è aperta la manopola dell'acceleratore da parte del pilota. Di solito si trova vicino alla farfalla di aspirazione.

• IAT (Intake Air Temperature) o sensore di temperatura dell'aria di aspirazione.

Informa sulla temperatura ambientale dell'aria esterna attraverso il misuratore situato nell'aspirazione dell'aria.

• O2 Sensor o sonda Lambda.

Situato nello scarico, questo sensore fornisce informazioni sulla qualità della combustione, consentendo alla ECM di sapere se la miscela è leggermente “ricca” o “povera” in tempo reale.

• Knock Sensor o sensore di “battito in testa” (knock) del motore.

È un minuscolo "microfono" attaccato al blocco motore che offre alla centralina la capacità di distinguere le vibrazioni generate da un anticipo mal regolato, in tempo reale, evitando così conseguenze catastrofiche per i componenti interni.

• Baro sensor o sensore barometrico

Indica la pressione atmosferica e le variazioni di altitudine; non è più necessario regolare il carburatore se ci spostiamo dal livello del mare all'altopiano, o se cambiano le condizioni atmosferiche.

Questo sensore tende a scomparire negli ultimi anni poiché anche il sensore MAP svolge questa funzione, appena prima di avviare la moto.

Il ciclo di ingresso
Per comprendere tutti questi dispositivi o input nel loro insieme, facciamo un esempio:
Stiamo viaggiando su una strada a 90 KM orari. La ECM sa che siamo a 2060 RPM grazie al segnale del sensore dell'albero motore. Sa anche quando il pistone di ogni cilindro è al punto morto superiore di aspirazione confrontando gli RPM con il segnale proveniente dal sensore di posizione dell'albero a camme.
La ECM sa inoltre che viaggiamo “a un filo di gas” attraverso il sensore di posizione dell'acceleratore, e che stiamo salendo una leggera pendenza controllando i dati del sensore MAP, conoscendo in questo modo il carico del motore. Il motore è a temperatura operativa, lo indica il voltaggio della sonda di temperatura del motore.
Con questi dati la centralina verifica la pressione atmosferica e la temperatura dell'aria e confronta tutte le informazioni con le tabelle delle mappe, per determinare quanta benzina sia necessario iniettare nel motore in quel preciso momento e quando inviare la scintilla alla candela. Prima di calcolarlo, tiene conto delle informazioni della sonda Lambda per riaggiustare i suoi calcoli.
Ricorda, tutto questo accade nella tua moto centinaia di volte al secondo mentre tu senti la brezza leggera sul viso e decidi di accelerare un po' di più...

Output del sistema
Una volta ricevute le informazioni dai diversi sensori, la centralina o ECM confronta tutti questi dati con quelli memorizzati nelle sue tabelle o mappe e, dopo aver elaborato le informazioni, invia ordini ai diversi dispositivi di controllo o uscite affinché il motore funzioni nel modo desiderato.
Questi sono i principali Output del sistema:

• IAC (Idle Air Control)

È il motore passo-passo per il controllo del minimo.

Apre o chiude un passaggio d'aria nell'aspirazione affinché il motore si mantenga agli RPM programmati. Pertanto, per abbassare il numero di giri al minimo bisogna riprogrammare la sua tabella.

• Iniettori

Forniscono la quantità esatta di benzina a ogni cilindro al momento giusto.

Tale quantità viene decisa dalla ECM e controllata aumentando o diminuendo il tempo in cui questi rimangono aperti.

• Bobina di accensione

La bobina produce la scintilla individualmente per ogni cilindro al momento esatto.

In questo modo possiamo vedere che la ECM, oltre a controllare l'iniezione, si occupa anche dell'anticipo e della regolazione dell'accensione automaticamente, utilizzando le informazioni fornite dai sensori.

• Sistemi di aspirazione e scarico attivi

Queste valvole aprono e chiudono l'ingresso dell'aria nel filtro e l'uscita nello scarico, sono utilizzate per poter rispettare la normativa sulle emissioni.

Se vengono disattivate, bisogna “dirlo” alla ECM tramite programmazione.

• TCA (Throttle Control Actuator)

Il motore di controllo dell'acceleratore si occupa dell'apertura della farfalla di aspirazione nei sistemi con acceleratore elettronico.

In questo caso l'acceleratore funziona come un telecomando, inviando un segnale alla ECM, ed è quest'ultima che si occupa di aprire o chiudere la farfalla attraverso il motore di controllo.

Controllo totale
Sebbene sembri complesso, la verità è che con l'adozione dei nuovi sistemi di controllo dell'iniezione si può avere accesso contemporaneamente alla gestione dell'accensione, alle emissioni, alla frenata e alla sicurezza attiva... tutto senza duplicazione di componenti e in modo totalmente trasparente al momento di eseguire diagnosi del sistema, il che ne semplifica la manutenzione.

Per esempio, con l'aiuto dei sensori di frenata ABS, la ECM (centralina) può rilevare se si verifica slittamento in accelerazione e decidere di attivare un sistema di controllo della trazione semplicemente modificando le uscite del TCA (acceleratore) e della Bobina (modificando l'accensione), senza bisogno di pezzi aggiuntivi.
Un altro vantaggio di cui si può già godere con alcune centraline è l'adozione di diverse mappe (Economica, Sportiva, Città, Bagnato...) e cambiare il comportamento del veicolo immediatamente con la pressione di un pulsante, ottenendo così una moto più maneggevole, meno inquinante e più divertente.

Frank Burguera

#mecanicaharley