Controllo del rapporto aria-carburanteModifica
La maggior parte dei motori moderni usa qualche tipo di iniezione di carburante per fornire il carburante ai cilindri. L’ECU determina la quantità di carburante da iniettare in base a una serie di letture di sensori. I sensori di ossigeno dicono all’ECU se il motore è ricco (troppo carburante o troppo poco ossigeno) o magro (troppo ossigeno o troppo poco carburante) rispetto alle condizioni ideali (note come stechiometriche). Il sensore di posizione della valvola a farfalla dice all’ECU quanto la piastra della valvola a farfalla è aperta quando l’acceleratore (pedale del gas) è premuto. Il sensore del flusso d’aria di massa misura la quantità d’aria che entra nel motore attraverso la piastra dell’acceleratore. Il sensore della temperatura del liquido di raffreddamento del motore misura se il motore è caldo o freddo. Se il motore è ancora freddo, verrà iniettato del carburante addizionale.
Il controllo della miscela aria-carburante dei carburatori con computer è progettato con un principio simile, ma un solenoide di controllo della miscela o un motore passo-passo è incorporato nella tazza del galleggiante del carburatore.
Controllo del minimoModifica
La maggior parte dei sistemi motore hanno il controllo del minimo integrato nella ECU. Il numero di giri del motore è monitorato dal sensore di posizione dell’albero motore che gioca un ruolo primario nelle funzioni di temporizzazione del motore per l’iniezione del carburante, gli eventi di scintilla e la fasatura delle valvole. Il minimo è controllato da un arresto programmabile della valvola a farfalla o da un motore passo-passo per il controllo del minimo dell’aria. I primi sistemi basati sul carburatore usavano un arresto dell’acceleratore programmabile usando un motore DC bidirezionale. I primi sistemi a iniezione del corpo farfallato (TBI) usavano un motore passo-passo per il controllo del minimo. Un efficace controllo del minimo deve anticipare il carico del motore al minimo.
Un sistema di controllo dell’acceleratore a piena autorità può essere usato per controllare il minimo, fornire funzioni di controllo della crociera e limitare la velocità massima. Controlla anche la sezione dell’ECU per l’affidabilità.
Controllo della fasatura variabile delle valvoleModifica
Alcuni motori hanno una fasatura variabile delle valvole. In un tale motore, l’ECU controlla il tempo nel ciclo del motore in cui le valvole si aprono. Di solito le valvole si aprono prima a velocità più alte che a velocità più basse. Questo può aumentare il flusso d’aria nel cilindro, aumentando la potenza e il risparmio di carburante.
Controllo elettronico delle valvoleModifica
Sono stati fatti e testati motori sperimentali che non hanno albero a camme, ma hanno il pieno controllo elettronico dell’apertura delle valvole di aspirazione e scarico, della chiusura delle valvole e dell’area di apertura delle valvole. Tali motori possono essere avviati e funzionare senza un motorino di avviamento per certi motori multicilindrici dotati di accensione elettronica temporizzata di precisione e iniezione di carburante. Un tale motore ad avviamento statico fornirebbe l’efficienza e i miglioramenti nella riduzione dell’inquinamento di una lieve trazione ibrida-elettrica, ma senza la spesa e la complessità di un motore di avviamento sovradimensionato.
Il primo motore di produzione di questo tipo è stato inventato (nel 2002) e introdotto (nel 2009) dalla casa automobilistica italiana Fiat nell’Alfa Romeo MiTo. I loro motori Multiair usano un controllo elettronico delle valvole che migliora drasticamente la coppia e i cavalli, riducendo il consumo di carburante fino al 15%. Fondamentalmente, le valvole sono aperte da pompe idrauliche, che sono azionate dall’ECU. Le valvole possono aprirsi diverse volte per ogni corsa di aspirazione, in base al carico del motore. L’ECU decide poi quanto carburante deve essere iniettato per ottimizzare la combustione.
In condizioni di carico costante, la valvola si apre, il carburante viene iniettato e la valvola si chiude. Sotto un aumento improvviso dell’acceleratore, la valvola si apre nella stessa corsa di aspirazione e viene iniettata una maggiore quantità di carburante. Questo permette un’accelerazione immediata. Per la corsa successiva, l’ECU calcola il carico del motore al nuovo e più alto numero di giri e decide come aprire la valvola: in anticipo o in ritardo, aperta o semiaperta. L’apertura e la fasatura ottimali sono sempre raggiunte e la combustione è la più precisa possibile. Questo, naturalmente, è impossibile con un normale albero a camme, che apre la valvola per tutto il periodo di aspirazione, e sempre alla massima alzata.
L’eliminazione di camme, sollevatori, bilancieri e fasatura riduce non solo il peso e la massa, ma anche l’attrito. Una porzione significativa della potenza che un motore produce effettivamente viene utilizzata solo per azionare il treno delle valvole, comprimendo tutte quelle molle delle valvole migliaia di volte al minuto.
Una volta che sarà più sviluppato, il funzionamento elettronico delle valvole darà ancora più benefici. La disattivazione dei cilindri, per esempio, potrebbe essere resa molto più efficiente in termini di consumo di carburante se la valvola di aspirazione potesse essere aperta su ogni corsa verso il basso e la valvola di scarico aperta su ogni corsa verso l’alto del cilindro disattivato o “buco morto”. Un altro progresso ancora più significativo sarà l’eliminazione dell’acceleratore convenzionale. Quando un’auto viene fatta funzionare con l’acceleratore parziale, questa interruzione del flusso d’aria causa un eccesso di vuoto, che fa sì che il motore consumi energia preziosa agendo come una pompa a vuoto. BMW ha tentato di aggirare questo problema sulla loro M5 con motore V-10, che aveva farfalle dell’acceleratore individuali per ogni cilindro, posizionate appena prima delle valvole di aspirazione. Con il funzionamento elettronico delle valvole, sarà possibile controllare la velocità del motore regolando l’alzata delle valvole. Con l’acceleratore parziale, quando c’è bisogno di meno aria e gas, l’alzata della valvola non sarà così grande. L’accelerazione completa viene raggiunta quando il pedale del gas viene premuto, inviando un segnale elettronico all’ECU, che a sua volta regola l’alzata di ogni valvola e la apre completamente.