In questo articolo presentiamo una serie di modi in cui il rapporto aria-carburante (lambda o AFR) può essere misurato e visualizzato sul motore. Ciò richiede una sonda a banda larga, un controller lambda e un’unità di visualizzazione. Il CUMPAN Cockpit Assistant può essere utilizzato anche come dispositivo di visualizzazione dei valori lambda o AFR, oltre alla sua capacità di emettere un gran numero di valori misurati in combinazione.
Nozioni di base
La miscela aria-carburante è fondamentale per ogni motore a combustione al fine di garantire un buon e sano funzionamento del motore, ottimizzare l’erogazione di potenza e, non da ultimo, ridurre le emissioni di scarico.
Per la combustione completa di un combustibile è necessaria una quantità minima di ossigeno. Si parla di combustione stechiometrica (completa) quando tutte le molecole di combustibile possono reagire completamente con l’ossigeno dell’aria senza che manchi ossigeno o rimanga del combustibile incombusto. La quantità di aria fornita spesso si discosta dal fabbisogno stechiometrico. Il dato chiave per caratterizzare questa deviazione per qualsiasi combustione è il rapporto d’aria lambda(λ).
Lambda = volume d’aria / volume d’aria stechiometrico
λ = L/Lst.
Nei paesi di lingua inglese è consuetudine specificare l’AFR(Air-Fuel-Ratio). Come suggerisce il nome, è definito dal rapporto tra il volume dell’aria e quello del carburante. Per i carburanti a benzina, la miscela stechiometrica (λ = 1) è 14,7 : 1. 1 kg di carburante richiede esattamente 14,7 kg di ossigeno atmosferico per una conversione completa .
La relazione tra lambda e AFR è: λ= AFR / AFR stechiometrico (esempio: λ=1=14,7/14,7).
Poiché la composizione dei carburanti comuni varia e molti veicoli moderni sono in grado di gestire carburanti diversi, ha più senso parlare di valori λ anziché di AFR.
Un rapporto d’aria di λ > 1 viene definito miscela magra e λ < 1 miscela ricca. < < Una miscela incendiabile per i carburanti a benzina è compresa tra 0,7 λ 1,3 .
Il punto di funzionamento di un convertitore catalitico a tre vie è λ = 1 (i processi di ossidazione e riduzione si svolgono in parallelo).
Il punto di massima potenza di un motore a benzina ad aspirazione naturale è calcolato con carburante in eccesso e λ = 0,88.
Sonda a banda larga
Il sensore a banda larga non viene solitamente installato dai costruttori di veicoli sui motori standard. Ottimizzato per il post-trattamento dei gas di scarico (λ = 1), viene installato il sensore di salto più economico .
Le sonde a banda larga più conosciute sono prodotte da BOSCH e sono denominate “LSU 4.2” “LSU 4.9” “LSU ADV” “LSU 5.x”. Le sonde non sono generalmente intercambiabili. La più utilizzata è la consolidata “LSU 4.9” e tutte le variabili menzionate di seguito si riferiscono a questa sonda.
Come suggerisce il nome, le sonde a banda larga hanno un intervallo di misurazione più ampio di λ 0,65 – λinfinito e un’accuratezza di misurazione molto elevata:a λ = 0,8 di +/- 1%, a λ = 1 di +/-0,7%, a λ = 1,7 di +/- 5%.
La sonda a banda larga è dotata di un riscaldatore integrato per raggiungere la temperatura di lavoro richiesta il più rapidamente possibile. La durata della sonda è di circa 100.000 km.
La sonda a salto (detta anche sonda binaria) utilizza un principio tecnicamente diverso: il valore misurato salta a lambda = 1. Questo comportamento è molto adatto per il controllo dei gas di scarico a λ = 1. Valori superiori o inferiori a questo valore non possono essere registrati in modo sensato con questa sonda e nemmeno utilizzati come variabile di controllo. Non è quindi possibile regolare la potenza massima(λ = 0,88) con una sonda a gradini.
Controllore Lambda
Il segnale del sensore a banda larga deve essere elaborato da uno speciale circuito di valutazione (LSU-IC). Il segnale viene convertito in forma analizzabile (0-5V). Questo viene fatto nel controllore Lambda.
Sul mercato è disponibile un gran numero di dispositivi diversi. In linea di principio, possono essere utilizzati tutti i dispositivi con una curva caratteristica lineare e un’uscita analogica 0-5V. Il CUMPAN offre la possibilità di eseguire una calibrazione a due punti in conformità con la scheda tecnica del produttore del controllore. I dispositivi dei produttori “ProSport” e “14point7”, ad esempio, sono stati utilizzati con successo.
Il produttore“MCE Performance” offre una soluzione speciale e particolarmente versatile per alcuni modelli KTM con il suo prodotto “Fuel Guard”:
“Il Fuel Guard MCE è un’estensione della nostra programmazione della centralina per le motociclette KTM/Husqvarna/GasGas. Il Fuel Guard è costituito da una sonda a banda larga Bosch LSU 4.9 e dall’unità di controllo che, in combinazione con la programmazione della nostra centralina, consente di creare un “circuito chiuso completo” al valore lambda desiderato. Ciò significa che la centralina non si limita più a calcolare staticamente la quantità di iniezione sulla base delle mappe caratteristiche, ma utilizza una sonda lambda a banda larga per avvicinarsi automaticamente al valore lambda desiderato. La centralina regola la quantità di carburante in modo permanente e completamente automatico per ottenere prestazioni e guidabilità ottimali in ogni momento”.
Inoltre, il Fuel Guard invia il segnale lambda al CUMPAN, in modo che i valori lambda – la base del sistema di controllo – possano essere visualizzati in diretta durante la guida. In questo modo è possibile riconoscere tempestivamente un malfunzionamento o un difetto del veicolo.
Unità di visualizzazione
La visualizzazione del valore lambda è necessaria per consentire una valutazione accurata del funzionamento del motore (intervalli di potenza poco sfruttati, errori nella preparazione della miscela).
A questo scopo si possono utilizzare strumenti di visualizzazione esterni che traducono e visualizzano il segnale analogico 0-5V del regolatore lambda nel valore lambda corrispondente.
Il Cockpit Assistant CUMPAN offre proprio questa opzione e integra l’indicazione della lambda in una visione complessiva significativa e liberamente configurabile di vari dati del motore, come velocità, temperatura dell’olio e del liquido di raffreddamento, pressione dell’olio o Indicatore di marcia.
