Analizzatore di controllo del rapporto stechiometrico
Da oggi è disponibile un utilissimo strumento, Softest Evo, che permette attraverso una sonda lambda wide-band di analizzare il rapporto stechiometrico.
Con una sonda lambda wide-band infatti è possibile misurare in maniera istantanea il rapporto aria/carburante. Inoltre, collegando Softest Evo con una sonda narrow-band si può verificare se il motore gira “magro”, “grasso” o “stechiometrico”.
Cosa significa rapporto stechiometrico?
Il rapporto stechiometrico è il rapporto perfetto tra la massa del comburente (ossigeno) e del combustibile affinché la combustione sia completa. In linea generale per ogni Kg di benzina è necessario inviare al motore 14,7 Kg di aria e per ogni Kg di gasolio 14 Kg di aria.Il rapporto di miscela (λ) assume valore 1 quando la miscela è stechiometrica. Una miscela con più aria è detta “magra” e quindi λ assume un valore maggiore di 1. Viceversa viene detta “grassa” quando è presente meno aria (λ < 1).
Come funziona la Sonda Lambda?
La sonda lambda rileva in maniera continua la quantità di ossigeno presente all’interno del gas di scarico confrontando i dati rilevati da questa misurazione con quelli raccolti dall’altra estremità della sonda. Il suo funzionamento è complementare a quello del catalizzatore.Quindi la sonda rileva il rapporto tra aria e carburante quando la combustione è stechiometrica, quando c’è un eccesso di combustibile e quando è eccessiva invece la quantità di aria.Il risultato della misurazione viene poi inviato alla centralina dalla quale dipende una nuova immissione di miscela all’interno della camera di combustione.
Modelli di Sonda Lambda
Esistono diversi tipi di sonda lambda, differenti l’uno dall’altro. Principalmente le differenze sono dovute da alcune componenti utilizzate, come il tipo di ceramica. La sonda lambda al diossido di zirconio, ad esempio, è caratterizzata da una superficie esterna rivestita da questo materiale ed è utilizzata a stretto contatto con i gas di scarico, mentre la superficie interna di questo particolare componente è invece a contatto con l’atmosfera. Entrambe le aree della sonda sono rivestite anche da un sottilissimo strato in platino.L’utilizzo del platino si rivela estremamente funzionale, in quanto permette all’ossigeno, che attraversa in forma ionica lo strato ceramico, di reagire proprio con il rivestimento della sonda caricandolo elettricamente come un elettrodo: in questo modo si genera un segnale elettrico che viene raccolto dal cavo di connessione e diretto all’apposito sensore. Il rivestimento esterno in biossido di zirconio, invece, si rende permeabile agli ioni di ossigeno una volta raggiunta la temperatura di 300°; a questo punto, quando si rileva una concentrazione di ossigeno differente sulle due superfici della sonda, si crea una tensione elettrica, possibile proprio grazie alle qualità fisiche dei materiali di rivestimento impiegati per la sonda.
Quando la miscela è povera, in particolare, il livello di tensione del segnale è basso, mentre in caso contrario è alto.La sonda lambda al diossido di titanio, al contrario di quella in zirconio appena descritta, non è in grado di generare una tensione, ma di segnalare eventuali anomalie della miscela attraverso la creazione di una resistenza elettrica. Nell’elemento rivestito in diossido di titanio, infatti, si crea un livello di resistenza che varia a seconda della concentrazione di ossigeno: quando si raggiunge un rapporto stechiometrico, ha luogo una consistente variazione della resistenza. Qualora si desse un valore al livello di tensione presente all’interno di una sonda realizzata in titanio, si potrebbe agevolmente misurare la corrente in uscita, la cui quantità è proporzionale alla concentrazione di ossigeno nei gas di scarico della vettura.Il vantaggio delle sonde lambda al diossido di titanio risiede principalmente nei loro ingombri particolarmente contenuti, che rendono questi componenti facili da installare all’interno dei sempre più affollati cofani motore (olio motore) dei veicoli attualmente in produzione.Proprio per la differenza strutturale dei due tipi di sonda i sensori impiegati dai due dispositivi non sono interscambiabili.
Sonda Narrow-band vs Sonda Wide-band
La sonda lambda, come spiegato in precedenza, misura l’ossigeno presente nei gas di scarico e restituisce alla centralina l’indicazione dell’esito della combustione. É quello che si chiama funzionamento “closed loop”: i sensori all’aspirazione comunicano alla centralina i dati su pressione, temperatura e massa d’aria aspirata, questa stabilisce il quantitativo di carburante da iniettare per avere una miscela con il rapporto aria/carburante stabilito dalla mappa programmata al suo interno e poi legge l’esito della combustione dallo scarico mediante sonda lambda.La sonda lambda delle auto comuni, però, è di tipo narrow-band. Ossia, il suo campo di lettura è molto stretto e non funziona tanto come un indicatore di rapporto stechiometrico ma come un “manometro” che ci dice su una scala se siamo al livello corretto (tipicamente 14.7) o quanto siamo fuori, bensì funziona come una luce spia. Ossia: accesa (ok) o spenta (fuori dal limite).
Questo significa che i moderni sistemi di iniezione lavorano in modo “closed loop” tipicamente solo a bassi livelli di carico del motore con acceleratore costante, cioè in quella gamma di funzionamento in cui è possibile mantenere il rapporto stechiometrico nominale che garantisce massima efficienza e minimo inquinamento.Nel momento in cui invece si preme con forza l’acceleratore, o si rilascia, il sistema funziona in “open loop”, quindi senza preoccuparsi del risultato della combustione. Anche perché non serve, nel senso che in caso di aumento del gas, la centralina è istruita comunque ad arricchire la miscela, anche piuttosto drasticamente, come salvaguardia del motore, per ridurre le temperature in camera di combustione, evitare rischi di detonazione e assicurare un funzionamento fluido e pronto del motore stesso.
In questo ambito di funzionamento, così come con motore sotto forte carico, la centralina gestisce la situazione sulla sola base dei dati all’aspirazione e della sua mappa, ignorando la sonda lambda che, comunque, non sarebbe in grado di dare letture utili.Invece le sonde lambda wide-band sono in grado di leggere il rapporto stechiometrico della combustione in tutta la gamma di funzionamento del motore, restituendo una lettura completa ed esatta degli esiti della combustione in ogni circostanza.Il beneficio di questa sonda è limitato nel caso di motori poco “spinti” e “tranquilli”, dove le mappe di arricchimento e smagrimento e di funzionamento degli iniettori son più che sufficienti a mantenere tutto il funzionamento del motore ben entro i parametri di sicurezza e le specifiche progettuali del motore stesso.Diverso è il discorso per motori che possiedono alte potenze specifiche o “mappati” in cui il funzionamento viene portato più vicino ai limiti strutturali del motore stesso.Qui, l’uso di una sonda wide-band che monitori costantemente il corretto svolgersi della combustione, al decimale, è importante.
