SISTEMA DI PRERISCALDO
Il sistema di preriscaldo è composto da:
- candelette preriscaldo tipo “low voltage”
- centralina preriscaldo.
E’ usato per incrementare la temperatura nella camera di combustione, la temperatura della miscela aria/combustibile e aumentare la fase di combustione e le prestazioni del motore in termine di:
- riduzione emissioni HC
- riduzione tempo di stabilizzazione
- riduzione oscillazioni standard del motore.
Il sistema di preriscaldo, viene impiegato non solo prima della fase di avviamento per riscaldare la camera di combustione, ma anche dopo l’avviamento, per un tempo che può raggiungere anche i 6 minuti e dipendente dalle condizioni di temperatura alle quali avviene il cranking.
Candelette
Le candelette utilizzate sono “low voltage” di tipo metallico, composte da un elemento riscaldante di resistenza nota, la quale riceve una corrente dal sistema elettronico di controllo, determinandone l’innalzamento della temperatura.
1. Elemento riscaldante
2. Bulbo
3. Elemento regolante
Le candelette “low voltage” sono sostanzialmente molto simili alle attuali, infatti sono ancora composte da un elemento riscaldante e da un elemento regolatore di temperatura, però sono dimensionate in modo da avere tensione nominale uguale a 4,4 Volt invece di 11 Volt.
Vantaggi tecnologia “low voltage”
La temperatura nominale di stabilizzazione delle candelette alimentate a 4,4 Volt è di 1000 °C, oltre ad essere superiore ai 900 °C delle attuali candelette, con questa tecnologia è possibile:
- garantire il preriscaldo anche in condizioni di bassa tensione batteria
- compensare la caduta di tensione batteria durante la fase di cranking, i rilievi eseguiti dimostrano come la tensione batteria crolli drasticamente per effetto della corrente assorbita dallo starter, impedendo così alle normali candelette “high voltage” di raggiungere la corretta temperatura di esercizio, condizione che invece non avviene quando la tensione nominale è di 4,4 Volt.
- compensare il raffreddamento della candeletta che avviene per effetto della ventilazione prodotta dalla rotazione del motore. Ciò avviene variando la tensione efficace applicata.
- regolare la quantità di calore apportato dalla candeletta a seconda delle condizioni del motore e climatiche
- minor tempo di preriscaldo
- post riscaldo a temperatura costante
- nella centralina di controllo è integrato un sistema intelligente di diagnosi che consente di poter individuare la eventuale candeletta in corto circuito o interrotta, nonchè altre anomalie, riducendo in questo modo costi garanzia e tempi di manutenzione.
Il riscaldamento delle candelette “low voltage” avviene in due fasi:
- fase iniziale di riscaldamento veloce di durata inferiore a 3 secondi, nella quale la superficie del bulbo raggiunge rapidamento i 1000 °C
- una fase di mantenimento a temperatura costante, mappata in centralina controllo motore sia per quanto riguarda la temperatura che per la durata in tempo.
La figura di seguito riporta la curva di riscaldamento di una candeletta “low voltage” alla quale sia applicata la tensione nominale 4,4 Volt.
Ulteriore miglioria delle candelette “low voltage” è nella distribuzione della temperatura sul bulbo, nel grafico seguente è evidente come lungo tutto il bulbo della candeletta la temperatura sia sempre più alta rispetto a quella ottenibile con le normali candelette a 11 Volt.
La variazione della tensione applicata alla candeletta avviene tramite la centralina di preriscaldo, la quale, mediante transistor di potenza, applica una tensione media efficace, V RMS, modulando opportunamente un Duty Cycle a frequenza costante.
Il sistema di preriscaldo candelette utilizza una frequenza di comando a 32 Hz.
Di seguito viene riportato un esempio di un Duty Cycle a 25%
La definizione del Duty Cycle applicato avviene su due livelli:
- il primo livello avviene in centralina controllo motore, nella quale sono mappati i valori di tensione efficace in funzione delle condizioni ambientali e di funzionamento motore
- il secondo livello è assegnato alla centralina candelette, la quale ha il compito di correggere il valore di Duty Cycle di riferimento a seconda della reale tensione batteria.
Caratteristiche tecniche
Tempo di riscaldamento con fast heating (1000 °C): < 3 s
Tensione nominale: 4.4 V
Temperatura massima: da 950 °C a 1150 °C
Temperatura dopo 60 secondi: da 950 °C a 1150 °C
Massima tensione fornibile: 11 V
Frequenza ammissibile: ≥ 32 Hz
Corrente assorbita allo spunto: < 28 A
Corrente assorbita dopo 60 secondi: 6.5 +/- 1.5 A
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Essendo la tensione nominale della candeletta “low voltage” diversa da quella di batteria, è assolutamente vietato collegare la tensione di batteria al polo della candeletta. Eventuali manovre di questo tipo, mirate per esempio a verificarne la continuità mediante una lampadina spia, possono risultare distruttive, sia per la candeletta che per il motore. |
La diagnosi di funzionamento delle candelette deve essere esclusivamente fatta tramite l’analisi del segnale fornito dalla centralina di controllo.
Centralina preriscaldo
colloquia direttamente con la centralina controllo motore e ha la funzione di:
- far funzionare le candelette in condizione di “switched”
- individuare malfunzionamenti per ogni singola candeletta (es. cortocircuito o circuito aperto)
- comunicare alla centralina controllo motore eventuali propri malfunzionamenti
- progettegere le candelette contro un’eventuale inversione di polarità della batteria
- autoproteggersi in caso di sovralimentazioni o sovratemperature
- compensare il segnale PWM della centralina controllo motore con il valore reale di tensione batteria.
Attivazione switching
Al fine di:
- limitare l’assorbimento di corrente attraverso il terminale di potenza
- ridurre l’eccessiva caduta di tensione batteria
- ridurre l’effetto pulsante della tensione di alimentazione.
viene sfruttato il funzionamento switching della centralina, attivando quindi in modo alternato le quattro candelette, alla frequenza nominale di 32 Hz.
Di seguito viene riportato lo schema di principio di questo concetto, dove con G sono indicate le candelette, mentre ST è il segnale proveniente dalla centralina controllo motore.
Protezione anti-inversione di polarità
Tra le funzioni della centralina di preriscaldo, un relè interno è in grado di intervenire a protezione delle candelette qualora la batteria, e quindi l’alimentazione, venga montata con polarità inversa.
Il tempo di intervento della protezione è di 30 ms.
Controllo delle candelette
Il modulo di gestione delle candelette all’interno della centralina controllo motore elabora i segnali provenienti da:
- sensore temperatura acqua
- tempo trascorso dallo spegnimento delle candelette (per la gestione del “fast heating”)
- tensione batteria (per la gestione del “fast heating”)
- sensore giri motore
- coppia richiesta al motore
- segnale di diagnosi della centralina candelette.
E attua il comando ST alla centralina, controllando:
- energia da erogare durante il preriscaldo
- tensione di “fast heating”
- durata del “fast heating”
- tempo di post riscaldo
- tensione efficace da applicare.
Caratteristiche tecniche
Tensione alimentazione nominale: 12 V
Frequenza di controllo all’ingresso ST: 32 Hz
Frequenza di lavoro ammessa: 30 - 33 Hz
Tensione nominale delle candelette, fornita mediante switching: 4,4 V
Quantità candelette pilotate: 4
Compensazione della tensione di alimentazione - tensione di riferimento: 12 V
Range di tensione per la correzione dentro la centralina: 6 - 12 V
Tensione di alimentazione ammissibile in condizioni standard: 8 - 16 V
Riconoscimento sovratensione: 18,5 - 23 V
Tensione di alimentazione ammissibile in cranking: 6 - 8 V
Tipico consumo di corrente dal pin 86 con relè chiuso: 600 A
Massimo consumo di corrente dal pin 86 con relè chiuso: < 1000 mA
Range permesso di Duty Cycle: 5% - 96%
Massima caduta di tensione tra pin 30 e candeletta: 300 mV (per I = 10 A)
Tempo di intervento per protezione antiinversione: 30 ms
Spegnimento per sovratemperatura interna alla centralina: 140 °C
Riconoscimento segnale:
- livello logico “alto” VST > 0.6
- livello logico “basso” VST < 0.4
Caratteristiche relè:
- durata meccanica di switching 1 milione di cicli - frequenza 10 Hz
- durata elettrica 100000 cicli
Condizioni di diagnosi sulle candelette
Viene eseguita rilevando la corrente che fluisce nel circuito.
Nessuna diagnosi è fattibile durante lo spegnimento delle candelette e con una tensione di alimentazione inferiore a 8 V.
Il tempo massimo di reazione della diagnosi alla fine dello spegnimento è di 10 ms.