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TECNICA APERTA centralina aggiuntiva VP37D

Argomenti tecnici

Come funziona la centralina aggiuntiva CNTECH VP37D per pompe rotative nel dettaglio, partendo da come è nata nel 99’, come si è sviluppata e… per i più capaci, come provare a costruirsela!

L’esigenza nasce nel 1999, alcuni concorrenti vendono delle centraline aggiuntive che sono davvero poco raffinate, la peggiore che abbiamo trovato, è realizzata con un semplice pressostato che si collega con un tubicino al circuito in pressione del turbo e, ad una certa soglia di pressione, (circa 0,5 bar), scatta, interponendo un trimmer (una resistenza variabile a vite) nel circuito della pompa di iniezione… il risultato?
Con carichi bassi o parziali, il modulo aggiuntivo non interviene affatto, poi, ad un certo punto, il pressostato scatta e crea un brusco incremento di coppia. Le prestazioni in assoluto ci sono, ma vi è un fastidioso scalino, eccessiva fumosità, nessuna progressione e, cosa peggiore, con andatura costante a medi carichi, il modulo si attiva e disattiva in continuazione perché non ha funzione di isteresi. Il risultato è pessimo ed il costo non è proprio contenuto.

Un altro nostro concorrente, utilizza in quei tempi un sistema simile, però, al posto del pressostato utilizza un relè che, rilevando la posizione del pedale acceleratore, genera il fastidioso scalino di incremento e tanta fumosità. Un altro produttore, ne crea una versione con 2 relè per rendere lo scalino meno avvertibile. I risultati? L’incremento in assoluto c’è, ma oltre agli scalini e alla fumosità, nasce un altro problema: con motore spento e quadro attivato, se si preme per sbaglio il pedale acceleratore, sul quadro compare una spia gialla che segnala un errore nella gestione elettronica dell’impianto di iniezione.

LA RICHIESTA:
Un nostro caro cliente del nord Italia, un valido installatore, ci segnala questo problema… ha alcuni clienti conBMW 525tds che vorrebbero incrementare la potenza del loro 6 cilindri, ma non hanno nessuna intenzione di accettare questi enormi limiti che hanno i prodotti fino ad allora provati. Altre richieste, ci arrivano dalle nostre zone di Rimini, per problemi analoghi che affliggono i motori (allora diffusissimi) 4 cilindri VW-Audi-Seat-Skoda1900TDI da 90 e 110cv.

LA RISPOSTA DI CNTECH:
Casadei e Nicoletti (per chi non lo sapesse, sono le iniziali di CNTECH) lavorano su alcuni punti, prima di raccontare tutto però, spieghiamo bene come funzionano le pompe di iniezione di questi motori, ovvero lepompe di iniezione rotative a controllo elettronico prodotte dalla Bosch.

FUNZIONAMENTO POMPE INIEZIONE ROTATIVE A CONTROLLO ELETTRONICO:
Queste pompe di iniezione, sono una versione modernizzata (meglio dire robotizzata) delle pompe tradizionali rotative, ovvero quelle che hanno due funzioni attuate dallo stesso elemento pompante. Il pistoncino infatti, compie una rotazione che ha funzione di “distributore” (ovvero selezionare verso quale degli iniettori inviare gasolio in pressione) e la funzione di “pompante” (ovvero la funzione vera e propria di compressione del gasolio).

Inizialmente queste pompe avevano il controllo della “mandata” gasolio attraverso un cavo di acciaio collegato al pedale acceleratore, diciamo fino alla prima metà degli anni 90’. Per gestire l’anticipo iniezione (come alcuni sapranno, è necessario anticipare il momento di iniezione di qualche grado con il salire della velocità di rotazione del motore) le pompe rotative incorporano un variatore centrifugo che, con il salire dei giri, ruota di alcuni gradi il piattello porta-camme collegato al pompante, modificando cosi in maniera del tutto meccanica il momento di iniezione.

In definitiva, la quantità del gasolio è determinata dalla posizione del pedale acceleratore, l’anticipo è regolato da un variatore centrifugo che varia la fase solo in base al regime di rotazione. La taratura della mandata massimadella pompa avviene tramite una vite bloccata da controdado. Sui motori Diesel sovralimentati, vi è poi un attuatore pneumatico montato sulla pompa di iniezione, collegato al circuito di sovralimentazione, che opera una correzione (in positivo) della quantità gasolio in base alla pressione del turbo.

I primi motori Diesel hanno questo tipo di pompe oppure pompe del tipo in linea che hanno una architettura molto diversa ma hanno fondamentalmente gli stessi limiti. Di queste parleremo forse in separata sede perché davvero poco diffuse sui motori di auto (Mercedes E250 turbodiesel 150cv per citare un esempio di applicazione di pompa iniezione in linea).

Sulle pompe robotizzate vi sono grosse differenze. L’anticipo, o fase, viene deciso dalla centralina EDC che pilota in PWM un attuatore elettroidraulico (montato all’interno del corpo pompa) che sposta la fase di iniezione. L’anticipo non è più vincolato direttamente al solo regime di rotazione, ora è la centralina che decide, (in base alla mappatura interna delle due sue EPROM) quale valore di anticipo utilizzare.

Per avere un segnale di ritorno (un feedback) del reale momento di iniezione, uno solo degli iniettori, dispone di un sensore elettromagnetico di alzata del polverizzatore (chiamato iniettore strumentato). Tramite questo segnale, la centralina EDC regola di conseguenza il comando PWM dell’attuatore della valvola di anticipo iniezione.

Il secondo comando è determinato dalla mandata del gasolio (quantità iniettata per ogni singolo ciclo). Anche qui è ancora la centralina EDC che opera su un attuatore di mandata comandato in PWM (sempre interno al corpo pompa). Il segnale di feedback, in questo caso, è realizzato da un encoder di posizione mandata. Tale encoder, è un potenziometro collegato sul cursore regolatore di mandata ed è annegato nel corpo della pompa di iniezione, lambito dal gasolio stesso.

E’ su questo sensore che interveniamo con la centralina aggiuntiva VP37D. Dentro la pompa di iniezione, vi è poi un sensore di temperatura gasolio che serve come riferimento per la sua densità, valore che la centralinaEDC utilizza per decidere la durata della mandata gasolio. Tutte le principali centraline aggiuntive per questi sistemi di iniezione, si collegano su uno dei fili del potenziometro di encoder mandata gasolio.

Aumentando la resistenza ohmica, si riduce il valore di feedback inviato alla centralina EDC e questa, come compensazione, modifica il pilotaggio PWM del cursore di mandata gasolio per incrementare la quantità di gasolio inviata agli iniettori polverizzatori. In questo modo si genera l’aumento di coppia e di conseguenza di potenza erogata (ricordiamo che la potenza è il prodotto della coppia motrice per il regime di rotazione).

TORNIAMO ALLA SOLUZIONE CNTECH:
Il primo punto sul quale focalizziamo l’attenzione è l’odioso scalino di erogazione. Decidiamo quindi di creare 4step di incremento di resistenza ohmica (non lineari ma indicativamente logaritmici) per annullare l’effetto “scalino” e poter dosare cosi l’incremento con regolarità in base al carico. Per farlo, utilizziamo 4 micro-relè TQ2utilizzando i sui contatti normalmente chiusi (avendone due ogni relè, li colleghiamo in parallelo per aumentare l’affidabilità nel tempo).

L’altro aspetto fondamentale è questo: se vogliamo evitare di fare accendere spie di anomalia nel sistema diagnosi motore, dobbiamo fare in modo che i relè si attivino solo con un certo ritardo rispetto all’accensione del quadro, anche se si preme il pedale acceleratore con motore spento e quadro acceso. Per controllare questi aspetti, nasce l’esigenza di utilizzare un microcontrollore, nello specifico, un PIC che andremo ad indicare assieme ad altri componenti interni.

Iniziamo da una descrizione del circuito, seguirà poi uno schema più preciso. Una volta prelevati i 12V sotto chiave, troviamo un diodo di protezione contro le inversioni di polarità, poi utilizziamo uno regolatore di tensione autoprotetto 7805 SMD per l’alimentazione perfettamente stabilizzata a 5V necessaria al microprocessore e ad altri elementi.

Il microprocessore non può pilotare direttamente le bobine dei 4 micro-relè, utilizziamo quindi un driver che incorpora al suo interno gli amplificatori di corrente e i diodi dumper di protezione per le extratensioni delle bobine dei relè. Il microprocessore ha le 4 uscite di comando collegate agli ingressi del chip driver, le uscite di questo, sono dirette alle bobine dei 4 micro-relè. Ogni contatto normalmente chiuso dei relè, ha in parallelo una resistenza di valore diverso, queste sono collegate poi in serie tra loro ed in parallelo al trimmer di regolazione potenza massima.

I valori di resistenza (in ordine di intervento) sono questi: 4,7 ohm, 15 ohm, 15 ohm, 47 ohm. Il trimmer di regolazione montato in parallelo al tutto è da 100 ohm. Questi valori sono stati selezionati dopo molti test fatti in auto per avere l’assenza di scalini percepiti durante le commutazioni. Decidendo quando e quale relè attivare, il microprocessore seleziona il valore resistivo più adatto in ogni momento.

Per rendere ancora più regolare l’intervento e per ridurre la fumosità allo scarico, il processore accende in sequenza i 4 relè con un certo ritardo (valore denominato SoftTorque). Anche attivando dall’ interruttore esterno la centralina VP37D mentre si ha il pedale acceleratore completamente premuto, il processore attiva in modo graduale i 4 relè, per evitare eccessiva fumosità allo scarico ed evitare un fastidioso scalino di erogazione.
I due fili collegati ai capi del trimmer di regolazione potenza (ed in parallelo al gruppo di resistenze selezionate), sono collegati in serie al filo numero 1 del connettore della pompa di iniezione rotativa Bosch, ovvero sul filo del segnale dell’encoder posizione cursore mandata gasolio.

Veniamo agli ingressi: per dosare l’incremento ohmico attuato sul segnale dell’encoder diretto alla centralinaEDC, prendiamo come riferimento principale il segnale del potenziometro del pedale acceleratore. Questo segnale ha un valore in tensione che varia da circa 0,4V a circa 4V in base a come viene premuto il pedale stesso.
Preleviamo questo segnale, lo facciamo passare attraverso un partitore resistivo variabile (da 50Kohm lineare, trimmer che definiamo come regolazione “sensibilità acceleratore”) e lo inviamo al microcontrollore dopo averlo fatto passare dentro un ramo di filtro realizzato con R-C-Z che vedrete nello schema elettrico. Il microcontrollore converte questo segnale da una tensione continua ad un codice binario.

Questo segnale determinerà quando e quanti dei 4 relè dovranno eccitarsi, determinando quindi il valore ohmico risultante che andremo a mettere in serie al segnale dell’encoder della pompa iniezione, ovvero la percentuale di incremento di mandata iniezione gasolio che andremo a creare.
Alcuni motori però, attorno al regime di coppia massima, tendono ad innescare delle oscillazioni sulla trasmissione. Questo fenomeno si può accentuare in presenza di forti incrementi di coppia motrice attorno ai 2000 giri/min, in particolare con le marce alte.

CNTECH introduce allora un secondo parametro di lettura dei valori di funzionamento del motore; il segnale delmisuratore massa aria (debimetro). Questo segnale, è legato alla quantità di aria aspirata e quindi anche al regime di rotazione. Abbiamo creato un secondo ingresso che legge il segnale del MAF. Anche questo segnale passa attraverso un partitore resistivo variabile (da 50Kohm lineare, trimmer che definiamo come regolazione “curva”) e lo inviamo al microcontrollore dopo averlo fatto passare dentro un altro ramo di filtro realizzato con R-C-Z che vedrete nello schema elettrico.

Grazie a questo segnale, è possibile regolare la centralina VP37D (la D sta per digitale) per fornire il massimo incremento (ovvero attivare tutti i 4 relè) solo dopo un certo regime di rotazione, ovvero solo dopo essersi spostati dalla schiena della curva di coppia… in questo modo si evitano inneschi di oscillazioni e si incrementa di più la coppia dove normalmente tende a scendere, ovvero dopo il regime di coppia massima. Si ha cosi un motore con una erogazione più lineare e più corposa ai regimi medio-alti, senza dover erogare picchi di coppia motrice elevati concentrati in un range molto ristretto.

Dato che su certi motori questo collegamento al misuratore massa aria non serve, abbiamo inserito due dip-switch, collegati ad altri 2 ingressi digitali del processore.Uno di questi switch, determina se la mappa di intervento deve tenere conto o meno di questo segnale del misuratore massa aria. Il secondo switch, serve ad attivare o disattivare la funzione che nel 99’ abbiamo definito “Overboost”, vediamo di cosa si tratta.

La funzione di Overboost, consente di effettuare regolazioni di incrementi maggiori, perché una parte di questo incremento rimane attivo solo per alcuni secondi. Questo valore normalmente viene da noi settato in circa 10 secondi, ma è possibile modificarlo attraverso il software di interfacciamento a PC che, sempre nel 99’ abbiamo chiamato “PcTune”.

La centralina VP37D infatti, dispone anche di una porta seriale RS232 realizzata tramite un connettore da 5+5 poli collegato al microcontrollore. Tramite una interfaccia seriale ed un software che gira su Windows che abbiamo realizzato sempre in quel periodo, abbiamo dato la possibilità di modificare alcuni parametri di funzionamento di questa particolare centralina, come ad esempio, il tempo di ritardo di attivazione dei micro-relè, il ritardo di attivazione totale (per evitare il già citato problema del sistema diagnosi auto) ed il tempo di durata della funzione Overboost.
Questa funzione è particolarmente interessante quando il kit viene montato su motori ad iniezione indiretta (come i motori 525tds della BMW o i motori 1.9DTI Renault da 80 e 98cv per esempio) che sono più sensibili a lunghe “tirate” ad alti carichi e regimi di rotazione.
Sui motori ad iniezione diretta (ad esempio il già citato 1900TDI VW-Audi-Seat-Skoda) le teste motore sono meno sollecitate (per assenza di precamere di combustione) e quindi possiamo tenere disattivato o con tempi lunghi la funzione di Overboost.

Il circuito della centralina VP37D è completato dal led di segnalazione stato funzionamento e dal segnale di ingresso per l’interuttore ON-OFF, altro segnale inviato ad un ingresso logico del microprocessore, sempre dopo averlo fatto passare dentro un ramo di filtro realizzato con R-C-Z. Questo interruttore a montaggio facoltativo, fornisce la possibilità di attivare e disattivare l’incremento di prestazioni anche durante la marcia.

Il circuito stampato della centralina VP37D è realizzato in doppia faccia ed è l’unico (al momento in cui scriviamo) della produzione CNTECH con la quasi totalità dei componenti a montaggio THD (le centraline prodotte successivamente sono quasi esclusivamente a montaggio SMD).

I componenti di cui è composto il modulo digitale VP37D sono:
1 connettore DB15 per collegamento al cablaggio motore
1 connettore 5+5 poli di programmazione e interfacciamento RS232
1 microprocessore (opportunamente programmato)
1 quarzo con condensatori di innesco
1 circuito integrato driver quadruplo
4 micro-relè TQ2 12V
2 trimmer 50Kohm
1 trimmer 100ohm
2 dip-switch
4 resistenze di selezione incremento
3 filtri R-C-Z
1 regolatore 7805 SMD
1 diodo protezione inversione polarità
1 condensatore livellamento
Vari condensatori by-pass
Varie resistenze pull-up e pull-down
1 Led giallo

I valori dei trimmer da 50Kohm devono essere rispettati, valori inferiori possono portare ad un carico eccessivo sull’impedenza del potenziometro del pedale acceleratore, compromettendo il regolare funzionamento. Il trimmer da 100 ohm è quello che consente una più fine regolazione della potenza massima del motore. Normalmente forniamo il kit con il trimmer della sensibilità pedale acceleratore a metà corsa.

Dato che sono ormai anni che si legge a volte sui forum o blog che le nostre centraline non sono altro che “una manciata di resistenze” (cosa forse vera per altri prodotti ma non per i nostri), crediamo che questo articoloTECNICA APERTA possa avere dissipato queste false informazioni e che si abbia chiarito in maniera esaustiva come realmente funziona una pompa di iniezione rotativa a controllo elettronico e come su questa intervenga la nostra centralina digitale VP37D. Con queste informazioni e prendendo spunto dallo schema elettrico, qualcuno potrà forse cimentarsi nella costruzione di una propria centralina aggiuntiva per questi sistemi di iniezione.

Chi vorrà trovare un kit già pronto, collaudato da oltre 15 anni, coperto da 3 anni di garanzia e fornito già regolato e programmato, potrà rivolgersi alla CNTECH sicuro di trovare un prodotto ben costruito e 100% di progettazione e produzione riminese.

Schema elettrico: http://www.moduliaggiuntivi.com/immagini/VP37-H6.pdf

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