Breve introduzione ai sensori – Anche le city car, universalmente conosciute come le automobili più economiche presenti sul mercato, sono dotate di parecchi sensori. Ecco allora una breve lista di quelli che più comunemente vengono citati.
Breve introduzione ai sensori
Probabilmente tra i sensori più conosciuti ci sono sicuramente la sonda lambda e quelli montati a ridosso della ruota fonica dei sistemi antibloccaggio dei freni (ABS). In realtà, il mondo dei sensori è molto più vasto di quello che si può pensare e, tra tutti, possiamo ricordare i seguenti: sensore di detonazione o sensore di battito in testa, misuratore della portata in massa d’aria, sensori di pressione per lubrificante, carburante e depressione nel collettore di aspirazione, sensore per il rilevamento del differenziale di pressione (appartenente alla categoria dei sensori ad alta pressione) tipicamente installato all’interno dei sistemi common rail e, infine, tutti i sensori utilizzati per i sistemi di sicurezza passiva (quindi quelli necessari a rilevare le accelerazioni e le decelerazioni) e quelli per la sicurezza attiva come i sensori per i pneumatici. Tra tutti quelli che abbiamo elencato ce ne sono alcuni che meritano il primo approfondimento dedicato a questo argomento.
Debimetro o misuratore massa aria aspirata
È posizionato generalmente subito dopo la cassa filtro e si occupa di misurare la massa di aria aspirata sfruttando il riscaldamento elettrico di una lamina o di un filo metallico. Il controllo elettronico motore utilizza questo sensore per poter regolare correttamente il rapporto aria/combustibile. Tra le tipologie principali ricordiamo quello a palette, quello a filo caldo e quello a film caldo. Il principio di funzionamento di quello a palette si basa sul movimento di un piattello che assume posizioni diverse a seconda del flusso d’aria che lo investe. Inutile approfondirne le caratteristiche elettriche di funzionamento. I debimetri a piattello sono stati superati, e sostituiti, da quelli a filo caldo che rispetto ai primi presentano alcuni vantaggi tra cui il rilevamento diretto della portata in massa d’aria, l’indipendenza dei valori misurati dalle variazioni di densità della stessa, una migliore prontezza e un’usura molto più ridotta (generalmente indotta da fenomeni di sporcamento della sezione di misura e dell’elemento sensibile). Il funzionamento dei debimetri a filo caldo si basa sullo schema del ponte di Wheatstone. La misura viene ottenuta indirettamente bilanciando il ponte con l’uso di una resistenza variabile. Quest’ultima è data solitamente da un sottilissimo filamento di platino che viene mantenuto ad una temperatura stabile mediante circolazione di corrente. La resistenza elettrica quindi aumenta con la temperatura. Il filo, che viene esposto al flusso d’aria del condotto di aspirazione, varia la sua temperatura. La variazione di temperatura provoca una modifica del valore di resistenza che provoca uno sbilanciamento del ponte di Wheatstone. Per riportare il filo alla temperatura di controllo viene aumentata l’intensità della corrente che induce un aumento di resistenza. Dalla corrente utilizzata per riscaldare il filo il controllo elettronico motore potrà essere informato della corretta portata in massa di fluido. Il debimetro a film caldo, infine, rappresenta un’ulteriore evoluzione di quello a filo caldo. Il principio di funzionamento rimane pressoché invariato anche se bisogna sottolineare le minori dimensioni, una minore sensibilità rispetto allo sporcamento indotto durante l’esercizio e la possibilità di posizionarlo con maggiore facilità all’interno dell’impianto di aspirazione.
Sensore di detonazione
La detonazione è uno dei fenomeni più pericolosi cui possono andare incontro i motori a combustione interna. Si tratta di una combustione anomala che, in generale, si manifesta con il noto battito in testa. La detonazione può causare seri danni al motore e in primis ai pistoni. La detonazione è come anticipato una combustione non pianificata. Si tratta in definitiva di un accensione della miscela aria/benzina dovuta a diversi fattori quali, ad esempio, l’eccesso di compressione o un anticipo di accensione elevato. La detonazione provoca degli innalzamenti di pressione molto elevati e si manifesta attraverso vibrazioni con frequenza ben determinata che possono essere rilevate da opportuni sensori. Per questo genere di sensori in generale si utilizzano cristalli di quarzo che sono dotati di molecole in grado di orientarsi quando il cristallo viene sottoposto ad una scossa meccanica. Più la vibrazione è elevata più le molecole si orientano. Quest’ultimo fenomeno induce una tensione ai poli del cristallo. I sensori di detonazione, in genere, vengono posizionati sul monoblocco tra un cilindro e l’altro. Quando il controllo elettronico motore rileva la detonazione, grazie al segnale proveniente dal sensore, automaticamente provvede a variare l’anticipo di accensione del motore ritardandolo, in quantità minore o maggiore, a seconda delle esigenze. Riassumendo il sensore di detonazione è solitamente montato sul blocco cilindri e sfrutta le sue doti piezoelettriche per informare la centralina in merito alla presenza dell’incipiente battito in testa. In genere ad una segnalazione di principio di detonazione il controllo elettronico motore provvede a posticipare la fase di accensione fino ad eliminare il problema. Una benzina ad alto numero di ottano, camere di combustione ben disegnate e rapporti di compressioni non eccessivamente elevati limitano il fenomeno.
Sensore di posizione albero a camme
Da quando i motori moderni sono stati dotati di impianti di iniezione elettronica il sensore di posizione dell’albero a camme è diventato uno dei protagonisti principali. Questo componente sfrutta, per il suo funzionamento, il noto effetto Hall. I trasduttori che utilizzano questo sistema sono costituiti da una strato di materiale semiconduttore, per l’appunto lo strato Hall, all’interno del quale si trovano una corrente ed un campo elettrico orientati perpendicolarmente tra loro. Ai poli del semiconduttore è presente una forza elettromotrice che può essere utilizzata dal controllo elettronico motore per stabilire la posizione di un albero. Strutturalmente il sensore ad effetto Hall si compone di un rotore, generalmente una ruota dentata, dotato di denti spaziati secondo specifiche ben precise. Il campo magnetico, che viene invece creato tramite l’uso di un magnete permanente, viene fatto passare attraverso il traferro (lo spazio tra i nuclei di ferro). Quando l’albero a camme ruota il rotore fa passare i propri denti all’interno del traferro e ciò induce un segnale ad onda quadra con tensioni variabili tra 0.5 volt e 7 volt. Grazie a questa è possibile capire la posizione dell’albero. I sensori di tipo Hall in genere presentano tre morsetti. Il primo che costituisce la massa del segnale di alimentazione e quella del sensore. Il secondo che è il segnale che il sensore manda alla centralina. Il terzo ed ultimo è l’alimentazione positiva in arrivo dal controllo elettronico motore.
Sensore pressione assoluta
Anche in questo caso si tratta di un componente costituito da un sistema di resistenze, anch’esse collegate ad un ponte di Wheatstone, a loro volta posizionate su di un supporto in ceramica. La variazione di pressione induce la flessione del supporto in ceramica (da un lato o dall’altro a seconda che si tratti di pressione relativa positiva o negativa). La flessione, a sua volta, induce una variazione della resistenza e quindi uno squilibrio del ponte elettrico. In pratica il sensore viene alimentato dalla centralina con una tensione, in genere, pari a 5 volt restituendo un segnale variabile, in uscita, compreso tra 0.25 volt e 4.75 volt.
Sensore di temperatura
Il sensore di temperatura è composto da una resistenza a coefficiente di temperatura negativo (NTC). Questo significa che la resistenza aumenta al diminuire della temperatura del sistema. Il sensore viene montato con l’elemento sensibile a contatto con il liquido refrigerante. Il segnale trasmesso alla centralina è una tensione variabile con la temperatura del refrigerante.
