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martedì, 18 Giugno 2024
  • Una centrale elettrica su quattro ruote

    Quando saliamo a bordo della nostra auto e inseriamo la chiave nel quadro siamo pronti ad accendere una vera centrale elettrica. Già, perché appena la chiave viene ruotata, l’intero circuito elettrico della vettura prende vita. Si badi bene al fatto che abbiamo utilizzato la parola elettrico proprio per restare su un piano tecnico squisitamente generico. Se infatti volessimo essere più precisi, l’intero impianto elettrico a 12 Volt è in totale connessione con centraline e sistemi di attuazione che lavorano anche a tensioni completamente diverse. Si pensi al caso più banale delle candele di accensione. Dovremmo allora distinguere tra circuiti elettrici ed elettronici e quindi fare una distinzione tra quegli argomenti contemplati principalmente dall’elettrotecnica e quelli appannaggio dell’elettronica.
    In questa sede, però, vogliamo parlare principalmente di alcuni macro sistemi direttamente alimentati a 12 Volt e approfondire quindi la loro conoscenza. Si tratta infatti di componenti spesso dati per acquisiti ma il cui ruolo, sebbene non sotto gli occhi di tutti, è fondamentale per garantire la sicurezza di funzionamento dell’auto. Pensiamo quindi ai proiettori anteriori, ai fanali posteriori, alla batteria, all’alternatore, agli utilizzatori presenti in abitacolo come l’elettroventilatore o le luci di illuminazione. Analizziamo in dettaglio allora alcuni di quei protagonisti, che svolgono il loro compito quotidianamente, ma che difficilmente vengono tenuti in grande considerazioni dagli automobilisti. E questo semplicemente perché la loro affidabilità è ormai elevatissima. Quando però smettono di funzionare perché difettosi, o per cause esterne, sono dolori e, molte volte, l’esborso economico per una loro sostituzione può essere veramente rilevante.
    Tralasciamo per il momento i componenti più noti al grande pubblico, batteria e prodotti per l’illuminazione, perché a questi abbiamo riservato e riserveremo uno spazio specifico in altri numeri della rivista.


    L’alternatore
    L’automobile è un sistema autonomo in grado di produrre energia elettrica per caricare un accumulatore o, quando necessario, di utilizzare energia elettrica dall’accumulatore precedentemente caricato. I due elementi protagonisti di questo processo sono appunto la batteria e l’alternatore. Piccola nota storica. Una volta, al posto di quest’ultimo, veniva utilizzata la dinamo che però offriva vantaggi inferiori a fronte di una maggiore complicazione.
    Per gli approfondimenti sulla batteria rimandiamo allo speciale dedicato a questo prodotto pubblicato su Notiziario Motoristico di settembre 2006; mentre ora ci occupiamo dell’alternatore.
    Questo componente rappresenta un’altra grande conquista nel settore dei componenti elettrici. Grazie ad esso, infatti, è stato possibile supplire ai cresciuti bisogni di potenza elettrica dei moderni veicoli. Basti infatti pensare che se le dinamo di una volta potevano fornire con continuità potenze raramente superiori ai 200 Watt, oggi, con gli alternatori, si riesce ad arrivare a 1.500 Watt e oltre. Abbiamo già detto in parte come le utenze elettriche in un veicolo moderno siano aumentate di numero. Su veicoli premium poi sono stati inseriti alcuni sistemi che un tempo sarebbero stati impensabili senza un generatore trifase quale è l’alternatore. Stiamo ad esempio pensando al riscaldamento dei sedili, agli specchietti elettrici, ai vari sbrinatori (specchietti e lunotto anteriore e posteriore). Per generare quest’energia l’alternatore, naturalmente, assorbe potenza dal motore e, oltre a ciò, genera molto calore. A tal punto che sulle versioni più potenti è stato necessario prevedere un sistema di raffreddamento integrato con quello di raffreddamento del motore.
    Se volessimo parlare delle differenze tra un alternatore e una dinamo non basterebbero certo le pagine di un articolo come questo. Ci limitiamo pertanto a ricordarne alcune fondamentali. La prima è la grande capacità di carica in corrispondenza del regime di minimo del motore. Un aspetto basilare che consente di ottenere valori di carica importanti anche quando il veicolo, ad esempio, si trova incolonnato. I diodi dell’alternatore consentono inoltre il passaggio di corrente solo dall’alternatore stesso verso la batteria e non viceversa.
    La tensione ai poli dell’alternatore si ottiene sfruttando la variazione di campo magnetico. Senza entrare nel merito tecnico della questione diciamo che quando si muove un conduttore elettrico all’interno di un campo magnetico automaticamente viene “indotta” una tensione sul conduttore stesso.
    Gli alternatori sono elementi che durano anche più della stessa vita del motore. Cause esterne possono però comprometterne la funzionalità, soprattutto meccanica. Danni tipici sono quelli indotti da una tensione errata della cinghia di trascinamento, depositi di lubrificante derivanti da perdite del motore e difettosità dei cuscinetti con relativo ingranamento e impossibilità alla rotazione. Abbiamo elencato chiaramente solo alcuni semplici casi di danni a carico dell’alternatore. Basti però ricordare che questi componenti sono molto costosi e quindi, pur non necessitando di manutenzione, possono essere danneggiati da tutto ciò che ad essi viene collegato meccanicamente. Difficilmente si riscontrano guasti di tipo elettrico.


    Utilizzo dei motori elettrici
    Purtroppo lo spazio a disposizione per un articolo di taglio generalista come questo non ci consente di approfondire i singoli argomenti. In ogni caso riteniamo utile fare alcune precisazioni per rendere questa breve trattazione la più organica possibile.
    La vasta tipologia dei motori elettrici utilizzati in un veicolo può essere suddivisa in tre categorie principali: motori a corrente continua, motori passo-passo e motori trifase. I primi sono comunemente impiegati per la realizzazione dei motorini di avviamento, di quelli per l’azionamento dei tergicristalli piuttosto che dell’elettroventola del motore. Esistono poi sistemi che richiedono movimenti limitati ma soprattutto di ampiezza ben definita come ad esempio il corpo farfallato. In questo caso si utilizzano i motori passo-passo. Infine esiste tutta una categoria di veicoli, di cui ultimamente si parla sempre di più, definiti ibridi e che sono dotati di motori elettrici destinati alla generazione di potenza per il movimento della vettura stessa. In quest’ultimo caso si parla di motori a corrente trifase che possono essere, a loro volta, di tipo asincrono o sincrono.
    Fatte queste considerazioni concentriamo l’attenzione di questo articolo sul motorino di avviamento che, senza ombra di dubbio, rimane uno dei ricambi, o componenti, elettrici fondamentali per un propulsore.


    Il motorino di avviamento
    Nella sua forma più semplice un motorino elettrico si compone di un motore elettrico vero e proprio, di un elettromagnete e di un gruppo definito pignone a ruota libera. Quest’ultimo come noto è la parte attiva dell’intero sistema, ossia quella destinata a ingranarsi con i denti del volano per mettere in rotazione il motore. I componenti più critici di un motorino di avviamento sono naturalmente il pignone e il relativo sistema di innesto. Un sistema a ruota libera è previsto per evitare che il pignone, una volta che il motore si accende, venga portato a un numero di giri eccessivo. Normalmente infatti il rapporto di trasmissione tra pignone del motorino e volano motore può raggiungere anche valori di 15:1 e ciò perché deve essere possibile vincere le elevate resistenze del motore all’atto stesso dell’avviamento. Il sistema utilizzato per disaccoppiare il pignone del motorino dal volano è geniale. Infatti, se si fa riferimento alla figura A si possono distinguere due fasi. La prima, durante la quale il motore del motorino di avviamento mette in rotazione il pignone attraverso l’anello della ruota libera, appositi rulli vengono compressi contro la parete di quelle che sono definite rampe. Nella seconda fase, quando il motore si accende, la velocità di rotazione del pignone cresce immediatamente e i rulli vengono questa volta trascinati dall’albero del pignone in senso opposto (ossia verso la parte più larga delle rampe). A questo punto l’accoppiamento tra i due elementi (anello della ruota libera e pignone) non può più esistere. Non a caso questo tipo di sistema viene definito a “ruota libera a rulli”.


    Le candele
    Sono elementi che più o meno tutti conoscono. Non tutti sanno però che questi particolari vitali per il funzionamento di un motore a ciclo Otto hanno subito una tale evoluzione che oggi vengono realizzate candele specifiche per ogni applicazione. Un tempo era anche possibile trovare candele di grado termico differente, capaci di adattarsi al motore preso in considerazione. Oggi, motori e candele, sono diventati talmente sofisticati che non è più possibile sgarrare dalle prescrizioni dei costruttori.
    Una candela nella sua forma più generale è costituita da una spina di collegamento ai cavi, da un isolante e da uno o più elettrodi. Anche in questo caso non ci addentriamo nel merito delle caratteristiche costruttive, ma ci limitiamo a ricordare che all’atto dell’acquisto di un set di candele di ricambio è necessario rispettare la corretta gradazione termica, oltre a tutte le altre caratteristiche come, ad esempio, il tipo di filettatura.
    Per capire quali sono le caratteristiche indicate da un produttore di candele bisogna innanzitutto ricordare che questi componenti sono sollecitati, durante il loro esercizio, in modo incredibile e sotto ogni punto di vista: termico, meccanico e chimico. Le elevate tensioni che si generano (prossime anche ai 40kV) danno origine a una costante erosione degli elettrodi. Il grado termico è un parametro fondamentale che merita ulteriori approfondimenti. Questo parametro indica la capacità della candela di smaltire il calore. Quando il numero è basso significa che la candela è calda, ossia ha un grado termico che va bene per motori non troppo sollecitati e che quindi dissipa il calore lentamente. Viceversa si dica per una candela fredda. Quando si sbaglia a scegliere il grado termico della candela possono accadere, sostanzialmente, le due cose seguenti. Se il grado termico è troppo alto, candela fredda, la temperatura della candela rimane troppo bassa e di conseguenza si formano residui carboniosi che possono far scaricare la scintilla a massa. Al contrario se la candela è troppo calda, e quindi il grado termico è basso, si possono avere autoaccensioni, fusione degli elettrodi e danneggiamento del cielo del pistone.


    Applicazioni OE: passi da gigante per la tecnologia nel settore dei ricambi elettrici
    Nel testo dell’articolo abbiamo parlato di alcuni componenti elettrici che regnano sovrani all’interno del sistema automobile. Si tratta di elementi che sono ormai parte integrante della vettura e che negli anni hanno subito una grande evoluzione. In questo box però vogliamo presentarvi alcune novità specifiche in merito ad alcuni sistemi che utilizzano l’elettronica di bordo.
    Proprio per questo partiamo da una delle novità di questi ultimi tempi e cioè proprio dalla Citroen C4 Picasso che monta l’ultima invenzione Bosch per quanto riguarda l’ausilio al parcheggio. Si tratta in breve sostanza di un sistema in grado di valutare se lo spazio a disposizione è sufficiente per accogliere l’intera vettura. Per funzionare, l’impianto utilizza, oltre ai sensori montati nei paraurti anteriore e posteriore, altri due sensori montati sul lato destro e sinistro del paraurti anteriore. L’attivazione del sistema è a discrezione del conducente che può farlo sfruttando un tasto sul volante. L’indicatore di direzione inserito informa il sistema su quale lato deve essere operata la scansione. La valutazione dello spazio a disposizione può essere fatta solo a velocità inferiori ai 20km/h.
    Sempre a Bosch bisogna riconoscere l’introduzione, abbastanza recente, di una nuova generazione di lampade alogene e allo xeno così come quella delle nuove batterie con tecnologia AGM. Per quanto riguarda le lampade alogene ci riferiamo alla serie Compass 3000 che a fronte di una capacità di illuminazione superiore offrono ingombro sensibilmente ridotto. Un aspetto che non va sottovalutato tenendo conto che le moderne vetture presentano frontali sempre più affusolati.
    Per quanto riguarda le lampade 175 Xenon, questo il nome di una delle nuove linee proposte, ci troviamo di fronte, anche in questo caso, a sistemi di ultima generazione che hanno la caratteristica di avere la centralina di comando separata e unita al bulbo della lampada grazie a un cavo lungo 80cm. Grazie a questa soluzione l’unità di controllo della lampada può essere posizionata in un qualsiasi posto del vano motore o, se necessario, anche all’interno dell’abitacolo.
    Veniamo quindi alle batterie. La tecnologia AGM (Absorbent Glass Mat) si basa sull’uso della fibra di vetro per la realizzazione della parte esterna della batteria. Questo materiale, per come è strutturato, è in grado di assorbire eventuali perdite di acido solforico. Inoltre si tratta di accumulatori veramente di ultima generazione visto che le batterie Bosch High Tech possono essere ricaricate anche più di 300 volte, ossia tre volte in più di quello che si riesce a fare con batterie tradizionali. Al momento del lancio la serie High Tech è stata resa disponibile in due versioni: 70Ah e 90Ah. Le due batterie presentano rispettivamente una capacità nominale di 760A e 850A.
    Sempre su C4 Picasso, Hella ha sviluppato alcune tecnologie di ultima generazione come le luci dinamiche in curva e i fanali posteriori con tecnologia a fibre ottiche e Led. Quando la vettura affronta traiettorie curve il modulo bi-xeno del proiettore ruota fino a 15° per illuminare meglio la carreggiata. Il sistema funziona sia con le luci abbaglianti che con le anabbaglianti. Nei fari posteriori invece sono alloggiate quattro barrette prismatiche, disposte parallelamente, che non sono altro che dei Led dotati ciascuno di quattro diodi. Luce più definita, minori consumi e maggiore durata sono le caratteristiche che rendono sempre più apprezzata questo tipo di tecnologia.
    Un’altra azienda specializzata nel settore dei componenti elettrici ed elettronici è Delphi, che in questi ultimi tempi ha proposto soluzioni interessanti come l’avviso di cambio di corsia, l’Intelligent Headlight Control e il Pedestrian Recognition. A ciò aggiungiamo il Magneride Semi-Active Suspension montato su Audi R8.
    Ma procediamo con ordine.
    L’avviso di cambio di corsia sfrutta una sorta di telecamera in grado di monitorare la linea di demarcazione della corsia dando un avviso quando la vettura tenta di superarla. L’Intelligent Headlight Control è invece un sistema che gestisce il fascio luminoso nelle situazioni più tipiche: attivazione automatica delle luci in presenza di scarsa illuminazione e abbassamento del fascio luminoso al raggiungimento del veicolo che precede.
    Per quanto riguarda il riconoscimento del pedone una telecamera montata in vettura è in grado di riconoscere un potenziale impatto contro un pedone e di attivare tutte le misure necessarie affinchè ciò venga evitato.
    Ci rimane infine da parlare del sistema automatico di regolazione dell’assetto montato sulla recente Audi R8. Questa tecnologia, già utilizzata da tempo su auto americane del gruppo General Motors, sfrutta la variazione della viscosità di un fluido definito magneto reologico. Delle opportune bobine montate all’interno dell’ammortizzatore, quando eccitate, generano un campo magnetico che orienta le particelle ferrose contenute nel fluido di lavoro degli ammortizzatori variandone la viscosità e quindi il grado di smorzamento degli ammortizzatori stessi. Tra le particolarità di questo sistema sottolineiamo la velocità di variazione e la possibilità quindi di gestire al meglio l’assetto della vettura in ogni condizione di marcia. Sono componenti che hanno lunga durata nel tempo, ma la loro sostituzione, quando necessaria, richiede un esborso economico, per i ricambi nuovi, sicuramente superiore a quello normalmente previsto per ammortizzatori tradizionali.


    Articolo di Roberto Balotti pubblicato su Notiziario Motoristico (aprile 2007)

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