Il motore oggetto della sperimentazione è un Geotech 60 OHV, prodotto da Tecumseh, su cui è montato una versione del carburatore Dell’Orto FHC 20 – 16 opportunamente modificata dalla casa costruttrice al fine di permettere la variazione continua del titolo della miscela. In particolare, la variazione del titolo della miscela ed il controllo del condotto dell’emulsionatore a freno d’aria e del circuito del minimo è affidato all’utilizzo di particolari valvole con comando a solenoide.
Sia sul circuito del massimo, sia su quello del minimo, sono stati ricavati due ingressi, per mettere in comunicazione il carburatore con l’ambiente esterno al fine di introdurre la quantità di aria antagonista destinata alla variazione del titolo della miscela. La figura 4.2, mostra il carburatore FHC 20 – 16 opportunamente modificato.
ARIA AL CIRCUITO DEL MINIMO
ARIA AL CIRCUITO DEL MASSIMO
Figura 4.2:Carburatore Dell’Orto FHC 20 – 16 modificato con due aperture per l’ingresso aria antagonista.
Durante il funzionamento del motore, la variazione del titolo si ottiene pilotando un’attuatore mediante la centralina elettronica. Tale attuatore è una semplice valvola a controllo elettronico con comando a solenoide. L’attuatore in questione non esegue una regolazione di tipo lineare proporzionale in funzione di un segnale di comando, ma agisce in duty-cycle, cioè con un intervento di tipo on-off. Esso viene infatti pilotato dalla centralina di comando tramite un segnale ad onda quadra alla frequenza costante di 10 Hz e duty-cycle variabile. La tensione di comando è 12 V e l’assorbimento medio di corrente è meno di 150 mA, e quindi l’energia necessaria al sistema può essere fornita anche tramite un sistema di generazione di energia elettrica del tipo normalmente in uso nei piccoli motori, senza ricorrere ad una batteria. La valvola a solenoide è un cilindretto metallico di 30 mm di lunghezza, 12 mm di diametro e massa di 20 g.
Per ragioni di fail safe la valvola è chiusa se non c'è alimentazione del solenoide. La figura 4.3 mostra le tre elettrovalvole fissate al telaio, e alimentate da un semplice segnale elettrico1 proveniente dalla centralina, mentre la figura 4.4 mostra un possibile collegamento tra il solenoide e il carburatore.
Figura 4.3:Sono visibili le tre elettrovalvole vincolate al telaio. Sono collegate sia alla centralina sia alle aree antagoniste del carburatore.
Figura 4.4:Elettrovalvola collegata al carburatore.
Per quanto riguarda il controllo in duty-cycle, la valvola viene comandata ad intervalli prestabiliti e molto piccoli. In altre parole, per ogni periodo, il solenoide è alimentato per una percentuale variabile dell’intervallo temporale, come mostrato dalla figura 4.5.
Figura 4.5: Onda quadra di comando per il solenoide. Si nota che A rappresenta il periodo, che in questo caso è 0,1 s. Il rapporto B/A, rappresenta la percentuale in cui la valvola rimane aperta permettendo il transito di aria nei condotti di smagrimento. Per B/A = 0 si ha la condizione di duty cycle 0%, mentre per B/A = 1, si ha la condizione duty cycle 100%, ossia valvola sempre aperta.
La percentuale del duty-cycle deve essere controllata dalla centralina elettronica in accordo con la strategia di controllo scelta e in base al segnale di feedback della sonda lambda proporzionale. In fase di progettazione del solenoide2, è stata scelta una frequenza di ciclo di 10 Hz per permettere una buona risposta del sistema. Questa frequenza è relativamente bassa dal punto di vista delle caratteristiche di funzionamento della valvola ma sufficientemente elevata per assicurare basse oscillazioni nel titolo della miscela prodotta.
La figura 4.6 mostra uno schema adottato per l’ottenimento della variazione del titolo. La figura mostra soltanto il controllo del circuito del massimo (freno d’aria). Al fine di poter effettuare una variazione del titolo fin dai bassi carichi e avere in generale una variazione del titolo più ampia, si è ricorso al controllo del circuito del minimo con una struttura del tutto analoga. E’ importante notare che l’aria introdotta dagli attuatori non solo smagrisce la miscela, ma ne migliora anche la polverizzazione e la sua omogeneizzazione.
Figura 4.6: Disegno schematico di un carburatore dotato di controllo sul condotto dell'emulsionatore del freno d'aria; con A è indicato l'attuatore a solenoide. Si vede chiaramente come il circuito supplementare di smagrimento si colleghi al normale circuito di smagrimento d’aria freno.
Nella figura 4.7 sono visibili i tubicini di gomma che trasportano l’aria pulsata dai solenoidi destinata a sfociare nei condotti del massimo e del minimo. Inizialmente sono stati utilizzati due soli solenoidi, uno collegato al circuito del minimo ed un secondo al circuito del massimo. Tuttavia, a seguito delle prime prove sperimentali, descritte nel capitolo 7, l’utilizzo di due soli solenoidi si è verificata insufficiente ai fini dello smagrimento della miscela. Per questo motivo si è ritenuto opportuno adoperare due solenoidi in parallelo per mandare l’aria al circuito del massimo al fine di smagrire maggiormente il titolo della miscela ai carichi medio-alti, ed un solo solenoide destinato al circuito del minimo. Si precisa che rispetto alla soluzione rappresentata in figura 4.4, i solenoidi sono stati collegati al carburatore tramite piccoli tubicini in gomma poiché il carburatore Dell’Orto FHC 20 – 16 fornitoci, ha entrambi i circuiti di smagrimento predisposti all’utilizzo di tali tubicini. Il vantaggio di tali elementi, sta nel fatto di poter sommare le quantità di aria che giungono dai due solenoidi destinate allo smagrimento agente nel circuito del massimo. La figura 4.7 chiarisce quanto detto.
INGRESSO ARIA MASSIMO INGRESSO ARIA MINIMO
Figura 4.7:Schema di collegamento tra i solenoidi ed il carburatore.