Introduzione:
Riassumiamo un pò di indicazioni "pratiche", tratte dalla direttiva Europea, facilmente reperibile in rete, riguardo le strategia EOBD. Come abbiamo già accennato la Comunità Europea, allo scopo di ridurre i gas inquinanti emessi dalle autovetture con motore ad accensione comandata (benzina), ha emesso la direttiva 98/69 CE che obbliga tutti i costruttori d'automobili all'inserimento, nel quadro di bordo, di una spia (MIL) che indichi il malfunzionamento dei sistemi antinquinamento utilizzati sulle stesse. Per quanto riguarda le omologazioni relative alle emissioni, i limiti da rispettare devono essere garantiti, in condizioni di impiego e manutenzione corretti, per un minimo di: Per ottemperare a quanto richiesto dalla normativa EOBD sono state implementate nel sistema di gestione motore nuove tipologie di diagnosi su otto aree differenti: Il sistema controllo motore prevede la disattivazione delle diagnosi EOBD a seguito di: La diagnosi Fuel System si propone di individuare i difetti presenti sulla linea carburante, intendendo con questo termine tutti gli elementi che vanno dalla pompa benzina fino agli iniettori. La strategia di diagnosi catalizzatore ha lo scopo di individuarne il degrado, tale da permettere il superamento del limite d'emissioni imposto dalla normativa, e di segnalarlo mediante registrazione di un codice di guasto su memoria non volatile ed accensione della MIL. Allo scopo di diminuire le emissioni inquinanti sotto ai limiti di fase 4 e successive e di rispettare le norme EOBD è necessario rimanere il più possibile nell'intorno del titolo stechiometrico. Il misfire consiste in un'incompleta o nulla combustione causata dalla mancata iniezione di benzina nel collettore, dalla mancata accensione della miscela d'aria/benzina all'interno del cilindro o ad una miscela molto povera che provoca irregolarità della combustione. La strategia è disattivata in tutte le condizioni nelle quali la diagnosi non è affidabile. L'EOBD esegue controlli di tipo elettrico sui componenti del sistema e verifica la regolarità del flusso azionando l'elettrovalvola del canister e controllando la variazione del segnale lambda. Il sistema di immissione di aria secondaria, utilizzato soprattutto in passato per ridurre la formazione di HC nella prima fase di riscaldamento, viene controllato, in maniera simile alla diagnosi precedente, grazie alla variazione dei segnali lambda. La diagnosi del funzionamento dei dispositivi atti a riciclare parte dei gas combusti viene effettuata grazie ai sensori posti sul circuito di aspirazione e sulla valvola EGR stessa (MAF misuratore massa aria, MAP sensore pressione assoluta, potenziometro EGR).
La direttiva europea:
La spia MIL (Malfunction Indicator Lamp)
Tale direttiva prevede che le vetture alimentate a benzina siano dotate di questo sistema dal 01/01/2000 per quanto riguarda le omologazioni, e dal 01/01/2001 per quanto riguarda le immatricolazioni.
Per le vetture diesel, l'entrata in vigore ha avuto inizio dal 2003.
Il sistema, quindi, di cui sono dotate le vetture per rispettare questa normativa, prende il nome di EOBD, acronimo di European On Board Diagnostic (per distinguerlo dal protocollo OBD II Americano).
Tale sigla sta ad indicare un sistema diagnostico di bordo per il controllo delle emissioni con la possibilità, secondo quanto richiesto dalla direttiva europea, di identificare, per mezzo di codici d'errore, DTC, scritti nella memoria non volatile della centralina gestione motore, la zona in cui si è probabilmente verificato un guasto.
Il sistema EOBD si affianca alle abituali strategie di diagnosi, che continuano ad essere presenti.
Qualsiasi circuito asportabile di memoria di taratura deve essere rivestito di resina, rinchiuso in un contenitore sigillato o protetto da un algoritmo elettronico e deve poter essere sostituito soltanto per mezzo di procedure o attrezzi appositi.
Conformità dei veicoli in circolazione:
EURO III quattro anni oppure 80.000km (secondo quale condizione accada per prima).
EURO IV cinque anni d'età 100.000 km (secondo quale condizione accada per prima).
EURO V cinque anni o 160.000 Km.
L'effettiva corrispondenza alle norme dei sistemi EOBD si articola in diverse fasi di prova:
-Simulazione di malfunzionamento di un elemento del sistema di gestione del motore o di controllo delle emissioni
-Comportamento del veicolo con malfunzionamento simulato per un ciclo di prova di tipo I, ECE + EUDC
Quattro cicli ECE + un ciclo EUDC (Extra Urban Driving Cyle)
Le caratteristiche dei giri di prova prevedono che il veicolo oggetto della prova viaggi a determinate velocita, per tempi prestabiliti simulando le condizioni dell'utilizzo su strada.
Rispetto ai precedenti sistemi diagnostici con l'EOBD sono da segnalare questi importanti vantaggi:
-La presa diagnosi a 16 vie, DLC, è unificata per tutti i costruttori.
-I codici errore, DTC, sono unificati per tutti i costruttori.
-Un qualunque strumento di diagnosi "SCAN TOOL" può essere utilizzato per la lettura dei codici errore.
I DTC non forniscono unicamente informazioni generiche sul componente guasto ma specificano anche il tipo di avaria (interruzione, corto circuito, coerenza segnale, ecc).
Vengono anche salvate le condizioni nelle quali si è verificato il guasto.
Il DLC (Data Link Connector)
Logica del sistema:
Diagnosi fuel system: con questa diagnosi il sistema segnala che la centralina non è in grado di mantenere il valore stechiometrico, senza poter associare il problema ad un elemento specifico.
Diagnosi catalizzatore: consiste nella capacità del sistema di diagnosticare l'efficienza del catalizzatore.
Diagnosi misfire: il sistema è in grado di diagnosticare le mancate accensioni che provocano il danneggiamento del catalizzatore o la deriva delle emissioni.
Diagnosi sonda lambda: consiste nella capacità del sistema di diagnosticare il corretto funzionamento delle sonde lambda.
Diagnosi sistema recupero vapori carburante: i vapori carburante presenti nel serbatoio non vengono rilasciati in atmosfera ma raccolti in un "canister", un serbatoio ai carboni attivi, e riaspirati dal motore per una successiva combustione.
Diagnosi trasmissione.
Diagnosi EGR: la quantità di gas combusti ricliclati ed il funzionamento della valvola EGR (Exhaust Gas Recirculation) vengono monitorati dalla centralina motore.
Diagnosi sistema aria secondaria di post combustione: anche il sistema di immissione di aria secondaria allo scarico (dove presente) viene monitorato dal sistema di gestione motore.
Si deve però ricordare che le risorse autodiagnostiche del sistema EOBD sono limitate alla verifica dei sistemi di controllo emissioni e non vanno quindi confuse con le diagnosi specifiche dedicate ai sistemi elettronici presenti a bordo.
Condizioni di esclusione:
Livello carburante inferiore al 20% della capacità nominale del serbatoio.
Temperatura ambiente inferiore a -7°C.
Altitudine superiore a 2500 metri sul livello del mare.
Diagnosi Fuel System:
La diagnosi deve concludersi nell'arco di tre cicli d'emissione ECE+EUDC, ciò significa che questa deve essere monitorata esclusivamente tramite l'esecuzione di cicli guida e verificata in seguito nelle condizioni di guida più varie, fondamentalmente per evitare segnalazioni errate della diagnosi.
Tale diagnosi è possibile grazie principalmente ai segnali della sonda lambda ed ai controlli di tipo elettrico sui componenti del fuel sistem (relè pompa carburante, iniettori....).
Diagnosi catalizzatore:
In particolare si misurano l'energia del segnale della sonda a monte e quella della sonda a valle.
Poi si confrontano le due energie:
Se l'energia del segnale della sonda a valle è molto piccolo rispetto all'energia del segnale della sonda a monte allora il catalizzatore sta funzionando correttamente.
Se l'energia del segnale della sonda a valle è compatibile con l'energia del segnale della sonda a monte allora il catalizzatore è degradato.
Quindi è grazie alle due sonde ossigeno (prima e dopo il cat) che la centralina è in grado di stabilire l'O.S.C. (Oxygen Storage Capacity) e risalire alla sua efficienza di conversione.
Per ciò che concerne il catalizzatore la norma chiede di diagnosticare guasto un catalizzatore che fa superare un determinato livello d'emissioni di HC.
Un catalizzatore degradato realizza meno efficacemente le reazioni chimiche per le quali era stato progettato.
La diminuzione dell'effetto di "Oxygen Storage" è indice di una minore efficacia dei processi chimici e dunque di un certo degrado del catalizzatore.
I sistemi a doppia sonda stimano quindi il degrado misurando I'Oxygen Storage.
In condizioni di closed loop, se I'Oxygen Storage funziona correttamente la sonda a valle fornirà un segnale quasi costante poichè il catalizzatore utilizza tutto l'ossigeno per le sue reazioni chimiche; man mano che il catalizzatore si degrada l'Oxygen Storage diminuisce ed una parte d'ossigeno sempre maggiore sarà "vista" dalla sonda a valle che fornirà, di conseguenza, un segnale via via più grande in ampiezza e con frequenza uguale a quella del primo loop.
Questa frequenza è variabile nel senso che è modulata dal grado d'efficienza del catalizzatore stesso.
Data la caratteristica delle sonde e del catalizzatore stesso, le considerazioni precedenti sono valide purchè siano soddisfatte alcune condizioni, prima fra tutte che il titolo della miscela oscilli attorno al valore di stechiometria, perchè il catalizzatore ha in quella zona il suo massimo d'efficienza.
Pertanto occorre disattivare la strategia in quelle zone di funzionamento che non permettono, date le loro caratteristiche, di risalire al livello d'efficienza del catalizzatore.
In generale si può affermare che sono da scartare tutte le situazioni di titolo non stechiometrico (transitori, cutoff e tutte le condizioni di open loop di titolo) e di temperatura bassa del catalizzatore (ad esempio warm up).
Con l'inasprimento delle normative (euro 4/5/6) le condizioni di esclusione sono sempre più ristrette.
Diagnosi sonde Lambda (pre e post catalizzatore):
A causa tuttavia dei fenomeni d'invecchiamento motore, i tempi d'iniezione, definiti in fase di sviluppo, tendono a non rispettare più la suddetta condizione di combustione stechiometrica.
E' dunque importante apportare delle correzioni per ricentrare continuamente il titolo verso il valore unitario (Autoadattatività).
Motivazioni alla scelta del secondo anello:
Quando il rapporto A/F è mantenuto prossimo alla stechiometria, l'uscita in Volt della sonda lambda cresce in modo inversamente proporzionale alla concentrazione d'ossigeno nel gas esausto.
Un tale sensore posto sul tratto del collettore di scarico dopo il catalizzatore dà luogo ad una tensione in uscita molto meno influenzata, rispetto ad una sonda a monte, da condizioni di non equilibrio dei gas dovute a cattive combustioni, turbolenze, avvelenamenti.
Questo avviene in quanto esso è protetto in tal senso dall'effetto filtrante del catalizzatore e da una localizzazione sicuramente più distante dal motore.
Poichè la posizione, particolarmente privilegiata, della sonda a valle rispetto a quella a monte la preserva maggiormente dal processo di naturale invecchiamento cui è soggetta e dal pericolo di possibili avvelenamenti, è logico utilizzare l'informazione che il sensore fornisce per recuperare in maniera adattativa le possibili derive della sonda a monte.
Fatte queste premesse è ragionevole pensare di poter utilizzare la sonda lambda come un sensore d'ossigeno particolarmente preciso a patto di lavorare nella stretta zona di linearità della sua caratteristica.
Su questi presupposti si fonda la strategia di controllo del secondo anello che utilizza l'informazione della sonda post catalizzatore per modulare finemente i parametri del controllo del primo anello.
In quest'ottica l'adattatività del secondo anello ha lo scopo di recuperare sia le differenze nella produzione, sia le lente derive che l'uscita del sensore può denunciare a fronte d'invecchiamento ed avvelenamento.
Esempio di strategia autoadattativa a doppio anello:
In condizioni nominali il controllo del primo anello (closed loop della sonda a monte) dovrebbe garantire un titolo mediamente stechiometrico, mentre il controllo del secondo anello dovrebbe oscillare molto lentamente intorno ad una tensione compresa tra 600 e 700 mV.
A fronte di un errore costante sulla lettura della sonda a monte, dovuto per esempio all'invecchiamento della stessa, il controllo del titolo si polarizzerà verso il ricco o verso il magro, polarizzando a sua volta la lettura della sonda ON/OFF a valle.
Il controllo del secondo anello, compatibilmente con la sua authority, tenderà a recuperare l'eccesso di ricco o magro per fare oscillare la sonda a monte intorno alla sua soglia nominale.
La strategia autoadattativa deve calcolare, negli stazionari in cui il secondo anello è abilitato, la polarizzazione del controllo del secondo anello e ribaltare quest'informazione su una tabella di correzioni.
Diagnosi misfire:
Anche un'anomalia di origine meccanica può causare misfire.
Gli effetti consistono nella presenza di quantità anche elevate di benzina non combusta (HC) nei gas di scarico.
Un primo effetto può essere quello di aumentare drasticamente i limiti d'emissioni EOBD, in special modo per quello che riguarda la presenza nella miscela d'idrocarburi incombusti (HC).
Si tratta di un problema che deve essere segnalato all'autista dall'accensione della spia MIL, come tutti i guasti EOBD che generano un aumento delle emissioni oltre i limiti consentiti dalla normativa europea.
In caso di misfire in numero più elevato si verifica un incremento della temperatura nel catalizzatore, in quanto le elevate quantità di benzina che arrivano al suo interno vengono bruciate in quella sede anzichè in camera di scoppio.
L'aumento di temperatura del catalizzatore può arrivare anche a valori prossimi ai 950°C, il fenomeno deve essere rilevato in quanto la marmitta perde le sue capacità di catalisi a partire dagli 850°C e può essere seriamente danneggiata.
In entrambi i casi non ha significato il singolo misfire ma la percentuale di mancate accensioni calcolata in un opportuno ammontare di combustioni.
Nel primo caso la MIL può essere aggiornata al secondo ciclo con guasto rilevato, come per tutti gli altri guasti EOBD.
Si ha quindi a disposizione un tempo molto elevato per il rilevamento del problema.
Per questo motivo si è deciso di aggiornare la percentuale di misfire ogni 1000 giri, e quindi di calcolare la percentuale di misfire in una finestra di 2000 PMS.
Nel secondo caso il conducente deve essere avvertito il più rapidamente possibile, perchè la vettura deve essere immediatamente fermata a protezione del catalizzatore.
Per questo si sceglie di accendere la MIL con modo lampeggiante (vedi normativa europea) e di calcolare la percentuale di misfire in una finestra molto più piccola (200 giri, 400 PMS).
In questo modo il rilevamento del problema è molto più rapido.
Di norma, a salvaguardia dell'integrità del catalizzatore, viene interrotto il pilotaggio dell'iniettore sul cilindro interessato dal misfire.
Il principio della strategia di riconoscimento dei Misfire si fonda sulla misura della durata denti relativi alla ruota fonica.
La velocità di rotazione dell'albero motore non è costante all'interno del ciclo di funzionamento.
Le variazioni sono, infatti, causate dalla spinta impressa al pistone dalla combustione della massa d'aria/benzina e dall'effetto di rallentamento provocato dagli attriti o dal pompaggio della miscela d'aria/benzina e dei gas combusti.
La combustione provoca quindi un'accelerazione istantanea al moto del pistone, mentre gli attriti ed il pompaggio provocano un'istantanea decelerazione.
Nel primo caso la durata tra dente e dente della ruota fonica tende a diminuire, nel secondo caso la durata tende ad aumentare.
La centralina, valutando queste variazioni di velocità angolare, è in grado di rilevare se il motore gira "rotondo" o se "zoppica.
Per evitare errori di rilevazione è necessario che la centralina effettui preventivamente un rilevamento delle imperfezioni geometriche della ruota fonica in modo che la lettura sia il più precisa possibile.
Di norma l'apprendimento delle irregolarità della ruota fonica viene effettuato in automatico durante la fase di cut off (in modo che non vi siano disturbi dovuti all'accensione).
Quando si verificano consecutivamente tre letture coerenti della "forma" della ruota fonica l'apprendimento è completato.
Molte vetture del gruppo Fiat segnalano la necessità di effettuare l'apprendimento della ruota fonica mediante il lampeggio della spia MIL senza errori in diagnosi legati a mancate accensioni.
Condizioni di disattivazione e attivazione:
In queste condizioni, per evitare falsi allarmi, si rinuncia a generare un risultato, ed i contatori di PMS e di misfire sono interrotti.
La strategia è disattivata se non è ancora stato eseguito l'apprendimento della dissimmetria della ruota fonica: in questo caso, infatti, gli indici generati dalla strategia non sono affidabili.
La strategia è abilitata quando la portata d'aria nel collettore è superiore ad un valore di calibrazione.
Una portata d'aria inferiore può causare cadute di coppia anche se non vi sono problema d'iniezione e/o d'accensione.
La strategia è disattivata nella fase di cutoff, in quanto in queste condizioni la generazione di coppia è nulla.
La strategia è abilitata in un opportuno intervallo di regime di rotazione dell'albero motore.
La strategia è disattivata nel caso di rapide variazioni dell'angolo d'apertura della valvola a farfalla, e quindi nel caso di transitori molto rapidi che possono influenzare pesantemente i valori degli indici calcolati.
La strategia è disattivata in caso di perdita di sincronismo della ruota fonica.
Può succedere che durante la lettura delle durate denti della ruota fonica ad elevate coppie e velocità venga persa la lettura di un dente della ruota stessa.
In questo caso la finestra angolare base è calcolata erroneamente, gli indici assumono valori non corretti.
La strategia è disattivata a temperature eccessivamente basse ed eccessivamente alte in quanto la combustione può essere in quei casi anomala: a temperature molto basse la combustione si può non innescare od estinguersi prima della sua conclusione, a temperature molto elevate la densità dell'aria e della miscela possono essere molto basse.
La strategia è disabilitata se si è verificato un guasto che rende la diagnosi misfire inaffidabile (ad es. al sensore di temperatura acqua, al sensore di pressione nel collettore d'aspirazione, al sensore di velocità di rotazione dell'albero motore ecc..).
La strategia è disabilitata nel caso di percentuali di EGR molto elevate, poichè una quantità elevata di ricircolo può provocare una notevole degenerazione della combustione, e quindi un misfire, che non è però legato a problemi d'iniezione e/o accensione.
La strategia è disabilitata in fase d'avviamento in cui la diagnosi non è affidabile.
In particolare la strategia è disattivata:
Nella fase 1, quando è iniettata benzina in tutti i cilindri contemporaneamente (iniettata full group).
Nella fase 2, quando il motore è in funzione e la miscela è continuativamente molto ricca.
Nella fase 3, durante la quale il rapporto relativo aria/benzina tende verso lo stechiometrico, mediante un profilo di titolo indipendente dalla temperatura acqua.
Il tempo durante il quale in questa fase la strategia è disabilitata dipende dalla temperatura dell'acqua all'inizio della fase stessa.
La strategia è disabilitata in ingresso al controllo in anello chiuso del minimo per un certo intervallo di PMS.
Nella prima fase di controllo in anello chiuso del minimo vengono, infatti, applicate variazioni elevate dell'angolo d'anticipo d'accensione (in ausilio al controllo mediante motorino passo passo).
Queste variazioni dell'angolo d'anticipo possono provocare combustioni anomale con cadute di coppia e riconosciute erroneamente come mancate combustioni.
Disattivazione del cambio marcia: nel caso di cambio marcia molto rapido, la strategia è disattivata in quanto si generano variazioni molto rapide nella velocità di rotazione dell'albero motore che rendono inaffidabile la stima degli indici.
Disabilitazione su strada sterrata: la strada sterrata genera delle variazioni molto elevate degli indici.
Nel caso in cui una determinata soglia sia oltrepassata la strategia viene disabilitata e riabilitata unicamente quando l'indice ritorna all'interno di una determinata fascia (informazione rilevata mediante sensore accelerometrico sul corpo vettura o, in sua mancanza, grazie a strategie sw).
Diagnosi sistema recupero vapori carburante:
In pratica aprendo l'elettrovalvola a canister saturo la miscela verrà arricchita e, se il flusso è regolare, ne conseguira una variazione lambda coerente.
Viceversa, a serbatoio dei carboni vuoto, la miscela risulterà smagrita rilevando la variazione con la lambda.
Questa variazione lambda rappresenta quindi il criterio per controllare la regolarità di flusso e la tenuta delle tubazioni.
Diagnosi sistema aria secondaria:
Diagnosi EGR: