Impianti elettrici del motore

Informazioni generali
L'impianto elettrico è del tipo a 12 volt con negativo a massa e comprende una batteria da 12 volt, un alternatore con regolatore di tensione integrato, un motorino di avviamento e accessori, componenti e cablaggi elettrici correlati. La batteria è del tipo a bassa manutenzione o senza manutenzione “sigillata a vita” ed è caricata da un alternatore azionato da cinghia dalla puleggia dell'albero motore. Il motorino di avviamento è del tipo a innesto preventivo, con solenoide integrato. All'avviamento, il solenoide sposta il pignone di comando in innesto con la corona dentata del volano prima che il motorino di avviamento venga alimentato. Una volta avviato il motore, una frizione unidirezionale impedisce che l'indotto del motorino venga trascinato dal motore finché il pignone non si disinnesta dal volano.

Il sistema di accensione è responsabile dell'accensione della miscela aria/combustibile in ciascun cilindro nel momento corretto in relazione al regime e al carico del motore. Sui modelli della gamma Sierra/P100 sono montati diversi sistemi di accensione, che vanno da un semplice sistema elettronico senza puntine fino a un sistema di gestione motore completamente integrato che controlla l'accensione e i sistemi di iniezione del carburante.

Il sistema di accensione si basa sull'alimentazione di tensione di bassa tensione dalla batteria alla bobina, dove viene convertita in alta tensione.

L'alta tensione è sufficientemente potente da far scoccare la scintilla attraverso la distanza degli elettrodi della candela nei cilindri molte volte al secondo, con alte pressioni di compressione, purché il sistema sia in buone condizioni. Il circuito a bassa tensione (o primario) comprende la batteria, il cavo che va al commutatore di accensione, il cavo dal commutatore di accensione agli avvolgimenti della bobina a bassa tensione (morsetto + /15) e anche al terminale di alimentazione del modulo elettronico, e il cavo dagli avvolgimenti della bobina a bassa tensione (morsetto - /1) al terminale di comando del modulo elettronico.

Il circuito ad alta tensione (o secondario) comprende gli avvolgimenti della bobina ad alta tensione, il cavo AT (alta tensione) dalla bobina al coperchio del distributore, il rotore, i cavi AT verso le candele e le candele stesse.

Il sistema funziona nel modo seguente. La corrente che attraversa gli avvolgimenti a bassa tensione genera un campo magnetico attorno agli avvolgimenti ad alta tensione. Quando il motore gira, un sensore produce un impulso elettrico che viene amplificato nel modulo elettronico e utilizzato per interrompere il circuito a bassa tensione.

Il successivo collasso del campo magnetico sugli avvolgimenti ad alta tensione produce alta tensione, che viene quindi inviata alla candela corrispondente tramite il coperchio del distributore e il rotore. Il circuito a bassa tensione viene automaticamente riattivato dal modulo elettronico, per consentire la ricostituzione del campo magnetico prima dell'accensione della candela successiva. L'anticipo e il ritardo dell'accensione vengono regolati automaticamente per garantire che la scintilla scocchi nell'istante corretto in relazione al regime e al carico del motore.

Per migliorare la guidabilità durante la fase di riscaldamento e ridurre le emissioni allo scarico, alcuni veicoli sono dotati di un sistema di controllo della scintilla sensibile alla temperatura e azionato a depressione.

Sistema di accensione induttiva Questo è il sistema meno sofisticato montato sulla gamma Sierra/P100 e comprende un distributore senza puntine e un modulo elettronico di commutazione/amplificazione, oltre alla bobina e alle candele.

L'impulso elettrico necessario per interrompere il circuito a bassa tensione è generato da una bobina di trigger magnetica nel distributore. Una ruota di trigger ruota all'interno di uno statore magnetico, e il campo magnetico è fornito da un magnete permanente. Il campo magnetico tra i due poli (braccio dello statore e ruota di trigger) dipende dalla distanza d'aria tra i due poli. Quando la distanza d'aria è al minimo, il braccio della ruota di trigger è direttamente di fronte al braccio dello statore, e questo è il punto di trigger. Al variare del flusso magnetico tra il braccio dello statore e la ruota di trigger, nella bobina di trigger montata sotto la ruota di trigger viene indotta una tensione; questa tensione viene rilevata, quindi amplificata dal modulo elettronico e utilizzata per interrompere il circuito a bassa tensione. Vi è un braccio della ruota di trigger e un braccio dello statore per ogni cilindro (4).

L'anticipo di accensione è una funzione del distributore ed è controllato sia meccanicamente sia da un sistema a depressione. Il regolatore meccanico è composto da due masse che si allontanano dall'albero del distributore quando il regime motore aumenta, per effetto della forza centrifuga. Muovendosi verso l'esterno, ruotano la ruota di trigger rispetto all'albero del distributore, anticipando così la scintilla.

Le masse sono trattenute in posizione da due molle leggere, ed è principalmente la tensione delle molle a determinare il corretto anticipo della scintilla.

Il controllo a depressione è costituito da un diaframma, un lato del quale è collegato tramite un tubicino di piccolo diametro al carburatore o al collettore di aspirazione e l'altro lato al distributore. La depressione nel collettore di aspirazione e/o nel carburatore, che varia con il regime motore e la posizione della farfalla, fa muovere il diaframma, spostando la piastra base e anticipando o ritardando la scintilla. Un controllo fine è ottenuto tramite una molla nel gruppo diaframma.

Sistema ESC (Electronic Spark Control) Questo sistema è montato solo sui primi modelli «Economy» e comprende un distributore ad effetto Hall e un modulo ESC, oltre alla bobina e alle candele.

L'impulso elettrico necessario per interrompere il circuito a bassa tensione è generato da un sensore nel distributore. Una paletta di trigger ruota nello spazio tra un magnete permanente e il sensore. La paletta di trigger ha quattro intagli, uno per ogni cilindro. Quando uno degli intagli della paletta è allineato con il sensore, il flusso magnetico può passare tra il magnete e il sensore. Quando un segmento della paletta è allineato con il sensore, il flusso magnetico viene deviato attraverso la paletta, lontano dal sensore. Il sensore rileva la variazione del flusso magnetico e invia un impulso al modulo ESC, che interrompe il circuito a bassa tensione.

L'anticipo di accensione è una funzione del modulo ESC ed è controllato dalla depressione. Il modulo è collegato al collettore di aspirazione tramite un tubo del vuoto, e un trasduttore nel modulo converte il segnale di depressione in tensione elettrica. Dal segnale di depressione, il modulo ESC determina il carico motore, mentre il regime motore è determinato dall'intervallo tra gli impulsi forniti dal sensore del distributore. Il modulo dispone di una serie di valori di anticipo memorizzati nella sua memoria, e viene selezionato il valore adeguato per il regime e il carico motore del momento. Il grado di anticipo può quindi essere variato costantemente in funzione delle condizioni di regime e carico motore.

Sistema ESC II (Electronic Spark Control II)
Modelli con carburatore 1.8 e 2.0 litri SOHC Questo sistema è uno sviluppo del sistema ESC descritto in precedenza in questa Sezione, ma consente un controllo più preciso del funzionamento del motore grazie all'inclusione di funzioni di monitoraggio aggiuntive e di uscite di controllo.

I veicoli dotati del sistema ESC II hanno un riscaldatore elettrico del collettore di aspirazione che riscalda la miscela aria/carburante quando il motore è freddo, riducendo così la quantità di arricchimento necessaria, abbassando i consumi e migliorando la guidabilità a motore freddo.

Il riscaldatore è azionato dal modulo ESC II, che riceve informazioni sulla temperatura del motore da un sensore della temperatura del liquido di raffreddamento montato nel collettore di aspirazione.

Sui modelli SOHC 2.0 litri, il modulo ESC II comanda un motore passo-passo del carburatore per controllare il regime del minimo. Utilizzando le informazioni su regime, carico, temperatura e posizione della farfalla (fornite da un interruttore sul carburatore), il modulo comanda il motore passo-passo per mantenere un regime del minimo costante. Sui modelli equipaggiati con cambio automatico e/o climatizzatore, al modulo vengono forniti ingressi aggiuntivi che gli consentono di comandare il motore passo-passo per compensare il carico aggiuntivo imposto al motore dal cambio automatico o dal climatizzatore. Il modulo ESC II comanda inoltre un relè «power hold» che permette al motore passo-passo di funzionare brevemente dopo lo spegnimento del quadro, per eseguire un ciclo di anti-run-on e di ventilazione del collettore.

Modelli con carburatore 2.0 litri DOHC Per controllare il funzionamento del motore viene utilizzato uno sviluppo del sistema ESC II. Il modulo riceve informazioni da un sensore di posizione/regime dell'albero motore (simile a quello descritto per il sistema ESC Hybrid), tranne per il fatto che il sensore è attivato da un disco dentato sul retro dell'albero motore, all'interno del basamento, e da un sensore della temperatura del liquido di raffreddamento.

L'anticipo di accensione è una funzione del modulo ESC II ed è controllato dalla depressione.

Il modulo è collegato al carburatore tramite un tubo del vuoto, e un trasduttore nel modulo converte il segnale di depressione in una tensione elettrica. Dal segnale di depressione, il modulo determina il carico del motore; il regime e la temperatura del motore sono determinati dal sensore di velocità/posizione dell'albero motore e dal sensore di temperatura del liquido di raffreddamento motore. Il modulo dispone di una serie di valori di anticipo dell'accensione memorizzati nella sua memoria, e viene selezionato un valore adeguato per il regime, il carico e la temperatura del motore in quel momento. Il grado di anticipo può quindi essere variato costantemente per adattarsi alle condizioni di regime e di carico del motore.

Sistema ESC Hybrid (Electronic Spark Control Hybrid)
Questo sistema è montato sui modelli 1.8 CVH e comprende vari sensori e un modulo ESC Hybrid, oltre alla bobina e alle candele. Il distributore serve esclusivamente a distribuire la tensione AT alle candele ed è costituito semplicemente da un rotore montato direttamente sull'estremità dell'albero a camme e da un coperchio del distributore.

L'impulso elettrico necessario per interrompere il circuito a bassa tensione è generato da un sensore di velocità/posizione dell'albero motore, attivato da una ruota dentata sull'albero motore. La ruota dentata ha 35 denti equidistanti con un vuoto in corrispondenza della 36ª posizione.

Il vuoto è utilizzato dal sensore per determinare la posizione dell'albero motore rispetto al PMS (punto morto superiore) del pistone n. 1.

Le informazioni sul carico motore sono fornite al modulo ESC Hybrid da un trasduttore di depressione interno al modulo, collegato al collettore di aspirazione tramite un tubo del vuoto. Ulteriori segnali sono forniti da un sensore di temperatura del liquido di raffreddamento motore montato sul collettore di aspirazione e da un sensore di temperatura dell'aria di alimentazione montato nella base del filtro dell'aria. Il modulo seleziona il valore ottimale di anticipo dell'accensione in base alle informazioni ricevute dai vari sensori. Il grado di anticipo può quindi essere variato costantemente per adattarsi alle condizioni di funzionamento del motore.

Oltre al circuito di accensione, il modulo controlla anche una resistenza riscaldante dello starter elettrico e un'elettrovalvola che, a sua volta, controlla un ammortizzatore della farfalla sul carburatore. La resistenza riscaldante dello starter elettrico è azionata dal modulo utilizzando le informazioni fornite dal sensore di temperatura del liquido di raffreddamento motore. La resistenza serve a rallentare la velocità con cui lo starter si disinnesta, migliorando così la guidabilità e il consumo complessivo di carburante a motore freddo. L'elettrovalvola controlla l'alimentazione di depressione all'ammortizzatore della farfalla del carburatore. L'ammortizzatore della farfalla impedisce la chiusura brusca della farfalla durante la decelerazione, mantenendo così la combustione della miscela aria/carburante, che riduce le emissioni nocive dei gas di scarico.

Si noti che nel sistema ESC Hybrid non è prevista alcuna possibilità di regolazione della fasatura dell'accensione.

Sistema EEC IV (Electronic Engine Control IV)
Modelli 2.0 litri SOHC con iniezione di carburante Questo sistema controlla sia il sistema di accensione sia quello di iniezione del carburante. Il modulo EEC IV riceve informazioni da un sensore a effetto Hall del distributore (simile a quello descritto in precedenza in questa sezione per il sistema ESC), da un sensore di temperatura del liquido di raffreddamento motore montato sul collettore di aspirazione, da un sensore di posizione della farfalla e da un misuratore di portata dell'aria.

Inoltre, sui modelli dotati di cambio automatico e/o climatizzatore, al modulo vengono forniti ulteriori segnali che gli consentono di aumentare il regime del minimo per compensare il carico aggiuntivo imposto al motore dal cambio automatico/climatizzatore. Il modulo fornisce segnali di uscita per il controllo della pompa del carburante, degli iniettori, del regime del minimo e del circuito di accensione. Utilizzando i segnali dei vari sensori, il modulo EEC IV calcola il valore ottimale di anticipo dell'accensione e la durata dell'impulso degli iniettori in base alle condizioni di funzionamento del motore. Questo sistema garantisce un controllo molto preciso del motore in tutte le condizioni, migliorando il consumo di carburante e la guidabilità e riducendo le emissioni dei gas di scarico. Una "strategia di funzionamento limitato" (LOS) fa sì che il veicolo possa comunque essere guidato, sebbene con potenza ed efficienza ridotte, in caso di guasto del modulo o dei relativi sensori.

Modelli 2.0 litri DOHC con iniezione di carburante Un'evoluzione del sistema EEC IV viene utilizzata per controllare sia il sistema di accensione sia quello di iniezione del carburante. Il modulo riceve informazioni da un sensore di velocità/posizione dell'albero motore (simile a quello descritto per il sistema ESC Hybrid), con la differenza che il sensore è attivato da un disco dentato posto sulla parte posteriore dell'albero motore, all'interno del basamento), da un sensore di posizione della farfalla, da un sensore di temperatura del liquido di raffreddamento motore, da un sensore di temperatura del carburante, da un sensore di temperatura dell'aria di alimentazione, da un sensore di pressione assoluta del collettore (MAP) e da un sensore di velocità del veicolo (montato sul cambio). Inoltre, sui modelli dotati di convertitore catalitico, al modulo EEC IV viene fornito un ulteriore segnale da una sonda lambda riscaldata (HEGO). Sui modelli con cambio automatico, sul cambio sono montati sensori aggiuntivi che informano il modulo EEC IV quando il cambio è in posizione di folle e quando viene azionato il kickdown.

Il modulo fornisce segnali di uscita per il controllo della pompa del carburante, degli iniettori, del regime del minimo, del sistema di accensione e del cambio automatico.

Inoltre, sui modelli con climatizzatore, il modulo EEC IV disinnesta la frizione del compressore del climatizzatore all'avviamento del motore e quando il motore viene accelerato bruscamente. Sui modelli dotati di convertitore catalitico, il modulo EEC IV controlla anche l'elettrovalvola di spurgo del filtro a carbone attivo.

Utilizzando i segnali dei vari sensori, il modulo EEC IV calcola il valore ottimale di anticipo dell'accensione e la durata dell'impulso degli iniettori in base alle condizioni di funzionamento del motore. Una "strategia di funzionamento limitato" (LOS) fa sì che il veicolo possa comunque essere guidato, sebbene con potenza ed efficienza ridotte, in caso di guasto del modulo o di uno dei relativi sensori.

Modelli 1.6 litri e 1.8 litri (tipo R6A) CVH Un'evoluzione del sistema EEC IV è utilizzata per controllare sia il sistema di accensione sia quello di iniezione del carburante. È montato un sistema di accensione completamente elettronico senza distributore (DIS), che sostituisce la distribuzione meccanica dell'alta tensione (tramite spinterogeno rotante) con componenti elettronici “statici” a stato solido.

Il sistema seleziona l'anticipo di accensione più adatto alle condizioni di funzionamento del motore in quel momento, da una mappa tridimensionale di valori memorizzata nella memoria del modulo di controllo EEC IV. Il modulo seleziona il valore di anticipo appropriato in base alle informazioni fornite sul carico motore, sul regime e sulla temperatura di esercizio da vari sensori.

Il modulo EEC IV riceve informazioni da un sensore di velocità/posizione dell'albero motore (simile a quello descritto per il sistema ESC Hybrid), tranne che sui motori 1.6 litri, dove il sensore è attivato da una ruota dentata sul volano), un sensore di posizione della farfalla, un sensore della temperatura del liquido di raffreddamento motore, un sensore della temperatura dell'aria di alimentazione, un sensore di pressione assoluta del collettore (MAP), un sensore di velocità del veicolo (montato sul cambio) e una sonda lambda.

Il modulo fornisce uscite per il controllo della pompa del carburante, dell'iniettore, del motorino di controllo della farfalla, della elettrovalvola di controllo dell'aria a impulsi, dell'elettrovalvola di spurgo del filtro a carbone (ove previsto) e del sistema di accensione.

Utilizzando gli ingressi dei vari sensori, il modulo EEC IV calcola l'anticipo di accensione ottimale e la durata dell'impulso degli iniettori per adattarsi alle condizioni del motore in quel momento. Una “strategia di funzionamento limitato” (LOS) fa sì che il veicolo resti marciabile, anche se con potenza ed efficienza ridotte, in caso di guasto del modulo o di uno dei suoi sensori.

Precauzioni
Generalità
È necessario prestare particolare attenzione quando si lavora sull'impianto elettrico, per evitare danni ai dispositivi a semiconduttore (diodi e transistor) e per evitare il rischio di lesioni personali. Oltre alle precauzioni riportate nella sezione “Sicurezza innanzitutto!” all'inizio di questo manuale, tenere presenti i seguenti punti quando si lavora sul sistema.

Togliere sempre anelli, orologi, ecc. prima di lavorare sull'impianto elettrico. Anche con la batteria scollegata, potrebbe verificarsi una scarica capacitiva se un terminale sotto tensione di un componente viene collegato a massa attraverso un oggetto metallico.

Ciò potrebbe causare una scossa o una brutta ustione.

Non invertire i collegamenti della batteria.

Componenti come l'alternatore o altri dotati di circuiti a semiconduttore potrebbero subire danni irreparabili.

Se il motore viene avviato con cavi di collegamento e una batteria ausiliaria, collegare il positivo al positivo e il negativo al negativo. Questo vale anche quando si collega un caricabatteria.

Non scollegare mai i terminali della batteria o il connettore multipolare dell'alternatore quando il motore è in moto.

I cavi della batteria e il connettore multipolare dell'alternatore devono essere scollegati prima di eseguire qualsiasi saldatura elettrica sulla vettura.

Non utilizzare mai un ohmmetro dotato di generatore a manovella per la verifica di circuiti o della continuità.

Sistemi di accensione e di gestione motore
Attenzione: la tensione di alta tensione generata da un sistema di accensione elettronico è estremamente elevata e in determinate circostanze potrebbe essere letale. Fare attenzione a non ricevere scosse elettriche dal lato di alta tensione del sistema di accensione. Non toccare i cavi di alta tensione né il distributore o la bobina con il motore in moto. Se si ricercano guasti nel circuito di alta tensione, utilizzare attrezzi ben isolati per maneggiare i cavi sotto tensione.

I moduli di gestione motore sono componenti molto sensibili e, quando si lavora su un veicolo dotato di sistema di gestione motore, occorre adottare le seguenti precauzioni per evitare danni al modulo.

Quando si eseguono operazioni di saldatura sul veicolo con apparecchiature di saldatura elettrica, la batteria e l'alternatore devono essere scollegati.

Sebbene i moduli montati nel vano motore (tutti tranne EEC IV) tollerino le normali condizioni del vano motore, possono essere compromessi da calore o umidità eccessivi.

Se si utilizzano apparecchiature di saldatura o di lavaggio ad alta pressione in prossimità del modulo, fare attenzione a non dirigere calore, getti d'acqua o vapore verso il modulo. Se ciò non è evitabile, rimuovere il modulo dal veicolo e proteggere il suo connettore con un sacchetto di plastica.

Prima di scollegare qualsiasi cablaggio o rimuovere componenti, assicurarsi sempre che il quadro di accensione sia disinserito.

Sui modelli con moduli montati nel vano motore, non far funzionare il motore con il modulo staccato dal pannello carrozzeria, poiché la carrozzeria agisce come un efficace dissipatore di calore e il modulo potrebbe danneggiarsi per surriscaldamento interno.

Non tentare di improvvisare procedure di diagnosi dei guasti con una lampada di prova o un multimetro, poiché si potrebbero causare danni irreparabili al modulo.

Dopo aver lavorato sui componenti del sistema di accensione/gestione motore, assicurarsi che tutti i cablaggi siano ricollegati correttamente prima di ricollegare la batteria o inserire il quadro di accensione.

Su alcuni primi distributori Bosch è possibile che, con il coperchio del distributore rimosso, se il motore viene avviato con il motorino, le clip di fissaggio del coperchio cadano verso l'interno e blocchino la ruota/lamella di comando, disallineandola. In tal caso il distributore dovrà essere sostituito, poiché la ruota/lamella di comando non può essere riposizionata. Prestare quindi attenzione a non avviare il motore con il coperchio del distributore rimosso. I distributori successivi hanno clip riprogettate che eliminano il problema.

Rimozione
1 La batteria si trova nel vano motore, sul lato sinistro del pannello paratia.

2 Scollegare i cavi dal terminale negativo (massa) svitando il dado di fissaggio e rimuovendo il morsetto. Sfilare il coperchio in plastica e scollegare i cavi del terminale positivo allo stesso modo.

3 Allentare il bullone del morsetto quanto basta per poter sollevare la batteria dalla sua sede (vedere figura). Tenere la batteria in posizione verticale per evitare di versare elettrolita sulla carrozzeria.

Rimontaggio
4 Il rimontaggio è l'operazione inversa alla rimozione, ma spalmare vaselina sui terminali quando si ricollegano i cavi e collegare sempre per primo il cavo positivo e per ultimo il cavo negativo.