Codici identificativi di una delle centraline Bosch BMSK che equipaggiano tutte le moto BMW dal 2004 al 2015

Come aumentare le prestazioni o eliminare i difetti di erogazione di una moto attraverso la rimappatura della centralina originale

Spesso l'idea di rimappatura o riprogrammazione della ECU originale, richiama  nell'immaginario collettivo la ricerca smodata e indiscriminata di prestazioni, evocando anche alcune immagini da film come Fast & Furious, in cui si estremizzava il concetto fino allo stravolgimento del veicolo e delle sue caratteristiche tecniche, compresa l'affidabilità.

E' tra l'altro opinione comune che i settaggi di fabbrica siano le impostazini migliori per la moto, ottenuti dal produttore dopo anni di sviluppo e grandi investimenti di risorse.

Corollario a questo panorama è la convinzione, espressa in modo più o meno esplicito anche dai tecnici, che da un motore aspirato non si possano pretendere grandi margini di miglioramento  con questo tipo di intervento. 

Beh è tutto vero, dietro a queste affermazioni ci sono molte motivazioni oggettive e condivisibili.

Voglio darvi una nuova chiave di lettura, maturata da alcune esperienze e considerazioni che ne sono seguite mettendo le mani nella mia centralina Bosch.

Considerazioni sulle impostazioni di serie

BMW ha fatto un gran lavoro con l'eletronica del motore F800 (la stessa usata anche sulla gamma R1200, S1000 e K )

La moto di serie avrà anche i difettucci di erogazione che possono lamentare tutte le moto odierne, ma ha dei consumi da scooter ed è una moto piacevole e fruibile nella guida, anche più di altre moto dello stesso segmento.

Posseggo la versione stradale, che rispetto a quella da enduro ha "solo" 71CV contro 85CV. Nonostante la razionalizzazione operata per depotenziare e addolcire questo motore (che priviliegia i bassi regimi rispetto all'800 a piena potenza) sono rimasti tutti i difetti tipici di questo motore: l'evidente effetto on/off, il vuoto di erogazione ai medi regimi, il ritardo di risposta nel tutto aperto, ecc...

Tutte situazioni che poi portano i più esigenti a cercare soluzioni come quelle delle centraline aggiuntive.

In realtà ci sono molti motivi concreti per cui una casa costruttrice sviluppa una mappatura in questo modo apparentemente poco affinato.

1) consumi ed emissioni devono essere contenuti e soprattuto al capitolo emissioni le norme sempre più restrittive imbavagliano molto le possibilità di sviluppo e omologazione.

2) le caratteristiche del modello in questione non devono andare in competizione con quelle di modelli di gamma superiore, quindi devono essere frenate, anche attraverso una piccola spersonalizzazione del carattere del motore, a favore dei modelli "TOP" in cui si ha accesso a "tutto il pacchetto".

3) gli sviluppi di queste ECU sono costosi e richiedono molte ore di prove dinamiche, è comprensibile quindi che questo lavoro sia fatto pagare a parte, magari aggiungendo qualcosa col contagocce negli anni, e man mano nei vari modelli successivi. Si darà così più efficacemente l'idea di rinnovamento e si invoglierà l'acquisto di un modello che nella sostanza è identico a quello degli anni prcedenti.

curve di potenza e coppia originale della F650GS Twin. C'è una evidente flessione dell'erogazione tra 3500 e i 4500 giri. Difficile credere che la cosa non sia voluta o che non ci fosse la capacità di ovviare al problema.

Cosa voglio ottenere?

l'erogazione ottenuta con una centralina aggiuntiva replica i difetti della curva originale

Avevo già fatto una serie di prove con la centralina aggiuntiva che mi ero autocostruito, e avendo ottenuto risultati molto soddisfacenti, avevo capito che le impostazioni di serie  erano tutt'altro che ottimali. Cercando di ottenere una erogazione veramente omogenea e progressiva, avevo maturato la convinzione che ci fossero margini di miglioramento anche più interessanti attraverso un intervento mirato sulla programmazione della centralina motore.

Se si guarda il grafico di coppia infatti, ingannando il sensore IAT, le prestazioni migliorano su tutto l'arco dei giri, ma non in modo mirato. Dove ci sono i buchi di erogazione quelli restano, viene solo invigorita la curva di erogazione restando però simile a quella originale. 

Questo è un limite intrinseco di tutte quelle modifiche ai sensori che non tengono conto del numero dei giri e della quantità di gas applicata. Una centralina esterna si limita a dare una ingrassata percentuale su tutto l'arco di utilizzo in modo indiscriminato. 

Se ad esempio volevo "riempire" il vuoto di coppia tra i 3500 e i 4500 giri dovevo dare molto più incremento di iniezione e anticipo in quel punto preciso, e solamente in quel punto preciso.

mettiamoci al lavoro: l'ECU

questa è la centralina motore appena smontata dalla moto

Ci sono diversi modi per dialogare con la ECU e leggere il file di configurazione che è contenuto nella sua EEPROM. I più comuni sono attraverso la via seriale della porta di diagnosi (usata anche in officina per gli aggiornamenti firmware) o attraverso la scheda madre dopo aver aperto fisicamente l'invoucro esterno. In entrambi i casi ci vuole una interfaccia specifica da collegare tra centralina e PC.

Io ho preferito usare la seconda ipotesi perchè è più sicura. Bisogna agire fisicamente sul componente, ma consente di fare una lettura completa del file della moto. Se qualcosa andasse storto si sarà sempre in grado di ripristinare con quel file la ECU bloccata (cosa non possibile se non comunica più in via seriale) e addirittura di clonare la centralina su un altra analoga in caso di guasti HW della ECU stessa (ho rimesso in strada 2 amici con l'elettronica partita in questo modo, facendogli risparmiare parecchi soldini).

Nel mio modello la ECU è sotto la sella, tenuta da due viti e connessa con 2 grosse contattiere.Toglierla è un lavoro da 2 minti.

Quindi bisogna svitare le 4 viti torx che tengono il coperchio e scollare con un cutter tutto il perimetro di mastice che lo sigilla. La tenuta ermetica in questo modo non sarà compromessa, perchè richiudendola la gomma combacerà perfettamente sigillando di nuovo il tutto.

vista della PCB della centralina BMSK

Una volta aperta ci troviamo davanti questa meraviglia. La centralina è un vero e proprio computer miniaturizzato e ottimizzato per gestire il nostro motore.

Ho numerato i nostri attori princiali, 1) la EEPROM in cui sono contenuti i dati che vogliamo leggere e modificare; 2) il microprocessore centrale che interpreterà questi dati 3) le piazzole della porta di comunicazione BDM attraverso le quali leggeremo e scriveremo il file.

l'interfaccia di comunicazione

ECU posizionata nella dima BDM durante le fasi di lettura e scrittura della EEPROM

Anche se può sembrare una tecnica invasiva non bisogna fare nessuna modifica o saldatura sulla scheda madre. Basta una dima per posizionare i contatti dell'interfaccia e in pochi minuti possiamo leggere il file contenuto nella EEPROM. Il file ottenuto ha la dimensione di 2Mb e contiene tutti i dati della moto, le mappe delle impostazioni del motore, il codice delle chiavi e i km registrati dall'odometro. Per questo è possibile con quel file riutilizzare una seconda ECU per fare le prove che vogliamo senza toccare più quela originale (o clonarla se avessimo dei problemi HW in futuro). Questa pratica in ogni caso non pregiudica l'affidabilità del componente se si opera con la dovuta perizia.

Queste interfacce si possono trovare anche online a somme relativamente accessibili, me ne sono procurata una in quanto appassionato di tecnica motoristica, non sono un preparatore professionista.

La passione in queste cose è la vera discriminante, anche se non basta, perchè bisogna avere voglia di studiare e sperimentare molto per acquisire le competenze necessarie. Chi è smanettone però si potrà divertire davvero tanto.

 

la modifica del file EEPROM

esempio di griglia estrapolata da una mappa di iniezione a pieno carico. E' una tabella 16x16 quindi descrive 256 possibilità di elaborazione. la codifica è a 8bit.

Con un editor apposta (ce ne sono diversi reperibili in rete) è possibile scorrere i bit del file letto, individuare le mappe di gestione dell'iniezione e degli anticipi di accensione e apportare le modifiche che riteniamo opportune (è una cosa che richiede competenza, sto semplificando volutamente le cose a scopo descrittivo). Queste mappe sono griglie bidimensionali che producono un risultato in funzione di due parametri letti dall'esterno. Semplificando all'estremo avremo ad esempio una tabella, in cui in base all'apertura di acceleratore (X) e al numero dei giri (Y) sarà definita la quantità di benzina (Z) che deve essere iniettata (in realtà non è così banale, ma spero di aver reso l'idea).

Nel file ci sono molte mappe che tengono conto di diversi parametri letti dalla ECU attraverso le sonde e i trasduttori esterni (posizione del gas, temperatura motore e aria aspirata, O2 allo scarico letto dalla lambda, numero dei giri, tanto per citare i più noti) e delle condizioni d'uso del motore, regime minimo, diversi carichi e marce.

La modifica completa e integrata del file deve quindi coinvolgere tutte queste mappe, che devono lavorare armonicamente e in concerto per ottenere risultati pregevoli.

Ad esempio modificando le tabelle del rapporto stechiometrico (AFR) gli anticipi devono essere adeguati di conseguenza per avere una eccellente combustione in camera di scoppio senza battiti in testa e peggioramenti dei consumi e delle emissioni di HC, CO ecc...

E' meglio operare in modo visivo anzichè sulle tabelle, perchè si ha una percezione più chiara dei valori che si stanno manipolando, di come si relazionano tra loro e degli incrementi su cui si gioca. Generalmente si lavora in 2D e 3D. Mostrerò ora un po' di immagini che descrivono le porzioni di firmware rimodellate.

Per brevità di trattazione illustrerò qui solo 2 delle mappe modificate, l'iniezione parzializzato e l'anticipo parzializzato (che sono più facilmente comprensibili dai meno esperti) per capire come funzionano.

iniezione parzializzato

mappa iniezione parzializzato visualizzata in 2D.

Si tratta di una delle tabelle principali che presiedono la quantità di benzina iniettata. In questa ECU Bosch è definita da 24 posizioni di acceleratore per 24 livelli di regime, quindi descrive 576 possibilità diverse di iniezione in base ai dati letti da acceleratore e sensore di giri. Viene codificata a 16bit.

Nella figura a fianco si vede in 2D come l'ho modificata diversamente (linea rossa) nei 24 breakpoint definiti da 24 bit ciascuno.  

Già in 2D si evince meglio che in tabella come gli incrementi seguano una logica non lineare, volta a eliminare i buchi di erogazione, ma solo in 3D si capisce veramente bene come si sviulppa la mappa nel suo range d'azione e dove bisogna intervenire, incrementando maggiormente che altrove.

la mappa iniezione parzializzato visualizzata in 3D: è evidente, nel confronto tra originale e modificato, come tutte le lacune del diagramma siano state riempite e linearizzate per ottenere una erogazione omogenea al variare di carico e regimi senza vuoti e salti.

anticipo parzializzato

mappa anticipo parzializzato visualizzata in 2D.

Anche questa è una mappa principale, ma che descrive l'andamento dell'anticipo di accensione a diversi carichi e diversi regimi del motore. E' definita da 16 posizioni di carico per 24 livelli di regime, quindi le variazioni possibili di anticipo sono 384. La logica della ECU la gestisce a 8bit.

In 2D si vede come gli incrementi non sono stati dati in modo arbitrario e uniforme, ma sono stati maggiori a bassi giri e bassi carichi e sono stati via via diminuiti salendo verso l'area di massime prestazioni. Anche qui è stata posta maggiore attenzione ai punti in cui erano evidenti dei buchi nell'erogazione come si vede dalle immagini 3D.

la mappa anticipo parzializzato visualizzata in 3D: anche qui valgono le stesse considerazioni fatte per la mappa iniezione. In questa mappa il "modus operandi" è analogo, ma non tutte le mappe devono essere modificate con gli stessi criteri, ci sono delle logiche precise da seguire a seconda della gestione che si prende in esame.

Altre mappe

Mappa della correzione Lambda in 2D: uno dei casi in cui per ingrassare bisogna abbassare i valori della tabella.

Naturalmente ci sono molte altre tabelle da modificare che qui non ho illustrato per non diventare troppo prolisso: quelle dei regimi minimi, quelle delle correzioni di anticipo e iniezione in base alle temperature, anticipo e iniezione a pieno carico, limitatori di coppia, correzioni della sonda lambda, l'effetto arricchimento, l'iniezione in rilascio, la taratura della valvola del minimo, la sensibilità della risposta dell'accelaratore ecc.. 

In molti casi queste mappe viste in 2D hanno una forma molto diversa da quelle a "dente di sega" viste sopra.

Spesso poi le logiche sono diverse o invertite, per cui per aumentare gli effetti di un parametro bisogna paradossalmente diminuire i valori in tabella.

Come ho spiegato sopra solo con un po' di competenza, maturata con varie esperienze e prove empiriche si possono ottenere risultati pregevoli ed equilibrati nel rapporto prestazioni/consumi mantenendo emissioni a prova di revisione.

risultati: la prova su strada

Ho dovuto fare una serie di prove prima di trovare la rimappatura giusta, che mi soddisfacesse totalmente nel suo complesso.

Alla fine ci sono riuscito, e i risultati sono stati davvero stupefacenti, strepitosi. La moto si è letterelmante trasformata: vuoti e seghettamenti spariti , on-off sparito, bassi poderosi, progressione lineare e robusta, senza incertezze. La risposta al gas è diventata immediata e corposa. Persino il suono di scarico è cambiato, diventando più pieno e rombante, come se avessi cambiato il silenziatore (la moto era tutta originale). La cosa che mi stupiva maggiormente era la coppia, aumentata tanto su tutto l'arco dei giri, ma in modo superlativo a bassi. La ripresa era eccezionale. Era persino possibile riprendere in coppia in salita fin dai 2000 giri in 6° marcia (ridicolo il solo pensarlo quando era originale e difficile anche con la centralina aggiuntiva che pure aveva giovato molto al tiro). Ciliegina sulla torta, i consumi sono rimasti ottimi, passando da 22-23 a 20-21km/l in media nell'uso normale.

Ero meravigliato di quanto margine di miglioramento avessero lasciato nascosto in questo motore e di come fossi riuscito a portarlo fuori grazie alla mia testardaggine.

L'entusiamo era a mille per questi risultati, ma non si potevano descrivere a parole, li dovevo quantificare.

la rullata su banco inerziale

Ho trovato una officina dotata di banco inerziale per la prova di potenza dei motocicli.

Ho specificato che non mi interessava vedere "numeri da circo" per potermi vantare. Volevo ottenere misurazioni realistiche, per poter verificare "nero su bianco" quanto la riprogrammazione avesse centrato i miei obiettivi.

Il titolare (persona squisita con cui ho subito fatto amicizia) è stato molto gentile e disponibile facendomi fare diverse rullate di controllo.

Ne abbiamo fatte 3 per 3 diversi setup:

  • tutto originale
  • con la modifica della sonda iat
  • con la centralina rimappata

per un totale di 9 lanci.

Tutti i lanci sono state fatti in 3° marcia, partendo dai 2000 giri (il regime minimo da cui si riusciva a partite dalla condizione originale) fino al limitatore.

Per ogni sessione di lancio ho tenuto buona la rullata meno ottimista, per cercare di avere il risultato più attendibile possibile. Ho così avuto anche l'occasione di verificare e confrontare  quanto rendessero le tanto diffuse centraline aggiuntive.

la moto sul banco inerziale

purtroppo il video è di scarsa qualità perchè fatto con un vecchio cellulare, che ha iniziato a registrare a lancio già partito. Spero renda almeno l'idea della verve nel salire di giri.

risultati: grafici della rullata

Ecco di seguito i grafici della potenza e della coppia. Le 3 rullate sono state messe insieme per poter comparare le differenze, che sono così confrontabili in modo molto diretto. Le differenze sono "sconvolgenti"!

  • colore rosso  moto tutta originale
  • colore azzurro moto con la sola IAT modificata
  • colore blu moto con la sola rimappatura della ECU

 

grafico della potenza: come si vede l'erogazione è diventata lineare e senza vuoti ed è aumentata sensibilmente, inoltre la potenza massima è disponibile quasi 1000 prima, ed è aumentata di ben 5CV.

l'erogazione della potenza

Il grafico parla chiaro. Anche il confronto con la pur ottima modifica della IAT è impietoso. Ma per rendere l'idea vi riassumo gli incrementi in modo quantitativo.

Dai 2500 ai 3000 giri ci sono già 3CV in più che aumentano a 4CV a 3500 giri e a 5CV a 4000 giri.

A 4500 giri ci sono 6 CV, che salgono a 8 a 5000 giri, arrivano a 9 CV in più nel range tra i 5500 e i 6000giri e tornano a 8 CV in più a 6500 giri.

La fasatura tranquilla delle cammes di questo motore non premia gli alti regimi ma a 7000 giri ci sono ancora 4 CV di incremento che scendono a 3 CV a 7500 sfumando fino a 8000 giri, dove la potenza torna a valori simili a quelli della mappa originale (dove in effetti non ho modificato la mappatura dato che non cercavo di trasformarla in un 4 cilindri...).

In pratica ho ottenuto di più proprio dove serve, nei giri in cui si sfrutta di più la moto nell'uso comune. Non vi dico la faccia dei ragazzi dell'officina dopo la rullata...Pazzo

grafico della coppia: qui gli incrementi sono ancora più esaltanti, l'erogazione è diventata visibilmente piena, progressiva e priva di vuoti, ed è evidente fin dai regimi più bassi. Ora si capisce meglio cosa intendo per "coppia poderosa", 1,4 Kgm di coppia in più sono il 20% di incremento.

l'erogazione della coppia

Chi, guardando il grafico della potenza, poteva obiettare che 5-9 CV in più non gli cambiano nulla, si sarà sicuramente ricreduto guardando il grafico della coppia.

Qui si vede chiaramente che il motore diventa molto più guidabile, fruibile e piacevole.

Il tiro del motore si sviluppa in modo progressivo e crescente, senza vuoti o mancamenti. Specialmente chi ama guidare a bassi regimi nelle marce più alte lo può fare in completo relax, senza sussulti. E' davvero un altro pianeta per me.

Ci sono circa 0,8 Kgm in più dai 2500 ai 3500 giri che diventano 1,1-1,2 tra i 4000 e i 6000 giri. A 6500 giri l'incremento scende a 0,8 Kgm, poi a 0,5 tra  i 7000 e i 7500 giri riallineandosi alla condizione originale a 8000, come avviene per la potenza.

conclusioni

Dedico questo articolo a chi sostiene che rimappare un motore aspirato non serve a nulla o che ha margini limitati al 5-7%.

Con 9 CV e 1,4 kgm gli incrementi sono rispettivamente del 15% e del 20%, ottenuti con la sola rimappatura, senza altre modifiche meccaniche.

La cosa più eclatante è che l'erogazione è diventata meravigliosa, perchè ho lavorato  soprattutto nei punti in cui serviva e mantenendo consumi ottimi. 

Considerando che sono risultati ottenuti da semplice appassionato, e non da professionista del settore, vi garantisco che la soddisfazione è davvero tanta.

Mi potevo fermare qui? naturalmente no!

Per riempire l'erogazione anche ai regimi più alti occorrevano alberi a cammes che non fossero limitati come i miei, e ho successivamente deciso di intervenire anche li.

Ma questa è un'altra storia e ve la racconterò un'altra volta Sorride.

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