Soggetti:
- Introduzione
- Misuratore della massa d'aria analogico
- Misuratore digitale della massa dell'aria
- Leggere i valori misurati utilizzando apparecchiature diagnostiche
- Conseguenze di un misuratore della massa d'aria difettoso
- Funzionamento del misuratore della massa d'aria
Introduzione:
Il misuratore della massa d'aria è montato tra l'alloggiamento del filtro dell'aria e il collettore di aspirazione.
Tutta l'aria aspirata passa attraverso il misuratore della massa d'aria. In un motore ad aspirazione naturale l'aria viene aspirata dalla depressione nei cilindri mentre in un motore dotato di turbo l'aria viene aspirata attraverso la girante del compressore. Il misuratore della massa d'aria misura la quantità di aria che fluisce nel motore. Sulla base di questi dati è possibile determinare, tra l'altro, la quantità di carburante da iniettare utilizzando i valori caratteristici nella centralina del motore.
Il misuratore della massa d'aria è disponibile in due versioni:
- Segnale di uscita analogico: il livello della tensione dipende dal valore misurato. Questo è anche chiamato segnale AM (modulazione di ampiezza);
- Segnale di uscita digitale: l'elettronica del sensore crea un segnale digitale sotto forma di frequenza. Questo segnale FM (modulazione di frequenza) varia all'aumentare del volume dell'aria.
I paragrafi seguenti spiegano la differenza tra i misuratori della massa dell'aria analogici e digitali con misurazioni di esempio. L'ultimo paragrafo spiega il funzionamento del misuratore della massa d'aria a livello dei componenti.
Misuratore della massa d'aria analogico:
La tensione di alimentazione su questo sensore è di 12 volt. Il segnale di tensione analogico di questo sensore è generalmente (a seconda della marca e del tipo):
- Accensione inserita, nessun flusso d'aria: 0,2 – 1,5 volt.
- Motore al minimo: 1,5 – 3,0 volt.
- Accelerazione con farfalla completamente aperta: massimo 4,5 volt.
Il grafico mostra l'andamento della tensione rispetto alla massa d'aria misurata in grammi al secondo. Possiamo misurare la tensione con un multimetro.
Misuratore massa aria digitale:
La frequenza del segnale indica quanta aria è passata attraverso il sensore. La tensione del segnale è sempre compresa tra 0 e 5 volt. La frequenza indica quanto spesso il segnale si ripete nell'arco di un secondo. Quando misuriamo due segnali in un secondo con un oscilloscopio, parliamo di 2 Hz. In pratica vediamo che la frequenza è molto più alta. In generale, i produttori applicano le seguenti frequenze:
- stazionario: 2 – 2,5 kHz (2000 – 2500 Hz)
- alta velocità: fino a 6 – 6,5 kHz
La frequenza aumenta proporzionalmente all'aumento del flusso d'aria. Se si notano picchi anomali nel segnale o se si misura una frequenza troppo bassa ad alta velocità, ciò potrebbe indicare un misuratore della massa d'aria sporco o difettoso. Le immagini sottostanti mostrano due misurazioni effettuate dal misuratore digitale della massa dell'aria.
La misurazione della tensione mostra lo sviluppo della tensione nel tempo. Questa immagine mostra che la tensione cambia costantemente tra 0,5 e 4,5 volt. Con l'aumento del flusso d'aria (quando si aumenta la velocità), il tempo tra le linee di salita e di discesa si riduce. Gli impulsi diventano più sottili e più ravvicinati. Non è possibile effettuare una diagnosi corretta con questa immagine dell'oscilloscopio.
La misurazione in cui il canale A misura la tensione e il canale B misura la frequenza, fornisce un'idea del funzionamento del misuratore della massa d'aria. Le misurazioni vengono effettuate su un periodo di tempo più ampio, il che fa sembrare che gli impulsi blu del canale A siano adiacenti l'uno all'altro. Tuttavia, questo non è il caso; A causa dello zoom indietro è quasi impossibile distinguere tra tensione su e giù.
La linea rossa (canale B) indica la frequenza del segnale. Più gli impulsi di tensione sono vicini tra loro, più la linea rossa sale. Quando si accelera ad alta velocità con il veicolo completamente aperto, la frequenza continua ad aumentare fino al rilascio dell'acceleratore. L'altezza della linea rossa indica la frequenza massima del segnale. Questi dati possono essere confrontati con i dati di fabbrica o con un valore calcolato. Ne discuteremo più dettagliatamente nella sezione successiva.
Nello schema seguente di una Volkswagen Golf 6 2.0 tdi, il codice componente G70 indica il misuratore digitale della massa d'aria.
- Il pin 1 del misuratore della massa d'aria è collegato al pin 18 della ECU del motore. Questo è il cavo del segnale attraverso il quale il misuratore della massa d'aria invia il valore misurato alla ECU;
- Pin 2: filo di segnale del sensore della temperatura dell'aria. Questo sensore è integrato nell'alloggiamento del misuratore della massa d'aria;
- Pin 4: terra;
- Pin 5: è collegato ad un fusibile tramite il riferimento 23 nello schema. Il misuratore della massa d'aria viene alimentato con una tensione di 12 volt.
Sul pin 1 del misuratore della massa d'aria possiamo misurare il segnale inviato alla ECU. Inoltre, se ce n'è uno, possiamo farlo scatola di sblocco è disponibile, verificare se questo segnale arriva correttamente anche sul pin 18 della ECU. Se questi segnali differiscono tra loro, possiamo misurare la differenza di tensione su questo filo (pin 1 dell'LMM rispetto al pin 18 dell'ECU).
Una tensione di alimentazione del sensore troppo bassa può influenzare il segnale del sensore. Ecco perché dobbiamo controllare anche i collegamenti positivo e di terra. Colleghiamo il voltmetro o l'oscilloscopio ai pin 4 e 5 e controlliamo se misuriamo una tensione approssimativamente uguale alla tensione della batteria. Se la tensione è troppo bassa, potremmo avere a che fare con a resistenza alla transizione nel filo positivo o nel filo di terra che possiamo rilevare utilizzando la misurazione V4.
Leggere i valori misurati utilizzando l'apparecchiatura diagnostica:
Il sistema di gestione del motore calcola la quantità di aria in base al valore del sensore. Con l'ausilio di apparecchi di lettura è possibile leggere la quantità attuale di aria aspirata dai dati in tempo reale (chiamati anche parametri o blocchi di valori misurati). Non importa se il segnale è analogico o digitale; Durante la lettura viene visualizzato il valore del segnale ricevuto ed elaborato dalla ECU.
Per verificare se il valore misurato è corretto, è possibile confrontarlo con i dati di fabbrica. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, questi non sono facili da trovare. Ecco perché esistono calcolatori per calcolare il volume dell'aria. Un programma molto noto è il Strumento LMM che puoi scaricare qui.
Il valore calcolato e il valore letto devono corrispondere ragionevolmente bene. Naturalmente è consentita una piccola differenza. Dobbiamo sempre fare i conti con le proprietà del motore che differiscono per ciascun motore; si pensi alla fasatura delle valvole, alle tecniche di aumento del fattore di riempimento come la fasatura variabile delle valvole, un collettore di aspirazione variabile, ecc. Tuttavia, se questi valori differiscono di decine di grammi, non si può escludere un difetto nel misuratore della massa d'aria.
Nelle tabelle sottostanti sono riportati i valori calcolati di un motore aspirato con cilindrata di 2000 cc (2,0 litri). Iniziamo con un regime minimo; questo è di circa 800 giri al minuto. C'è depressione nel collettore di aspirazione perché la valvola a farfalla è quasi completamente chiusa. La pressione è di 0,3 bar. Le due colonne successive mostrano i valori a un regime motore aumentato e con l'acceleratore completamente aperto (Wide Open Throttle). Nel collettore di aspirazione prevale la pressione assoluta dell'aria esterna, ovvero 1000 mBar. La temperatura dell'aria aspirata aumenta. La velocità del motore continua ad aumentare fino a 6000 giri/min.
Situazione:
- Velocità: 800 giri/min;
- Pressione collettore di aspirazione: 300 mBar;
- Temperatura aria aspirata: 20°.
Valori calcolati:
- 3,86 grammi/secondo;
- 13,88 kg/ora;
- 0,15 grammi per colpo.
Situazione:
- Velocità: 3000 giri/min (WOT);
- Pressione collettore di aspirazione: 1000 mBar;
- Temperatura aria aspirata: 22°.
Valori calcolati:
- 47,86 grammi/secondo;
- 172,31 kg/ora;
- 0,48 grammi per colpo.
Situazione:
- Velocità: 6000 giri/min (WOT);
- Pressione collettore di aspirazione: 1000 mBar;
- Temperatura aria aspirata: 25°.
Valori calcolati:
- 94,76 grammi/secondo;
- 341,14 kg/ora;
- 0,48 grammi per colpo.
Conseguenze di un misuratore di massa d'aria difettoso:
- Meno potenza (non deve sempre essere evidente)
- Ridurre la velocità massima
- Maggiore consumo di carburante
- Maggiori emissioni di fuliggine (motore diesel)
- Ad esempio, il motore gira male a pieno carico
Funzionamento del misuratore della massa d'aria:
L'alloggiamento di un misuratore di massa d'aria contiene il collegamento a spina per il cablaggio alla ECU, l'elettronica su un circuito stampato e l'elemento di misura.
L'O-ring in gomma impedisce che l'aria venga aspirata oltre l'alloggiamento. L'elemento di misura del misuratore della massa d'aria è costituito, tra le altre cose, da due resistori dipendenti dalla temperatura (PTC e NTC termistori).
Quando il motore è in funzione, le resistenze si raffreddano a causa dell'aria aspirata che le attraversa. Il circuito elettronico garantisce che la temperatura dell'elemento riscaldante PTC rimanga costante. La differenza di tensione associata viene tradotta da un circuito amplificatore in un segnale di uscita utilizzabile da inviare alla ECU.
La figura seguente mostra i componenti del misuratore della massa d'aria in tre aree parziali:
- Rosso: sensore temperatura aria aspirata (NTC);
- Verde: componenti per il filo caldo;
- Blu: componenti per l'elemento di misura.
Il misuratore della massa d'aria dispone di un collegamento a spina a 5 poli:
- segnale sensore temperatura aria aspirata;
- alimentazione (12 volt) per filo caldo;
- alimentazione (5 volt) per l'elemento di misura;
- segnale (0,5 – 4,5 volt);
- massa del sensore. Tutte le masse interne sono collegate a questo pin di uscita.
Nelle immagini seguenti le tre sottozone sono mostrate separatamente con accanto una spiegazione.
Sensore temperatura aria aspirata: come già accennato questo sensore è del tipo NTC.
La resistenza del sensore dipende dalla temperatura dell'aria che fluisce dal filtro dell'aria, attraverso il misuratore della massa d'aria, al turbo o al collettore di aspirazione.
Il misuratore della massa d'aria a film termico contiene una resistenza riscaldante mantenuta a temperatura costante. In questo diagramma la resistenza di riscaldamento è Rh. La resistenza riscaldante, chiamata anche filo caldo, viene accesa e spenta da un transistor (in alto).
Nel mezzo ne vediamo uno Ponte di Wheatstone con resistori R3 e R4 in basso. Si tratta di resistori dipendenti dalla temperatura (PTC e NTC). I resistori R3 e R4 assicurano una temperatura costante della resistenza di riscaldamento Rh:
- Quando il flusso d'aria aumenta, i resistori si raffreddano e si verifica una diversa caduta di tensione su tutti i resistori del ponte. Con il ponte di Wheatstone la variazione di resistenza può essere convertita in una tensione di segnale per l'ECU. Vedi la pagina “Ponte di Wheatstone” per una spiegazione dettagliata di questo circuito.
- La differenza di tensione sull'amplificatore operazionale modifica la tensione di uscita al transistor;
- Il transistor è acceso e accende o spegne l'alimentazione di corrente alla resistenza di riscaldamento Rh;
- La resistenza di riscaldamento sarà mantenuta il più possibile alla stessa temperatura dall'alimentatore.
- I resistori dipendenti dalla temperatura R1 e R2 sono posti su entrambi i lati della resistenza di riscaldamento Rh;
- Se non passa aria attraverso il sensore, le resistenze R1 e R2 hanno lo stesso valore e non c'è segnale in uscita;
- Quando l'aria fluisce attraverso il sensore, la resistenza R1 si raffredda e R2 si riscalda;
- Di conseguenza il valore di resistenza di R1 diminuisce e quello di R2 aumenta;
- L'aumento del valore della resistenza aumenta anche la tensione di uscita;
- Se l'aria rifluisce sul sensore (riflusso), R2 si raffredda e R1 si riscalda, provocando una caduta della tensione di uscita. La tensione di uscita media è quindi una misura corretta della quantità di massa d'aria che fluisce al motore.
Il riflusso è il flusso d'aria (pulsazioni) verso il filtro dell'aria in seguito alla chiusura delle valvole di aspirazione o alla chiusura della valvola a farfalla. Il riflusso viene misurato come massa d'aria aggiuntiva, che può causare una grande deviazione nel segnale. I moderni misuratori della massa d'aria hanno una compensazione del riflusso come mostrato in questo esempio con i resistori R1 e R2.
