Tópicos:
- Introdução
- Medidor analógico de massa de ar
- Medidor digital de massa de ar
- Leia os valores medidos usando equipamento de diagnóstico
- Consequências de um medidor de massa de ar com defeito
- Operação do medidor de massa de ar
Introdução:
O medidor de massa de ar é montado entre a carcaça do filtro de ar e o coletor de admissão.
Todo o ar aspirado passa pelo medidor de massa de ar. Num motor naturalmente aspirado, o ar é aspirado pela subpressão nos cilindros e num motor equipado com turbo, o ar é aspirado através da roda do compressor. O medidor de massa de ar mede a quantidade de ar que flui para o motor. Com base nesses dados, a quantidade de combustível a ser injetada pode ser determinada, entre outras coisas, utilizando os valores característicos da unidade de controle do motor.
O medidor de massa de ar está disponível em duas versões:
- Sinal de saída analógica: o nível da tensão depende do valor medido. Isso também é chamado de sinal AM (Modulação de Amplitude);
- Sinal de saída digital: a eletrônica do sensor cria um sinal digital na forma de uma frequência. Este sinal FM (Modulação de Frequência) varia conforme o volume de ar aumenta.
Os parágrafos a seguir explicam a diferença entre os medidores de massa de ar analógicos e digitais com exemplos de medições. O último parágrafo explica o funcionamento do medidor de massa de ar ao nível dos componentes.
Medidor analógico de massa de ar:
A tensão de alimentação deste sensor é de 12 volts. O sinal de tensão analógico deste sensor é geralmente (dependendo da marca e tipo):
- Ignição ligada, sem fluxo de ar: 0,2 – 1,5 volts.
- Motor em marcha lenta: 1,5 – 3,0 volts.
- Aceleração com acelerador totalmente aberto: máx. 4,5 volts.
O gráfico mostra a progressão da tensão em comparação com a massa de ar medida em gramas por segundo. Podemos medir a tensão com um multímetro.
Medidor digital de massa de ar:
A frequência do sinal indica quanto ar passou pelo sensor. A tensão do sinal está sempre entre 0 e 5 volts. A frequência indica quantas vezes o sinal se repete dentro de um período de um segundo. Quando medimos dois sinais em um segundo com um osciloscópio, falamos de 2 Hz. Na prática vemos que a frequência é muito maior. Em geral, os fabricantes aplicam as seguintes frequências:
- estacionário: 2 – 2,5 kHz (2000 – 2500 Hz)
- alta velocidade: até 6 – 6,5 kHz
A frequência aumenta proporcionalmente ao aumento do fluxo de ar. Se você observar picos anormais no sinal ou se uma frequência muito baixa for medida em alta velocidade, isso pode indicar um medidor de massa de ar sujo ou com defeito. As imagens abaixo mostram duas medições do medidor digital de massa de ar.
A medição de tensão mostra o desenvolvimento da tensão ao longo do tempo. Esta imagem mostra que a tensão muda constantemente entre 0,5 e 4,5 volts. Com o aumento do fluxo de ar (ao aumentar a velocidade), o tempo entre as linhas ascendentes e descendentes torna-se menor. Os pulsos ficam mais finos e mais próximos. Um diagnóstico adequado não pode ser feito com esta imagem de osciloscópio.
A medição em que o canal A mede a tensão e o canal B mede a frequência, dá uma ideia do funcionamento do medidor de massa de ar. As medições são realizadas durante um período de tempo maior, o que faz parecer que os pulsos azuis do canal A são adjacentes um ao outro. No entanto, este não é o caso; Devido ao zoom out, dificilmente é possível distinguir entre as tensões ascendentes e descendentes.
A linha vermelha (canal B) indica a frequência do sinal. Quanto mais próximos os pulsos de tensão estiverem entre si, mais a linha vermelha sobe. Ao acelerar para alta velocidade com o veículo totalmente aberto, a frequência continua a aumentar até que o acelerador seja liberado. A altura da linha vermelha indica a frequência máxima do sinal. Esses dados podem ser comparados com os dados de fábrica ou com um valor calculado. Discutiremos isso com mais detalhes na próxima seção.
No diagrama abaixo de um Volkswagen Golf 6 2.0 tdi, o código do componente G70 indica o medidor digital de massa de ar.
- O pino 1 do medidor de massa de ar está conectado ao pino 18 da ECU do motor. Este é o fio de sinal através do qual o medidor de massa de ar envia o valor medido para a ECU;
- Pino 2: fio de sinal do sensor de temperatura do ar. Este sensor está integrado na caixa do medidor de massa de ar;
- Pino 4: terra;
- Pino 5: está conectado a um fusível através da referência 23 no diagrama. O medidor de massa de ar é alimentado com tensão de 12 volts.
No pino 1 do medidor de massa de ar podemos medir o sinal que é enviado para a ECU. Além disso, se houver, podemos caixa de fuga estiver disponível, verifique se este sinal também chega corretamente no pino 18 da ECU. Se esses sinais diferirem entre si, podemos medir a diferença de tensão neste fio (pino 1 do LMM comparado ao pino 18 da ECU).
Uma tensão de alimentação do sensor muito baixa pode afetar o sinal do sensor. É por isso que devemos verificar também as conexões positivas e de aterramento. Conectamos o voltímetro ou osciloscópio aos pinos 4 e 5 e verificamos se medimos uma tensão aproximadamente igual à tensão da bateria. Se a tensão for muito baixa, podemos estar lidando com um resistência de transição no fio positivo ou fio terra que podemos detectar usando a medição V4.
Leia os valores medidos usando equipamento de diagnóstico:
O sistema de gerenciamento do motor calcula a quantidade de ar com base no valor do sensor. Com a ajuda de equipamentos de leitura, a quantidade atual de ar aspirado pode ser lida a partir dos dados em tempo real (também chamados de parâmetros ou blocos de valores medidos). Não importa se o sinal é analógico ou digital; Ao ler, você vê o valor do sinal recebido e processado pela ECU.
Para verificar se o valor medido está correto, ele pode ser comparado com os dados de fábrica. No entanto, na maioria dos casos, estes não são fáceis de encontrar. É por isso que existem calculadoras para calcular o volume de ar. Um programa conhecido é o Ferramenta LMM que você pode baixar aqui.
O valor que você calculou e o valor lido devem corresponder razoavelmente bem. Claro, uma pequena diferença é permitida. Sempre temos que lidar com as propriedades do motor que diferem de cada motor; pense em temporização de válvula, técnicas de aumento do fator de enchimento, como temporização de válvula variável, coletor de admissão variável, etc. No entanto, se esses valores diferirem em dezenas de gramas, um defeito no medidor de massa de ar não pode ser descartado.
As tabelas abaixo mostram os valores calculados de um motor naturalmente aspirado com cilindrada de 2000 cc (2,0 litros). Começamos com velocidade ociosa; isso é aproximadamente 800 rpm. Há vácuo no coletor de admissão porque a válvula borboleta está quase completamente fechada. A pressão é de 0,3 bar. As próximas duas colunas mostram os valores com rotação do motor aumentada e acelerador totalmente aberto (Wide Open Throttle). A pressão absoluta do ar externo, ou seja, 1000 mbar, prevalece no coletor de admissão. A temperatura do ar de admissão aumenta. A rotação do motor continua a aumentar até 6000 rpm.
Situação:
- Velocidade: 800rpm;
- Pressão do coletor de admissão: 300 mbar;
- Temperatura do ar de admissão: 20°.
Valores calculados:
- 3,86 gramas/seg;
- 13,88kg/hora;
- 0,15 gramas por golpe.
Situação:
- Velocidade: 3000 rpm (WOT);
- Pressão do coletor de admissão: 1000 mbar;
- Temperatura do ar de admissão: 22°.
Valores calculados:
- 47,86 gramas/seg;
- 172,31kg/hora;
- 0,48 gramas por golpe.
Situação:
- Velocidade: 6000 rpm (WOT);
- Pressão do coletor de admissão: 1000 mbar;
- Temperatura do ar de admissão: 25°.
Valores calculados:
- 94,76 gramas/seg;
- 341,14kg/hora;
- 0,48 gramas por golpe.
Consequências de um medidor de massa de ar com defeito:
- Menos potência (nem sempre precisa ser perceptível)
- Velocidade máxima mais baixa
- Maior consumo de combustível
- Mais emissões de fuligem (motor diesel)
- O motor gira mal em plena carga, por exemplo
Operação do medidor de massa de ar:
A caixa de um medidor de massa de ar contém a conexão do plugue para o chicote elétrico da ECU, a eletrônica em uma placa de circuito impresso e o elemento de medição.
O anel de borracha evita que o ar seja sugado pela caixa. O elemento de medição do medidor de massa de ar consiste, entre outras coisas, em dois resistores dependentes da temperatura (PTC e NTC termistores).
Quando o motor está funcionando, os resistores esfriam devido ao ar de admissão que passa por eles. O circuito eletrônico garante que a temperatura do elemento de aquecimento PTC permaneça constante. A diferença de tensão associada é traduzida por um circuito amplificador em um sinal de saída utilizável para enviar à ECU.
A figura a seguir mostra os componentes do medidor de massa de ar em três subáreas:
- Vermelho: sensor de temperatura do ar de admissão (NTC);
- Verde: componentes do fio quente;
- Azul: componentes do elemento de medição.
O medidor de massa de ar possui uma conexão de plugue de 5 pinos:
- sinal do sensor de temperatura do ar de admissão;
- fonte de alimentação (12 volts) para fio quente;
- fonte de alimentação (5 volts) para elemento de medição;
- sinal (0,5 – 4,5 volts);
- massa do sensor. Todos os aterramentos internos estão conectados a este pino de saída.
Nas imagens a seguir, as três subáreas são mostradas separadamente com uma explicação ao lado delas.
Sensor de temperatura do ar de admissão: como já mencionado, este sensor é do tipo NTC.
A resistência do sensor depende da temperatura do ar que flui do filtro de ar, através do medidor de massa de ar, para o turbo ou coletor de admissão.
O medidor de massa de ar do filme térmico contém um resistor de aquecimento que é mantido a uma temperatura constante. Neste diagrama, a resistência ao aquecimento é Rh. O resistor de aquecimento, também chamado de fio quente, é ligado e desligado por um transistor (na parte superior).
No meio vemos um Ponte de Wheatstone com resistores R3 e R4 na parte inferior. Estes são resistores dependentes da temperatura (PTC e NTC). Os resistores R3 e R4 garantem uma temperatura constante da resistência de aquecimento Rh:
- À medida que o fluxo de ar aumenta, os resistores esfriam e ocorre uma queda de tensão diferente em todos os resistores da ponte. Com a ponte Wheatstone a mudança de resistência pode ser convertida em uma tensão de sinal para a ECU. Veja a página “Ponte de Wheatstone” para uma explicação detalhada deste circuito.
- A diferença de tensão no amplificador operacional altera a tensão de saída do transistor;
- O transistor é ligado e liga ou desliga o fornecimento de corrente para o resistor de aquecimento Rh;
- A resistência de aquecimento será mantida na mesma temperatura tanto quanto possível pela fonte de alimentação.
- Os resistores dependentes da temperatura R1 e R2 são colocados em ambos os lados da resistência de aquecimento Rh;
- Se não houver fluxo de ar pelo sensor, os resistores R1 e R2 terão o mesmo valor e não haverá sinal de saída;
- Quando o ar flui através do sensor, a resistência R1 esfria e R2 aquece;
- Como resultado, o valor da resistência de R1 diminui e o de R2 aumenta;
- O aumento do valor da resistência também aumenta a tensão de saída;
- Se o ar fluir de volta pelo sensor (refluxo), R2 esfria e R1 é aquecido, fazendo com que a tensão de saída caia. A tensão média de saída é, portanto, uma medida correta da quantidade de massa de ar que flui para o motor.
O refluxo é o fluxo de ar (pulsações) de volta ao filtro de ar como resultado do fechamento das válvulas de admissão ou do fechamento da válvula borboleta. O refluxo é medido como massa de ar extra, o que pode causar um grande desvio no sinal. Os medidores de massa de ar modernos possuem compensação de refluxo conforme mostrado neste exemplo com resistores R1 e R2.
