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Approfondimenti Tecnici

Come diagnosticare il debimetro analogico e digitale

Approfondimenti Tecnici - Diagnosi & Autodiagnosi
Scritto da Administrator   
Sabato 29 Marzo 2014 21:39

 La diagnosi del debimetro flussometro maf analogico e digitale

 

Le prove, le verifiche, i suggerimenti e le corrette indicazioni di diagnosi per la verifica del corretto funzionamento dei misuratori massa aria M.A.F. o flussometri (comunemente e impropriamente definiti anche “debimetri”) sia di tipo analogico che digitale.

La "Guida Pratica" è stata realizzata in collaborazione con Cristian Todeschini - Moderatore del Forum degli Autoriparatori – www.ammirati.org

 

 


1.a parte: La Diagnosi dei DEBIMETRI ANALOGICI

 

Da molti anni ormai, il misuratore di massa d’aria (il così detto “debimetro”) ha conosciuto una grande diffusione sia nei sistemi d’iniezione benzina ma soprattutto nelle moderne motorizzazione diesel. Questo importante sensore è ben noto agli autoriparatori:  frequentemente è il responsabile di diverse anomalie di funzionamento dei sistemi di gestione motore e, molto spesso, è  proprio "l’ indagato" principale nelle operazioni di autodiagnosi. Con altrettanta frequenza il debimetro viene spesso sostituito senza alcuna ragione e senza le necessarie prove di funzionamento: ecco la ragione per cui abbiamo deciso di approntare questa piccola guida che ha lo scopo di fornire alcune semplici indicazioni pratiche, che raccomandiamo di tenere in considerazione per capire se il sensore è guasto oppure no.


I sensori che misurano la massa e il flusso d'aria sono posti immediatamente dopo il filtro dell'aria nel collettore di aspirazione e forniscono informazione su temperatura, umidità e volume dell'aria aspirata. Si tratta di dispositivi di dimensioni molto ridotte e che richiedono una tecnologia di estrema precisione per rilevare informazioni che, insieme agli altri dati relativi al motore, permettono la gestione ottimale dello stesso.


Nei motori a benzina, la misurazione del flusso d'aria è usata -unitamente ai dati provenienti da altri sensori- per regolare la fornitura di carburante al motore. Nei motori diesel invece, la misurazione della massa d'aria è il parametro di assoluto riferimento per regolare il tasso di ricircolo dei gas di scarico e calcolare la massima quantità da iniettare.


IL FUNZIONAMENTO IN BREVE

I modelli più recenti funzionano con una resistenza di riscaldamento simile a una pellicola su un supporto. Questo "sensore a film caldo" viene riscaldato a una temperatura costante compresa tra ca. 120 e 180 °C (a seconda del Costruttore automobilistico) sopra la temperatura di aspirazione. L’aria che penetra raffredda il sensore a film caldo. Tramite l’elettronica di regolazione questo raffreddamento viene compensato da una corrente di riscaldamento. La corrente di riscaldamento è la misura per la massa d’aria aspirata. Questo metodo tiene in considerazione la densità dell’aria che fluisce. Nei "debimetri" più recenti con 2 ponti di misura separati è possibile anche riconoscere le "pulsazioni" di aspirazione dovute alla chiusura ed apertura delle valvole di aspirazione e, inoltre,  l’effetto dovuto all’intervento dei sistemi EGR.

 

IL METODO DI DIAGNOSI DA NOI SUGGERITO

In commercio esistono diverse tipologie di M.M.A.: quelli prodotti da Bosch, Siemes, Hitachi e Pierburg  sono sicuramente tra i più diffusi. Il metodo per diagnosticare il loro funzionamento è identico, cambiano solo i valori base di prova. In questo articolo parleremo dei flussometri Bosch analogici di ultima generazione, che, come noto, sono installati nella maggioranza dei veicoli (sia benzina che diesel). Lo strumento ideale per effettuare tutte le prove e le misure è  certamente l’oscilloscopio ma a volte -come vedremo- anche un semplice multimetro può fornirci una diagnosi sicura sul loro corretto funzionamento.

Analizziamo ora nel dettaglio (è soprattutto sul piano pratico e operativo) qual è la corretta procedura di verifica.

 

PRIMO PASSO:

Il debimetro analogico ha normalmente 5 terminali di connessione (4 nel caso sia assente il sensore temperatura aria aspirata):
- massa (massa elettronica);
- alimentazione a 5 Volt (verificare che sia sempre 5V +-0.1V!);
- alimentazione a 12 Volt (tensione batteria);
- segnale temperatura aria aspirata (non presente su debimetri a 4 terminali);
- segnale massa aria aspirata.
Per identificare il segnale massa aria aspirata rispetto a quello della temperatura è sufficiente soffiare nel sensore:  il segnale la cui ampiezza subirà una variazione è quello relativo alla massa aria (ed è quello che ci interessa).

 

SECONDO PASSO:

Con il motore fermo da almeno 15 minuti accendere il quadro e misurare la tensione sul filo del debimetro dal quale esce il segnale massa aria: questo valore deve essere stabile nel tempo e deve rientrare nel range di 1 Volt ± 0.1Volt ! La misurazione deve essere effettuata per almeno 30 secondi in modo da far raggiungere la massima temperatura al filamento di riscaldamento.

Se il valore di tensione rilevato risulta essere maggiore o minore rispetto al valore di riferimento (1 Volt ± 0.1Volt ) è già un chiaro indizio di malfunzionamento del sensore!

 

TERZO PASSO:

Scollegare il debimetro dalle tubazioni di aspirazione o dal filtro aria (non il solo elemento ma tutto il corpo) e con la pistola dell'aria compressa dirigere il flusso di aria di quest’ultima al suo interno (ovviamente nel corretto senso del flusso dell’aria aspirata dal motore). Vi suggeriamo di dirigere il flusso della pistola dell’aria compressa verso il debimetro da una distanza iniziale di circa 30/40 cm avvicinandosi progressivamente al debimetro stesso (ma senza esagerare, pena il rischio di spezzare il filamento!) misurando al contempo la tensione del segnale massa aria in uscita: il valore deve essere superiore ai 4.8 Volt (spesso il segnale raggiunge picchi di oltre i 5.3 Volt durante la prova). Questa prova serve a verificare che il debimetro è nelle condizioni di misurare anche i valori corrispondenti al massimo flusso di aria aspirata dal motore (prova fondamentale soprattutto quando il debimetro è installato su motori diesel fortemente sovralimentati) e ci fornisce una corretta diagnosi nel caso in cui il motore presenta uno scarso rendimento in prossimità di regimi medio elevati, nelle condizioni di coppia massima o in condizioni di ripresa sotto carico).

Debimetro Bosch analogico controllo con oscilloscopio del segnale in uscita

 

QUARTO PASSO:

Con motore al minimo verifichiamo con l’oscilloscopio (con opportuno settaggio come da immagine) si “magnifica” il segnale in uscita dal debimetro per una verifica molto accurata del comportamento del segnale in relazione alle singole fasi di aspirazione di ogni singolo cilindro. Questa prova finale non è indispensabile ma è fortemente consigliata per una diagnosi ancora più "profonda" del misuratore massa aria.

Debimetro Bosch analogico controllo con oscilloscopio fasi di aspirazione dei cilindri

 

Con queste semplici prove saremo così in grado di capire (con una elevatissima attendibilità) se il sensore che stiamo analizzando è pienamente funzionante oppure meno!
Un esempio concreto di diagnosi: nella successiva immagine è possibile apprezzare un debimetro in avaria: oltre ad essere starato non riesce a raggiungere il valore di tensione massima associabile al valore di massima massa aria aspirata dal motore. E’ chiaramente un debimetro da sostituire!

 

Debimetro analogico Bosch guasto in avaria prova e controllo oscillogramma

 

GLI ERRORI DIAGNOSTICI PIU’ COMUNI

Gli errori diagnostici più comuni correlati al cattivo funzionamento del debimetro sono:

P0100 Malfunzionamento del circuito massa d’aria o misuratore della massa d’aria
P0101 Problema del campo di misura o della potenza del circuito massa d’aria o misuratore della massa d’aria
P0102 Circuito massa d’aria o misuratore della massa d’aria troppo piccolo
P0103 Circuito massa d’aria o misuratore della massa d’aria troppo grande
P0104 Accensione irregolare del circuito massa d’aria o misuratore della massa d’aria
P0171 Regolazione della miscela (bancata 1), sistema troppo povero
P0172 Regolazione della miscela (bancata 1), sistema troppo ricco
P0175 Regolazione della miscela (bancata 2), sistema troppo ricco
P0401 Sistema EGR – flusso troppo basso
P0402 Sistema EGR – flusso troppo elevato.

 

IN CASO DI AVARIA I PIU’ COMUNI EFFETTI DI MALFUNZIONAMENTO DEL MOTORE
Nelle motorizzazioni diesel:
•    Consumi elevati di carburante
•    Fumosità allo scarico
•    Intasamento del DPF / FAP con relativa accensione spia
•    Mancanza di resa del motore
•    Mancanza di fluidità a determinati regimi

Nelle motorizzazioni Benzina:
•    Consumi elevati di carburante
•    Mancanza di potenza
•    Motore a strappi e scoppiettii nello scarico
•    Vuoti in accelerazione

 

Spesso le ECU di gestione motore memorizzano uno (o più) errori sporadici riconducibili al sensore della massa dell’aria, anche se questo non è necessariamente difettoso. Frequentemente infatti l’umidità, la nebbia d’olio o la sporcizia falsano i risultati della misurazione. Questo viene interpretato (erroneamente) dalla centralina come un difetto!
La causa principale del malfunzionamento di un misuratore massa aria deriva principalmente dalle impurità, quindi se lo si trova sporco, bagnato, oppure pieno di polveri verificare lo stato del filtro dell’ aria, del suo cassoncino e delle tubazioni.

 

 

2.a parte: La Diagnosi dei DEBIMETRI DIGITALI

 

I misuratori massa aria "digitali" si differenziano da quelli "analogici" perché non forniscono  in uscita un segnale in tensione che varia in ampiezza proporzionalmente alla quantità di aria che lo attraversa,  ma, invece generano un segnale ad onda quadra (o quasi quadra) in cui varia la frequenza al variare della massa aria misurata.

Questa evoluzione del sensore nasce dalla necessità delle case costruttrici di avere un dispositivo che fornisse un valore di misura più preciso e soprattutto poco influenzabile nella misura dalla presenza di sporco sull’elemento sensore e che fosse parimenti insensibile ai disturbi  elettromagnetici. Se con i debimetri "analogici" si possono effettuare le prove di corretto funzionamento anche senza utilizzare uno strumento di diagnosi come l’oscilloscopio, con i misuratori di massa aria di tipo digitale questo strumento (oscilloscopio) è invece assolutamente indispensabile per fare valutazioni affidabili e diagnosi sicure.

Altro aspetto (di non poco conto) è rappresentato dal fatto che mentre i debimetri di tipo analogico sono nella stragrande maggioranza dei casi a marchio Bosch, con la diffusione dei debimetri digitali molti produttori (ad esempio Pierburg, Siemes, Continental, Hitachi, GM) hanno immesso sul mercato i propri prodotti sin dal primo equipaggiamento. In pratica ciò comporta la conoscenza delle specificità tecniche di ogni singolo debimetro digitale per poter correttamente valutare i risultati di prova nel corso della diagnosi.

Il principio di funzionamento è lo stesso  ma variano (anche in maniera significativa) i valori di riferimento: il nostro  consiglio è quello di crearsi una banca dati dei vari modelli -da consultare volta in volta- per avere riferimenti attendibili durante le prove di diagnosi del debimetro. Prendiamo in esame due sensori molto conosciuti e analoghi nel funzionamento e che rappresentano sicuramente i due “best seller” per via della loro impiego su una fetta consistente di vetture: il MMA digitale prodotto da Bosch e l’analogo prodotto da Pierburg.

 


IL FUNZIONAMNETO IN BREVE

I misuratori massa aria di ultima generazione sono sempre dotati di un  "sensore a film caldo", ma esso non è più esposto direttamente al flusso di aria aspirata dal motore; infatti l’aria aspirata dal motore "colpisce" il sensore dopo aver attraversato un condotto appositamente studiato al fine di riuscire a depositare e “depurare” l’aria che investirà il sensore a film caldo dalle particelle di acqua, di  olio e di polvere che sono i veri e propri "killer" dei debimetri analogici di prima generazione. Questo accorgimento oltre che migliorare sensibilmente l’affidabilità del debimetro permette soprattutto di avere una precisa e costante  misurazione del flusso dell’ aria nel tempo; ciò è di fondamentale importanza e di primaria necessità nei veicoli la cui gestione elettronica del propulsore deve soddisfare le normative Euro 5 ed Euro 6.

Il valore di corrente usata per mantenere il filamento alla giusta temperatura è direttamente proporzionale al flusso di aria: questo valore viene elaborato dal piccolo modulo elettronico del debimetro e trasformato in un segnale ad onda quadra dove non varia l’ampiezza, ma, come già detto la frequenza.

L’utilizzo di un segnale ad onda quadra permette oltre a garantire una maggior protezione contro i disturbi elettromagnetici e anche un segnale che permette una migliore “risoluzione di misura” da parte della centralina di gestione motore.


E’ opportuno qualche richiamo di base per una migliore comprensione del segnale di uscita di un debimetro digitale.

 

DEFINIZIONE di FREQUENZA

La frequenza è la velocità con la quale un segnale elettrico varia nell’ unità di tempo;  l’ unità di misura della frequenza è Hz (Hertz):

1 Hz corrisponde ad una oscillazione completa in 1 secondo. Se un segnale –poniamo caso- ha una frequenza di 5Khz significa che in 1 secondo subisce 5000 oscillazioni.

 


IL METODO DI  DIAGNOSI

 

 

PRIMO PASSO:

I debimetri  “digitali” si distinguono perché il sensore è indissociabile dal suo contenitore. Il connettore è composto da quattro fili. Occorre verificare quindi la presenza della tensione batteria e della massa elettronica sui PIN della spina con quadro acceso (compresa l’alimentazione a 5V); il valore della temperatura dell’ aria può essere un segnale che varia da 0V a 5V nei Pierburg mentre nei Bosch è ad onda quadra con frequenza variabile (la frequenza è in relazione alla temperatura misurata).

 

 

SECONDO PASSO:

Aspettare almeno 10 minuti dopo aver spento il motore (per evitare turbolenze nel condotto dovuti all'aria calda) oppure, dopo aver staccato il debimetro dai condotti e tappato i suoi ingressi, collegare l' oscilloscopio sul filo del segnale massa aria e controllare la sua frequenza:


Per i debimetri BOSCH:  è di 1,8 - 1,9 KHz
Per i debimetri PIERBURG:  è di 5 KHz.


Debimetro digitale BOSCH oscillogramma frequenza a quadro acceso e motore spento

 

Debimetro digitale PIERBURG oscillogramma frequenza a quadro acceso e motore spento


Il valore della frequenza deve rimanere stabile nel tempo: a volte infatti capitano sensori bagnati di olio (come nei 1600 Tdci della Ford, dove il valore della frequenza  non rimane stabile e continua a modificarsi) che starano la misura.


TERZO PASSO:

Con la pistola dell’ aria soffiare aria nel sensore e verificare che la frequenza del segnale generato raggiunga il valore limite possibile di frequenza:


Per i debimetri BOSCH: è di 12-13 KHz,
Per  i debimetri PIERBURG: è di 1 KHz.

 

Oscillogramma frequenza debimetro digitale BOSCH motore a pieno carico

 

 

OSCILLOGRAMMA DEBIMETRO DIGITALE PIERBURG FREQUENZA IN USCITA CON MOTORE A PIENO CARICO


Come si può notare i debimetri rendono risultati inversi: il MMA digitale prodotto da Bosch genera un segnale la cui frequenza è proporzionale più elevata  al crescere del valore massa aria misurato mentre mentre nei MMA prodotti da PIERBURG la frequenza decresce al crescere del valore massa aria misurato.

I Misuratori massa aria “digitali“ sono ormai diversi anni che hanno fatto la loro comparsa: all’inizio erano praticamente impiegati solo nelle motorizzazioni diesel, oggi sono parimenti diffusi anche per le motorizzazioni benzina. Statisticamente hanno pochissimi problemi e rimangono precisi  per molti chilometri e, in alcuni casi, addirittura per l’intera vita dell’ auto.

 


APPROFONDIMENTO

Esiste un sistema molto comodo e semplice per visualizzare il funzionamento del  debimetro digitale: consiste nell’utilizzo di un oscilloscopio il cui programma di gestione permetta  di visualizzare sull’asse verticale dello schermo non il valore in tensione del segnale misurato ma il suo valore in frequenza. Questo sistema porta un grosso vantaggio: si può vedere in tempo reale cosa misura la centralina motore,  apprezzando  velocemente la variazione della frequenza in tempo reale ed in maniera più intuitiva.

Così facendo si riesce ad apprezzare come alcuni sensori sono costruiti per misurare anche le pulsazioni presenti nel collettore come, ad esempio, i dispositivi della Pierburg: se sono attraversati  in senso inverso dall’aria effettuano la misurazione (a differenza dei MMA digitali prodotti da Bosch).


OSCILLOSCOPIO VISUALIZZAZIONE ASSE VERTICALE FREQUENZA DEBIMETRI MMA DIGITALI

 
IMPORTANTE! Prima di procedere alla sostituzione del debimetro si consiglia pertanto di effettuare le verifiche funzionali che abbiamo descritto e suggerito in questa piccola “Guida Pratica”.
E’ importante essere sicuri che il debimetro funzioni correttamente: ciò ci permette di spostare la nostra diagnosi altrove senza averlo sostituirlo inutilmente solo perché era un “sospettato” eccellente!

 

 

Per ulteriori approfondimenti visitate la Sezione "FORMAZIONE TECNICA" del nostro FORUM

 

IL CONTROLLO E LA DIAGNOSI DEI DEBIMETRI ANALOGICI

IL CONTROLLO E LA DIAGNOSI DEI DEBIMETRI DIGITALI

 

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