Il misuratore massa aria

Oggi “Riparando” propone un articolo diverso da quelli fino d’ora pubblicati, che non ha che fare con casistiche guasto o procedure particolari, ma di aspetto puramente tecnico, e che consiste in una panoramica sul funzionamento e sulla struttura di un componente assai importante per il funzionamento del motore, e cioè il misuratore massa aria. I nomi con cui viene denominato possono essere anche altri, e cioè “flussometro, flussimetro” o “debimetro” (che è un adattamento in italiano del termine francese “débitmètre”), ma il termine più corretto rimane quello di misuratore.

Dunque, com’è costituito e come funziona?

Nelle applicazioni industriali è un rilevatore preposto alla misurazione della massa di un fluido nell’unità di tempo (la portata), dato fondamentale per lo svolgimento di innumerevoli processi, e ne esistono di svariati tipi. Nel mondo automotive, i primi misuratori massa aria erano di tipo analogico, ora abbandonati quasi del tutto a favore di quelli di tipo digitale. La struttura comunque non è cambiata di molto, ed è costituita da un elemento cilindrico cavo al cui interno è posto un elemento sensibile che può essere a filo o a film caldo; inoltre i moderni misuratori massa aria per le autovetture possono integrare un sensore di temperatura di tipo NTC: questo perché l’acquisizione anche della temperatura dell’aria in ingresso rende più preciso il calcolo della portata (influisce infatti sulla densità). I segnali così rilevati vengono poi elaborati da un’elettronica interna, integrata nel corpo del misuratore. Il rilevamento del segnale di portata si basa sull’utilizzo di un cavo molto sottile o di una membrana posta nel canale dove fluisce l’aria d’aspirazione motore (by-pass), elemento che viene riscaldato e tenuto ad una temperatura costante di circa 120 °C oltre la temperatura dell’aria entrante da un’apposita resistenza controllata dall’elettronica di gestione, integrata all’interno di un blocco posto al di sopra del corpo centrale: il blocco ospita inoltre i terminali elettrici pin) ed è termosaldato al sensore, anche se esistono modelli (specie se meno recenti) in cui è unito al misuratore tramite due viti torx.

L’aria entrante nel canale sottrae calore alla membrana, raffreddamento che squilibra due resistenze, poste a monte e a valle dell’elemento sensibile, di una quantità proporzionale alla massa di fluido: questo squilibrio corrisponde ad una variazione di resistenza che viene elaborato elettronicamente ed inviato alla centralina sottoforma di segnale digitale.  L’informazione di portata aria viene relazionata dalla centralina con il segnale temperatura acqua di raffreddamento, il numero giri motore ed il segnale pedale acceleratore allo scopo di regolare il titolo di miscela più idoneo per ciascuna condizione di funzionamento; in più sui diesel la centralina utilizza questo segnale per l’importantissima funzione di controllo della quantità di gas di scarico ricircolata (strategie EGR). Ma vediamo come è fatto da vicino, prendendo a modello il misuratore digitale della Bosch:

Vista laterale

Vista frontale

Sul fianco del misuratore sono solitamente riportati alcuni codici, tra i quali quello che si riferisce al ricambio, ed è ben visibile una freccia che indica il verso di montaggio.

Segnali emessi.

Il segnale di portata generato è di tipo ad onda quadra con ampiezza di 5 V e frequenza variabile da 1,4 kHz a 12 kHz in base alla massa d’aria aspirata:

Segnale massa aria, motore spento

Segnale massa aria, motore regime minimo

Infatti, prendendo come riferimento il tempo “Trif”, si nota che la frequenza (numero delle oscillazioni) è aumentata poiché è aumentata la massa d’aria in ingresso aspirata dal motore in seguito all’accensione. Mentre il segnale di temperatura è di tipo PWM con portante a circa 19 Hz, un’ampiezza di 5 V e un duty cycle variabile da 10% a 90%, a seconda del valore di temperatura (intervallo di misura -50°C ÷ +150°C):

Segnale temperatura aria (31 °C)

Il misuratore massa aria è fondamentale per la resa ottimale del motore; problemi di carburazione, fumosità allo scarico, “buchi di potenza” potrebbero essere segni di un misuratrore che funziona male, in quanto starato (ed in questo caso va sostituito) o avente una funzionalità compromessa da polvere o dall’accumulo di residui d’olio: non è un componente che necessita di manutenzione periodica, anche se a volte se ne può tentare una pulizia attraverso prodotti desossidanti molto volatili (cioè che si asciughino subito), che si devono spruzzare all’interno una volta rimosso il misuratore dal condotto a cui è collegato.