Test e Ricalibratura di un Debimetro – Prima Parte

Lavoro incredibile grande!! complimenti infiniti!!!  un progetto del genere richiede passione fantasia applicativa costanza precisione e coerenza in notevoli quantità bravo davvero Diego

Eh si ogni tanto ci si limita a sostituire per risolvere al più presto un guasto, ma se solo si avesse più tempo, costanza e sicuramente voglia di capire come si comportano alcuni sensori, si eviterebbero tante sostituzioni inutili che non fanno bene a noi, ai nostri clienti e al pianeta.

Grazie!

ottimo grazie

Grandee!! Complimenti👍

"Non solo, pre-calibrando opportunamente il segnale prodotto dal debimetro di riferimento e disponendo di adeguati raccordi diventa possibile estendere questo principio di funzionamento a qualsiasi debimetro, sia analogico che con segnale digitale in PWM."

 

Sarebbe interessante poter testare con precisione un debimetro digitale che lavora in frequenza

complimenti ad apollokid per un lavoro accurato di osservazione del funzionamento del debimetro.  il metodo di indagine si addice alla ricerca di difettosità piuttosto grossolane, ma che non ne limitano la validità. 

ritengo però opportuno integrare le misure proposte con alcune considerazioni tecniche su come il segnale viene generato e sull'uso che ne fa  la centralina controllo motore per arrivare a gestire il motore.

1   come si origina il segnale.

sapete che il principio di funzionamento consiste nel misurare una corrente che riscalda e mantiene costante la temperatura di un filo o una piastrina immersa in una corrente d'aria.  già questo implica che la corrente d'aria deve avere una velocità uguale su tutta la sezione trasversale del debimetro. questo si ottiene con una grande cura nel costruire i tubi di ingresso aria, evitando curve, strozzature che indirizzerebbero l'aria in maniera non uniforme nel tubo. .  (ad esempio è opinabile la costruzione del tubo indicato nella foto per comparare 2 debimetri. potrebbe essere il tubo il generatore di differenza di segnale.)

2   perchè il segnale è così ballerino

lo strumento (debimetro) è un oggetto estremamente sensibile, ed il suo segnale è influenzato non solo dalle fasi di aspirazione del motore ma anche dalle fasi di rifiuto del cilindro (importanti a basse velocità) che provocano una incostanza della velocità dell'aria.   inoltre occorre considerare che alla partenza della accelerazione il picco di segnale significa che entra una grossa quantità di aria che non va subito nei cilindri ma deve riempire il collettore di aspirazione che sta oltre la farfalla.

3  come viene usato il segnale generato dal debimetro 

la centralina acquisisce il segnale in continuazione e lo trasforma in portata d'aria ogni 180° di albero motore (mezzo giro),  lo corregge attraverso molte mappe funzione di temperatura aria, pressione, altitudine, fasatura valvole, geometria aspirazione, ed altro......

4   cosa fa la centralina se vede il debimetro anomalo

la centralina motore è strutturata in modo che conoscendo il segnale di portata aria calcola il carburante da erogare.  esiste però un sensore di controllo, la sonda lambda ( non importa se on-off 4 fili o lineare a 6 fili) che verifica continuamente il risultato del calcolo del carburante iniettato.  si accorge se sbanda e corregge immediatamente il tempo di iniezione che origina dal segnale debimetro.   se la correzione è applicata in continuazione la mette in memoria e diventa controllabile come valore di autoadattamento di carburazione.  in pratica leggendo il valore dell'autoadattamento si conosce di quanto è deviato il segnale del debimetro.

ma c'è un problema: se la deviazione è circa costante, ( come caso grafico 2 e 3) basta un fattore di moltiplicazione o riduzione ed ii motore è gestito come originale entro certi limiti (8% è già un po tanto e comunque consiglia di cambiare debimetro.)

se la deviazione è irregolare come il caso 4 anche la centralina ha dei limiti a capire cosa fare e generalmente la difettosità si avverte. 

in conclusione il segnale più importante è rappresentato dalla curva verde perchè indica il grado di difettosità o di recuperabilità del debimetro.

consigli ad apollokid: se ne hai la possibilità cerca di fare queste misure analizzando la portata aria motore elaborata dalla centralina perchè il segnale è più pulito e più facilmente interpretabile. alla fine è l'unica cosa che permette di valutare quel che succede. 

 

 

Modificato 12 Dicembre 2023 da sergiot

Grazie per il feedback Sergio, provo a rispondere alle tue osservazioni.

In primis alla scelta del tubo a 45°, la tua osservazione sulla curvatura tubo l'avevo presa in considerazione e mi ero documentato trovando che le turbolenze vengono prodotte non tanto dalle curve quanto dagli ostacoli che vanno a creare zone di alta e bassa pressone nel flusso ed a fronte di questa osservazione ho ritenuto che la fonte di turbolenze maggiore fosse data dal condotto centrale del debimetro e dalle alette di raffreddamento. La curva a 45° preceduta e seguita da due tratti dritti è stata quindi frutto di una scelta deliberata perchè ho ritenuto che avrebbe aiutato ad attenuare e distribuire la turbolenza in uscita dal 1° debimetro che seppur piccola non ero in grado di misurare su tutta la sezione. Aggiungo che il debimetro è collegato all'airbox tramite una curva a 90° e sono pronto a credere che anche questa curva sia stata inserita di proposito dai progettisti proprio per un motivo analogo.

 

 

Aggiungo anche che tra le prove che ho fatto prima di considerare attendibile il sistema che ho descritto ci sono state sia l'inversione dei debimetri a monte ed a valle che la rotazione del tubo a 45° in varie posizioni così che la turbolenza in uscita dal primo debimetro si spostasse rispetto all'ingresso del secondo.

In entrambi i casi i due segnali sono sempre stati sovrapponibili e questo fatto a mio avviso ha dimostrato in modo sperimentale la bontà della tubazione con cui sono stati collegati.

 

Non ho invece capito cosa intendi per segnale ballerino, i due segnali sono quasi perfettamente sovrapponibili al variare del flusso d'aria tant'è che la differenza percentuale misurata si può dire che rimane nell'intorno dell 0,5% che è un ottimo valore.

Le variazioni che escono dallo 0,5% sono dovute ad una diversa tecnologia dei due debimetri, cosa che ho potuto poi verificare comparando un debimetro sempre originale Volvo ma non più prodotto da Bosch.

Da quanto ho potuto infatti osservare la tecnologia a filo caldo ha una inerzia minore nel misurare le variazioni molto rapide di flusso.

 

Ti rispondo ora alle variazioni di flusso ai bassi regimi ed alto carico: guidando ad esempio l'auto su strada ed affondando il gas a bassi giri si massimizza questo effetto e lo si vede benissimo esaminando il segnale analogico con l'oscilloscopio di cui riporto un esempio.

Non ho l'esperienza nello sviluppo del software delle centraline ma ragionando da software engineer sono più che convinto il software per calcolare i tempi di iniezione debba aver tenuto in considerazione questa eventualità e che il segnale di massa d'aria prima di essere utilizzato come valore di lookup nella mappa di iniezione venga in qualche modo livellato dal momento che la forma delle oscillazioni sono troppo ampie variabili rispetto a tutti gli altri parametri di gestione del motore.

In ogni caso nell'esempio riportato il periodo di ognuna di queste oscillazioni era è di circa 20ms (a 2500rpm in un 4 cilindri si hanno 1250 aspirazioni al minuto che fa proprio 20ms ad aspirazione ERRATA CORRIGE: ringrazio Sergio per la segnalazione, vedere commento successivo) che è nello stesso ordine di grandezza del ritardo misurato tra il debimetro Bosch rispetto a quello non Bosch nei cambi di flusso molto rapidi.

Mi viene da osservare che se la ECU non facesse come ho ipotizzato dovrebbe essere assai probabile che accelerando di colpo col debimetro non Bosch il motore non riuscirebbe nemmeno a funzionare tanta è differenza tra min e max del segnale durante questa circostanza.

 

Vorrei spendere poi due parole sulla tua osservazione riguardo i casi 2 e 3, infatti c'è una seconda parte di articolo in cui vorrei raccontare come grazie ad un amplificatore di segnale sono riuscito a ricalibrato il segnale del debimetro del caso 2 consentendogli di ritornare a funzionare bene.

Il discorso sul feedback dato dalla sonda lambda è in linea di principio valido ma nella pratica la latenza nelle correzioni ed il continuo variare del carico di un motore sono tali per reputo che non sia possibile per la centralina riuscire a calcolare un coefficiente moltiplicativo da applicare su tutto il segnale della massa d'aria misurata e rendere quindi trasparente il fatto che il debimetro sia starato.

D'altronde de ciò fosse possibile non servirebbero nemmeno più le mappe dato che ogni centralina potrebbe automaticamente trovare la carburazione migliore in ogni situazione semplicemente grazie ad un periodo di autoapprendimento continuo ed avendo come unico target quello di avere un rapporto aria/bezina ben definito.

Magari ci arriveremo un giorno ma il motore su cui ho lavorato non è così e non credo lo siano nemmeno quelli prodotti nel 2023.

 

Per il suggerimento circa le misurazioni circa la portata aria motore elaborata dalla centralina io non ho questa possibilità in quanto l'auto in questione non permette di leggere queste informazioni. L'obiettivo però del sistema che ho realizzato era proprio quello di considerare il debimetro per ciò che è, ossia un semplice sensore di misura.

Tutto ciò che viene fatto dalla centralina o di come si comporta il motore alla fine è irrilevante ed anzi, rischa solo di complicare la diagnosi perchè si vanno ad analizzare gli effetti e non le cause.

Modificato 26 Dicembre 2023 da apollokid

rispondo alle osservazioni di Apollokid alla mia nota:

il tuo discorso riguardo le turbolenze nei tubi prima del debimetro è ineccepibile.

c'è solo da dire riguardo la prima curva in uscita dal filtro aria, che non è l'ideale, è obbligata, ma quando il calibratore tara le mappature quella è già compresa nel prezzo, e diventa "parte della taratura del debimetro"

mi aspettavo questa risposta, perchè me ne sono accorto dopo, ma avevo interpretato male la figura immaginando il percorso aria inverso.

anche le prove sono state svolte con la necessaria accuratezza, mi devo complimentare.

riguardo il segnale ballerino:  si riferisce al primo e secondo grafico che hai presentato, con la scala dei tempi più dilatata.  in effetti quel segnale è quel che vede la centralina e che le serve per calcolare il carico motore con la risoluzione del mezzo giro motore.  in realtà poi quello che interessa è il segnale su una scala diversa come hai fatto bene nei grafici successivi.  anche l'osservazione riguardo il punto di attacco dell'accelerata si riferisce ai primi due grafici dove si vede quel extra segnale iniziale.

riguardo il caso visto nei grafici 2 e 3,  quando ne parlerai, poi avrò un aneddoto da raccontare riguardo la preistoria.

riguardo la capacità della centralina di correggere la deviazione del segnale, ti assicuro che ce la fa. e la correzione è efficace nel range di +-15%.  fuori da questo range gli effetti collaterali diventano rilevanti.  non bisogna dimenticare lo scopo primo del perchè si opera questa  correzione.

l'autoapprendimento della carburazione su qualche applicazione racing già si fa da molti anni.   sulle vetture stradali è più complicato.

buon lavoro, veramente interessante.

buon natale e buone feste

Il 24/12/2023 at 12:34, apollokid ha scritto:

Ti rispondo ora alle variazioni di flusso ai bassi regimi ed alto carico: guidando ad esempio l'auto su strada ed affondando il gas a bassi giri si massimizza questo effetto e lo si vede benissimo esaminando il segnale analogico con l'oscilloscopio di cui riporto un esempio.

Non ho l'esperienza nello sviluppo del software delle centraline ma ragionando da software engineer sono più che convinto il software per calcolare i tempi di iniezione debba aver tenuto in considerazione questa eventualità e che il segnale di massa d'aria prima di essere utilizzato come valore di lookup nella mappa di iniezione venga in qualche modo livellato dal momento che la forma delle oscillazioni sono troppo ampie variabili rispetto a tutti gli altri parametri di gestione del motore.

In ogni caso nell'esempio riportato il periodo di ognuna di queste oscillazioni era è di circa 20ms (a 2500rpm in un 4 cilindri si hanno 1250 aspirazioni al minuto che fa proprio 20ms ad aspirazione) che è nello stesso ordine di grandezza del ritardo misurato tra il debimetro Bosch rispetto a quello non Bosch nei cambi di flusso molto rapidi.

Mi viene da osservare che se la ECU non facesse come ho ipotizzato dovrebbe essere assai probabile che accelerando di colpo col debimetro non Bosch il motore non riuscirebbe nemmeno a funzionare tanta è differenza tra min e max del segnale durante questa circostanza.

sarebbe utile qualche spiegazione su questa misura che non mi è chiara.

tieni presente che a 2500 giri/1' il motore fa 1250 aspirazioni al minuto per 4 cil fanno 5000 aspirazioni al minuto (dal punto di vista del debimetro). oppure la misura si riferisce ad un monocilindro?

18 ore fa, sergiot ha scritto:

sarebbe utile qualche spiegazione su questa misura che non mi è chiara.

tieni presente che a 2500 giri/1' il motore fa 1250 aspirazioni al minuto per 4 cil fanno 5000 aspirazioni al minuto (dal punto di vista del debimetro). oppure la misura si riferisce ad un monocilindro?

Nono, parlavo di un 4 cilindri ma volevo risponderti a tutte le tue domande ed avrei dovuto prendermi più tempo per ricontrollare bene i numeri e ciò che avevo scritto.

Il motore è un 4 cilindri ma i giri del motore in quell'istante dell'affondo erano un po' più bassi di quanto ricordavo andando a memoria ed inoltre avevo anche fatto un errore nel calcolo.

Il segnale blu non è molto diffuso e si chiama Tq, è una sorta di PWM molto breve in fase con l'accensione (1 impulso ogni scintilla), da li è possibile calcolare in modo esatto i giri del motore ed è anche possibile ovviamente misurare il periodo di ogni oscillazione misurata dal debimetro che dura circa grossomodo sui 20ms che era il valore che avevo riportato (per la precisione sono 19ms).

I 20ms escono quindi dal calcolo 1 / (1500 / 2 * 4 / 60) dove

1500 sono i giri motore al minuto

diviso 2 per calcolare i giri albero a camme e quindi le aspirazioni al minuto per ogni singolo cilindro

moltiplicato 4 perchè è un 4 cilindri

diviso 60 per avere le aspirazioni al secondo

 

Ti ringrazio per l'osservazione.

 

P.S. ne ho approfittato anche per calcolare l'ampiezza delle oscillazioni misurate dal debimetro, si parla di oscillazioni che passano da un minimo di 2,3V che è circa la stessa misura del motore al minimo a 3,8V che è la quantità di aria che viene misurata sempre a farfalla spalancata ma ad un regime praticamente doppio (circa 2500 rpm)

All'aumentare dei giri pur rimanendo la farfalla completamente spalancata (e lo è per davvero perchè di tipo meccanico e non motorizzata) si nota come l'ampiezza delle oscillazioni tende a ridursi sempre di più (la spiegazione che mi posso dare è che questo comportamento sia spiegabile in parte con la la diminuzione del tempo che intercorre tra una aspirazione e la successiva ed in parte anche all'aumento dell'inerzia della colonna d'aria nella tubazione)

 

 

 

 

P.S.S. Aggiungo a questo punto anche un'altra osservazione che reputo importante su tutto il sistema di test del debimetro usando un aspiratore: con l'aspiratore elettrico (a meno di averne uno veramente potente) non si riesce a portare il debimetro al suo valore di fondo scala che è intorno ai 5V fermandomi a circa 3,3V. Si potrebbe quindi obiettare che controllare solo la prima parte di segnale sia concettualmente sbagliato perchè può portare ad un errore di cui si avrà evidenza solo nei valori alti però se ci si ferma a riflettere si potrà osservare che la funzione di trasferimento di un debimetro non è lineare bensì simile ad una esponenziale inversa (vedere ultima immagine), questo significa che la sensibilità del sensore è tanto maggiore quanto la misura da fare è piccola ed inoltre in un uso stradale un motore lavora per la stragrande maggioranza del tempo tra il minimo ed un carico parziale e non certo al massimo, proprio le condizioni nelle quali in genere si manifestano i problemi di malfunzionamento del motore di un'auto che entra in un'officina.

Per questi motovi ritengo che anche solo controllando la prima parte del segnale sia più che sufficiente per valutare se un debimetro è starato o no ed anzi, è proprio nella prima parte della curva che eventuali variazioni anche piccole risulteranno più evidenti.

Inoltre, se ci si ricollega al problema delle turbolenze, sono convinto che tanto più il flusso d'aria sarà veloce e tanto più le piccole turbolenze prodotte dal debimetro a monte rischieranno di andare a disturbare la lettura del debimetro a valle. Per ovviare a questo rischio servirebbe un banco di collaudo molto più professionale dotato di lunghe tubazioni.

Il sistema che ho invece messo in piedi, pur essendo molto semplice non richiede attrezzature costose ed all'atto pratico si è dimostrato valido e non solo per gli esperimenti ma anche per diagnosi reali.

 

10 ore fa, apollokid ha scritto:

All'aumentare dei giri pur rimanendo la farfalla completamente spalancata (e lo è per davvero perchè di tipo meccanico e non motorizzata) si nota come l'ampiezza delle oscillazioni tende a ridursi sempre di più (la spiegazione che mi posso dare è che questo comportamento sia spiegabile in parte con la la diminuzione del tempo che intercorre tra una aspirazione e la successiva ed in parte anche all'aumento dell'inerzia della colonna d'aria nella tubazione)

il segnale del debimetro è figlio di quel che succede in un sistema fluidodinamico che alimenta una pompa aspirante che si chiama motore a pistoni. quindi quel che succede nel cilindro da un punto di vista fluidodinamico ha ripercussioni sulla velocità dell'aria che attraversa il debimetro.  la velocità aria non è costante ma influenzata dalla alternanza delle aspirazioni, delle fermate, dei rifiuti dei cilindri.  non solo, c'è anche l'effetto delle oscillazioni avanti e indietro della colonna d'aria nel condotto in cui si trova il debimetro che dipende dalla forma geometrica del condotto e dalla frequenza di oscillazione generata dalla frequenza delle aspirazioni.  consideriamo che per sua natura il debimetro misura la velocità dell'aria ma non è in grado di sapere se l'aria viaggia in direzione dei pistoni o in direzione opposta. per lui è tutta portata da misurare, e tutta positiva.  questo per dire che le valutazioni sui segnali, quando entrano nei particolari, devono essere valutate nell'insieme del sistema in cui sono immersi.   queste osservazioni sono da tenere in conto quando si entra nel particolare microscopico del segnale.  possono però essere quasi ignorate quando lo scopo dell'indagine è il confronto tra due segnali di due oggetti diversi.  penso comunque che conoscere i particolari possa aiutare la interpretazione dei segnali acquisiti.

ricordiamoci che la centralina legge il segnale in continua ma ne fa un integrale ogni 180° motore. quindi gli alti e bassi segnale se li "semplifica".