Il Circuito Elettrico dell'Alternatore BMW 318i E90: Funzionamento, Diagnosi e Manutenzione

Il sistema elettrico di una BMW è intrinsecamente complesso e fondamentale per il regolare funzionamento del veicolo. Al centro di questo sistema si trova l'alternatore, un componente essenziale deputato a generare la potenza elettrica necessaria per far funzionare le varie componenti e mantenere la batteria carica. Comprendere i primi sintomi di guasto dell'alternatore BMW può aiutare a evitare guasti improvvisi e riparazioni costose, garantendo l'affidabilità del veicolo.

Cos'è e Come Funziona un Alternatore

L'alternatore della BMW converte l'energia meccanica del motore in energia elettrica, fornendo alimentazione a fari, sistema di infotainment e altri accessori elettrici. La sua funzione primaria è quella di lavorare insieme alla batteria per fornire energia ai componenti elettrici, quali luci, ventola, tergicristalli, e garantire che la batteria rimanga carica durante il funzionamento del motore. Senza di esso, la batteria si scaricherà rapidamente e l'auto potrebbe spegnersi improvvisamente o rifiutarsi di partire. Un alternatore in buone condizioni mantiene l'equilibrio nella distribuzione dell'energia elettrica.

Il funzionamento di un alternatore è basato sulla legge di Faraday-Lenz. Una cinghia a serpentina, che poggia su una puleggia, è fissata con l'alternatore. Quando il motore viene acceso, la puleggia si muove e ruota gli alberi del rotore collegati all'alternatore. Il rotore è un elettromagnete con due anelli rotanti in metallo e spazzole di carbone attaccate al suo albero. I magneti sul rotore sono posizionati in maniera tale da passare sopra le spire del filo di rame nello statore, creando un campo magnetico attorno alle bobine. Questo induce negli avvolgimenti statorici una forza elettromotrice (tensione) proporzionale al campo magnetico e alla velocità di rotazione.

La corrente generata è alternata (CA) e deve essere convertita in corrente continua (CC) prima dell'uso. Pertanto, viene incanalata verso il ponte raddrizzatore con diodi. Il ponte raddrizzatore trasforma la corrente bidirezionale in una corrente continua unidirezionale, che viene poi inviata alla batteria tramite il contatto B+.

Il regolatore di tensione è un componente chiave che controlla la tensione di uscita dell'alternatore. Viene alimentato dal contatto D+ e, in base al valore della tensione di questo contatto, modifica la tensione del contatto DF (Field), controllando di conseguenza la corrente che circola sull'avvolgimento rotorico. Ad alternatore fermo, il regolatore viene alimentato dalla batteria attraverso la lampada spia che si accende. Il contatto W, non sempre presente negli alternatori, consente di prelevare un segnale alternato la cui frequenza è proporzionale ai giri dell'alternatore e quindi del motore, convertito poi dal contagiri in un'indicazione visiva.

I componenti principali di un alternatore includono:

• Ventola di raffreddamento: Per dissipare il calore generato durante il funzionamento.
• Regolatore di tensione: Mantiene la tensione di uscita costante.
• Rotore: L'elettromagnete rotante che genera il campo magnetico.
• Statore: Le bobine fisse dove viene indotta la corrente alternata.
• Ponte raddrizzatore con diodi: Converte la corrente alternata in continua.
• Anelli collettori e spazzole di carbone: Trasmettono la corrente al rotore.
• Cuscinetti terminali degli anelli collettori: Supportano il rotore.
• Puleggia: Riceve il movimento dalla cinghia del motore.

Schemi Elettrici dell'Alternatore e Terminali

Essendo l'alternatore collegato a più componenti del veicolo, il suo cablaggio include diversi fili e terminali con funzioni specifiche. Comprendere gli schemi elettrici dell'alternatore è fondamentale per la diagnosi e la riparazione.

I collegamenti più comuni includono:

• B+ (Batteria Positivo): Collegamento per il polo positivo della batteria. Questo è il terminale che fornisce la corrente raddrizzata alla batteria e al sistema elettrico del veicolo.
• D+ o L (Lampada/Accensione): Collegamento per la spia di controllo della carica e per l'alimentazione del regolatore. Il filo dell'eccitatore è collegato al terminale L di un alternatore e viene utilizzato per accendere il regolatore di tensione. La spia di carica è controllata dalla tensione del terminale D+. Quando l'alternatore non produce tensione, la spia si accende.
• IG (Ignition): Collegamento per il positivo sotto chiave, connesso all'accensione. Il cavo di ingresso dell'accensione è collegato all'interruttore a chiave e attiva il regolatore di tensione, completando il funzionamento del circuito di carica.
• W (Wave/Tachimetro): Collegamento che fornisce un segnale a corrente alternata proporzionale alla velocità del generatore. Non sempre presente, questo segnale viene convertito dal contagiri in un'indicazione visiva.
• S (Sense): Cavo di rilevamento della tensione, utilizzato per monitorare la tensione della batteria a distanza e ottimizzare la carica.

Esistono diversi tipi di schemi di cablaggio dell'alternatore, tra cui:

• Alternatori a 3 fili: Sono multiuso e dispongono di raddrizzatori di tensione incorporati per il rilevamento della potenza. A differenza degli alternatori a un filo, possono generare e rettificare l'elettricità in un circuito. I circuiti comprendono tre fili principali: cavo positivo della batteria, cavo di rilevamento della tensione e cavo di accensione. Il cavo di ingresso dell'accensione è collegato al motore.
• Alternatori con regolatore esterno: Utilizzano regolatori elettromeccanici che avvolgono il cavo di rilevamento della tensione in un elettromagnete. Questo crea un campo magnetico attorno al magnete e attira a sé il blocco ferroso. Tali circuiti hanno tre interruttori elettromagnetici: relè di protezione, regolatore e regolatore di corrente. Un esempio di regolatore elettromeccanico può mostrare transistor come Q1 e Q2 in configurazione ad emettitore comune, che variano il loro punto di lavoro in funzione del valore della tensione di uscita dell'alternatore, e Q3 in configurazione a collettore comune, che si comporta come un inseguitore di tensione.
• Alternatori con controllo PCM (Powertrain Control Module): Sono un tipo avanzato che utilizza moduli interni per controllare il circuito di campo di un alternatore. Ogni volta che la tensione è inferiore al valore desiderato, i moduli vengono attivati e modificano il tempo di attivazione del flusso di corrente attraverso la bobina. Di conseguenza, l'output del sistema viene modificato per adeguarsi alle esigenze del sistema. Questi alternatori sono semplici ma molto efficienti, generando le tensioni desiderate.

Funzionamento Intelligente dell'Alternatore (IGR) nelle BMW Moderne

Le BMW moderne, come la Serie 3 E90, incorporano una "regolazione intelligente dell'alternatore" (IGR) o Power Management, una funzionalità che può far risparmiare fino al 3% di CO2 e quindi di energia. Il principio fondamentale dell'IGR è che la batteria non viene più caricata completamente in modo continuo, ma a seconda delle diverse condizioni ambientali (temperatura esterna, età della batteria ecc.) viene caricata ad un valore preciso, tipicamente tra il 70% e l'80% della carica massima possibile.

La funzione IGR è gestita dalla centralina del motore e coinvolge principalmente il sensore IBS (Intelligent Battery Sensor). Questo è una piccola scatola posta sul polo negativo della batteria che analizza tensione, corrente e temperatura della stessa e fornisce queste informazioni alla centralina motore per la gestione dell'alternatore. La comunicazione del sistema di gestione del motore con il sensore intelligente della batteria e con l'alternatore avviene mediante l'interfaccia dati bit seriali (BSD).

Mediante le informazioni dal sensore IBS, il Power Management calcola il livello di carica e di invecchiamento della batteria. Il Power Management è il software responsabile per i calcoli nell'ambito della gestione dell'energia. Per le vetture con IGR, l'applicazione adotta inoltre il processo per la regolazione intelligente dell'alternatore. Ciclicamente, la regolazione intelligente dell'alternatore viene soppressa, consentendo la carica totale della batteria, in modo da poter raggiungere una capacità completa della stessa nel tempo (rigenerazione).

Con l'IGR, la tensione dell'alternatore si trova spesso in un campo di tensione più basso, così da poter raggiungere un miglior assorbimento di carica della batteria del veicolo. Questo consente di sfruttare al meglio l'alternatore su un range di tensione più ampio rispetto alla regolazione tradizionale (compresa principalmente fra 13-15 Volt).

La funzione IGR ha tre distinte fasi di funzionamento:

• IGR-Low: Nelle fasi di spinta (decelerazione o rilascio del pedale dell'acceleratore), viene aumentata la tensione dell'alternatore e la batteria viene caricata (recupero di energia).
• IGR-Medium: Nelle fasi di marcia con impiego di carburante, avviene una richiesta di scaricamento parziale dell'alternatore. La batteria non viene più caricata attivamente, ma mantiene solo un livello di carica sufficiente.
• IGR-High: Con un livello sufficiente di carica della batteria, la tensione dell'alternatore viene regolata in modo che la batteria venga scaricata in una misura tollerabile. La rete di bordo viene parzialmente alimentata mediante la batteria. In questo stato, l'alternatore viene sollecitato al minimo.

La regolazione intelligente dell'alternatore viene disinserita alle seguenti condizioni: livello di carica della batteria troppo basso, temperatura ambiente troppo bassa, o disattivazione graduale non appena la batteria AGM ha raggiunto la resistenza massima ai cicli. Inoltre, l'IGR deve essere disattivata a seguito di un controllo dell'alternatore mediante lo strumento di diagnosi.

È importante notare che sulle BMW con IGR è sempre montata una batteria con tecnologia AGM (Absorbent Glass Mat), per una maggiore resistenza ai cicli. La batteria AGM ha una resistenza ai cicli tre volte superiore e si riconosce dalla carcassa nera anziché bianca. Se sul veicolo viene installata una normale batteria, questa invecchia molto precocemente, con una durata che in genere non supera un anno di vita.

Sintomi e Cause di Malfunzionamento dell'Alternatore

Rilevare precocemente i problemi all'alternatore è fondamentale per preservare l'affidabilità del veicolo. Un alternatore difettoso può causare stallo intermittente o completo del motore a causa di un insufficiente approvvigionamento di energia elettrica, rendendo difficile o impossibile avviare il veicolo se la batteria perde carica senza il supporto dell'alternatore.

I sintomi più comuni di un alternatore difettoso includono:

• Spia della batteria o dell'alternatore accesa: Questo è uno degli indicatori più evidenti, segnalando che il sistema elettrico non si sta ricaricando correttamente.
• Luci tremolanti o fioche: Fari poco luminosi, luci del cruscotto tremolanti o malfunzionamento dei dispositivi elettronici (finestrini elettrici, GPS, condizionatore d'aria) all'interno dell'auto. Le BMW moderne fanno ampio affidamento sui sistemi elettronici, e un'alimentazione irregolare può causare comportamenti anomali o il malfunzionamento di questi componenti.
• Suoni strani: Fischi o rumori di sfregamento provenienti dal vano motore possono indicare cuscinetti usurati o altri danni interni all'alternatore.
• Problemi di avviamento o spegnimento improvviso: Difficoltà nell'avviare il veicolo o spegnimento improvviso durante la marcia.
• Batteria scarica ripetutamente: Anche dopo aver sostituito una batteria con una nuova, se il problema persiste e la nuova batteria si scarica, l'alternatore è il principale indiziato. Questo è un chiaro segno che l'alternatore non sta fornendo la carica necessaria.
• Sovratensione: Come nel caso dell'elettrauto che ha riscontrato una tensione di 15V, indicando che l'alternatore carica troppo forte. Le unità di controllo del veicolo sono configurate per sopportare picchi di tensione brevi oltre i 16V, ma se i picchi superano i 300 ms, si possono osservare sintomi come l'oscuramento del computer di bordo, l'illuminazione interna che diventa più luminosa o sfarfalla, e guasti ai sistemi ASC/DSC o al gruppo interruttore sul piantone dello sterzo.

Le cause comuni di malfunzionamento dell'alternatore includono:

• Cuscinetti usurati: Causano rumori e un'usura eccessiva.
• Cinghie danneggiate: Cinghie allentate, usurate o rotte impediscono il corretto funzionamento della puleggia dell'alternatore.
• Sovraccarico elettrico: Un consumo eccessivo di energia da parte di componenti elettrici può stressare l'alternatore.
• Esposizione a calore o contaminanti: Perdite di liquido di raffreddamento o di olio vicino all'alternatore, o danni visibili alla carcassa, possono segnalare un guasto imminente.
• Guasto del regolatore di tensione: Un regolatore difettoso può causare una carica insufficiente o eccessiva della batteria. Una tensione di carica a 15V, come riscontrato dall'elettrauto, è un chiaro indicatore di malfunzionamento del regolatore di tensione, che dovrebbe mantenere la tensione più bassa e stabile.
• Contatti allentati o corrosi: Un distacco del carico su unità di consumo in corrente o ad alta corrente a causa di contatti allentati può causare sovratensione.

Diagnosi e Manutenzione dell'Alternatore

La rilevazione precoce di problemi all'alternatore è cruciale. I test semplici che i proprietari di BMW possono effettuare includono:

• Ispezione visiva: Controllare le cinghie per l'usura, cercare perdite di liquido o danni visibili alla carcassa dell'alternatore.
• Controllo della tensione della batteria con un multimetro: Misurare la tensione della batteria a motore spento (dovrebbe essere intorno ai 12.6V) e a motore acceso (dovrebbe essere tra 13.5V e 14.5V). Un valore di 15V, come nel caso fornito, è un segnale di sovratensione.
• Verifica delle connessioni elettriche: Ricercare connessioni allentate o corrose sui terminali della batteria e sull'alternatore stesso.

Per una diagnosi più approfondita, i tecnici utilizzano strumenti diagnostici avanzati che possono misurare l'output dell'alternatore e identificare guasti non visibili durante i controlli di base. Una diagnosi professionale tempestiva garantisce la riparazione o sostituzione corretta, minimizzando il rischio per altre parti del veicolo. La lettura della memoria difetti con un test del veicolo è essenziale, così come la visualizzazione di informazioni aggiuntive come il chilometraggio e i valori di tensione di tutte le voci di guasto memorizzate "sovratensione".

Per prolungare la vita dell'alternatore, è consigliabile una manutenzione regolare:

• Verificare regolarmente la tensione delle cinghie: Sostituire tempestivamente le cinghie usurate.
• Ispezionare le connessioni elettriche: Mantenere puliti i collegamenti e i punti di terra.
• Mantenere pulito il vano motore: Evitare l'accumulo di sporco e contaminanti.
• Sostituire tempestivamente i connettori danneggiati: Per prevenire ulteriori danni all'alternatore.
• Scegliere alternatori BMW di alta qualità: Quando necessario, optare per ricambi che rispettino gli standard OEM e siano accompagnati da garanzia per maggiore sicurezza.

La gestione della batteria e il sensore IBS

Nelle BMW moderne, come la Serie 3 E90, la gestione della batteria è un aspetto critico. Ogni scarica totale comporta una perdita di capacità della batteria, e più a lungo la batteria rimane completamente scarica, maggiore è la perdita. Le batterie BMW e MINI possono sopportare diverse scariche totali brevi o fino a due scariche totali lunghe, a condizione che siano completamente ricaricate con una tensione di carica costante di 14,8 V dopo la scarica.

Il sistema di diagnosi determina le condizioni della batteria utilizzando i seguenti criteri:

• Invecchiamento: Valutazione della portata di energia (scarica cumulativa) e della caduta di tensione dai recenti avviamenti del motore.
• Danni dovuti a scariche totali o funzionamento a basso livello di carica: Valutazione del codice di errore e del tempo in uno stato di carica inferiore al 20%.

Se il monitoraggio delle condizioni della batteria identifica una batteria invecchiata o difettosa, viene registrata un'anomalia nella centralina del motore. Questa anomalia può essere cancellata solo una volta sostituita la batteria e registrata la sostituzione della batteria.

Importante: La batteria può essere ricaricata solo con un caricabatterie approvato da BMW che abbia una tensione di carica costante di 14,8 V. Se la batteria viene ricaricata mentre è installata, deve essere ricaricata utilizzando i punti terminali di avvio a salto, ogni volta che i punti terminali di avviamento sono previsti nel vano motore. Solo così si può essere sicuri che la ricarica è correttamente riconosciuta dall'elettronica del veicolo su veicoli con un sensore batteria intelligente (IBS).

Per i veicoli con IBS, ricaricare la batteria direttamente ai morsetti della batteria potrebbe causare un'interpretazione errata delle condizioni della batteria e persino messaggi di controllo o voci di errore indesiderati. Tranne che per MINI dal modello R55, che non hanno punti di partenza per l'avviamento nel vano motore; su questi veicoli, il terminale positivo del caricabatterie deve essere collegato direttamente alla batteria. Nei veicoli con motore a benzina, il terminale negativo può essere collegato all'occhiello di sollevamento sulla trasmissione, e sui veicoli con motori diesel a una flangia sul blocco del motore.

Dopo aver installato una nuova batteria, è necessario eseguire la funzione di servizio "Registra sostituzione batteria" per indicare al sistema di gestione dell'alimentazione che è stata installata una nuova batteria nel veicolo. Inoltre, dopo la sostituzione della batteria o del sensore IBS, il veicolo deve essere in stato di riposo per almeno 3 ore affinché il nuovo stato di carica possa essere determinato dalla misurazione della tensione a circuito aperto.

Risoluzione dei Problemi di Sovratensione

In caso di sovratensione, i seguenti passaggi sono consigliati per la risoluzione dei problemi:

1. Lettura della memoria difetti: Consentire la lettura di tutta la memoria difetti con un test del veicolo e visualizzare informazioni aggiuntive come la lettura del chilometro e i valori di tensione di tutte le voci di guasto memorizzate "sovratensione".
2. Controllo dei contatti della batteria: Verificare il contatto della batteria sui terminali positivo e negativo, assicurandosi che i terminali di collegamento siano sufficientemente serrati.
3. Controllo dei punti di terra: Controllare i punti di terra e le connessioni di terra.
4. Controllo dei collegamenti a spina delle unità ad alta corrente: Controllare i collegamenti a spina e i contatti delle unità di consumo ad alta corrente del veicolo, come il riscaldatore ausiliario elettrico PTC, la centralina di preriscaldamento della combustione (per motori diesel), il ventilatore elettrico e altre unità.
5. Controllo dell'alternatore tramite diagnosi: Controllare l'alternatore tramite la diagnosi dell'alternatore, verificandone funzione, connessioni e contatti, linea BSD, ecc.

Breve Panoramica sulla BMW Serie 3 E90

La BMW Serie 3 di quinta generazione è arrivata sul mercato nel 2006, sostituendo la precedente BMW Serie 3 E46. Ha preso il codice E90 per la berlina, E91 per la station-wagon, E92 per la coupé e E93 per la decapottabile. Nel 2008 ha subito un restyling con le maggiori differenze visibili nei fanali posteriori. Nel 2012 è stata sostituita dalla successiva BMW Serie 3 F30.

Le dotazioni della BMW Serie 3 E90/91/92/93 sono molto sofisticate per la sua classe, rendendola una macchina complessa rispetto alla precedente E46. Ha ottenuto 5 stelle su 5 nel test di sicurezza EuroNCAP.Problemi diffusi su questa serie includono i silentblock anteriori e i cuscinetti a sfera posteriori che scricchiolano dopo 50.000 km, spesso risolvibili con ingrassaggio o sostituzione. Anche la cremagliera dello sterzo è un punto debole, specialmente dopo 60.000 km o su esemplari con gomme larghe. I cuscinetti mozzo non sono molto longevi, soprattutto sugli esemplari con trazione integrale, e si sostituiscono insieme al mozzo.

I motori diesel da 2 litri (M47D20 fino al 2007) sono considerati affidabili, ma il successivo N47D20 (dal 2007) è noto per gravi problemi di distribuzione (slittamento o rottura della catena). I motori diesel a 6 cilindri, M57 e N57, sono generalmente più robusti, sebbene possano presentare perdite dalle guarnizioni del collettore di aspirazione e problemi con le alette.I motori a benzina più piccoli (N43, N45, N46) sono considerati meno longevi a causa delle alte temperature di funzionamento e della complessità, con un consumo di olio ammesso dal produttore fino a 2 litri ogni 10.000 km. La regolazione intelligente dell'alternatore (IGR) su questi modelli è un esempio della complessità tecnologica volta a ottimizzare efficienza e consumi.

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