Themen:
- Einführung
- Analoger Luftmassenmesser
- Digitaler Luftmassenmesser
- Messwerte mit Diagnosegeräten ablesen
- Folgen eines defekten Luftmassenmessers
- Bedienung des Luftmassenmessers
Einführung:
Der Luftmassenmesser wird zwischen Luftfiltergehäuse und Ansaugkrümmer montiert.
Die gesamte angesaugte Luft passiert den Luftmassenmesser. Bei einem Saugmotor wird die Luft durch den Unterdruck in den Zylindern angesaugt und bei einem Motor mit Turbo wird die Luft durch das Verdichterrad angesaugt. Der Luftmassenmesser misst die Luftmenge, die in den Motor strömt. Anhand dieser Daten kann unter anderem anhand der Kennwerte im Motorsteuergerät die einzuspritzende Kraftstoffmenge ermittelt werden.
Der Luftmassenmesser ist in zwei Ausführungen erhältlich:
- Analoges Ausgangssignal: Die Höhe der Spannung hängt vom Messwert ab. Dies wird auch als AM-Signal (Amplitudenmodulation) bezeichnet;
- Digitales Ausgangssignal: Die Elektronik im Sensor erzeugt ein digitales Signal in Form einer Frequenz. Dieses FM-Signal (Frequenzmodulation) variiert mit zunehmender Luftmenge.
In den folgenden Abschnitten wird der Unterschied zwischen den analogen und digitalen Luftmassenmessern anhand von Beispielmessungen erläutert. Im letzten Absatz wird die Funktionsweise des Luftmassenmessers auf Komponentenebene erläutert.
Analoger Luftmassenmesser:
Die Versorgungsspannung dieses Sensors beträgt 12 Volt. Das analoge Spannungssignal dieses Sensors ist im Allgemeinen (je nach Marke und Typ):
- Zündung an, kein Luftstrom: 0,2 – 1,5 Volt.
- Motor im Leerlauf: 1,5 – 3,0 Volt.
- Beschleunigung bei Vollgas: max. 4,5 Volt.
Die Grafik zeigt den Verlauf der Spannung im Vergleich zur gemessenen Luftmasse in Gramm pro Sekunde. Wir können die Spannung mit einem Multimeter messen.
Digitaler Luftmassenmesser:
Die Frequenz des Signals gibt an, wie viel Luft den Sensor passiert hat. Die Spannung des Signals liegt immer zwischen 0 und 5 Volt. Die Frequenz gibt an, wie oft sich das Signal innerhalb einer Sekunde wiederholt. Wenn wir mit einem Oszilloskop zwei Signale in einer Sekunde messen, sprechen wir von 2 Hz. In der Praxis sehen wir, dass die Häufigkeit viel höher ist. Im Allgemeinen wenden die Hersteller die folgenden Frequenzen an:
- stationär: 2 – 2,5 kHz (2000 – 2500 Hz)
- hohe Geschwindigkeit: bis zu 6 – 6,5 kHz
Die Frequenz nimmt proportional zum zunehmenden Luftstrom zu. Wenn Sie abnormale Spitzen im Signal sehen oder bei hoher Geschwindigkeit eine zu niedrige Frequenz gemessen wird, kann dies auf einen verschmutzten oder defekten Luftmassenmesser hinweisen. Die Bilder unten zeigen zwei Messungen des digitalen Luftmassenmessers.
Die Spannungsmessung zeigt den Spannungsverlauf über die Zeit. Dieses Bild zeigt, dass sich die Spannung ständig zwischen 0,5 und 4,5 Volt ändert. Mit zunehmendem Luftstrom (bei zunehmender Geschwindigkeit) wird die Zeit zwischen den steigenden und fallenden Linien kleiner. Die Pulse werden dünner und liegen dichter beieinander. Eine korrekte Diagnose kann mit diesem Endoskopbild nicht gestellt werden.
Die Messung, bei der Kanal A die Spannung und Kanal B die Frequenz misst, gibt einen Eindruck von der Funktionsweise des Luftmassenmessers. Die Messungen werden über einen längeren Zeitraum durchgeführt, was den Eindruck erweckt, als ob die blauen Impulse von Kanal A nebeneinander liegen würden. Dies ist jedoch nicht der Fall; Aufgrund des Herauszoomens ist es kaum möglich, zwischen den Aufwärts- und Abwärtsspannungen zu unterscheiden.
Die rote Linie (Kanal B) zeigt die Frequenz des Signals an. Je näher die Spannungsimpulse beieinander liegen, desto stärker steigt die rote Linie an. Beim Beschleunigen auf hohe Geschwindigkeit bei vollständig geöffnetem Fahrzeug steigt die Frequenz weiter an, bis der Gashebel losgelassen wird. Die Höhe der roten Linie zeigt die maximale Frequenz des Signals an. Diese Daten können mit den Werksdaten oder einem berechneten Wert verglichen werden. Wir werden dies im nächsten Abschnitt ausführlicher besprechen.
Im Diagramm unten eines Volkswagen Golf 6 2.0 tdi bezeichnet der Komponentencode G70 den digitalen Luftmassenmesser.
- Pin 1 des Luftmassenmessers ist mit Pin 18 der Motorsteuereinheit verbunden. Dies ist die Signalleitung, über die der Luftmassenmesser den Messwert an das Steuergerät sendet;
- Pin 2: Signalleitung des Lufttemperatursensor. Dieser Sensor ist im Gehäuse des Luftmassenmessers integriert;
- Pin 4: Masse;
- Pin 5: ist über Referenz 23 im Diagramm mit einer Sicherung verbunden. Der Luftmassenmesser wird mit einer Spannung von 12 Volt versorgt.
An Pin 1 des Luftmassenmessers können wir das Signal messen, das an die ECU gesendet wird. Darüber hinaus können wir, wenn es eines gibt, das tun Breakout-Box vorhanden ist, prüfen Sie, ob dieses Signal auch korrekt am Pin 18 der ECU ankommt. Wenn sich diese Signale voneinander unterscheiden, können wir die Spannungsdifferenz über diesem Kabel messen (Pin 1 des LMM im Vergleich zu Pin 18 des Steuergeräts).
Eine zu niedrige Sensorversorgungsspannung kann das Sensorsignal beeinflussen. Deshalb müssen wir auch die Plus- und Masseanschlüsse überprüfen. Wir schließen das Voltmeter oder Oszilloskop an die Pins 4 und 5 an und prüfen, ob wir eine Spannung messen, die in etwa der Batteriespannung entspricht. Wenn die Spannung zu niedrig ist, liegt möglicherweise ein Problem vor Übergangswiderstand im Pluskabel oder Massekabel, das wir mit der V4-Messung erkennen können.
Messwerte mit Diagnosegeräten auslesen:
Das Motormanagementsystem berechnet die Luftmenge anhand des Sensorwerts. Mit Hilfe von Lesegeräten kann aus den Live-Daten (auch Parameter oder Messwertblöcke genannt) die aktuell angesaugte Luftmenge abgelesen werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Signal analog oder digital ist; Beim Auslesen sehen Sie den Wert des vom Steuergerät empfangenen und verarbeiteten Signals.
Um zu überprüfen, ob der Messwert korrekt ist, kann dieser mit den Werksdaten verglichen werden. Allerdings sind diese in den meisten Fällen nicht leicht zu finden. Deshalb gibt es Rechner zur Berechnung der Luftmenge. Ein bekanntes Programm ist das LMM-Tool welches Sie hier herunterladen können.
Der von Ihnen berechnete Wert und der gelesene Wert müssen einigermaßen gut übereinstimmen. Natürlich ist ein kleiner Unterschied erlaubt. Wir müssen uns immer mit den Motoreigenschaften auseinandersetzen, die bei jedem Motor unterschiedlich sind; Denken Sie an die Ventilsteuerung, Techniken zur Erhöhung des Füllfaktors wie variable Ventilsteuerung, ein variabler Ansaugkrümmer usw. Wenn diese Werte jedoch um mehrere zehn Gramm abweichen, kann ein Defekt am Luftmassenmesser nicht ausgeschlossen werden.
Die folgenden Tabellen zeigen die berechneten Werte eines Saugmotors mit einem Hubraum von 2000 cm³ (2,0 Liter). Wir beginnen mit einer Leerlaufdrehzahl; das sind etwa 800 U/min. Im Ansaugrohr herrscht Unterdruck, da die Drosselklappe fast vollständig geschlossen ist. Der Druck beträgt 0,3 bar. Die nächsten beiden Spalten zeigen die Werte bei erhöhter Motordrehzahl und voll geöffneter Drosselklappe (Wide Open Throttle). Im Ansaugrohr herrscht der absolute Außenluftdruck, also 1000 mBar. Die Ansauglufttemperatur steigt. Die Motordrehzahl steigt weiter auf 6000 U/min.
Situation:
- Geschwindigkeit: 800 U/min;
- Saugrohrdruck: 300 mBar;
- Ansauglufttemperatur: 20°.
Berechnete Werte:
- 3,86 Gramm/Sek.;
- 13,88 kg/Stunde;
- 0,15 Gramm pro Hub.
Situation:
- Geschwindigkeit: 3000 U/min (WOT);
- Saugrohrdruck: 1000 mBar;
- Ansauglufttemperatur: 22°.
Berechnete Werte:
- 47,86 Gramm/Sek.;
- 172,31 kg/Stunde;
- 0,48 Gramm pro Hub.
Situation:
- Geschwindigkeit: 6000 U/min (WOT);
- Saugrohrdruck: 1000 mBar;
- Ansauglufttemperatur: 25°.
Berechnete Werte:
- 94,76 Gramm/Sek.;
- 341,14 kg/Stunde;
- 0,48 Gramm pro Hub.
Folgen eines defekten Luftmassenmessers:
- Weniger Leistung (muss nicht immer spürbar sein)
- Niedrigere Höchstgeschwindigkeit
- Höherer Kraftstoffverbrauch
- Mehr Rußemissionen (Dieselmotor)
- Beispielsweise dreht der Motor unter Volllast schlecht
Funktionsweise des Luftmassenmessers:
Im Gehäuse eines Luftmassenmessers befinden sich die Steckverbindung für den Kabelbaum zum Steuergerät, die Elektronik auf einer Leiterplatte und das Messelement.
Der Gummi-O-Ring verhindert, dass Luft am Gehäuse vorbei angesaugt wird. Das Messelement des Luftmassenmessers besteht unter anderem aus zwei temperaturabhängigen Widerständen (PTC und NTC). Thermistoren).
Bei laufendem Motor kühlen die Widerstände durch die an ihnen vorbeiströmende Ansaugluft ab. Die elektronische Schaltung sorgt dafür, dass die Temperatur des PTC-Heizelements konstant bleibt. Die damit verbundene Spannungsdifferenz wird von einer Verstärkerschaltung in ein nutzbares Ausgangssignal umgewandelt, das an das Steuergerät gesendet wird.
Die folgende Abbildung zeigt die Komponenten des Luftmassenmessers in drei Teilbereichen:
- Rot: Ansauglufttemperatursensor (NTC);
- Grün: Komponenten für den Hitzdraht;
- Blau: Komponenten für das Messelement.
Der Luftmassenmesser verfügt über einen 5-poligen Steckeranschluss:
- Signal des Ansauglufttemperatursensors;
- Netzteil (12 Volt) für Hitzdraht;
- Stromversorgung (5 Volt) für Messelement;
- Signal (0,5 – 4,5 Volt);
- Sensormasse. Alle internen Massen sind mit diesem Ausgangspin verbunden.
In den folgenden Bildern werden die drei Teilbereiche separat dargestellt und jeweils mit einer Erklärung versehen.
Ansauglufttemperatursensor: Wie bereits erwähnt handelt es sich bei diesem Sensor um den Typ NTC.
Der Sensorwiderstand hängt von der Lufttemperatur ab, die vom Luftfilter über den Luftmassenmesser zum Turbo oder zum Ansaugkrümmer strömt.
Der Wärmefilm-Luftmassenmesser enthält einen Heizwiderstand, der auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. In diesem Diagramm ist der Heizwiderstand Rh. Der Heizwiderstand, auch Hitzdraht genannt, wird durch einen Transistor (oben) ein- und ausgeschaltet.
In der Mitte sehen wir einen Wheatstone-Brücke mit Widerständen R3 und R4 unten. Dabei handelt es sich um temperaturabhängige Widerstände (PTC und NTC). Die Widerstände R3 und R4 sorgen für eine konstante Temperatur des Heizwiderstands Rh:
- Mit zunehmendem Luftstrom kühlen die Widerstände ab und es entsteht ein unterschiedlicher Spannungsabfall an allen Widerständen in der Brücke. Mit der Wheatstone-Brücke kann die Widerstandsänderung in eine Signalspannung für das Steuergerät umgewandelt werden. Siehe die Seite „Wheatstone-Brücke“ für eine detaillierte Erklärung dieser Schaltung.
- Der Spannungsunterschied am Operationsverstärker verändert die Ausgangsspannung zum Transistor;
- Der Transistor wird eingeschaltet und schaltet die Stromzufuhr zum Heizwiderstand Rh ein oder aus;
- Der Heizwiderstand wird durch die Stromversorgung möglichst auf gleicher Temperatur gehalten.
- Die temperaturabhängigen Widerstände R1 und R2 sind auf beiden Seiten des Heizwiderstands Rh platziert;
- Wenn keine Luft durch den Sensor strömt, haben die Widerstände R1 und R2 den gleichen Wert und es liegt kein Ausgangssignal an;
- Wenn Luft durch den Sensor strömt, kühlt sich der Widerstand R1 ab und R2 erwärmt sich;
- Dadurch sinkt der Widerstandswert von R1 und der von R2 steigt;
- Der steigende Widerstandswert erhöht auch die Ausgangsspannung;
- Strömt die Luft über den Sensor zurück (Rückströmung), kühlt R2 ab und R1 erwärmt sich, wodurch die Ausgangsspannung sinkt. Die durchschnittliche Ausgangsspannung ist daher ein korrektes Maß für die Menge der zum Motor strömenden Luftmasse.
Unter Rückströmung versteht man den Luftstrom (Pulsationen) zurück zum Luftfilter, der durch das Schließen der Einlassventile oder das Schließen der Drosselklappe entsteht. Der Rückfluss wird als zusätzliche Luftmasse gemessen, was zu einer großen Abweichung im Signal führen kann. Moderne Luftmassenmesser verfügen über eine Rückströmungskompensation wie in diesem Beispiel mit den Widerständen R1 und R2.
