Luftmassenmesser

Luftmassenmesser Pierburg - Sensor im Bereich der Skalenzentimeter 0-2,5

Ein Luftmassenmesser oder kurz LMM (andere Bezeichnungen: MAF: "mass air flow meter", LMS: "Luftmassensensor") ist ein in der Regelungs- und Messtechnik eingesetzter Durchflusssensor. Der LMM erfasst die Masse der momentan durchströmenden Luft, genauer: den Massenstrom, also Masse pro Zeiteinheit.

Messgröße

Luftmassenmesser für maximal 1400 l _n / min

LMM einlassseitig, Wabenstruktur zur Beruhigung der Luft

Der LMM ist ein in der Automobiltechnik verbreiteter Massenstromsensor, dessen Messgröße meist in kg/h Luft angegeben wird. Er unterscheidet sich damit von einem Volumenstromsensor. Die Messgröße Luftmassenstrom dieses Sensors wird zur Regelung der eingespritzten Kraftstoffmenge verwendet, um einen sicheren und umweltschonenden Betrieb zu gewährleisten. Die im Automobil eingesetzten Sensoren arbeiten nach dem thermischen Prinzip. Die Leistungsabgabe eines erhitzten Sensorelementes dient als Messgröße für den Luftmassenstrom. Der Sensor wird auf einer festgelegten Temperatur gehalten und die dafür notwendige elektrische Leistung gemessen. Mit zunehmendem Luftmassenstrom steigt die elektrische Leistungsaufnahme des Sensors.

Besonders vielversprechend sind mikromechanisch aufgebaute Luftmassensensoren. Diese sind jedoch empfindlicher gegenüber Verschmutzungen und haben daher kürzere Standzeiten (Lebensdauer)

Nicht: Luftmengenmesser

Fälschlicherweise wird der LMM häufig als "Luftmengenmesser" bezeichnet. Dieser Begriff würde jedoch die Funktionalität der Temperatur- und Feuchtigkeitsmessung nicht mit berücksichtigen und wäre somit unter dem Aspekt der Adiabatik unvollständig. Die Messwerte wären bei einer derartigen rein volumenmäßigen Erfassung abhängig von Druck und Temperatur der vorbeiströmenden Luft und somit für eine präzise die Abgasregelung zu ungenau.

Zu Beginn der Abgas-Reinigungs-Technik wurden mechanisch aufgebaute Sensoren zur Erfassung des angesaugten Luftvolumens eingesetzt. In diesen als Luftmengenmesser bezeichneten Gebern drückt die angesaugte Luft eine Stauklappe auf, die mit einem Potentiometer verbunden ist. Je nach Durchflussmenge ändert sich der elektrische Widerstand des Potentiometers. Der Widerstandswert dient dem Motorsteuergerät zur Ermittlung der Ansaugluftmenge. Diese Messmethode ist jedoch nicht nur auf Grund der mechanischen Toleranzen, sondern auch aus oben genannten Gründen weniger präzise als die eines Luftmassenmessers (LMM).

zur Abbildung

Der LMM ist trotz seiner zentralen Bedeutung im Motormanagement ein vergleichsweise unscheinbares Bauteil. Bei dem abgebildeten LMM handelt es sich um Modell für einen weit verbreiteten PKW-Dieselmotor (VAG, Baujahr 1995-2003). Der Sensor selbst nimmt lediglich den geringsten Teil des Bauteils in Anspruch und befindet sich im Bereich der linken 2,5 Zentimeter. Er ist auf einer Art "Arm" (cm 3-7) befestig, der ihn mittig im Luftstrom des Ansaugrohres hält. Dieser Arm wird bei Montage durch eine Passung in das Ansaugrohr eingesetzt und an diesem verschraubt. Eine Dichtung (im Bild gelb) verhindert Nebenluft. Die elektrischen Kontakte werden über den Einbaustecker (rechts) hergestellt.

Wirkungsweise

Dieser Geber ist für gewöhnlich hinter dem Luftfilter im Ansaugrohr positioniert. In der traditionellen Bauform befinden sich innerhalb des Sensors zwei durch elektrischen Strom beheizte Platin-Drähte. Einer wird direkt von der vorbei strömenden Luft gekühlt, der andere befindet sich abgeschirmt. Durch den elektrischen Stromfluss erhitzen sich beide Drähte, die vorbei strömende Ansaugluft kühlt den nicht abgeschirmten Draht jedoch stark, wodurch der Wert des elektrischen Widerstands wieder absinkt. Der von der Ansaugluft abgeschirmte Draht heizt sich stärker auf und wird dadurch hochohmiger. Aus den Widerstandswerten der beiden Drähte und deren Differenz lassen sich mittels eines Kennfeldes (oder durch aufwendige Berechnung) unter Einbeziehung weiterer Motorkenndaten folgende Werte ableiten:

• Temperatur der Ansaugluft
• Luftfeuchtigkeit der Ansaugluft
• Masse der Ansaugluft (in kg, nicht Volumen)

Nach Passieren des LMM wird die Ansaugluft je nach Bauweise des Motors zunächst

• entweder durch eine Motoraufladung mittels
  • Turbolader oder
  • Kompressor

oder direkt über die Ansaugrohre dem Verbrennungsmotor zugeführt.

Motormanagement

Eine geregelte Abgasreinigung (Katalysator) erfordert einen LMM, so dass in nahezu allen KFZ mit Schadstoffreduktion - gleich, ob Benziner oder Diesel - ein LMM zum Einsatz kommt. Ausgenommen sind hier KFZ älteren Baudatums, bei denen der mechanische Luftmengenmesser (s.o.) zum Einsatz kommt.

Ausfall/Defekt

Bei Ausfall des LMM muss das Motormanagement diesen Defekt, z.B. anhand der unplausiblen Messwerte erkennen. Dann muss ein "Notlaufprogramm" aktiviert werden, welches

• den Motor vor Überlastung schützt
• die Umwelt vor unnötiger Belastung bewahrt
• die Fahrerin/den Fahrer mittels OBD-Motorwarnlampe (On Board Diagnostic, "Check Engine") und auf Grund der stark gedrosselten Motorleistung zum Werkstattbesuch motiviert.

Ausfälle des LMM sind bei vielen Diesel-Fahrzeugen -beispielsweise verglichen mit Defekten an Reifen- ein überaus häufiges Ereignis. Begünstigend für den Ausfall des LMM wirkt der Durchschlag von Gischt-Wasser durch den Luftfilter bei schneller Fahrt im Starkregen. Auch das Zurückströmen von Öldämpfen aus der Kurbelgehäuseentlüftung kurz nach dem Abstellen des Motors führt längerfristig zu Funktionsbeeinträchtigungen, da sich diese auf dem Messelement absetzen. In der Praxis misst der LMM dann eine zu geringe angesaugte Luftmasse. Da diese eine Hauptsteuergröße für die Berechnung der Einspritzmenge ist, wird weniger Kraftstoff eingespritzt und folglich sinkt die Motorleistung.

Zeitweise geringfügig inkorrekte LMM-Messwerte führen zu vielfältigen Symptomen, die von Fahrer und Werkstatt nicht immer einfach zuzuordnen sind. Da geringfügige LMM-Defekte seitens der Motorelektronik nicht zwangsläufig im Fehlerspeicher nachgehalten werden und somit für die Werkstatt nicht über den Diagnose-Stecker abrufbar sind, konnten LMM-Defekte seitens einiger KFZ-Betriebe zu Beginn der Motorengeneration mit Abgasregelung nach OBD2/Euro2/Euro3-Norm erst nach überaus ausführlicher Fehleranalyse lokalisiert werden.

Indikatoren für eine beeinträchtigte Funktion sind vor allem bei Dieselmotoren verminderte Leistung im mittleren Drehzahlbereich. Diese "Durchzugslöcher" zeigen sich bei voller Beschleunigung vor allem im Bereich des maximalen Drehmomentes, welche oft als fühlbar wellförmige Beschleunigung im dritten Gang beschrieben wird. Ebenfalles ein Indikator ist eine scheinbare "Wetterfühligkeit" des Motors, der bei Nässe deutlich schlechter zu laufen scheint. Im Gegensatz zum Ottomotor ist die maximale Leistung und somit die erreichbare Höchstgeschwindigkeit beim Dieselfahrzeug nur selten beeinträchtigt, da in diesem Betriebsbereich an der Regelgrenze die Werte des Luftmassenmessers eine geringe bis keine Bedeutung haben. Insbesondere beim Volkswagen "Golf" TDI der ersten Baureihen war dieses besonders ausgeprägt.

Ein Ottomotor beginnt bei nicht plausiblem Signal an zu "sägen", d.h. die Drehzahl steigt im Standgas in Sekundentakt an und fällt wieder ab.

Selbstreinigung

LMM mit Hitzedraht werden bei jeder Aktivierung der Zündung freigebrannt, in dem die Drähte kurzzeitig mit einem so hohem Strom beschickt werden, bis zur Rotglut.

Weblinks

• http://messe.hopa-tec.de/site/pdf/lmm.pdf
• http://community.dieselschrauber.de/contenttopic.php?t=3347

siehe auch: Themenliste Fahrzeugtechnik