Luftmassenmesser - Luftmassenmesser und Ansaugkrümmerdrucksensor MAP

Den Namen „Luftmassenmesser“ oder im Volksmund „Luftgewicht“ genannt, hat schon mehr als ein Autofahrer, insbesondere beim legendären 1,9 TDi, gehört. Der Grund war einfach. Zu oft fiel ein Bauteil aus und führte neben dem brennenden Licht des Motors zu einem deutlichen Leistungsabfall oder dem sogenannten Ersticken des Motors. Das Bauteil war in den Anfängen der TDi-Ära recht teuer, ist aber im Laufe der Zeit zum Glück deutlich günstiger geworden. Neben dem filigranen Design hat auch ein unachtsamer Austausch des Luftfilters dazu beigetragen, seine Lebensdauer zu verkürzen. Der Widerstand des Messgeräts hat sich im Laufe der Zeit deutlich verbessert, kann aber immer noch von Zeit zu Zeit ausfallen. Natürlich ist diese Komponente nicht nur im TDi, sondern auch in anderen Diesel- und modernen Benzinmotoren vorhanden.

Die strömende Luftmenge wird bestimmt, indem der temperaturabhängige Widerstand (Heizdraht oder Folie) des Sensors mit strömender Luft gekühlt wird. Der elektrische Widerstand des Sensors ändert sich und das Strom- oder Spannungssignal wird vom Steuergerät ausgewertet. Der Luftmassenmesser (Anemometer) misst direkt die dem Motor zugeführte Luftmassenmenge, d.h. dass die Messung unabhängig von der Dichte der Luft ist (im Gegensatz zur Volumenmessung), die von Druck und Temperatur der Luft (Höhe) abhängt. Da das Kraftstoff-Luft-Verhältnis als Massenverhältnis angegeben wird, beispielsweise 1 kg Kraftstoff pro 14,7 kg Luft (stöchiometrisches Verhältnis), ist die Messung der Luftmenge mit einem Anemometer die genaueste Messmethode.

Vorteile der Luftmengenmessung

• Genaue Bestimmung der Luftmasse.
• Schnelle Reaktion des Durchflussmessers auf Durchflussänderungen.
• Keine Fehler durch Luftdruckänderungen.
• Keine Fehler durch Änderungen der Ansauglufttemperatur.
• Einfache Installation eines Luftmengenmessers ohne bewegliche Teile.
• Sehr geringer hydraulischer Widerstand.

Luftmengenmessung mit Heizdraht (LH-Motronic)

Bei dieser Art der Benzineinspritzung befindet sich im gemeinsamen Teil des Ansaugkrümmers ein Anemometer, dessen Sensor ein gestreckter Heizdraht ist. Der Heizdraht wird auf einer konstanten Temperatur gehalten, indem ein elektrischer Strom geleitet wird, der etwa 100 °C höher ist als die Temperatur der Ansaugluft. Zieht der Motor mehr oder weniger Luft an, ändert sich die Temperatur des Drahtes. Die Wärmeentwicklung muss durch Änderung des Heizstroms ausgeglichen werden. Seine Größe ist ein Maß für die angesaugte Luftmenge. Die Messung erfolgt ca. 1000 mal pro Sekunde. Bei einem Hitzdrahtbruch geht die Steuerung in den Notbetrieb.

 

Da sich das Sieb in der Saugleitung befindet, können sich Ablagerungen auf dem Sieb bilden und die Messung beeinträchtigen. Daher wird der Draht bei jedem Abstellen des Motors aufgrund eines Signals vom Steuergerät kurzzeitig auf ca. 1000°C erhitzt und Ablagerungen darauf verbrennen.

Platinheizdraht mit einem Durchmesser von 0,7 mm schützt das Drahtgewebe vor mechanischer Beanspruchung. Der Draht kann sich auch im Bypasskanal befinden, der zum Innenkanal führt. Eine Verunreinigung des Heizdrahtes wird durch die Abdeckung mit einer Glasschicht und durch die hohe Luftgeschwindigkeit im Bypasskanal verhindert. Eine Verbrennung von Verunreinigungen ist in diesem Fall nicht mehr erforderlich.

Messung der Luftmenge mit einer erhitzten Folie

In einem zusätzlichen Messkanal des Sensorgehäuses ist ein Widerstandssensor aus einer beheizten leitfähigen Schicht (Folie) platziert. Die erhitzte Schicht unterliegt keiner Verschmutzung. Die angesaugte Luft durchströmt den Luftmengenmesser und beeinflusst somit die Temperatur der leitfähigen Heizschicht (Folie).

Der Sensor besteht aus drei schichtweise gebildeten elektrischen Widerständen:

• Heizwiderstand R_H (Sensorwiderstand),
• Widerstandssensor R_S, (Sensortemperatur),
• Hitzebeständigkeit R_L (Ansauglufttemperatur).

Auf einem Keramiksubstrat werden dünne resistive Platinschichten abgeschieden und als Widerstände mit der Brücke verbunden.

Die Elektronik regelt die Temperatur des Heizwiderstandes R mit variabler Spannung._H damit ist sie 160°C höher als die Ansauglufttemperatur. Diese Temperatur wird durch den Widerstand R . gemessen_L hängt von der Temperatur ab. Die Temperatur des Heizwiderstandes wird mit einem Widerstandssensor R . gemessen_S... Wenn der Luftstrom zu- oder abnimmt, kühlt der Heizwiderstand mehr oder weniger ab. Die Elektronik regelt über den Widerstandssensor die Spannung des Heizwiderstandes so, dass die Temperaturdifferenz wieder 160° C erreicht. Aus dieser Steuerspannung erzeugt die Sensorelektronik ein der Luftmasse (Massenstrom) entsprechendes Signal für das Steuergerät.

 

Bei einer Fehlfunktion des Luftmassenmessers verwendet das elektronische Steuergerät einen Ersatzwert für die Öffnungszeit der Injektoren (Notbetrieb). Der Ersatzwert wird durch die Stellung (Winkel) der Drosselklappe und das Motordrehzahlsignal bestimmt - die sogenannte Alpha-n-Regelung.

Volumenstrommesser

Neben dem Luftmassenmesser, dem sogenannten volumetrischen, dessen Beschreibung in der folgenden Abbildung zu sehen ist.

 

Wenn der Motor einen MAP-Sensor (Manifold Air Pressure) enthält, berechnet das Steuersystem Luftvolumendaten unter Verwendung von Motordrehzahl, Lufttemperatur und volumetrischen Effizienzdaten, die in der ECU gespeichert sind. Beim MAP basiert das Scoring-Prinzip auf dem mit der Motorlast variierenden Druck bzw. Unterdruck im Ansaugkrümmer. Wenn der Motor nicht läuft, ist der Ansaugkrümmerdruck gleich dem der Umgebungsluft. Der Wechsel erfolgt bei laufendem Motor. Motorkolben, die zum unteren Totpunkt zeigen, saugen Luft und Kraftstoff an und erzeugen so einen Unterdruck im Ansaugkrümmer. Der höchste Unterdruck tritt während der Motorbremsung bei geschlossener Drosselklappe auf. Ein geringerer Unterdruck entsteht im Leerlauf und der kleinste Unterdruck entsteht beim Beschleunigen, wenn der Motor viel Luft ansaugt. MAP ist zuverlässiger, aber weniger genau. MAF - Luftgewicht ist genau, aber anfälliger für Beschädigungen. Einige (besonders leistungsstarke) Fahrzeuge verfügen über einen Luftmassenmesser (Mass Air Flow) und einen MAP (MAP) -Sensor. In solchen Fällen wird der MAP zur Steuerung der Boost-Funktion, zur Steuerung der Abgasrückführungsfunktion und auch als Backup im Falle eines Ausfalls des Luftmassenmessers verwendet.