Der Luftmassenmesser - Lastsensor im Kfz

Der Luftmassenmesser ist ein wichtiges Bauteil im Motormanagement vieler Benziner und auch Diesel. Als Sensor liefert er ein Lastsignal, das neben der Drehzahl eine Hauptsteuergröße ist.  - Lesen Sie über Aufbau, Funktion, Einsatz, Signalbild und sehen Sie ein Video über den Luftmassenmesser LMM.

• engl.: mass air flow meter (MAF),
• gängige deutsche Abkürzungen: HFM = Heißfilmluftmassenmesser, HLM = Hitzdrahtluftmassenmesser, 
• Vorgänger: LMM = Luftmengenmesser

Luftmassenmesser - Funktion, Typen, prüfen, Ausbau,

Der Luftmassenmesser ist einer der wichtigsten Sensoren

Durch die Ermittlung der Luftmasse (Gewicht) als eine Hauptsteuergröße für die Berechnung der Einspritzmenge (anstelle der früher ermittelten Luftmenge), kann das Gemisch noch exakter ermittelt werden, denn die veränderliche Dichte der Luft (Höhenlage) und Temperatur beeinflussen somit nicht. Die Daten des HFM bilden die Basis für die Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge. Denn die genaue Abstimmung von angesaugter Luft und eingespritztem Kraftstoff sichert den sparsamen und emissionsarmen Betrieb eines Verbrennungsmotors. Bei modernen Dieselmotoren dient der Heißfilm-Luftmassenmesser zudem der Regelung der Abgasrückführung.

In der 1. Generation fanden Hitzdrahtluftmassenmesser (HLM) Verwendung.

Funktion Hitzdraht-Luftmassenmesser

Im Luftmassenmesser befinden sich keine beweglichen Teile, die einen Strömungswiderstand darstellen. Die Messstelle ist häufig in einem Bypasskanal untergebracht um Mehrfachmessungen durch die Pulsation im Saugrohr zu unterbinden. Der Luftmassenmesser  besteht aus einem Hitzdrahtelement (Platindraht) und einem Lufttemperatursensor. Das Hitzdrahtelement wird elektrisch aufgeheizt. Der Lufttemperatursensor wird zur Bestimmung des Heizstrombedarfs genutzt. Der Heizstrom wird von einer Regelelektronik im Luftmassenmesser so reguliert, dass der Temperaturunterschied zwischen Hitzdrahtelement und Luftstrom (100 °C) konstant bleibt. Je mehr Luft den Hitzdraht passiert, desto höher muss folglich der Heizstrom sein. 

Der Heizstrom ist ein Maß für die Luftmasse, die durch den Bypasskanal strömt. Durch dieses Messprinzip der Temperaturkompensations-Messung werden Luftdruck- und Temperaturschwankungen der Ansaugluft ausgeglichen. Ein Freibrennen des Hitzdrahtes durch kurzzeitige Aufheizung (ca. 1000°C) nach dem Abstellen des Motors sorgt für ein sauberen Hitzdraht.

Das Problem mit ausgefallenen Luftmassenmessern (z.B. VW, Audi, BMW) lag an der schleichenden Verschmutzung des Hitzdrahts. Dieses Problem wurde dadurch gelöst, dass man später eine neue Generation von Luftmassenmessern verbaut hatte, bei der nun die durch einen Bypass strömende Luft gemessen wurde: Der Heißfilmluftmassenmesser

Aktuelle Generationen von Luftmassenmessern sind die Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM)

Heißfilmluftmassenmesser (HFM)

1 Strömungsrichtung, 2 Sensorelement, 3 Heizzone, 4 Membran

Funktion Heißfilmluftmassenmesser (HFM): 

Ab 1989 wurde bei Bosch die erste Generation des Heißfilm-Luftmassenmessers in Serie gefertigt und im Volvo 240 verbaut.

Die Funktion: Ein elektrisch beheiztes Sensorelement ragt in den Luftstrom. Die Temperatur des Sensorelements wird immer konstant gehalten. Der Luftstrom entzieht dem Sensorelement Wärme. Je größer dieser Luftmassenstrom, desto mehr Energie muss eingesetzt werden, um die Temperatur des Sensorelements konstant zu halten. Ein Freibrennen ist nicht mehr erforderlich.

Das Signal ist in der Regel ein analoges Spannungssignal (z.B. zwischen 0 und 5 V) und dient dem Steuergerät von Benzinern als Hauptsteuergröße zur Berechnung der Einspritzmenge und bei Dieseln für die Bestimmung der AGR-Rate. Das bislang on Bosch am meisten produzierte Modell ist der HFM5, der 1996 eingeführt wurde und noch heute hergestellt wird. Mehr zum digitalen Luftmassenmesser.

Leider konnte das Problem der schleichenden Verschmutzung bei HFM nicht ganz gelöst werden. Öl, Feuchtigkeit und Vibrationen (Diesel!) setzen dem Sensor zu. Einige Werkstätten reinigen den Luftmassenmesser bei Bedarf mit Bremsenreiniger oder anderen Reinigern, andere tauschen aus. Bei VW, Audi, Skoda und Seat gab es 2004 sogar eine Kulanzregelung.

Digitaler Luftmassensensor

2002 brachte Bosch erstmals einen Luftmassenmesser mit digitalem Signal, den HFM6,  auf den Markt. Einzelheiten des digitalen Luftmassenmessers von Bosch und Pierburg.

Luftmassenmesser prüfen

Sollwerte am Beispiel eines VW Golf V 1K1 mit HFM5 Luftmassenmesser
Bitte beachten: Werte je nach Typ abweichend

Zündung ein (kein Luftdurchsatz) 0,98 - 1,02 V - Bei Abweichungen ist der Heißfilm verschmutzt
im Leerlauf Luft einblasen ca. 1,3 V bis 4,2 V (bei zunehmenden Luftdurchsatz) - ändert sich der Wert nicht, ist die Membran gerissen
NTC: Sollwert bei 18° 2,4 -2,7 kOhm

1 = Ansaugluft-Temperaturfühler 2 = Versorgungsspannung 12 V 3 = Masse 4 = Referenzspannung 5 V 5 = Signal

Video von den Autodoktoren zum Prüfen eines Luftmassenmessers

Hintergrund:

Die Grundlage für die Erfolgsgeschichte der Luftmassenmesser von Bosch wurde mit dem ersten Luftmengenmesser (LMM) in den 70er Jahren gelegt, der noch nach dem Staudruck-Prinzip arbeitete. Mit dem Hitzdraht-Luftmassenmesser (HLM) hat sich in den 80ern erstmals das thermische Messprinzip zur Luftmassenerfassung durchgesetzt. Der erste Einsatz eines Heißfilm-Luftmassenmessers war in der Formel 1. Ab 1989 wurde bei Bosch dann die erste Generation des Heißfilm-Luftmassenmessers in Serie gefertigt und im Volvo 240 verbaut. Das bislang am meisten produzierte Modell ist der HFM5, der 1996 eingeführt wurde und noch heute hergestellt wird. Der HFM5 war der erste in Großserie produzierte mikromechanische Heißfilm-Luftmassenmesser.

Quellen: Bosch, VW

Johannes Wiesinger
bearbeitet: 21.10.2019