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Digitaler Luftmassenmesser

Die ersten Generationen von Luftmassenmessern, egal ob Hitzdraht-Luftmassenmesser (HLM) oder Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM) lieferten das Lastsignal noch in anaoger Form. Die 6. Generation dagegen ist erstmals digital.

Frequenzmodulation

Die Luftmasse wird beim HFM 6 nicht in Form einer Spannung, sondern je nach Luftmasse als veränderliche Frequenz an das Steuergerät weitergeleitet.

Typische Frequenz eines Bosch Luftmassenmessers:

Zündung ein, 0-Luft: 1,85 kHz, Leerlauf 2,6 kHz bei zunehmenden Luftdurchsatz weiter ansteigend.

Luftmassenmesser Signal HFM 6

Signal eines HFM-Luftmassenmessers (Typ HFM 6) - Die Luftmasse wird mittels veränderlicher Frequenz dargestellt. (Foto: kfztech.de, Tester Gutmann)

Übrigens, nicht zu verwechseln sind PWM-Signale mit Frequenzmodulation. Bei PWM-Signalen ändern sich Frequenz und Spannung nicht, sondern nur das Tastverhältnis. Beim digitalen Luftmassenmesser HFM6 ändert sich hingegen die Frequenz!

Umgekehrtes Verhältnis

Es gibt aber auch digtale Luftmassenmesser, die bei zunehmenden Luftdurchsatz die Frequenz nicht erhöhen, sondern senken.

Typische Frequenz eines Pierburg Luftmassenmessers:

Werte bei Leerlauf: 3,50 kHz, bei Vollast: 1,00 kHz.
Hersteller Pierburg, Fahrzeugmodelle Citroen, Volvo, Ford, Peugeot Mitsubishi

Luftmassenmesser Signal Pierburg
Pierburg als OEM oder auch BBT bieten Luftmassenmesser mit umgekehrten Frequenzverhältnis an (Bild: Reinhold Dörfler)

Bei auftretendem Schwarzrauch oder Leistungsmangel und evtl einem Motornotlauf werden in der Regel die Fehlercodes P0100 bis P0104 ausgegeben.

Prüfung digitaler Luftmassenmesser

Zu prüfen ist die Spannungsversorgung mit einem Multimeter und das Signal über Pin 5 (der Luftdurchsatz). Für eine Prüfung des Signals ist ein Oszilloskop, mindestens aber ein Multimeter mit Frequenzmessbereich erforderlich. Ist ein Ansauglufttemperaturfühler integriert, kann dessen elektrischer Widerstand (Pin 1) mit einem handelsüblichen Ohm- oder Multimeter gemessen werden. Die Pinbelegung kann auf dem folgenden Bild gesehen werden.

Luftmassenmesser Pierburg HFM6 Pins

1 Temperaturwiderstand 2 Masse 3 (nicht belegt) 4 Versorgungsspannung (12 V) 5 Frequenzausgang Bild: Pierburg HFM 6

Die Spannungsversorgung wird mit abgezogenem Stecker und eingeschaltener Zündung über die Pins 4 und 2 geprüft.  Sollwert: > 11V.

Die tatsächlich durchgesetzte Luftmasse kann nicht so ohne weiteres bestimmt werden, weshalb sie nicht als Referenz hergenommen werden kann. Deshalb dient als Hilfsgröße die Luftmasse (=0) bei stehendem Motor. Prüfung Luftdurchsatz: Zündung einschalten, Motor nicht starten, zwischen Pin 2 und Pin 5 die Frequenz messen, Sollwert: 5000 ±10 Hz, bei 12V Signalspannung. Dann Motor starten und Gas geben, Frequenz muss nun sinken (Kurve im Oszi geht auseinander).

HFM6 Diagramm

Beim Luftmassenstrom = 0 kg/h liegt die Frequenz bei 5000 hz, bei 400 kg/h bei 1000 Hz - Bild: Pierburg

Der Istwert des Ansauglufttemperaturfühlers kann z.B. mit einem Motortester gemessen werden. Alternativ kann auch am Stecker Pin 1 gegen 2 mit einem Ohmmeter der Widerstand gemessen werden. Den Luftstrom mit einem Heißluftfön erhitzen, der Widerstand muss sinken.

Werte: bei 25° C ca. 2kΩ, bei 60°C ca. 560 Ω, 120°C ca.100 Ω

Entweder, oder!

Die jüngste Generation des Luftmassenmessers, der HFM7, ist wahlweise mit einer analogen oder digitalen Schnittstelle zum Steuergerät erhältlich. Der HFM7 zeichnet sich durch seine hohe Messgenauigkeit, seine kompakte Bauform und seine Robustheit aus. Zudem liefert der HFM7 dank seines spontanen Ansprechverhaltens etwa bei Start-Stopp-Systemen nach dem Anlassen des Motors schnell zuverlässige Daten hinsichtlich des Luftmassenstroms im Ansaugtrakt.

Luftmassenmesser HFM7

Luftmassenmesser HFM7 von Bosch

Mit dem HFM6 brachte Bosch 2002 die erste Modellgeneration mit digitaler Schnittstelle auf den Markt. Damit Motoren in Zukunft noch sparsamer und umweltfreundlicher werden, entwickeln Bosch, Pierburg und Co die Heißfilm-Luftmassenmesser hinsichtlich Messgenauigkeit und flexibler Nutzung kontinuierlich weiter. So können beispielsweise durch die Integration zusätzlicher Messsignale in den HFM, wie etwa Temperatur, Druck oder Luftfeuchtigkeit, zusätzliche Daten für die Motorsteuerung bereitgestellt werden.

HFM 8 - mit Feuchtesensor

Die Autohersteller fordern von den Entwicklern von Luftmassenmessern heute eine bessere Präzision. Ebenfalls wünschen sie eine genauere Diagnosefähigkeit des Lastsensors. Schließlich müssen noch strengere Emissions- und Verbrauchsgesetze eingehalten werden. Am Beispiel des HFM 8 von Bosch soll dies verdeutlicht werden.

HFM 8

Luftmassensensor HFM mit Feuchtigkeitsmessung - Bild Bosch

Der HFM 8 arbeitet präziser als bisher, die Pulsationsgenauigkeit liegt bei +/- 2%.Dies liegt an einem  verkleinerten Sensorelement, was eine aerodynamische Optimierung des Sensorgehäuses ermöglicht.

Der digitale Heißfilm-Luftmassenmesser HFM8 wurde durch einen Feuchtesensor in seinem Umfang erweitert. Das Feuchtesignal ist ein zusätzlicher Parameter, um den Beladungszustand im Brennraum bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen exakt zu erfassen. Dies ermöglicht eine weitere Senkung der NOx-Emissionen mit SCR-Systemen sowie einen verbesserten Bauteileschutz im Luftsystem. Zusätzlich sind Druck- und Temperatursignale möglich. Als Spannungsversorgung stehen 5V und 12V Varianten zur Verfügung.

Funktionsweise

Der HFM8 misst die Luftmasse im Luftansaugtrakt. Das Messelement besteht aus einer beheizten Sensormembran, über welche die Ansaugluft streicht. In zwei definierten Messbereichen wird über Widerstände die Temperatur erfasst. Je stärker die Luft über die Membran strömt, desto größer ist die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Messbereichen. Ein im HFM8 integriertes Elektronikmodul ermittelt aus der Temperaturdifferenz die Luftmasse und überträgt das Ergebnis digital an das Motorsteuergerät. Der ASIC mit integrierten digitalen Signalfiltern sorgt für hohe Messgenauigkeit über die Lebensdauer des Sensors. Der optional integrierbare Feuchtesensor arbeitet nach einem kapazitiven Messprinzip mit hygroskopischem Polymer.

Der Sender verfügt über eine SENT Schnittstelle. SENT steht für Single Edge Nibble Transmission und ist eine digitale Schnittstelle für die Kommunikation von Sensoren und Steuergeräten in der Automobilelektronik. Sie ist in der SAE J2716 beschrieben (Wikipedia).

 

Weitere Kfz-Sensoren

Quelle: Bosch, Pierburg, Reinhold Dörfler

 

 


Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 08.02.2016









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