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Motorsteuerung

Der Tod kommt schleichend: Defekte Luftmassenmesser finden und ersetzen

Der Fehlerspeicher ist leer, der Motor läuft jedoch unruhig und benötigt zu viel Sprit - der Übeltäter ist häufig der Luftmassenmesser. Wie man einen defekten LMM erkennt und richtig diagnostiziert, erfahren Sie hier.

Der Luftmassenmesser – kurz LMM – hat sich in den vergangenen 25 Jahren zu einem der wichtigsten Sensoren an Otto- und Dieselmotoren entwickelt. Nur mit dem exakten Verhältnis von angesaugter Luftmenge und Kraftstoffmenge lassen sich niedrige Verbräuche und schadstoffarme Abgase erreichen. Zur aktuellen Generation gehört der Heißfilm-Luftmassenmesser. Er besteht aus einem Strömungskanal, einem Teilstrom-Messkanal und einem Sensorelement, auf dem ein filmartiger Heizwiderstand, welcher konstant auf 160 °C über der Ansauglufttemperatur gehalten wird, aufgebracht ist. Genau wie sein Vorgänger, der Hitzdraht-Luftmassenmesser , welcher bis in die Neunziger Jahre zum Einsatz kam, arbeitet der Heißfilm-Luftmassenmesser mit Temperaturunterschieden.

Ein Teil der angesaugten Luft durchströmt hinter dem Luftfilter den Messkanals des Luftmassenmessers, und kühlt da im Inneren liegende Sensorelement ab. Über die Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft sowie der Abkühlung des Sensors kann mittels einer Vielzahl weiterer Parameter (Kühlmitteltemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck usw.) auf die Menge der tatsächlich angesaugten Luft geschlossen werden – entsprechend wird der Motor gesteuert und geregelt. Der erste Heißfilm-Luftmassenmesser kam in den späten Neunzigerjahren auf den Markt und wurde stets an die aktuellen Erfordernisse angepasst.

Hier ein kurzer historischer Überblick über die verschiedenen LMM-Generationen bis zum heutigen Tag:

  • HFM 5: Wurde erstmals 1996 hergestellt und verbaut. Er sendet ein analoges Spannungssignal zwischen 0 - 5 V.
  • HFM 6: Dieser ist ein digitaler Heißfilm-Luftmassenmesser und wurde im Jahre 2002 eingeführt. Bei dem HFM 6 wird die angesaugte Luftmasse vom Steuergerät nicht über ein analoges Spannungssignal, sondern über ein digitales Ausgangssignal (PWM) an das Motorsteuergerät weitergegeben.
  • HFM 7: Kann sowohl mit digitaler als auch mit analoger Schnittstelle ausgeführt werden. Sein Nachfolger, der HFM 8, wurde auf Grund immer strengerer Emissionsgesetze entwickelt. Dieser kann optional einen Feuchtesensor besitzen, der den Beladungszustand des Brennraumes bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen noch exakter erfasst. Die Spannungsversorgung des HFM 8 kann 5 V oder 12 V betragen, je nach Ausführung

Der Tod kommt schleichend

Neben direkten Beschädigungen durch Unfälle, Marderbiss oder Korrosion der Steckkontakte stirbt der LMM meist einen schleichenden Tod. Da von jedem angesaugten Kubikmeter Luft ein Teil durch den Messkanal strömt und die Sensorfläche abkühlt, brennen sich hier mit der Zeit feinste Teilchen, Stäube oder Ölnebel (z.B. bei der Verwendung von geölten Sportluftfiltern) dauerhaft in die Messfläche ein. Die Folge: Der Sensor wird immer träger und reagiert verzögert auf den Tritt aufs Gaspedal. Da dieser Prozess kontinuierlich und langsam stattfindet, bekommt der Fahrer die Veränderung meist erst dann mit, wenn der Motor entweder schon unrund läuft, der Wagen die nächste AU nicht mehr schafft oder er bei einer Reparatur, in deren Folge der LMM getauscht wird, ein wahres „Aha“-Erlebnis verspürt. Oftmals sind LMMs bei einer Laufleistung oberhalb von 100.000km bereits so gealtert, dass der Motor spürbar an Leistung verliert.

Nicht einfach zu finden

Besonders tückisch: Wie auch alternde Lambdasonden, wird auch der LMM meist nicht mit einem Fehlercode hinterlegt, obwohl er nicht mehr die Sollleistung liefert. Dies liegt zumeist daran, dass die Werte aus Sicht des Motorsteuergerätes noch plausibel sind, der Anstieg eben nur recht träge ausfallt. Daher ist es sinnvoll, sich nicht auf die Fehlercodes zu verlassen, sondern sich mit den Soll- und Ist-Werten des LMM zu beschäftigen.

Typische Symptome:

  • hoher Treibstoffverbrauch
  • ruckartige Leistungsentfaltung
  • Beschleunigung bei ¾ Gas besser als bei Vollgas
  • niedrige Motorleistung/Endgeschwindigkeit wird nicht erreicht
  • unruhiger Leerlauf
  • Motorsteuergerät arbeitet im Notlaufprogramm mit einer festen Größe
  • Motorkontrollleuchte leuchtet auf
  • Motorstillstand (seltener, aufgrund des Notlaufprogramms)

Wie messen?

Wer statt dem Diagnosegerät selber messen möchte, braucht je nach LMM ein Multimeter oder besser noch ein Oszilloskop. Ein analoger wie auch ein digitaler Luftmassenmesser kann mit dem Multimeter auf folgende Punkte hin überprüft werden:

  • Spannungsversorgung bei eingeschalteter Zündung (analog: 7,5 bis 12 V; digital: 5 bis 14 V)
  • Signalspannung bei laufendem Motor (ca.
    0 bis 5 V bei analogen Luftmassenmessern, da das Signal eines digitalen Luftmassenmessers eine veränderliche Frequenz ist)

Die bessere Wahl ist – sofern vorhanden – stets das Oszilloskop. Auch bei Messungen am analogen Luftmassenmesser kann hier der Spannungsverlauf grafisch dargestellt werden, was bei einem Multi­meter nicht möglich. So lässt sich das Ansprechverhalten auch bei einem analogen LMM nachvollziehen. Bei den digitalen Luftmassenmesser wie dem HFM 6, dem HFM 7 (wahlweise analog oder digital) oder dem HFM 8 wird das Ausgangssignal nicht über einen analogen Spannungspegel, sondern über eine je nach Luftmassenstrom abhängige veränderliche Frequenz(PWM) an die Motorsteuerung weitergegeben. Bei der Messung muss darauf geachtet werden, dass sich die Frequenz je nach Hersteller unterschiedlich verändert. Beispielsweise steigt bei einem Bosch-Luftmassenmesser die Frequenz mit einem höherem Luftmassenstrom, während es beim Hersteller Pierburg umgekehrt ist; hier sinkt die Frequenz bei steigendem Luftmassenstrom.

Typische Frequenzwerte am Beispiel der Hersteller Bosch und Pierburg:

  • Bosch HFM 6: Frequenzwert bei Zündung EIN und Motor AUS ca. 1.800 Hz; Frequenzwert im Leerlauf ca. 2.600 Hz
  • Pierburg HFM 6: Frequenzwert bei Zündung EIN und Motor AUS ca. 5.000 Hz ± 10 Hz; Frequenzwert im Leerlauf ca. 3.800 Hz; Frequenzwert bei Volllast 1.000 Hz

Bei der Überprüfung des Luftmassenmessers, analog oder digital, muss auf die Pinbelegung der verschiedenen Hersteller geachtet werden, da diese abweichen können.

Wechsel von Luftmassenmessern

Bei einem Wechsel des Luftmassenmessers muss auf die richtige Einbaurichtung geachtet werden. Meist steht auf dem Gehäuse ein Pfeil. Dieser Pfeil muss in Richtung des Motors zeigen, nur so kann die angesaugte Luft in den Strömungskanal und an dem Sensorelement vorbeiströmen. Zudem sind die Gehäuse meist mit einem grünen oder schwarzen Dichtring ausgestattet, um das Ansaugen von Falsch- luft hinter dem LMM zu vermeiden – wird dieser Dichtring nicht mit montiert oder gegebenenfalls vergessen, kann auch der beste Sensor keine korrekten Werte liefern.

Vorsicht bei günstigen Nachbau-Teilen!

Einmal mehr kann auch beim Luftmassenmesser nur vor der Verwendung von Billig-Ersatzteilen gewarnt werden. So werden im Netz Luftmassenmesser bereits für 15 - 20 € angeboten, wo namhafte Hersteller wie Bosch oder Pierburg meist ein Vielfaches dessen kosten. Auch wenn diese Sensoren kurzfristig besser funktionieren wie der zuvor defekte LMM, so führt der höhere Kraftstoffverbrauch durch eine weniger präzise Regelungselektronik schnell dazu, dass der preiswerte Sensor unter dem Strich den Kunden teuer zu stehen kommt. Daher sollten auch beim Thema Luftmassenmesser nur auf namhafte Hersteller oder OE-Ware zurückgegriffen werden – auch wenn diese zunächst teurer erscheinen.  

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