Luftmassenmesser (LMM): teure Schwachstelle an VAG - TDI | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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ulf 09-11-2007, 17:58 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Luftmassenmesser (LMM): teure Schwachstelle am TDI
Wozu ist der Luftmassenmesser (LMM, Geber G70) überhaupt da? Der LMM liefert ein wichtiges Signal zur Berechnung der Einspritzmenge, die Masse der angesaugten Luft des Motors. Luftmengenmessung wird dagegen nur bei einigen älteren Dieselmodellen verwendet. Der zur Luftmengenmessung benutzte Luftmengenmesser funktioniert grundlegend anders als ein Luftmassenmesser und ist nicht Thema dieses Artikels. Die näheren Zusammenhänge sind in https://community.dieselschrauber.org/viewtopic.php?t=8670 dargestellt. Für den Betrieb des TDI ist eine Aussage über die Frischluftmasse pro Zylinderfüllung nötig (Maßeinheit: mg/H). Der LMM mißt aber nur den Luftdurchsatz in Richtung Motor, der bei geringer Drehzahl und hohem Ladedruck genauso groß sein kann wie bei höherer Drehzahl und geringerem Ladedruck. Das MSG teilt daher das LMM-Signal (vereinfacht ausgedrückt) durch die Motordrehzahl und berechnet so die pro Saughub im Zylinder verfügbare Frischluftmasse. Die LMM-Spannung dient auch der AGR-Regelung als Rückmeldesignal: Bei geöffneter AGR wird ein Teil der normalerweise angesaugten Frischluft durch Abgase ersetzt, wodurch der LMM-Wert entsprechend absinkt. Die AGR wird so angesteuert, dass je nach Betriebszustand des Motors (Ladedruck, Drehzahl und Einspritzmenge) der Sollwert des LMM-Signals laut AGR-Kennfeld erreicht wird. Ein paar technische Fakten zum LMM Der LMM sitzt zwischen Luftfilter und Turbolader und misst die Luftmasse, die vom Motor angesaugt wird. Das Funktionsprinzip der TDI-Heißfilm-LMM wurde aus den früheren Hitzdraht-LMM weiterentwickelt. Die TDI-LMM bestehen im Kern aus dünnen temperaturempfindlichen Sensormembranen auf einem kleinen elektrischen "Heizkörper" in Form eines Plättchens, das von der Ansaugluft umströmt wird. Die Luftströmung kühlt die Sensormembran ab und verändert so den elektrischen Widerstandswert der Membran. Diese Widerstandsänderung bildet den Ausgangspunkt für die Erzeugung der eigentlichen LMM-Signalspannung durch eine im LMM integrierte (analoge) Verstärkungs- und Auswerteelektronik. Die Unterschiede zwischen den bis etwa 1998 verbauten Pierburg-LMM und den anschließend eingesetzten Bosch-LMM sind hier hauptsächlich wegen der elektrischen Anschlüsse und Spannungen am Signalpin interessant. Die neuere Bosch-Entwicklung erkennt neben dem Massenstrom auch die Strömungsrichtung, was bei der Messung stark pulsierender Luftsäulen (durch den Öffnungs- und Schließrhythmus der Einlaßventile) bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit für die präzise Erfassung des tatsächlichen Luftdurchsatzes vorteilhaft ist. Dies bedingt eine erhöhte Ausgangsspannung ohne Luftdurchsatz, damit Rückströmungen durch eine entsprechend niedrigere Spannung gemeldet werden können. Pinbelegung Luftmassenmesser Pierburg: einteiliger LMM, 6-poliger Stecker mit 5 belegten Pins 1 = Versorgung + 5 Volt 2 = Masse (Sensorstrang) 3 = Versorgung + 12 Volt 5 = Masse (Batterie / Karosserie) 6 = LMM-Signal Bosch HFM 5: zweiteiliger LMM (Rohr und Sensor-Einsatz), 5-poliger Stecker mit 4 belegten Pins, analoges Ausgangssignal 2 = Versorgung + 12 Volt 3 = Masse (Sensorstrang) 4 = Versorgung + 5 Volt 5 = LMM-Signal Bosch HFM 6: zweiteiliger LMM (Rohr und Sensor-Einsatz), 5- oder 4-poliger Stecker mit 4 belegten Pins, analoges oder digitales Ausgangssignal 1 = Versorgung + 12 Volt 2 = Masse (Sensorstrang) 3 = Versorgung + 5 Volt 4 = LMM-Signal bzw. 1 = Versorgung + 12 Volt 2 = Masse (Sensorstrang) 3 = frei 4 = Versorgung + 5 Volt 5 = LMM-Signal Die Pinnummerierung ist direkt innen im LMM sichtbar, beim Bosch LMM ist Pin 1 an der abgerundeten Seite des Steckers. Zur direkten Kontrolle des LMM-Signals mit einem (möglichst hochohmigen) Multimeter muß das Signalkabel angezapft werden. Die analoge Signalspannung gegen Masse bei stehendem Motor beträgt beim Pierburg-LMM etwa 0,3 Volt, beim Bosch-LMM etwa 1 Volt. Im Leerlauf liegen die Spannungen ohne AGR jeweils um ca. 1 Volt höher. Die Spannung steigt mit der Drehzahl und dem Ladedruck bis auf maximal etwa 4,5 Volt (für beide Typen). Stark abweichende Spannungen (bei ansonsten intaktem Motor und fahrzeugseitiger Elektrik / Elektronik!) deuten auf Verschmutzung und / oder Defekte des LMM hin. Bei den Sensoren mit digitalem Ausgangssignal ist die Prüfung nur mittels Oszilloskop, besser Diagnosesystem möglich. Es handelt sich um ein Rechtecksignal, bei dem die Frequenz proportional zur gemessenen Luftmasse steigt. Hat man ein Diagnosesystem z.B. VCDS (VAG-COM) zur Verfügung, kann man direkt die entsprechenden Meßwertblöcke des Motorsteuergerätes auslesen und vergleichen, ob der Istwert der gemessenen Luftmasse mindestens gleich dem Sollwert ist. Das Ausgangssignal ist bei allen LMM durch interne Kompensationsschaltungen bereits von Temperatur- und Druckeinflüssen "gereinigt" und meldet dem Motorsteuergerät (MSG) daher, wieviel Luftmasse pro Zeiteinheit durch den LMM in Richtung Motor strömt. Um bei Drehzahl- und Lastwechseln die Einspritzmenge und die AGR-Rate möglichst schnell nachregeln zu können, wird eine entsprechend kurze Reaktionszeit des LMM-Signals auf Änderungen des Massenstroms benötigt, d.h. die Sensormembranen müssen schnellstmögliche auf die "neue" Temperatur wechseln können. Dies bedingt eine minimale eigene Wärmespeicherkapazität, was durch winzige Sensorplättchen und Schichtdicken von wenigen Tausendstel Millimetern realisiert wird. Aus der minimalen Schichtdicke resultiert wiederum die hohe Empfindlichkeit der LMM- Sensorplättchen gegen jegliche Berührungen mit festen Körpern, was meist zu Beschädigungen der Membranen führt und den LMM unbrauchbar macht. Bei defektem LMM wird meist ein zu geringer Luftmassenstrom gemeldet. Für den AGR-Regelkreis sieht das so aus, als wenn die AGR schon etwas geöffnet wäre. Im Ergebnis wird die AGR-Rate daher um den Betrag reduziert, den der LMM zuwenig meldet. Da dann auch im oberen Lastbereich scheinbar(!) weniger Luftmasse zur Verbrennung verfügbar ist, wird die Einspritzmenge soweit reduziert, wie es dem verringerten LMM-Wert entspricht. Das Ergebnis ist ein Leistungsverlust des Motors, der regelmäßig TDIs in die Werkstätten treibt, wo sie mit einem neuen LMM zu meist saftigen Preisen ausgestattet werden - sofern die Ursache richtig erkannt wird. Achtung: Defekte LMM mit zu geringen Meßwerten verursachen grundsätzlich keinen Eintrag im Fehlerspeicher, auch wenn der Fahrer eindeutige Fehler wahrnimmt (z.B. starker Leistungsverlust, evtl. wellenförmige Beschleunigung . . . )! Nur bei krassen elektrischen Defekten (LMM-Signal hat Kurzschluß zur Masse oder zur Versorgungsspannung usw.) wird ein Fehler eingetragen. Je nach Größe eines LMM-Meßfehlers wird auch der Kraftstoffverbrauch ansteigen: Der Ladedruck wird weiterhin auf die (theoretisch) saubere Verbrennung der per Gaspedal angeforderten Einspritzmenge geregelt, während die tatsächliche Einspritzmenge wegen des defekten LMM erheblich geringer sein kann. D.h. der Ladedruck wird (gemessen an der tatsächlichen Einspritzmenge) zu hoch eingeregelt, was unnötig Energie kostet -> der Verbrauch steigt an. Übliche Ursachen für LMM-Defekte "Harte" Vibrationen (durch Konstruktionsfehler am Fahrzeug oder falsche Montage des LMM) können die Sensorplättchen bis zum Bruch belasten, womit der LMM schlagartig und völlig ausfällt. Jegliche Beläge auf der Membran verringern den LMM-Messwert, da der Wärmeübergang vom Sensor auf die strömende Luft behindert wird. Beläge entstehen gewöhnlich -> durch Öldämpfe aus der Kurbelgehäuseentlüftung, die sich nach dem Abstellen des Motors "rückwärts" im Ansaugtrakt bis zum LMM ausbreiten (einige 6-Zylinder-Motoren sind hier besonders problematisch) -> durch feinste Fremdkörper (Staub) und sonstige Dämpfe, die durch den Luftfilter gelangen -> durch Wasser, das bei Regenfahrten (besonders in der Gischt des Vordermannes) nach einiger Zeit durch den Luftfilter dringt und den LMM auch nachhaltig beschädigen kann - besonders im Winter, wenn in der Gischt aggressives Streusalz gelöst ist. Zusätzlich altert der LMM an sich, was sich im Laufe der Betriebsdauer ebenfalls durch sinkende Messwerte bei gleichem Massenstrom bemerkbar macht. Das Ergebnis ist ein (meist schleichender) Leistungsverlust des Motors. Oft sind LMM bei einer Laufleistung um 100.000 km so verschmutzt bzw. gealtert, dass der Motor spürbar an Leistung verliert. Da der LMM nach allgemeiner Erfahrung relativ oft die alleinige Ursache für Leistungsverlust ist, wird das Problem durch einen Tausch des LMM entsprechend häufig behoben sein. Diese Daumenregel verleitet die Werkstätten leider nur allzu oft, bei Leistungsmangel ohne weitere Prüfungen genau dies zu tun - was gelegentlich auch falsch sein kann. Eine Palette sonstiger Ursachen für Leistungsmangel ist z.B. unter https://community.dieselschrauber.org/viewtopic.php?t=3322 beschrieben. Aber selbst wenn die Werkstatt so kompetent ist, bei einer Probefahrt die Luftmassenwerte auszulesen, muß bei zu geringen Werten nicht automatisch der LMM defekt sein. Z.B. kommen folgende Ursachen ebenso in Betracht: -> zuwenig Ladedruck, dieser sollte immer ergänzend kontrolliert werden (per LDA oder Auslesen) -> zu niedriger Umgebungsdruck in großer Höhe (dort wird der Ladedruck absichtlich reduziert, um den Lader vor Überlastung zu schützen) -> Defekt des Höhengebers im MSG, wodurch eine Hochgebirgsfahrt vorgetäuscht und wiederum der Ladedruck reduziert wird (der Umgebungsdruck kann ebenfalls ausgelesen werden) -> verstopfte Ansaugwege / verdreckter Luftfilter (Achtung: Überlastungsgefahr für den Lader, siehe LDA-Fachartikel) -> verringerte Wirkung des LLK durch starke Verschmutzung, extreme Hitze und / oder geringe Fahrgeschwindigkeit (erkennbar an Ladelufttemperaturen deutlich über 50°C) -> Undichtigkeiten zwischen LMM und Lader lassen den Motor "falsche Luft" am LMM vorbei ansaugen -> Atemnot des Motors durch starke Öl-Ruß-Ablagerungen in den Ansaugkanälen hinter dem AGR-Ventil -> verengter Auspuffquerschnitt durch quersitzende Kat-Bruchstücke oder gequetschte Rohre nach Aufsetzen o.ä. In solchen Fällen wird natürlich auch ein völlig intakter LMM den Leistungsverlust nicht beheben. Angesichts der Preise für einen neuen LMM um 75 Euro (als Tauschteil) kann sich also eine Prüfung in Richtung dieser Ursachen lohnen. Alternativ kann man probeweise einen sicher intakten LMM ausleihen und einbauen (ohne ihn gleich kaufen zu müssen) - oder versuchen, einen solchen zu simulieren: Diodentest Dies kann mit Hilfe einer Allerwelts-Diode (1 N 4148 o.ä.) geschehen, die anstelle des LMM so mit dessen Strecker verbunden wird, daß dem MSG ständig eine maximale Zylinderfüllung gemeldet wird und dieser darauf beim (Voll)Gasgeben die volle Einspritzmenge freigibt. Dazu wird die Kathode (= Ring am Gehäuse) mit dem LMM-Signalkabel verbunden, und den anderen Diodenanschluß mit dem 5Volt-Kontakt (der sicherheitshalber zuerst bei eingeschalteter Zündung gegen Masse ausgemessen werden sollte). Beim Einstecken der Diodenanschlussdrähtchen auf einen sicheren Kontakt im Stecker achten und die Kontaktfedern nicht verbiegen, ggf. die Diode mit Klebeband am Stecker gegen Abfallen sichern. Neuere MSG erkennen diesen Trick anhand der Unplausibilität zwischen Drehzahl, Ladedruck und Luftmasse und schalten daraufhin in den leistungsreduzierten Notlauf. Dann ist diese Methode natürlich sinnlos. Aber auch bei Motoren mit "dummen" MSG'en kann ein Problem auftreten, weil der LMM-Wert als Rückmeldesignal der AGR-Regelung nicht mehr reagiert. Daher wird im Teillastbereich das AGR-Ventil weiter öffnen als normal, was zu verstärktem Rußen und Mehrverbrauch führen kann. Abhilfe: Stilllegung der AGR. Dazu den Schlauch zur Membrandose abziehen und verschließen, wobei sichergestellt sein muß, dass das Membranventil richtig schließt. Notfalls ein Verschlußblech o.ä. zwischen Abgasrohr und AGR-Ventil einsetzen. Hinweis: Da ein funktionierender LMM eine wesentliche Voraussetzung für die Einhaltung der Abgaswerte ist, erlischt durch den Dioden-Ersatz die Betriebserlaubnis des Fahrzeuges, egal ob zusätzlich die AGR stillgelegt wird oder nicht! Entsprechende Probefahrten dürfen daher nur abseits des öffentlichen Verkehrsraumes erfolgen! Dabei z.B. im 3. Gang ab etwa 1300 rpm mit Vollgas beschleunigen und möglichst per Stoppuhr die Zeit zwischen 2000 und 4000 rpm ermitteln. Werden unter gleichen Bedingungen mit der Diode deutlich kürzere (bzw. die "normalen") Zeiten erreicht als mit angeschlossenem LMM, so wird eine Reinigung / Tausch des LMM den Fehler in der Regel beheben - es sei denn, die sonstigen elektrischen Anschlüsse bzw. Anschlusswerte für den LMM sind nicht in Ordnung, oder es liegt ein anderer (exotischer) Fehler vor. Rußt der Motor mit der Diode als LMM-Ersatz bei besagtem Fahrversuch zwischen 2000 und 4000 rpm ungewöhnlich stark, so bekommt der Motor erheblich zuwenig Frischluft(masse). Als Ursachen kommen z.B. die bereits genannten Probleme in Betracht, die das Erreichen der normalen Leistung auch mit einem sauberen / neuen LMM verhindern werden. Für einen tieferen Einblick in die Ursachen des Leistungsverlustes kommt man um das Auslesen der Einspritzmengenbegrenzungen Drehmoment, Fahrerwunsch (Gaspedalstellung) und Luftmasse mit VCDS oder einem VAG-Tester bei angeschlossenem LMM nicht herum. Wenn das Fahrzeug die Diode als LMM-Ersatz (bzw. die stillgelegte AGR) mit Notlauf quittiert, kommt ohnehin nur diese Prüfmethode in Betracht. Liegt der Luftmassen-Istwert im AGR-Meßwerteblock beim Vollgasbeschleunigen über 2000 rpm unter dem Sollwert, so muß das noch keinen Leistungsverlust bedeuten. Ein routinemäßiger Tausch des LMM ist dann womöglich rausgeworfenes Geld! Maßgeblich ist hier vielmehr der Messwerteblock mit dem Einspritzmengenbegrenzungen Drehmoment, Fahrerwunsch und Luftmasse: Solange die Trübungsbegrenzung nicht den niedrigsten Wert darstellt, wird ein Austausch des LMM oder eine Reinigung keinen Leistungsgewinn bringen, auch wenn der Luftmassen-Istwert (besonders im oberen Drehzahlbereich) unter dem Soll liegt. Umgekehrt kann bei Motoren mit hoher Literleistung (z.B. ARL: 150 PS / 1,9l) der Vollgas-Sollwert für die Luftmasse aus dem AGR-MWB zu gering sein, um die Trübungsbegrenzung über die Drehmomentbegrenzung zu heben. Aber auch eine Trübungsbegrenzung unter dem Drehmoment- bzw. Fahrerwunsch-Wert muß nicht zwangsläufig von einem falsch messenden LMM herrühren (vgl. oben -> Ursachen für Leistungsverlust). Bei einigen TDIs wird die Trübungsbegrenzung nicht aus dem LMM-Wert berechnet, sondern aus dem Ladedruck. Hier kann ein schwächelnder LMM keinen Leistungsverlust verursachen, solange genug Ladedruck anliegt. Im Zweifel gibt ein Blick in den MWB 8 Auskunft, ob die max. mögliche Leistung erreicht wird (wenn nämlich die Trübungsbegrenzung über dem Drehmoment liegt). LMM reinigen Ist der LMM eindeutig als Ursache für den Leistungsmangel identifiziert, so kann zur Kostenersparnis zunächst versucht werden, ihn durch eine Reinigung wieder fit zu machen. Eine Erfolgsgarantie im Sinne der Wiederherstellung der vollen Motorleistung besteht aber nicht, da der LMM gleichzeitig schon anderweitig defekt oder gealtert sein kann. Zusätzlich können Reinigungsmittel je nach Zusammensetzung die empfindlichen Sensormembranen angreifen. Reinigungen nur auf Verdacht sollten daher besser unterbleiben, denn der Ersatz eines vorbeugend kaputtgereinigten LMM ist genauso teuer wie der eines "richtig defekten" LMM. Einen Anhalt auf die Erfolgsaussichten einer Reinigung können Öldunst- und andere Ablagerungen im Bereich um das Sensorplättchen liefern: Ergibt hier (nicht am Sensorplättchen selbst!!) eine Wischprobe mit einem Taschentuch, Wattestäbchen o.ä. einen deutlichen Belag, so wird ein noch intakter LMM nach der Reinigung bessere Werte liefern. Zum Lösen der Originalschrauben des Bosch-LMM-Einsatzes wird meist ein 20er Loch-Torx-Werkzeug benötigt. Da sogar dieser Schraubkopf anscheinend nicht bastelsicher genug ist (aus welchen Gründen auch immer), werden bei neueren Wagen wiederum andere Schrauben verwendet - ähnlich einem Loch-Torx mit 5 statt 6 Zacken . Wenn die Reinigungsflüssigkeit (meist wird Bremsenreinigerspray verwendet) dunkel-trübe abtropft, so kann man sicher sein, dass die Reinigung "fällig" war. Preiswerter LMM-Ersatz? -> Mit der bereits beschriebenen Diode als LMM-Ersatz kann man das Fahrzeug bei defektem LMM auch über längere Strecken ("illegal", vgl. oben) bewegen, etwa um eine Urlaubsfahrt am Wochenende mit der gewohnten Leistung zu beenden. Eine unmittelbare Defektgefahr besteht dabei nicht, allerdings kann der mögliche höhere Rußanteil im Abgas auf Dauer z.B. die VTG schwergängig(er) machen und zu Ladedruckproblemen führen. Geht das MSG dabei in den Notlauf, so steht u.U. trotzdem noch mehr Leistung zur Verfügung als mit dem defekten LMM, also im Einzelfall ausprobieren. -> Ein alternder LMM, der (auch nach einer Reinigung) "nur" zu niedrige Werte liefert, lässt sich mit einer zusätzlichen Öffnung hinter dem Sensorplättchen zwecks Erhöhung der Luftströmung am Sensor wieder hochpäppeln, um den fälligen Ersatz hinauszuzögern (vgl. Anhang). Beim Anbohren des LMM äußerst vorsichtig arbeiten, damit der Bohrer nicht das Sensorplättchen beschädigt (Tiefenanschlag o.ä.)! Alternativ kann die Rückwand hinter der Lufteintrittsöffnung vorsichtig herausgesägt werden (z.B. mit einem quer zur Strömungsrichtung geführten Laubsägeblatt). Zunächst eine Öffnung von ca. 2 mm anbringen, den LMM wieder einbauen und die Wirkung möglichst mit VAG-COM kontrollieren, dazu im Grundeinstellungs-Modus den AGR-Meßwerteblock aufrufen. Bein inaktiver AGR (alle paar sec. wird zwischen aktiv und inaktiv umgeschaltet) sollte der Luftmassenwert beim 1,9 l Motor im Leerlauf zwischen etwa 450 und 500 mg/Hub liegen. Wird dieser Bereich nicht erreicht, die Öffnung vergrößern. Diese Prüfung bedingt natürlich eine völlig intaktes AGR-System! Das LMM-Signal sollte möglichst nicht über die Werte des Originals VAG-Teils steigen (das Ergebnis z.B. durch Messfahrten mit VCDS (VAG-COM) kontrollieren und mit den Sollwerten vergleichen). So können Begleiterscheinungen wie bei der Diode als LMM-Ersatz eher vermieden werden, die das Bestehen der nächsten AU gefährden und durch eine höhere AGR-Rate auf Dauer zu stärkeren Ruß-Öl-Schlamm-Ablagerungen im Ansaugbereich führen können. Notfalls die AGR-Rate per Adaption auf höhere Luftmassenwerte = geringerer Abgasanteil einstellen. Achtung: bei TDIs mit elektrischer Drosselklappe kann der Diodentest nicht angewandt werden, weil das Motorsteuergerät versucht die Abgasrückführrate durch Schliessen der Drosselklappe zu erreichen. -> Als Ersatz für defekte Bosch-TDI-LMM wird gelegentlich ein äußerlich praktisch gleicher LMM-Einsatz von DC als (ca. 70 Euro) genannt, der anstelle des VAG-Teils in das (weiterbenutzte) LMM-Rohr geschraubt wird. Bisherige Erfahrungen deuten allerdings auf eine andere Kennlinie des DC-LMM hin, die im Ergebnis insbesondere im unteren Drehzahlbereich zu Leistungsverlust gegenüber einem neuen Original-VAG-LMM führt. Eventuell könnte der DC-LMM auf eine ähnliche Kennlinie wie der Original-VAG-LMM getrimmt werden, indem man den Luftstrom am Sensorplättchen erhöht (gleiche Methode wie beim alternden Original-LMM); gesicherte Praxiserfahrungen liegen aber noch nicht vor. Leichte (= ohne größeren Aufwand lösbare) Probleme werden auch mit der Form des Steckanschlusses berichtet. Der alte einteilige Pierburg-LMM läßt sich bei altersbedingt sinkender Ausgangsspannung durch Einlöten eines Widerstandes wieder "verjüngen" -> https://community.dieselschrauber.org/viewtopic.php?t=4258
Gruß Ulf
_________ MG4 Electric Zuletzt bearbeitet am 18-09-2014, 14:28, insgesamt 4-mal bearbeitet. |
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Bewertungen - Luftmassenmesser (LMM): teure Schwachstelle an VAG - TDI | |
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