Leseprobe aus dem Fachbuch „Benzin-Direkteinspritzsysteme“. Der Autor geht in Kapitel 3.1.3 auf die Luftmassenmessung mit Rückstromerkennung ein.

3.1.3 Die Luftmassenmessung mit Rückstromerkennung

Durch das Öffnen und Schließen der Ventile entstehen Rückströmungen der angesaugten Luftmasse im Saugrohr. Der Heißfilm-Luftmassenmesser, beispielsweise der Bosch HFM5, erkennt die rückströmende Luftmasse und berücksichtigt sie bei seinem Signal an das Motorsteuergerät. Dadurch ist die Messung der Luftmasse sehr genau.

Die elektronische Schaltung und das Sensorelement des Luftmassenmessers sind in einem kompakten Kunststoffgehäuse untergebracht. Am unteren Ende des Gehäuses befindet sich ein Messkanal, in den das Sensorelement hineinragt. Der Messkanal entnimmt aus dem Luftstrom im Saugrohr einen Teilluftstrom und führt ihn am Sensorelement vorbei. Das Sensor­element misst im Teilluftstrom die angesaugte und rückströmende Luftmasse. Das dabei entstehende Signal für die Luftmasse wird mittels elektronischer Schaltung bearbeitet und in einem Analogsignal in Echtzeit zum Motorsteuergerät gesendet.

Dem beheizten Sensorelement im Luftmassenmesser wird durch Wärmeübergang vom Heizelement auf den Luftstrom umso mehr Wärme entzogen, je größer die vorbeiströmende Luftmasse ist. Die so entstehende Temperaturdifferenz ist ein Maß für die vorbeiströmende Luftmasse. Die Elektronik ermöglicht die genaue Erfassung der Luftmasse wie auch deren Strömungsrichtung. Vom Sensorelement wird nur ein kleiner Teil des Luftmassenstromes erfasst. Anhand der Kennliniendefinition wird die gesamte Luftmasse, die das Messrohr durchströmt, ermittelt. Die Schwierigkeit dabei ist, bei geringen Luftmassenströmen die gleiche Messgenauigkeit zu erzielen wie bei einem Volllast-Luftmassenstrom.

Neben dem eigentlichen Sensor­element ist auch ein Ansaugluft-Temperaturfühler vorhanden. Dessen Signal ist ebenfalls analog und dient dem Motorsteuergerät als wesentliche Kenngröße für das Zündwinkelkennfeld.

Bosch HFM6

Die messtechnische Erfassung der Luftmasse hat sich bei der nächsten Generation Bosch HFM6 gegenüber dem Vorgänger nicht geändert. Das Design des Teilluftstromkanals verringert die Verschmutzungsempfindlichkeit der Messzelle um das Sechshundertfache. Das Luftmassensignal wird an das Motorsteuergerät vom HFM6 mit einer digitalen Frequenz von 1,5–12 kHz ausgegeben.
Die Frequenz wird von einem ASIC (application-specific-integrated-circuit, kundenspezifischer Chip) im HFM6 aufmoduliert. Messgröße für das Motorsteuergerät ist die abgetastete Periodendauer. Die Abtastrate beträgt 1 ms.
Je nach fahrzeugspezifischer Auslegung wird das Ausgangssignal für den integrierten Ansaugluft-Temperaturfühler mit einem analogen Spannungssignal oder mit aufmodulierter Pulsweite (digital) von 10–90 Prozent verbaut. Noch einen Schritt weiter geht die aktuelle Version HFM7 IPH von Bosch. Zur weiteren Steigerung der Signalpräzision sind in der momentan höchsten Ausbaustufe Temperatur, Luftfeuchte und Luftdruck integriert.

Mit dem achtpoligen Anschluss übermittelt die Sensoreinheit auf einer Leitung das Luftfeuchtigkeits-Signal per Tastverhältnis in einem Wertebereich zwischen
10– 90 Prozent auf einer variablen Trägerfrequenz, welche die Information der Temperatur in der Messzelle mit Werten zwischen 10 – 390 Hz enthält.
Wurde der Feuchtigkeitssensor von der internen Diagnose als fehlerhaft erkannt, liegt die Signalfrequenz fest bei 1 kHz und das Tastverhältnis unveränderlich bei 50 Prozent. Eine separate Leitung steht für die Übertragung des Luftmassensignals per Frequenzmodulation im Bereich von 1,2 – 14 kHz zur Verfügung. Bei einem Luftmassenmessfehler ist das Signal auf dieser Leitung 0 kHz bei einer Spannung kleiner als 1 V.

Das Ansaug-Luftdrucksignal wird analog auf einer weiteren Leitung übertragen und zeigt mit 0,5 V einen Druck von 12,5 kPa sowie mit maximal 4,5 V einen Druck von 115 kPa an. Der Ausgang des Ansaugluft-Temperaturgeber-Signals liegt auf einer autarken Leitung und kann herstellerspezifisch per Tastverhältnis oder analog übermittelt werden.

Der Sensor kann im Übrigen auch durch rückströmende Gase und Partikel aus der Kurbelgehäuseentlüftung oder der Abgasrückführung sowie durch defekte Luftfilter langsam verschmutzen und ebenfalls ungenaue Messwerte liefern.

 

Dieses Kapitel ist in folgendem Fachbuch erschienen:

Benzin-Direkteinspritzsysteme

1. Auflage 2015, von Heiko Peter, 212 Seiten, zahlreiche Abbildungen, 39,95 Euro

 

Inhalt (Auszug)

  • Vergleich von Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung
  • Kraftstoffsysteme im Überblick:
    – System MELCO im Mitsubishi GDI und bei Volvo
    – System Siemens der 1. Generation
    – System Bosch mit HDP 1 im VW FSI-Motor (…)
  • Das Kraftstoff-Niederdrucksystem
  • Das Kraftstoff-Hochdrucksystem
  • Kraftstoffinjektoren
  • Das Zündsystem
  • Die Abgasnachbehandlung, Gemisch-Überwachung