Werking luchtmassameter
+ verschil map-sensor luchthoeveelheidsmeter
Technische achtergrond luchtmassameters
Opmerkingen:
-Kijk voor merkspecifieke testprocedures en voorkomende storingen in de
desbetreffende merkrubriek.
-Let bij de diagnosewaardes altijd goed op of deze
getoond worden in gram per seconde (g/s) of milligram per rotatie (mg/r)!
1000mg/r bij 3000 rotaties per minuut
=
1000mg/r bij 50 rotaties per seconde
=
50 gram per seconde (gr/s)
Introductie
We onderverdelen vier verschillende meetconstructies, maar allemaal bedoeld om
de aangezogen lucht te meten, registreren en signaal af te geven naar de motormanagement computer. Iedere variant luchtmeter heeft
inmiddels zijn uitwerkingen, echter dit zijn de vier hoofdvarianten
die we gebruiken voor de uitleg.
1) Luchtmassameter(LMM)
2) Luchthoeveelheidsmeter(LHM)
3) MAP sensor(MAP)
4) Karman Vortex meter(KVT)
In de rest van het artikel gebruiken we de bovengenoemde afkortingen. De fout
die vaak wordt gemaakt is het door elkaar halen van de luchtmassameter en de luchthoeveelheidsmeter, dit zijn wel degelijk 2
verschillende soorten meters.
In het Engels is de LMM een 'air flow mass meter', de LHM een 'air flow
meter' en de MAP sensor staat voor 'Manifold
Absolute Pressure'. Hiernaast wordt door enkele
fabrikanten de afkorting 'MAF' gebruikt, wat staat voor 'Manifold
Absolute Flow' en is dus gelijk aan de LMM.
Tot slot hebben we nog de KVT meter, welke in auto's nauwelijks is toegepast
maar we schenken er toch even aandacht aan.
Samenvatting
LMM
De LMM heeft een hittedraad en rekent zelf direct de luchtmassa uit, aan de
hand van de mate van afkoelen van de hittedraad door een bepaalde luchtstroom.
LHM
Een LHM heeft een meetvaan, welke door aanzuiging meer openscharniert
tegen de veerdruk achter de meetvaan in. De potentiemeter aan de meetvaan
registreert de positie en geeft het bijbehorende signaal door naar de motormanagement computer.
MAP
De MAP sensor zit niet gemonteerd tussen de inlaat zoals de LMM en LHM, maar meet
de absolute luchtdruk en heeft daardoor alleen een vacuumslang
nodig vanaf het inlaatspruitstuk.
Slijtage & Defecten
LMM defecten
De LMM is een precieze maar erg gevoelige sensor, die ondanks een hittedraadcoating slecht bestand is tegen vocht en fijnstof. Het nadeel van de LMM is dus dat deze relatief
vaker kapot gaat dan andere luchtmeters.
1)Vocht, de hittedraad raakt hierdoor gecorrodeerd en de nauwkeurigheid van de
meting gaat achteruit. Controleer het luchtfilter
regelmatig, voelt deze vochtig aan, dan meteen vernieuwen.
2)Vuil, de nieuwere type LMM's
krijgen nadat het contact wordt uitgeschakeld nog gedurende enkele seconden
spanning zodat de hittedraad schoonbrandt, maar toch
blijft vuil funest voor de sensor.
Reinigen? Dat kan. Maar alleen met aggresief
schoonmaakmiddel. En aggresief schoonmaakmiddel
verwijdert de coating van de hittedraad waardoor deze
zeer snel helemaal vervuilt is. Geen goede optie dus.
3)Materiaalkeuze van de fabrikant. Enkele auto's (VAG) draaien langer
storingsvrij met een Pierburg, of juist met een Bosch. In de praktijk komt het
de meetnauwkeurigheid niet ten goede wanneer er een ander merk wordt gemonteerd
dan de OEM.
4)Alternatief luchtfilter. Goedkope powerfilters
monteren i.c.m. een LMM heeft doorgaans slechte
gevolgen voor de levensduur van de LMM. Als er toch een powerfilter
gemonteerd moet worden, neem een duurder (op schuimrubber gebaseerd) powerfilter. Deze laten minder vocht en fijnstof
door. Zorg ervoor dat de meter trllingsvrij wordt
gemonteerd wanneer de originele luchtfilterkast wordt verwijderd.
5)Sommige 'tuners' verwijderen het luchtroostertje van de LMM. Het roostertje
heeft echter een zeer belangrijke functie, het geleidt vocht(of zelfs smeltend
sneeuw) naar beneden. Uit testen is gebleken dat sommige auto’s een minieme
hoeveelheid meer lucht aanzuigen zonder scherm. De kans is dan wel groter dat
vocht de sensor zal bereiken met de welbekende gevolgen.
De LMM verwijderen gebeurt in de tuningscene ook. Dit
is onverstandig, want de LMM is niet alleen uit milieuoverwegingen functioneel
maar door de precieze meting ervan kan de injectie ook beter op de luchtmassa
en belasting afgestemd worden.
De LMM in originele staat:
De LMM zonder vochtscherm:
LHM defecten
1)Versleten collectorbaan van de potentiemeter op de meetvaan. Met name bij stationair draaien staat de naald te trillen op
de collectorbaan wat slecht contact als gevolg heeft.
2)Op ten duur kan de radiale spiraalvaar verslappen. Gevolg: als het
motortoerental stijgt heeft de meetvaan te weinig
tegendruk en slaat meteen op de einduitslag. De potentiemeter registreert een
maximale luchtstroom, dit correspondeert niet met het toerental en het signaal
klopt dus niet.
MAP defecten
1) Het vacuumbolletje wat zich binnenin de MAP sensor
bevindt kan gedeeltelijk of volledig lek zijn. Hierdoor zet het bolletje niet
meer of minder uit bij luchtdruk verandering en kan het
piëzo element om het bolletje alleen een
ondeugdelijke tot geen meting verrichten.
Uitleg luchtmassameter - LMM
Functie:
De LMM is een sensor die de aangezogen hoeveelheid lucht meet. In deze
sensor zit tevens de aangezogen luchttemperatuur meetfunctie meeverwerkt. Wel is er voor beide functies een aparte
meetdraad. Dit type luchtmeter is t.o.v. de LHM en MAP sensor de meest snelle
én precieze. De
LMM kan direct een signaal van de gemeten hoeveelheid aangezogen lucht aan de
ECU doorgeven wat tevens gebaseerd is op de luchtdichtheid en de luchtvochtigheid.
Iets wat we missen bij de LHM en de MAP sensor. Kleine
afwijkingen van deze sensor kunnen een grote invloed uitoefenen op regelingen
in het motormanagementsysteem. Regeling vindt plaats
op (op volgorde van belangrijkheid):
1) Hoeveelheid ingespoten brandstof
2) Ontstekingsmoment
3) Actiefkoolstofklep
4) Stationair toerental
De LMM hittedraad en thermometer:
De LMM luchtstroom:
Werking:
De meting wordt geheel elektronisch uitgevoerd aan de hand van een
platina hittedraad die geplaatst is in de aangezogen luchtstroom. Deze
hittedraad is direct gekoppeld aan een elektronische regeling die in combinatie
met het signaal van de luchttemperatuur-sensor een
signaalspanning uitgeeft.
De hittedraad wordt door stroomdoorgang op temperatuur gebracht. In serie met
deze hittedraad is een meetweerstand geplaatst en de uitgegeven signaalspanning
is in feite de spanning over deze weerstand. Hoe groter de luchtstroom hoe meer
de hittedraad afkoelt.
De LMM sensor, links een Pierburg, rechts een Bosch:
Deze afkoeling veroorzaakt een hogere weerstand in de hittedraad. Deze
verandering wordt door de elektronica van deze sensor herkend en heeft tot
gevolg dat de spanning op de hittedraad toeneemt. Gevolg is een hogere stroom
door hittedraad en meetweerstand. Hogere stroom door de meetweerstand geeft een
hogere deelspanning en dus een hogere signaalspanning.
Circuitschema's:
De op het bovenstaande schema niet afgebeelde luchttemperatuursensor is
een NTC (Negatieve Temperatuur Coëfficiënt) weerstand. Dit wil zeggen dat de elektrische
weerstand afneemt wanneer de temperatuur toeneemt.
(klik op onderstaande afbeelding voor vergroting)
Sensor aansluitingen:
Voeding sensorelektronica
-5 Volt
Voeding hittedraadverwarming(aparate
voeding, alleen bij 5 draads aansluiting)
-12 Volt
Signaaldraad luchtmassa (afhankelijk van merk/type, exacte data raadplegen op
Autototaal forum of bij de daarvoor bestemde dataprogramma's), uiteraard met de
stekker op de sensor (gestabiliseerde voeding vanuit de auto). De waardes bij
draaiende motor zijn afhankelijk van cilinderinhoud, belasting en eventuele
valse lucht.
-Contact aan, motor uit, LMM voor én
achter afgedopt (absoluut géén luchtstroom): 1,00
volt (al het andere is afwijking, in de fabriek worden ze op 1,00
gekalibreerd!).
-Stationair draaiende motor: 1,5 - 2,0 volt.
-Volgas test: 4,5> volt
Massa
-Koude massa. Geen schakeling via computer.
Een grafiek van de spanning die een LMM afgeeft in relatie tot de hoeveelheid
aangezogen lucht:
Diagnostische meetwaarden
Waar de LMM vaak minder presteert bij een defect is het hoge belastinggebied,
dus ook in hoge toerentallen. Dus om te kijken of de luchtmassameter goed functioneerd gaan we de gemeten waarde op het maximale
toerental van de motor vergelijken met de nominale waarde.
Afhankelijk van merk/model/type, moet een beetje dieselmotor bij een onbelast
maximaal toerental al snel tussen de 800 to 850 mg per rotatie kunnen meten.
Wanneer de bestuurder in de gaten krijgt dat de auto minder vermogen levert
(vaak een traag insluipend slijtage effect maar kan
ook overduidelijk gestotter zijn) is de LMM vaak al zodanig kapot dat hij
overduidelijk minder lucht meet dan zou moeten bij cilinderinhoud.
Waar ook nog aan gerefereerd kan worden is de stijging van de gemeten lucht.
Registreert de LMM b.v. vanaf 2500 toeren nauwelijks tot geen stijging meer in de
hoeveelheid aangezogen lucht, en er is geen vlase
lucht, dan kunnen we er vanuit gaan dat de LMM defect is (meten met scoop).
Uitleg Luchthoeveelheidsmeter - LHM
Functie:
De luchthoeveelheidsmeter is een sensor die de
aangezogen hoeveelheid lucht meet. Deze sensor heeft een luchttemperatuursensor
nodig voor de berekening van de daadwerkelijke luchtmassa. Deze sensor kan
zowel in de LHM verwerkt zitten als op een andere plaats in het inlaatsysteem
gemonteerd zitten. De meetvaan heeft weerstand van de veer en moet eerst in
beweging komen bij een hogere luchtstroom, waardoor dit type meting iets
langzamer is dan de LMM. Kleine afwijkingen van deze sensor kunnen een grote
invloed uitoefenen op regelingen in het motormanagementsysteem.
Regeling vindt plaats op (op volgorde van belangrijkheid):
1) Hoeveelheid ingespoten brandstof
2) Ontstekingsmoment
3) Actiefkoolstofklep
4) Stationair toerental
LHM basis:
Werking:
De meting wordt geheel mechanisch uitgevoerd aan de hand van een
meetvaan die geplaatst is in de aangezogen luchtstroom van de motor. Deze
meetvaan is gekoppeld aan een potentiometer en wordt door een lichte veerdruk
in positie gehouden. De invloed van lucht pulsaties in het inlaatspruitstuk
wordt, door een aan de meetvaan gekoppelde dempingsvaan,
gestabiliseerd. De oudere injectiesystemen zonder lambdaregeling
met een LHM, hebben een CO-schroef in de meter, naast
de stekker, achter het dopje. De basisinstelling van de CO-schroef
is als volgt: helemaal in draaien, daarna 2,5 slag uitdraaien.
LHM onderdelenwijzer:
(klik op afbeelding voor vergroting)
Sensor aansluitingen:
De voedingsspanning op deze sensor bedraagt 5 volt. Het signaal van deze
sensor bedraagt over het algemeen(afhankelijk van merk/type, exacte data
raadplegen bij de daarvoor bestemde dataprogramma's):
1) Meetvaan in rust: 0,1 - 0,6 volt.
2) Meetvaan in maximaal stand: 4,3 - 4,8 volt.
Circuitschema:
Uitleg Manifold Absolute Pressure meting - MAP
Functie:
De MAP sensor meet de absolute druk in het inlaatspruitstuk. Bij stationair
draaiende motor is er ongeveer 500/550 mBar vacuum in het inlaatspruitstuk. Is er 550 mBar vacuum, dan meet de MAP
sensor (op de natuurkundige schaal) dus een absolute druk van 450 mBar.
Kleine afwijkingen van deze sensor kunnen eveneens een grote invloed uitoefenen
op regelingen in het motormanagementsysteem. Regeling
vindt plaats op (op volgorde van belangrijkheid):
1) Hoeveelheid ingespoten brandstof
2) Ontstekingsmoment
3) Actiefkoolstofklep
4) Stationair toerental
Werking
Binnenin de MAP sensor bevindt zich een luchtbolletje met daar omheen een piëzo- element. Gaat de gasklep open, dan valt het stationair vacuum weg en kan
het bolletje door de verandering in de luchtdruk weer uitzetten. Het piëzo-element registreert dit en geeft dit door aan de motormanagement regeleenheid. Deze sensor reageert met name vanuit deellast naar vollast minder snel dan de LMM
omdat het verschil en dus verandering in absolute luchtdruk geringer is dan
vanuit stationair naar hogere belasting, waardoor het piëzo element minder snel vervormt en minder spanning
opwekt.
Sensor aansluitingen
De sensor zal (behalve o.a. Ford) een analoog signaal afgeven(afhankelijk van
merk/type, exacte data raadplegen bij de daarvoor bestemde dataprogramma's):
Voeding
-5 Volt
Massa
Signaaldraad
-Maximaal 5 Volt, hoe hoger het vacuum, hoe lager de
spanning. Stationair=hoog vacuum, weinig spanning.
Accelereren=laag vacuum, hogere spanning.
Uitleg Karman Vortex meter
Karman Vortex meter:
Functie
De verschuifbare spiegel en een foto-transistor
zijn bij deze meter de basis van de wervelingsmeting.
Het principe van Vortex flow
meting is gebaseerd op het Karman fenomeen. Een bewegend medium dat een
opstakel in een bepaalde vorm (in meetapparatuur is een driehoeksvorm vaak
gebruikt) bereikt, zal achter het opstakel wervelingen veroorzaken, de zg. vortex wervelingen. De
frequentie van deze Vortex-wervelingen zijn een
dimensie van de flowsnelheid.
Waarom deze meters niet veel toegepast zijn, lijkt een kwestie van geld. De
meter heeft een aantal kostbare materialen nodig waardoor hij iets duurder is
dan andere conventionele meters.
Vortex genereerprincipe:
Werking
Dit type sensoren bevatten op de beweegbare spiegel na geen bewegende
delen, en zijn daardoor veel minder onderhoudsgevoelig dan de vaker toegepaste
LMM en LHM. Zo zijn deze sensoren hierdoor ook over een langere tijd stabiel,
wat dus resulteert in een gelijke precieze meting verspreid over de hele
levensduur. De flowsnelheid bepaald men door de Vortex-wervelingen ultrasoon te scannen. De bij dit type
meting gemoeide voordeel is onder meer de onafhankelijkheid van dichtheid, druk
en temperatuur.
Van alle meters is dit de meter die door deze vorm de minste restrictie
op haar luchtstroom legt.
Circuitschema:
Sensor spanningen
De foto-transistor geeft -afhankelijk van de
hoeveelheid werveling en dus luchtstroom- een 5 volt blokspanning door, zoals
hieronder afgebeeld is. De juiste werking van dit type meter is alleen te
controleren met een hoogwaardige multimeter, of nog
beter, een oscilloscoop. Klik op deze link voor meer informatie over
oscilloscopen.
Signaaluitdrukking:
Een leuk voorbeeld van de zogeheten 'Vortex loop' is hier te vinden.
Bron: Scantools.nl