Der Luftmassenmesser im 8er BMW E31

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Luftmassenmesser 8er BMW E31
Luftmassenmesser 8er BMW E31, LMM für M70, S70 und M73

Der V12-Motor im 8er ist bautechnisch gesehen aufgeteilt in 2 Bänke mit jeweils 6 Zylindern. Wir haben in Fahrtrichtung gesehen auf der rechten Bank Zyl. 1-6 und auf der linken Bank Zylinder 7-12. Jede Bank hat einen separaten Regelkreis, ein eigenes Motorsteuergerät (DME), einen eigenen Drehzahlfühler, eine eigene Drosselklappe und einen eigenen Luftmassenmesser. Somit wird jedes Modul und jeder Sensor doppelt benötigt. Die Leistung wiederum wird über die gemeinsame Kurbelwelle zusammengeführt und an den Antriebsstrang / Getriebe übertragen.

Die Luftmassenmesser aller drei V12-Motoren M70, S70 und M73 die im 8er verbaut wurden sind vom Hersteller Bosch. Sie sind sehr teure Sensoren, ab Werk bereits sehr genau und besitzen einen integrierten Platindraht welcher während des Betriebes auf 100°C erhitzt wird. Die vorbei strömende Luft kühlt den Draht ab, dieser wird nachgeheizt und die für die Nachheizung benötigte Energie definiert die umgerechnete Luftmasse die mit diesem Sensor gemessen wird. Dies ist eine stark vereinfachte und schematische Darstellung des Funktionsprinzips der Marke Bosch welche u.a. auch durch Patente zur damaligen Zeit geschützt wurde.

Nachbauprodukte, Aufbau, Genauigkeit und äußere Merkmale

Bisher ging es nur um die originalen Bosch Luftmassenmesser.
Jetzt kommen wir zu den Nachbauten aus China oder woher auch immer diese stammen mit den verschiedensten Namen die da aufgelabelt werden, wie auch immer diese „Dinger“ dann benannt werden…

Insgesamt habe ich 3 Stück dieser Nachbauten gegen ein Bosch-Referenzteil vermessen und mir die äußerlich sichtbaren Details angeschaut.

Dabei ist mir aufgefallen:

  • diese Nachbauten haben keinen Platindraht
  • weiter ist die Reinigungs- und Freibrennfunktion augenscheinlich nicht vorhanden
  • diese sind maßlich auch nicht sauber, haben einen Flanschdurchmesser zwischen 69 und 69,5mm schwankend, die Bosch LMM haben genau 70mm. Das Gehäuse wirkt jedoch stabil und hat auch nicht die sonst oftmals vorhandenen Grate am Kunststoff wie man es von Billigprodukten kennt.
  • Messtechnisch sind die Nachbauten deutlich außerhalb der Toleranz, die 3 Versuchsteile streuten alle (im Gegensatz zu den gebrauchten Boschteilen) nach oben, d.h. es wird zu viel Kraftstoff eingespritzt, insbesondere im höheren Lastbereich. Dies erklärt auch die Schilderung einiger User hier im Forum dass ein „Rußen“ des Motors zu erkennen war.
  • Weiter ist mir aufgefallen, dass die Nachbauten bei Lastwechsel (also bei Veränderung der Gaspedalstellung) dazu neigen kurzzeitige Signalausschläge (Peaks) zu erzeugen die da in jedem Fall nicht hingehören und auch keiner der Boschteile gemacht hat.

Um mal ein Gefühl zu bekommen zu den Abweichungen:
Ein fabrikneuer bzw. werksüberholter Bosch original Luftmassenmesser gegenüber einem ebenfalls fabrikneuen bzw. werksüberholten Bosch Teils befindet sich die Abweichung in einem sensationell niedrigen Bereich von ca. 15-20mV, also weniger als 0,02V Abweichung.

Abweichungen alter / defekter Bosch Gebrauchtteile gegenüber Neuteile als Nachbauten
Die Abweichungen der Nachbauten sind hier ca. 3x so hoch wie die Abweichung des schlechtesten Luftmassenmesser aus Ebay den ich gemessen habe. An dieser Stelle kann jedenfalls nach dieser Erkenntnis nicht zu den Nachbauten geraten werden, da es immer noch deutlich besser ist auf ein noch gutes Gebrauchtteil zu hoffen.

Dazu ist noch zu erwähnen, man kann unter den Gebrauchten durchaus auf eine „Perle“ stoßen, einer der alten Gebrauchtteile aus Ebay sah wirklich schlimm aus, war stark verschmutzt und verdreckt, das Gehäuse hatte außen einen Sprung, es stammte aus einem alten E32 und sah nach einer Laufleistung von 200 – 400.000km aus.
Die Überraschung kam jedoch beim Messen, der LMM hatte brillante Werte mit einer Abweichung von nur 15mV, dies entspricht einem fabrikneuen LMM von Bosch.
Wieso es hier so große Unterschiede gibt ist mir noch immer ein Rätsel.

Nun aber zum Schluss noch ein paar allgemeine Erkenntnisse:

Das Fliegengitter kostet Leistung!
Der Luftdurchsatz verringert sich durch diese verbauten Gitter um knapp 3%, was in etwa dem Leistungsverlust von 8 PS beim M70 entspricht. Entfernt werden sollten diese jedoch nicht voreilig, sie dienen meines Wissens nach der Glättung des Luftstroms. Interessant wäre es dennoch mal eine Vergleichsmessung auf dem Leistungsprüfstand zu fahren.

Reinigen des Luftmassenmessers ist zwecklos:
Es gibt am Markt spezielle Reiniger für Luftmassenmesser welche den Platindraht vom Schmutz befreien sollen. Dieses Geld kann man sich sparen, man kann hier eine ganze Dose auf einmal drauf sprühen, es ändert sich am Messergebnis absolut NICHTS! Noch nicht einmal 1mV war als Differenz zu messen.
Auch Bremsenreiniger oder Druckluft oder die Kombination aus allen der 3 Methoden ist wirkungslos, ich habe es getestet.
Der Platindraht ist auch nach der Reinigung an der Eingangsseite bräunlich verschmutzt und an der Auslaufseite schön blank.
Die Lobeshymnen die man da in manchen Foren liest halte ich für einen Placeboeffekt.

Das Umdrehen des Luftmassenmessers verursacht Abweichungen:
Auch interessant ist, dass wenn man den Luftmassenmesser entgegen der Flussrichtung betreibt, eine Abweichung von ca. 120mV zu messen ist. Dies hängt vermutlich mit der Anschrägung der inneren Hülse am Auslauf zusammen, ähnlich wie Flugzeuge außen an den Flügeln die „Winglets“ haben zur Vermeidung von Wirbelschleppen.

Nach dem Freibrennen kurzzeitig abweichende Werte:
Und nun noch zum letzten Punkt (sonst wird es langsam echt zu viel zu lesen), was mir noch aufgefallen ist was ich sehr interessant fand, der Luftmassenmesser zeigt nach dem Freibrennen des Platindrahtes für mehrere Minuten abweichende Werte i.H.v. 30-40mV Abweichung an. Eine Erklärung hierfür habe ich noch nicht gefunden, es muss etwas mit dem chemischen Verhalten von Platin zu tun haben.
Zu beachten ist hier jedoch: Das Freibrennen wird ja bekanntlich nach dem Abstellen des Motors durchgeführt. Nun kann man sich vorstellen, dass wenn direkt nach dem Abstellen der Motor wieder gestartet wird, der Motor nicht mit optimalen Werten läuft.

Hier mal ein Foto vom Freibrennvorgang des Platindrahts bei 1000°C:

Luftmassenmesser 8er BMW E31 M70
Luftmassenmesser beim Freibrennen – 8er BMW E31

Wenn man bedenkt, dass diese Thematik in den kommenden Jahren für uns 8er Fahrer und auch die 8er-Clubs an Bedeutung gewinnen dürfte, lohnt es, sich mit dieser Thematik weiter zu befassen.

Was sind die Ursachen für den Verschleiß der Luftmassenmesser, bzw. was kann man dagegen tun?

1.)
Schaut man sich die Drosselklappen an, sieht man dass im V12 so einiges an Öldämpfen zurück in den Ansaugtrakt wandern nachdem der Motor abgestellt wurde. Ist eigentlich auch logisch, die Luft in der Ansaugbrücke die beim Abstellen des Motors zunächst noch die Umgebungstemperatur hat, erwärmt sich innerhalb kürzester Zeit auf die Blocktemperatur von ca. 95°C. Durch die Kurbelgehäuseentlüftung befindet sich Ölnebel in der Ansaugbrücke und durch den Anstieg der Temperatur dehnt sich die Luft inkl. der Öldämpfe aus und drückt in Richtung Luftfilter und somit durch den Luftmassenmesser hindurch.

Sind die Drosselklappen verdreckt und schließen nicht mehr sauber gelangt mehr Öl zurück in den Ansaugbereich. Das ist wie gesagt eine Theorie.
Vermutlich wird es so sein, je kleiner der Spalt in den Drosselklappen umso mehr Öl bleibt dort hängen, bzw. schlägt sich beim Passieren des Schlitzes nieder. Insbesondere der M70 hat Probleme mit den Drosselklappen die im Alter nicht mehr präzise genug fahren und somit auch nicht mehr zuverlässig schließen.

An dieser Stelle, mal ganz abgesehen von den K&N Fahrern, die mit ihren geölten Filtern eine sprudelnde Ölquelle erschaffen, die sicherlich nicht spurlos an den Luftmassenmessern vorüber gehen dürfte.

2.)
Der zweite Ansatz, da hat mich der Dirk (um hier mal die verdienten Lorbeeren am rechten Fleck zu lassen) drauf gebracht:

Defekte Luftführungen und dadurch die Ansaugung von Öldämpfen aus dem Motorraum. Dies halte ich auch für einen sehr plausiblen Ansatz, vor allem wenn man bedenkt wie viele M70 Motoren ölverschmiert betrieben werden, da sammeln sich so einige Öldämpfe unter der Motorhaube.

Wieso lässt sich ein defekter Luftmassenmesser oftmals kaum erkennen:

Zu der Bosch Motronic die den defekten Luftmassenmesser erkennen soll:
Die Motronic war zweifelsohne eine großartige Entwicklung welche die Fa. Bosch damals vorangetrieben und auch erfolgreich umgesetzt hat. Für die damaligen Verhältnisse sicherlich eine große Leistung, da gibt es auch nichts kritisches zu sagen.
Allerdings – und das gehört eben auch zur Wahrheit – hat die Motronic auch so einige Schwächen.

Folgendes Beispiel was sich auch mit einfachen Mitteln nachvollziehen lässt:
Gerne wird die Motronic damit beworben, dass diese in der Lage sei Plausibilitäten der Signale prüfen und auswerten zu können, das mag vielleicht in manchen Fällen stimmen, im Falle des Luftmassenmessers ist das bestimmt nicht der Fall.
Einen einfachen Test kann jeder bei sich durchführen: Zieht man im laufenden Betrieb den Stecker des Luftmassenmessers komplett ab und steckt diesen nach einer gewissen Zeit wieder an, so wird zwar ein Ersatzwert gezogen und die Bank läuft weiter, die angebliche „Überwachung“ hält es jedoch noch nicht einmal für nötig einen Fehler im Fehlerspeicher abzulegen. Gemäß der DME ist die Welt nach wie vor in Ordnung, auch wenn das Signal für eine gewisse Zeit gänzlich verloren gegangen war…

Wäre der Lambda-Integratorwert welcher in der Diagnose angezeigt wird hilfreich?

Hier fallen mir auf die Schnelle 3 unterschiedliche Zustände ein:

Fall 1) Bereich Volllast, bzw. >= 80% Drosselklappenstellung:
Hier wird nichts mehr überwacht, es wird das Kennfeld abgefahren und genau die Luftmenge verarbeitet die der Luftmassenmesser ausgibt. Ist diese falsch, so ist auch das Gemisch falsch.

Fall 2) Leerlauf und Teillast:
Theoretisch ja, aber nur wenn sichergestellt werden kann, dass KEIN zusätzlicher Defekt (siehe Fall 3) vorliegt, bzw. dies mit absoluter Sicherheit ausgeschlossen werden kann.

Fall 3) Mehrere Defekte in Kombination (wahrscheinlich der häufigste Fall bei den älteren Autos):
Man stelle sich einfach mal vor, es liegen mehrere „nicht optimale Zustände“ (Defekte) vor wie es bei fast jedem unserer alten Motoren – mit den teilweise 30 Jahre alten Bauteilen der Fall ist. Da können sich Fehler „messtechnisch“ gegeneinander aufheben obwohl diese vorliegen wie z.B. in folgendem Fall:

Angenommen der Motor hat Zündaussetzer, dies bedeutet im Resultat unverbrannter Sprit mit zu viel Restsauerstoff (also Gemisch zu fett), gleichzeitig aber misst der Luftmassenmesser weniger Luft als tatsächlich fließt (also Gemisch zu mager), somit heben sich die Symptome messtechnisch gegenseitig auf obwohl beide Ursachen nach wie vor bestehen und auch beide Fehler in Summe die Sache verschlimmern.
Noch nicht einmal der Fehler Gemischabweichung würde in diesem Fall auflaufen.

Ein weiterer eher ungünstiger Fall:
Das gleiche passiert z.B. bei noch gröberen Zündfehlern, wenn auch hier dann mit gespeichertem Fehler beim Lambda Integrator.
Nehmen wir mal an einer von den 6 Zylindern (einer Bank) zündet nicht, das bedeutet dass ca. 16% zu viel Restsauerstoff durch unverbranntes Gemisch an der Lambdasonde vorbei wandert. Die Motronic wird nun auch die 5 verbliebenen und noch gut laufenden Zylinder weiter abmagern, so dass am Ende auch diese nicht mehr richtig laufen.

Ein „Teufelskreis“ die ganze Geschichte, Grund dafür ist u.a. dass nur 1 Lambdasonde für alle 6 Zylinder zusammen zur Verfügung steht. Wären mindestens 2 Lambdasonden pro Bank vorhanden so könnte man Defekte deutlich besser einkreisen, unabhängig von Fehlern im Ansaugtrakt wie z.B. dem Luftmassenmesser.

Also als Beispiel:
Macht der Zylinder 4 Probleme so könnte Zyl. 1-3 mit 2 Lambda’s gegen Zyl. 4-6 abgeglichen werden und zumindest Zyl. 1-3 könnten normal weiterlaufen und würden nicht mit „kaputt“ geregelt werden.