DE10358462A1 - Determining degree of fouling of air filter unit for internal combustion engine, by using boost-pressure sensor to measure pressure of filtered air before entering combustion chamber - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades einer Luftfiltereinheit zur Reinigung von Luft, die von einem Verbrennungsmotor, insbesondere von einem Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor, angesaugt wird, bei dem ein Atmosphärendruck sowie ein Druck der gefilterten Luft erfasst, aus dem Atmosphärendruck und dem Druck der gefilterten Luft eine Druckdifferenz ermittelt und bei dem in einer Auswerteeinheit der Verschmutzungsgrad unter Zugrundelegung eines Vergleichs zwischen der ermittelten Druckdifferenz und einer verschmutzungsspezifischen Referenzdruckdifferenz bestimmt wird.The The invention relates to a device and a method for determining a degree of contamination of an air filter unit for cleaning of air, that of an internal combustion engine, in particular of a Automotive internal combustion engine, is sucked, in which an atmospheric pressure and a pressure of the filtered air detected from the atmospheric pressure and the pressure of the filtered air determines a pressure difference and in which in an evaluation unit of the degree of pollution under Based on a comparison between the determined pressure difference and a pollution-specific reference pressure difference becomes.
Die Umgebungsluft enthält eine Vielzahl von Verunreinigungen, die einen Verbrennungsmotor teilweise erheblich schädigen können. Aus diesem Grund verfügen bspw. Kraftfahrzeuge über Luftfilter, die die für die Verbrennung im Motor benötigte Luft reinigen. An die Luftfilter werden hierbei zwei Hauptanforderungen gestellt. Zum einen soll die Ansaugluft gereinigt werden, ohne dass der Luftdurchlaß wesentlich behindert wird. Zum anderen sollte der Luftfilter derart gestaltet sein, dass die teilweise sehr starken Ansauggeräusche der Luft wirksam gedämpft werden.The Contains ambient air a variety of impurities that are an internal combustion engine sometimes cause considerable damage can. For this reason, dispose For example, motor vehicles via Air filters, which are the for the combustion in the engine needed Clean the air. At the air filter here are two main requirements posed. On the one hand, the intake air should be cleaned without the air passage essential is hampered. On the other hand, the air filter should be designed in this way be that the sometimes very strong intake noise of the air are effectively attenuated.
Eine für Verbrennungsmotoren bedeutende Verunreinigung stellt der in der Umgebungsluft mitgeführte Staub dar. Je nach Landschaft, Boden- und Straßenbeschaffenheit bzw. Verwendungszweck eines Fahrzeugs schwankt die in der Umgebungsluft enthaltene Staubmenge zwischen 0,001 und 1 g/m3 [Bohner, M. et al.; Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik; 25. Auflage; 1994; Verlag Europa-Lehrmittel; S. 250]. Staub, der über die Ansaugluft in einen Motor gelangt, bildet mit dem Schmieröl des Motors eine Schleifmasse, die zu erheblichem Verschleiß, besonders an Zylinderlaufbahnen, Kolben und Ventilführungen führen kann. Die sorgfältige Reinigung der angesaugten Luft bestimmt daher wesentlich die Lebensdauer eines Motors.Depending on the landscape, soil and road conditions or intended use of a vehicle, the amount of dust contained in the ambient air varies between 0.001 and 1 g / m 3 [Bohner, M. et al. ; Expertise Automotive Technology; 25th edition; 1994; Publisher Europa-Lehrmittel; P. 250]. Dust that enters the engine via the intake air forms, with the lubricating oil of the engine, a grinding mass that can lead to considerable wear, especially on cylinder liners, pistons and valve guides. Careful cleaning of the intake air therefore significantly determines the life of an engine.
Bei den bekannten Filtersystemen wird der von der angesaugten Luft mitgeführte Staub mittels engmaschiger Siebe, engporiger Filterstoffe, ölbenetzter Flächen oder unter Ausnutzung der Fliehkraft im Filter aus der Luft herausgefiltert. Hierbei verschmutzt das jeweils im Filter enthaltene Filtermaterial teilweise erheblich. Wird ein Filter nicht rechtzeitig erneuert oder gereinigt, steigt der Strömungswiderstand des Filters an und es gelangt weniger Luft als benötigt in den Motor, so dass letztendlich ein fetteres Kraftstoff-Luft-Gemisch, eine schlechtere Füllung sowie eine geringere Motorleistung die Folge einer Filterverschmutzung sein kann.at the known filter systems is the dust entrained by the intake air by means of close-meshed sieves, narrow-pored filter cloths, oil-wetted surfaces or filtered out of the air using the centrifugal force in the filter. This pollutes the filter material contained in the filter sometimes considerably. If a filter is not renewed in time or cleaned, the flow resistance increases of the filter and it gets less air than needed in the engine, so that ultimately a richer fuel-air mixture, a worse filling as well a lower engine power resulting from a filter contamination can be.
Aus
diesem Grund sind Systeme bekannt, mit denen der Verschmutzungsgrad
eines Luftfilters ermittelbar ist. Die
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades eines Luftfilters anzugeben, bei dem im Bereich des Saugrohres direkt hinter dem Filter kein Montageplatz für einen Sensor vorgesehen werden muß. Die angestrebte Lösung soll darüber hinaus kostengünstig sein und insbesondere auch bei Verbrennungsmotoren mit Turboaufladung einsetzbar sein können.outgoing from the known prior art, the invention has the object as a basis, a method and a device for determining the Specify the degree of contamination of an air filter, in which in the area of the suction pipe directly behind the filter no mounting place for one Sensor must be provided. The desired solution should over it also inexpensive be and in particular also used in internal combustion engines with turbocharging could be.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. einer Vorrichtung nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie dem folgenden Beschreibungstext unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel zu entnehmen.The The object underlying the invention is achieved with a method according to claim 1 or a device according to claim 7 solved. Advantageous developments of the inventive concept are the subject of the dependent claims and the following description text with reference to the embodiment refer to.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades einer Luftfiltereinheit zur Reinigung von Luft, die von einem Verbrennungsmotor, insbesondere von einem Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor, angesaugt wird, bei dem ein Atmosphärendruck sowie ein Druck der gefilterten Luft erfasst, aus dem Atmosphärendruck und dem Druck der gefilterten Luft eine Druckdifferenz ermittelt und bei dem in einer Auswerteeinheit der Ver schmutzungsgrad unter Zugrundelegung eines Vergleichs zwischen der ermittelten Druckdifferenz und einer verschmutzungsspezifischen Referenzdruckdifferenz bestimmt wird, derart weitergebildet, dass in wenigstens einer Leerlaufphase des Verbrennungsmotors der Druck der gefilterten Luft nach Durchströmen einer Verdichtereinheit und vor einem zumindest teilweisen Einströmen in wenigstens einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors als Ladedruck mit einem Ladedrucksensor erfasst wird.According to the invention, a method for determining a degree of soiling of an air filter unit for purifying air sucked by an internal combustion engine, in particular an automotive internal combustion engine, in which an atmospheric pressure and a pressure of the filtered air are detected, from the atmospheric pressure and the pressure of the filtered Air determines a pressure difference and in which in an evaluation of the pollution degree Ver on the basis of a comparison between the determined pressure difference and a pollution-specific reference pressure difference is determined, further developed such that in at least one idling phase of the internal combustion engine, the pressure of the filtered air after flowing through a compressor unit and before at least partial inflow into at least one combustion chamber of the internal combustion engine as boost pressure is detected with a boost pressure sensor.
Das erfindungsgemäße System zeichnet sich somit dadurch aus, dass die Überwachung des Verschmutzungsgrades eines Luftfilters mit Hilfe eines Umgebungsdruck- und eines Ladedrucksensors erfolgt. Beide Sensoren sind insbesondere bei herkömmlichen Dieselmotoren, wie sie im Nutzfahrzeugbereich eingesetzt werden, bereits vorhanden. So realisiert der Umgebungsdrucksensor die Höhenanpassung für den Motor, während der Ladedrucksensor für die Regelung des Drucks der Ansaugluft des Verbrennungsmotors erforderlich ist. Auf diese Weise kann auch bei Dieselmotoren mit Turboaufladung eine zuverlässige Überwachung des Verschmutzungsgrades eines Luftfilters sichergestellt werden, ohne dass hierfür zusätzliche Sensoren bzw. zusätzlicher Montageplatz im Bereich des Saugrohres hinter dem Luftfilter benötigt werden.The inventive system is characterized by the fact that the monitoring of the degree of pollution an air filter using an ambient pressure and a boost pressure sensor takes place. Both sensors are particularly useful in conventional diesel engines, such as they are used in the commercial vehicle sector already exists. So the ambient pressure sensor realizes the height adjustment for the engine, while the boost pressure sensor for the regulation of the pressure of the intake air of the internal combustion engine required is. In this way, even with diesel engines with turbocharging a reliable monitoring the degree of contamination of an air filter can be ensured without that for this additional Sensors or additional Mounting space in the region of the suction pipe behind the air filter are needed.
Die verschmutzungsspezifischen Referenzdruckwerte werden vorzugsweise bereits im Vorfeld eines serienmäßigen Einsatzes des Luftfilters auf einem Teststand und/oder bei Erprobungsfahrten ermittelt. Bei derartigen Versuchen werden für verschiedene Verschmutzungsgrade eines Luftfilters die Strömungswiderstände ermittelt, die der Filter bei der entsprechenden Verschmutzung aufweist.The Pollution-specific reference pressure values are preferably already in the run-up to a standard use the air filter on a test stand and / or during test drives determined. In such experiments are for different levels of pollution an air filter determines the flow resistance, which has the filter at the corresponding pollution.
Die Messung des Umgebungsdrucks und des Ladedrucks erfolgt bei laufendem Motor. Für die Ermittlung des zwischen dem Einlaß- und dem Auslaßbereich des Luftfilters herrschenden Differenzdrucks werden jedoch lediglich Werte des Umgebungsdrucks bzw. des Ladedrucks berücksichtigt, die während einer Leerlaufphase des Verbrennungsmotors aufgenommen worden sind. Im Leerlauf durchströmt die gefilterte Luft die Verdichtereinheit, ohne verdichtet zu werden, so dass der Ladedrucksensor in diesem Beriebszustand den Ansaugunterdruck relativ zum Umgebungsdruck mißt.The Measurement of the ambient pressure and the charge pressure takes place while the system is running Engine. For the determination of the between the inlet and the outlet However, the differential pressure prevailing in the air filter only becomes Takes into account values of the ambient pressure or the charge pressure, the while an idle phase of the internal combustion engine have been recorded. Flowed through at idling the filtered air the compressor unit without being compacted so that the boost pressure sensor in this Beriebszustand the intake vacuum relative to ambient pressure.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die vom Umgebungs- und Ladedrucksensor erfassten Meßwerte abgeglichen, sobald der für den Betrieb des Verbrennungsmotors benötigte Betriebsstrom eingeschaltet wird. In der Regel erfolgt dieses Einschalten des Betriebsstromes durch Drehen des Zündschlüssels. Vorzugsweise werden hierbei beide Meßwerte auf Null gesetzt, so dass während des Betriebs des Verbrennungsmotors eine Differenzbildung der erfassten Drücke verhältnismäßig einfach vorzunehmen ist und Meßfehler aus Nullpunktsdrift ausgeschlossen werden.In a particular embodiment the method according to the invention the measured values recorded by the ambient and boost pressure sensor are adjusted, as soon as the for the operation of the internal combustion engine required operating current is turned on. As a rule, this switching on of the operating current is carried out by Turn the ignition key. Preferably in this case both measured values set to zero, so while the operation of the internal combustion engine a difference of the detected pressures relatively easy is to be made and measurement error be excluded from zero drift.
Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass der Verschmutzungsgrad des Luftfilters an eine zentrale Regel- und Steuereinheit, insbesondere einen Fahrzeugrechner, übermittelt wird. Aus diesem Grund werden die vom Umgebungsdrucksensor bzw. dem Ladedrucksensor erfassten Meßwerte zunächst in elektrische Signale umgewandelt, die über eine Datenleitung, etwa einen CAN- oder einen VAN-Bus, der weiteren Datenverarbeitung zur Verfügung gestellt werden. Vorzugsweise weisen die Drucksensoren Datenschnittstellen auf, über die entsprechende Meßsignale in die Datenleitung eingespeist werden und so eine Vernetzung der Drucksensoren mit wenigstens einem Steuergerät ermöglicht wird. Hierbei ist es unerheblich, wie das Steuergerät, insbesondere ein Fahrzeugrechner, relativ zu den Drucksensoren angeordnet ist.A Further training provides that the degree of contamination of the air filter to a central control and control unit, in particular a vehicle computer, transmitted becomes. For this reason, those of the ambient pressure sensor or The measured values acquired by the boost pressure sensor are first converted into electrical signals converted over a data line, such as a CAN or a VAN bus, the other Data processing available be put. Preferably, the pressure sensors have data interfaces up, over the corresponding measuring signals be fed into the data line and so a networking of Pressure sensors with at least one control unit is made possible. Here it is irrelevant how the controller, in particular a vehicle computer, arranged relative to the pressure sensors is.
Eine weitere, spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die zu bestimmten Verschmutzungsgraden korrespondierenden Difterenzdruckwerte ebenfalls in der zentralen Regel- und Steuereinheit hinterlegt werden. Vorzugsweise wird gleichzeitig auch ein Verschmutzungskennwert hinterlegt, der einen Grenzwert für eine gerade noch zulässige Verschmutzung eines Luftfilters darstellt. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der an die zentrale Regel- und Steuereinheit übertragene Verschmutzungsgrad mit dem zulässigen Verschmutzungskennwert verglichen wird und sobald der Verschmutzungsgrad den zulässigen Verschmutzungskennwert übersteigt ein entsprechendes elektrisches Warnsignal generiert und an eine Ausgabeeinheit übertragen wird. Da die Verschmutzung meist Kontinuierlich zunimmt, sind/zum einen Prognosen für den Wechseltermin möglich zum anderen Plausibilitätsprüfungen bei Meßwertsprüngen.A further, special embodiment the method according to the invention provides that corresponding to certain levels of contamination Difterential pressure values also in the central control unit be deposited. Preferably, at the same time, a contamination characteristic value is also obtained deposited, which sets a limit for just permissible pollution represents an air filter. In this context it is advantageous when transmitted to the central control unit Pollution degree with the permissible Pollution index is compared and as soon as the pollution degree exceeds the permissible contamination index generates a corresponding electrical warning signal and to a Transfer output unit becomes. Since the pollution usually increases continuously, are / on the one hand Forecasts for the change date possible for other plausibility checks Meßwertsprüngen.
Vorzugsweise erzeugt die Ausgabeeinheit ein akustisches, optisches und/oder haptisches Warnsignal, das bspw. von einem Fahrzeugführer während der Fahrt wahrnehmbar ist. Genauso ist es allerdings auch denkbar, dass gleichzeitig oder alternativ ein entsprechender Warnhinweis in einem Datenspeicher hinterlegt wird, der bei einer Inspektion des Verbrennungsmotors und/oder eines Fahrzeugs mit Hilfe eines externen Diagnosesystems, etwa in einer Werkstatt, ausgelesen wird.Preferably the output unit generates an acoustic, visual and / or haptic warning signal, for example, by a driver during the Drive is noticeable. However, it is also conceivable that simultaneously or alternatively a corresponding warning in a Data storage is deposited, the at an inspection of the internal combustion engine and / or a vehicle using an external diagnostic system, in a workshop, for example.
In jedem Fall ist es sinnvoll, dass das Warnsignal erzeugt wird, bevor die endgültige Kapazität des Filters zur Aufnahme von Verschmutzungen erreicht ist. Vielmehr sollte das Warnsignal zu einem Zeitpunkt generiert werden, an dem noch eine hinreichend lange Betriebsdauer des Fahrzeugs gewährleistet ist, ohne dass es zu Beschädigungen des Motors kommt. Auf diese bevorzugte Weise ist ein verbrauchs- bzw. verschmutzungsunabhängiges Wechseln des Luftfilters oder der Luftfilterpatrone möglich.In In any case, it makes sense that the warning signal is generated before the final Capacity of the Filter is reached to absorb dirt. Much more the warning signal should be generated at a time when still ensures a sufficiently long service life of the vehicle is without causing damage the engine is coming. In this preferred way, a consumption-based or pollution-independent Changing the air filter or the air filter cartridge possible.
Weiterhin wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades einer Luftfiltereinheit gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 7 gelöst, die sich dadurch auszeichnet, dass der Drucksensor als Ladedrucksensor, mit dem der Ladedruck, den die gefilterte Luft nach Durchströmen einer Verdichtereinheit und vor zumindest teilweisem Einströmen in wenigstens einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors aufweist, ausgeführt ist.Furthermore, the object of the invention is based on a device for determining a degree of contamination of an air filter in accordance with the preamble of patent claim 7, which is characterized in that the pressure sensor is designed as a boost pressure sensor, with which the charge pressure which the filtered air has after flowing through a compressor unit and before at least partial inflow into at least one combustion chamber of the internal combustion engine.
In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Eingabeeinheit vorgesehen, über die wenigstens ein zulässiger Verschmutzungskennwert in die Auswerteeinheit eingebbar ist.In a particular embodiment the device according to the invention an input unit is provided, via which at least one permissible contamination characteristic value can be entered into the evaluation unit.
Weiterhin verfügt die Auswerteeinheit vorzugsweise über wenigstens eine Datenschnittstelle, über die der Verschmutzungsgrad und/oder bei Überschreitung eines zulässigen Verschmutzungskennwertes ein Warnsignal an eine zentrale Regel- und Steuereinheit, insbesondere einen Fahrzeugrechner, und/oder an eine externe Datenverarbeitungseinheit übertragbar ist. Eine ganz besonders geeignete Ausführungsform sieht ferner vor, dass die Auswerteeinheit in eine zentrale Regel- und Steuereinheit, insbesondere einen Fahrzeugrechner, integriert ist.Farther has the evaluation unit preferably via at least one data interface, via the the degree of contamination and / or exceeding a permissible contamination index a warning signal to a central control and control unit, in particular a vehicle computer, and / or transferable to an external data processing unit is. A particularly suitable embodiment further provides that the evaluation unit into a central control unit, in particular a vehicle computer, is integrated.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens unter Bezugnahme auf die Figur beschrieben.in the The invention will be described below with reference to an embodiment without limitation of the general In the spirit of the invention described with reference to the figure.
Figur Fließschema der Ansaugluft sowie der Abgase eines Verbrennungsmotorsfigure flowsheet the intake air and the exhaust gases of an internal combustion engine
Die
Figur zeigt schematisch den Einsatz einer Vorrichtung zur Ermittlung
des Verschmutzungsgrades einer Luftfiltereinheit
Die
für die
Verbrennung im Motor
Der
Abgasstrom des Verbrennungsmotors
Um
den jeweiligen Ladedruck erfassen zu können ist in Strömungsrichtung
der Luft hinter der Verdichtereinheit
Darüber hinaus
erfasst der Umgebungsdrucksensor
Um
mit Hilfe des Umgebungsdrucksensors
Zur
Bestimmung des Verschmutzungsgrades des Luftfilters
Selbstverständlich ist es in diesem Zusammenhang auch denkbar, dass ein unzulässiger Verschmutzungsgrad bereits während des Betriebs eines Fahrzeugs automatisch an eine Werkstatt weitergeleitet wird, damit entsprechende Ersatzteile rechtzeitig bereitgelegt werden können.Of course it is It is also conceivable in this context that an impermissible degree of pollution already during the operation of a vehicle automatically forwarded to a workshop so that appropriate replacement parts can be prepared in good time can.
Die
vorbeschriebene Erfassung des Verschmutzungsgrades des Luftfilters
- 11
- Luftfilterair filter
- 22
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 33
- UmgebungsdrucksensorAtmospheric pressure sensor
- 44
- LadedrucksensorBoost pressure sensor
- 55
- Ansaugelementsuction
- 66
- Druckleitungpressure line
- 77
- Verdichtereinheitcompressor unit
- 88th
- Abgasrückführungs-Steuerventil (Drosselklappe)Exhaust gas recirculation control valve (Throttle)
- 99
- Luftverteilerair distributor
- 1010
- Sammelleitungmanifold
- 1111
- Turbineturbine
- 1212
- Schalldämpfersilencer
- 1313
- Abgasanlageexhaust system
- 1414
- LadedruckventilBoost Valve
- 1515
- Datenleitungdata line
- 1616
- Fahrzeugrechnervehicle computer
- 1717
- Fahrzeugdisplayvehicle display
- 1818
- Saugrohrsuction tube
- 1919
- ÜberdruckventilPressure relief valve
- 2020
- Abgasrückführungs-LeitungExhaust gas recirculation line
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