DE10358462B4 - Device and method for determining the degree of contamination of an air filter unit for a motor vehicle internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades einer Luftfiltereinheit (1) zur Reinigung von Luft, die von einem Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor (2), 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 (20) der Verschmutzungsgrad unter Zugrundelegung eines Vergleichs zwischen der ermittelten Druckdifferenz und einer verschmutzungsspezifischen Referenzdruckdifferenz bestimmt wird, wobei in wenigstens einer Leerlaufphase des Verbrennungsmotors (2) der Druck der gefilterten Luft nach Durchströmen einer Verdichtereinheit (7) und vor einem zumindest teilweisen Einströmen in wenigstens einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors (2) als Ladedruck mit einem Ladedrucksensor (4) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einschalten eines Betriebstromes des Verbrennungsmotors (2) der von einem Umgebungsdrucksensor (3) erfasste Umgebungsdruck und der vom Ladedrucksensor (4) erfasste Ladedruck abgeglichen werden, und dass der Verschmutzungsgrad der Luftfiltereinheit (1) an eine zentrale Regel- und Steuereinheit (16), insbesondere einen Fahrzeugrechner, übermittelt wird, und dort mit einem zulässigen Verschmutzungskennwert verglichen und sobald der Verschmutzungsgrad den zulässigen Verschmutzungskennwert übersteigt ein Signal an eine Ausgabeeinheit (17) übertragen wird.A method of detecting a degree of fouling of an air filter unit (1) for purifying air sucked by an automotive internal combustion engine (2) detecting an atmospheric pressure and a filtered air pressure from the atmospheric pressure and the filtered air pressure Determines the pressure difference and in which in an evaluation unit (20) the degree of contamination on the basis of a comparison between the determined pressure difference and a pollution-specific reference pressure difference is determined, wherein in at least one idling phase of the internal combustion engine (2) the pressure of the filtered air after flowing through a compressor unit (7) and before an at least partial inflow into at least one combustion chamber of the internal combustion engine (2) as charge pressure with a boost pressure sensor (4) is detected, characterized in that when switching an operating current of the internal combustion engine (2) of an ambient pressure sensor (3 ) and the pollution level of the air filter unit (1) to a central control and control unit (16), in particular a vehicle computer, is transmitted, and there compared with a permissible contamination characteristic value and as soon as the degree of contamination exceeds the permissible contamination characteristic value, a signal is transmitted to an output unit (17).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades einer Luftfiltereinheit zur Reinigung von Luft, die 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 invention relates to a device and a method for determining a degree of contamination of an air filter unit for purifying air, which is sucked by a motor vehicle internal combustion engine, in which detects an atmospheric pressure and a pressure of the filtered air, from the atmospheric pressure and the pressure of the filtered air Determined pressure difference and in which the degree of contamination in an evaluation unit is determined on the basis of a comparison between the determined pressure difference and a pollution-specific reference pressure difference.
Stand der Technik:State of the art:
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 ambient air contains a large number of impurities that can in some cases cause considerable damage to an internal combustion engine. For this reason, for example, motor vehicles have air filters that clean the air required for combustion in the engine. At the air filter here are two main requirements. Firstly, the intake air to be cleaned without the air passage is substantially impeded. On the other hand, the air filter should be designed so that the sometimes very strong intake noise of the air are effectively damped.
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, which enters the engine via the intake air, forms with the lubricating oil of the engine a grinding mass, which 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.In the known filter systems, the dust entrained by the sucked air is filtered out of the air by means of narrow sieves, narrow-pore filter materials, oil-wetted surfaces or by utilizing the centrifugal force in the filter. In this case, the filter material contained in each filter sometimes contaminates considerably. If a filter is not renewed or cleaned in time, the flow resistance of the filter increases and less air than required in the engine, so that ultimately a richer fuel-air mixture, a poorer filling and a lower engine performance may be the result of a filter contamination ,
Aus diesem Grund sind Systeme bekannt, mit denen der Verschmutzungsgrad eines Luftfilters ermittelbar ist. Die
Aus der
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.Based on the known prior art, the invention is based on the object to provide a method and an apparatus for determining the degree of contamination of an air filter, in which no mounting space for a sensor must be provided in the region of the suction pipe directly behind the filter. The desired solution should moreover be cost-effective and, in particular, also be usable in internal combustion engines with turbocharging.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. einer Vorrichtung nach Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie dem folgenden Beschreibungstext unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel zu entnehmen.The object underlying the invention is achieved by a method according to
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades einer Luftfiltereinheit zur Reinigung von Luft, die 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, 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 contamination of an air filter unit for purifying air, which is sucked by a motor vehicle internal combustion engine, in which an atmospheric pressure and a pressure of the detected filtered air, determined from the atmospheric pressure and the pressure of the filtered air, a pressure difference and in which in an evaluation unit, the degree of contamination is determined on the basis of a comparison between the determined pressure difference and a pollution-specific reference pressure difference, further developed such that in at least one idle phase of the internal combustion engine Pressure of the filtered air is detected after flowing through a compressor unit and before an at least partial inflow into at least one combustion chamber of the internal combustion engine as boost pressure 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 system according to the invention is thus distinguished by the fact that the monitoring of the degree of contamination of an air filter takes place with the aid of an ambient pressure and a charge pressure sensor. Both sensors are already present in particular in conventional diesel engines, such as those used in the commercial vehicle sector. Thus, the ambient pressure sensor realizes the height adjustment for the engine, while the boost pressure sensor is required for the regulation of the pressure of the intake air of the internal combustion engine. In this way, a reliable monitoring of the degree of contamination of an air filter can be ensured even with turbocharged diesel engines, without the need for additional sensors or additional mounting space in the region of the intake manifold behind the air filter.
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 determined in advance of a standard use of the air filter on a test stand and / or during test drives. In such experiments, the flow resistance is determined for various levels of contamination of an air filter, 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 ambient pressure and boost pressure are measured while the engine is running. However, for the determination of the prevailing between the inlet and the outlet of the air filter differential pressure only values of the ambient pressure or the charge pressure are considered, which have been recorded during an idling phase of the internal combustion engine. At idle, the filtered air flows through the compressor unit without being compressed, so that the boost pressure sensor in this state of operation measures the intake vacuum relative to the ambient pressure.
Des weiteren werden gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens 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.Furthermore, according to the method according to the invention, the measured values detected by the ambient and boost pressure sensor are adjusted as soon as the operating current required for the operation of the internal combustion engine is switched on. As a rule, this switching on of the operating current is done by turning the ignition key. Preferably, in this case both measured values are set to zero, so that during the operation of the internal combustion engine, a subtraction of the detected pressures is relatively easy to make and measurement errors are excluded from zero-point drift.
Des weiteren wird der Verschmutzungsgrad des Luftfilters an eine zentrale Regel- und Steuereinheit, insbesondere einen Fahrzeugrechner, übermittelt. 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.Furthermore, the degree of contamination of the air filter to a central control and control unit, in particular a vehicle computer, transmitted. For this reason, the measured values acquired by the ambient pressure sensor or the boost pressure sensor are first converted into electrical signals which are made available to further data processing via a data line, for example a CAN bus or a VAN bus. Preferably, the pressure sensors have data interfaces, are fed via the corresponding measurement signals in the data line and so networking of the pressure sensors with at least one control unit is possible. It is irrelevant how the control unit, in particular a vehicle computer, is arranged relative to the pressure sensors.
Des weiteren sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die zu bestimmten Verschmutzungsgraden korrespondierenden Differenzdruckwerte 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 Signal, beispielsweise ein 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.Furthermore, the method according to the invention provides that the differential pressure values corresponding to specific degrees of contamination are likewise stored in the central control and control unit. Preferably, at the same time, a contamination characteristic value is also stored, which represents a limit value for just just permissible contamination of an air filter. In this connection, it is advantageous if the degree of contamination transmitted to the central control and control unit is compared with the permissible contamination characteristic value and, as soon as the degree of contamination exceeds the permissible contamination characteristic value, a corresponding signal, for example an electrical warning signal, is generated and transmitted to an output unit. Since the pollution usually increases continuously, predictions for the changeover date are possible on the one hand and on the other plausibility checks in the case of measured value jumps.
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 audible, visual and / or haptic warning signal which, for example, is perceptible by a vehicle driver while driving. Equally, however, it is also conceivable that at the same time or as an alternative a corresponding warning is stored in a data memory which is read out during an inspection of the internal combustion engine and / or of a vehicle with the aid of an external diagnostic system, for example in a workshop.
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 any case, it makes sense that the warning signal is generated before the final capacity of the filter is reached to absorb soiling. Rather, the warning signal should become a Time are generated at the still a sufficiently long service life of the vehicle is guaranteed, without causing damage to the engine. In this preferred manner, a consumption or pollution-independent changing the air filter or the air filter cartridge is possible.
Weiterhin wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades einer Luftfiltereinheit gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 4 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 underlying the invention with a device for determining a degree of contamination of an air filter unit according to the preamble of
Gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Eingabeeinheit vorgesehen, über die wenigstens ein zulässiger Verschmutzungskennwert in die Auswerteeinheit eingebbar ist.According to 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.Furthermore, the evaluation unit preferably has at least one data interface via which the degree of contamination and / or when an admissible contamination characteristic value is exceeded, a warning signal can be transmitted to a central control and control unit, in particular a vehicle computer, and / or to an external data processing unit.
Eine ganz besonders geeignete Ausführungsform sieht ferner vor, dass die Auswerteeinheit in eine zentrale Regel- und Steuereinheit, insbesondere einen Fahrzeugrechner, integriert ist.A particularly suitable embodiment also provides that the evaluation unit is integrated in a central control and control unit, in particular a vehicle computer.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens unter Bezugnahme auf die Figur beschrieben.In the following the invention with reference to an embodiment without limiting the general inventive concept will be described with reference to the figure.
Figur Fließschema der Ansaugluft sowie der Abgase eines VerbrennungsmotorsFigure flow diagram of 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 also conceivable in this context that an impermissible degree of contamination is automatically forwarded to a workshop during the operation of a vehicle so that corresponding replacement parts can be prepared in a timely manner.
Die vorbeschriebene Erfassung des Verschmutzungsgrades des Luftfilters
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 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
- Auswerteeinheitevaluation
- 2121
- Abgasrückführungs-LeitungExhaust gas recirculation line
Claims (6)
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