DE19710981C2

DE19710981C2 - Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines Luftfilters

Info

Publication number: DE19710981C2
Application number: DE1997110981
Authority: DE
Inventors: Joerg Neugaertner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: DE19710981A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines dem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine insbe sondere eines Fahrzeuges vorgeschalteten Luftfilters gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes der unabhängigen Patentansprüche.

Üblicherweise wird der Luftfilter von Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen inter vallmäßig mit jeder Inspektion gewechselt. Nachteil ist, dass nach Ablauf des In tervalles die Verschmutzung oftmals noch nicht so weit fortgeschritten ist, dass ein Wechsel des Luftfilters erforderlich wäre.

Weiterhin ist bekannt, dass in Strömungsrichtung je ein Drucksensor vor und hin ter dem Luftfilter angeordnet ist, wobei aus den gemessenen Drücken eine Druckdifferenz berechnet wird, aus der dann der Verschmutzungsgrad abgeleitet wird. Nachteilig ist hier, dass alleine zum Zwecke der Bestimmung des Ver schmutzungsgrades zwei Sensoren erforderlich sind, wodurch ein solches Verfah ren kostenintensiv ist, da zwei Sensoren herzustellen und zu montieren sind und weiterhin Montageplätze für die beiden Sensoren im Ansaugtrakt vorgesehen werden müssen.

Aus der EP 0 698 408 A1 ist eine Vorrichtung zur Anzeige des Verschmutzungs grades eines Filters bei einer Brennkraftmaschine mit einem Drucksensor und ei nem Sensor zur Erfassung der Motordrehzahl bekannt, wobei ein weiterer Sensor vorgesehen ist, welcher den Lastzustand des Motors erfaßt und wobei die Signale der drei Sensoren verknüpft sind zur Abgabe eines Anzeigesignales, welches den Verschmutzungsgrad des Filters darstellt. Hierbei sind zur Erfassung der Ver schmutzung mindestens drei Sensoren erforderlich, wodurch diese Vorrichtung auch wieder kostenintensiv ist, da die drei Sensoren hergestellt und montiert wer den müssen. Darüber hinaus ist bei einer erhöhten Anzahl von Sensoren die Wahrscheinlichkeit, daß wenigstens ein Sensor ausfällt, sehr hoch.

Aus der DE 42 24 721 C2 ist eine Vorrichtung zur Überwachung des Verschmut zungsgrades eines Luftfilters in einem Kraftfahrzeug mit einem Differenzdruck schalter bekannt, welcher auf den Druckabfall über dem Filter anspricht und bei Überschreiten einer Druckschwelle an eine Anzeigevorrichtung ein Signal abgibt, welches ein Maß für den Verschmutzungsgrad des Luftfilters ist. Zum einen sind solche Differenzdruckschalter teuer. Zum anderen bezieht sich die DE 42 24 721 C2 auf eine Kombination des Signales des Differenzdruckschalters mit einem Si gnal eines Drehzahlmessers und auf eine Auswerteschaltung, welche das vom Differenzdruckschalter kommende Signal nur dann zu einer Anzeigevorrichtung passieren läßt, wenn die Drehzahl in einem vorgegebenen schmalen Fenster liegt. Der Differenzdruckschalter ist dabei ein U-Rohrmanometer, an dessen einem Schenkel sich ein Niveausensor befindet, so daß dessen Konstruktion teuer und aufwendig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines dem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine vorgeschalteten Luftfilters derart anzugeben, so daß die Ver wendung kostengünstiger Sensoren gestattet ist bzw. teure Sensoren entfallen können, die Montage vereinfacht wird und somit Kosten insbesondere bei der Se rienherstellung von Brennkraftmaschinen reduziert werden.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Eine Lösung besteht darin, dass der Atmosphärendruck von einem nicht im Ansaugtrakt angeordneten und schon im Fahrzeug vorhandenen Drucksensor erfaßt wird. Dieses Verfahren nutzt den bekannten Effekt aus, aus der Druckdifferenz zwischen dem Atmosphärendruck vor dem Luftfilter und dem herrschenden Druck hinter dem Luftfilter (insbesondere dem Saugrohrdruck) eine Druckdifferenz zu bilden (insbesondere bei definierten Last-/Drehzahf punkten oder bei großen Öffnungswinkeln der Drosselklappe), wobei diese Druckdifferenz ein Maß für den Verschmutzungsgrad des Luftfilters ist. Die Verwendung eines schon im Fahrzeug vorhandenen Drucksensors, der wei terhin erfindungsgemäß Bestandteil einer Klimaanlage oder eines Tanksy stemes des Fahrzeuges ist, ist kosten- und materialreduzierend, da ein sol cher ohnehin im Fahrzeug vorhanden ist. Somit entfällt in vorteilhafter Weise die Anordnung und Herstellung eines Sensors im Einlaßbereich des Luftfil ters. In besonders vorteilhafter Weise wird zur Differenzbildung ein bei einer On-Board-Diagnoseeinrichtung vorgeschriebener Sensor (Saugrohrdruck sensor) verwendet, der für die Diagnose der Abgasrückführung bei luft massengeführten Systemen vorhanden ist.

Eine weitere Lösung sieht vor, dass die den Luftfilter durchströmende Luft masse gemessen und aus der gemessenen Luftmasse, der Lufttemperatur und/oder dem gemessenen Saugrohrdruck (zum Beispiel für die Drehzahl n = 0) ein Wert für den Atmosphärendruck vor dem Luftfilter berechnet wird. Somit wird aus dem gemessenen Saugrohrdruck und einem berechneten At mosphärendruck wiederum eine Druckdifferenz berechnet, die das Maß für die Verschmutzung des Luftfilters darstellt.

In Weiterbildung der Erfindung werden der von dem schon vorhandenen Drucksensor gemessene Atmosphärendruck and der Saugrohrdruck in elek trische Signale umgewandelt, die auf einer Datenleitung (Datenbus wie bei spielsweise CAN oder VAN, wobei auch mehrere Bussysteme zusammenge führt werden können) zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt werden. Die Drucksensoren für Atmosphärendruck und Saugrohrdruck weisen also Schnittstellen auf, über die der gemessene Druck beziehungsweise den ge messenen Druck repräsentierende elektrische Signale in die Datenleitung eingespeist werden, wodurch eine Vernetzung der Drucksensoren mit zumin dest einem Steuergerät ermöglicht wird, so dass das zumindest eine Steuer gerät unabhängig von dem Einbauort der Drucksensoren angeordnet werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren in Abhängigkeit zumindest eines Betriebspunktes der Brennkraftmaschine durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass die Berechnung der Verschmutzung nur in solchen Betrieb spunkten der Brennkraftmaschine durchgeführt wird, in dem stetige atmo sphärische Bedingungen herrschen, die überhaupt eine Messung des Saug rohrdruckes und einen Vergleich des Saugrohrdruckes mit dem Atmosphä rendruck, eine Erfassung der den Luftfilter durchströmenden Luftmasse und/oder der Lufttemperatur zulassen. Betriebspunkte sind beispielsweise die Last (abgeleitet aus einem eingestellten Drosselklappenwinkel), die Drehzahl oder sonstige Betriebsparameter der Brennkraftmaschine. Weitere Parameter sind Umgebungsgrößen wie zum Beispiel die Lufttemperatur.

In Weiterbildung der Erfindung wird dann, wenn die Druckdifferenz einen vor gebbaren Bereich verläßt, ein eine unzulässige Verschmutzung darstellendes Signal erzeugt. Dadurch wird dem Fahrer des Fahrzeuges angezeigt, wann ein Wechsel des Luftfilters erforderlich ist. Der vorgebbare Bereich für die Druckdifferenz ist in vorteilhafter Weise derart gewählt, dass dann, wenn die Druckdifferenz den vorgegebenen Bereich verläßt, der Luftfilter für einen hin reichend weiteren Betrieb des Fahrzeuges noch geringe Speicherkapazitäten aufweist. Damit ist ein verbrauchs- beziehungsweise verschmutzungsabhän giges Wechseln des Luftfilters (der Luftfilterpatrone) möglich.

In Weiterbildung der Erfindung wird das die unzulässige Verschmutzung dar stellende Signal zumindest zeitlich bewertet. Dieses Signal, zum Beispiel über einen vorgebbaren Zeitraum integriert, kann kurzfristig schwanken und den vorgebbaren Bereich verlassen, was beispielsweise aus Schwankungen des gemessenen beziehungsweise berechneten Atmosphärendruckes bezie hungsweise des Saugrohrdruckes (beispielsweise infolge von schnellen Lastwechsel) resultiert. Durch die zeitliche Bewertung wird also dieses Signal beziehungsweise dessen Verlauf geglättet, so dass kurzfristige, starke Aus schläge nicht zu einer Signalisierung führen, dass der Luftfilter keine Spei cherkapazität mehr aufweist. Unter einer solchen zeitlichen Bewertung ist auch zu verstehen, dass der Wechsel des Luftfilters, der gegenüber einem verschmutzten Luftfilter zu einer deutlichen Änderung des erfaßten (gemessenen oder berechneten) Differenzdruckes führt, beispielsweise über mehrere Fahrtzyklen erkannt wird und der neue Differenzdruck, verursacht durch den Wechsel, als Maß für die Durchlässigkeit des neuen, noch nicht verschmutzten Luftfilters herangezogen wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Signal für den Wechsel des Luftfilters vorgebbar. Dies bedeutet, dass beispielsweise nach erfolgtem Wechsel des Luftfilters in der Werkstatt dem Motorsteuergerät, der On-Board- Diagnoseeinrichtung oder dergleichen mitgeteilt wird, dass der Luftfilter ge wechselt wurde. Dies erfolgt beispielsweise durch Knopfdruck. Dadurch wird eine Adaptionsfunktion ausgelöst, die besagt, dass der nun gemessene oder berechnete Differenzdruck als Maß für die Durchlässigkeit des neuen, noch nicht verschmutzten Luftfilters herangezogen wird. Denkbar ist auch, dass für den jeweiligen Typ des Luftfilters ein entsprechender Wert für das Maß der Durchlässigkeit eingegeben wird, so dass schon leichte Verunreinigungen oder auch Fertigungstoleranzen vor den folgenden Messungen berücksichtigt werden können.

In Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren im Rahmen einer On- Board-Diagnose im Fahrzeug durchgeführt. Dabei kann, muss aber nicht zwangsweise, die On-Board-Diagnose insbesondere dann durchgeführt wer den, wenn in einem Fahrzyklus ein vorgebbarer Betriebspunkt erreicht ist, das heißt, bei Vorliegen vorgebbarer Parameter (wie beispielsweise Last- und Drehzahlpunkte) werden weitere Parameter zur Diagnose erfaßt und ausgewertet. So übernimmt beispielsweise ein Motorsteuergerät, dass für die Rege lung des Betriebes der Brennkraftmaschine eingesetzt wird, die Auswertung und die Diagnose der gemessenen beziehungsweise berechneten und er zeugt das Signal, das die unzulässige Verschmutzung beziehungsweise die erreichte Kapazitätsgrenze des Luftfilters darstellt. Diese Information, insbe sondere verbunden mit einer Aufforderung zum Wechseln des Luftfilters, er hält der Fahrer des Fahrzeuges beispielsweise über das Kombiinstrument. Es ist auch denkbar, das Signal in einem Speicher beispielsweise des Motor steuergerätes abzuspeichern und bei einer Inspektion oder einem sonstigen Aufenthalt des Fahrzeuges in der Werkstatt zu entscheiden, ob der Zeitraum bis zum nächsten möglichen Aufenthalt des Fahrzeuges in der Werkstatt aus reichend ist, um die durchschnittlich im Luftfilter sich ansammelnden Ver schmutzungen noch in diesem speichern zu können.

In vorteilhafter Weise wird das Verfahren während eines jeden Fahrtzyklusses des Fahrzeuges durchgeführt, da lediglich während eines solchen Fahrtzy klusses Verschmutzungen anfallen. Somit wird die Verschleißkomponente Luftfilter nicht mehr intervallmäßig (das heißt turnusmäßig mit der Inspektion, entsprechend dem vom Hersteller verschriebenen Serviceintervallen), son dern verschleißabhängig beziehungsweise verschmutzungsabhängig ge wechselt.

In den Patentansprüchen sind weiterhin Vorrichtungen angegeben, die bei spielhaft zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden können, auf die das Verfahren jedoch nicht beschränkt ist. Diese Vor richtungen sind im folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: Vorrichtung mit zwei Drucksensoren,

Fig. 2: Vorrichtung mit einem Druck- und/oder einem Luftmassensensor.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit zwei Drucksensoren, wobei ein Drucksensor schon im Fahrzeug vorhanden ist, jedoch nicht im Ansaugtrakt angeordnet ist. Der Ansaugtrakt ist dargestellt durch einen Luftfilter 1, der in an sich bekannter Weise einen Lufteinlaßbe reich 2 aufweist, wobei die vom Lufteinlaßbereich 2 in den Luftfilter 1 einströ mende Luft in ein Saugrohr 3 gelangt. Zur Messung des hinter dem Luftfilter 1 herrschenden Druckes (Saugrohrdruckes) ist ein Saugrohrdrucksensor 4 an geordnet, dessen Ausgangssignal einem Motorsteuergerät 5 zugeführt wird. Dieser Saugrohrdrucksensor 4 ist für die Regelung des Betriebes der Brenn kraftmaschine zwangsweise erforderlich und somit vorhanden. Dem Motor steuergerät 5 werden weitere Eingangsparameter 6 (wie beispielsweise Dreh zahl der Brennkraftmaschine und weitere Betriebsparameter sowie gegebe nenfalls Umgebungsgrößen) durchgeführt, wobei zumindest auf Basis des Ausgangssignales des Saugrohrdrucksensors 4 und der weiteren Eingangs parameter 6 Ausgangssignale 7 erzeugt werden, die beispielsweise die Ein spritzeinrichtung der Brennkraftmaschine ansteuern.

Der Atmosphärendruck, der zur Berechnung der Druckdifferenz erforderlich ist, wird von einem nicht im Ansaugtrakt angeordneten und schon im Fahr zeug vorhandenen Drucksensor 8 erfaßt, wobei dieser Drucksensor 8 den Atmosphärendruck zum Beispiel an ein Klimasteuergerät 9 übermittelt. In Ab hängigkeit des von dem Drucksensor 8 erfaßten Atmosphärendruckes und weiterer Eingangsparameter 10 erzeugt das Klimasteuergerät 9 Ausgangs signale 11 zur Regelung des Betriebes der Klimaanlage. Auf diese Art und Weise wird der Drucksensor 8, der darüber hinaus mit dem Motorsteuergerät 5 verschaltet ist, dazu ausgenutzt, um den Atmosphärendruck zu messen, so dass ein separater Sensor im Lufteinlaßbereich 2 entfällt. Das Motorsteuerge rät 5 ist dazu ausgebildet, zumindest aus den Ausgangssignalen des Saug rohrdrucksensors 4 und des Drucksensors 8 eine Druckdifferenz zu berech nen und daraus den Verschmutzungsgrad des Luftfilters 1 abzuleiten.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit dem Saugrohrdrucksensor 4, der im Saugrohr 3 im Bereich hinter einer Drosselklappe 12 angeordnet ist. Im Bereich zwischen dem Luftfilter 1 und der Dros selklappe 12 ist ein Luftmassensensor 13 angeordnet, der die durch den Luftfilter 1 strömende Luftmasse ermittelt. Diese beiden Sensoren 4 und 13 sind insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführung, aber auch bei Brennkraftmaschinen beziehungsweise Fahrzeugen, die mit einer On- Board Diagnoseeinrichtung versehen sind, vorhanden. Die Ausgangssignale des Saugrohrdrucksensors 4 und des Luftmassensensors 13 werden über eine Datenleitung 14 an das Motorsteuergerät 5 übertragen, wobei diese dann aus der mittels des Luftmassensensors 13 gemessenen Luftmasse, der gemessenen Lufttemperatur und dem mittels des Saugrohrdrucksensors 4 gemessenen Saugrohrdruckes einen Wert für den Atmosphärendruck vor dem Luftfilter 1 (im Lufteinlaßbereich 2, also entsprechend dem Atmosphä rendruck) berechnen und anschließend aus dem berechneten Atmosphären druck und dem gemessenen Saugrohrdruck beziehungsweise aus der Druckdifferenz ein Verschmutzungsrad für den Luftfilter 1 hergeleitet wird. An der Datenleitung 14 können noch weitere Sensoren und/oder Steuergeräte angeschlossen sein, wobei den weiterhin angeschlossenen Steuergeräten beziehungsweise einem Teil davon die Ausgangssignale der Sensoren 4 und/oder 13 zuführbar sind.

Es sei noch darauf hingewiesen, dass auch der in Fig. 1 gezeigte Drucksen sor 8 an der Datenleitung 14 angeschlossen sein kann, so dass zumindest das Motorsteuergerät 5 dessen Ausgangssignale über die Datenleitung 14 erhält. Weiterhin kann auch das Klimasteuergerät 9 über die Datenleitung 14 das Ausgangssignal des Drucksensors 8 erhalten. Denkbar ist auch, dass der Drucksensor 8 einem Tanksystem des Fahrzeuges zur Erfassung des Atmo sphärendruckes zugeordnet ist. Hierbei ist die Verwendung eines Absolut drucksensors und ein druckfreier Betriebszustand (Entlüftung) des Tankes erforderlich. Die Ausgangssignale können auch zur Regelung des Betriebes der Klimaanlage, zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades des Luftfilters und für weitere Zwecke verwendet werden. Alternativ dazu kann auch der Luftmassensensor 13 - wie auch der Saugrohrdrucksensor 4 in Fig. 1 - mit dem Motorsteuergerät 5 verschaltet sein.

Bezugszeichenliste

1

Luftfilter

2

Lufteinlaßbereich

3

Saugrohr

4

Saugrohrdrucksensor

5

Motorsteuergerät

6

weitere Eingangsparameter

7

Ausgangssignale

8

Drucksensor

9

Klimasteuergerät

10

weitere Eingangsparameter

11

Ausgangssignale

12

Drosselklappe

13

Luftmassensensor

14

Datenleitung

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines dem An saugtrakt einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Fahrzeuges vor geschalteten Luftfilters, wobei eine Druckdifferenz aus dem Atmosphä rendruck vor dem Luftfilter und dem herrschenden Druck hinter dem Luft filter (Saugrohrdruck) ein Maß für den Verschmutzungsgrad ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Atmosphärendruck von einem nicht im Ansaug trakt angeordneten und schon im Fahrzeug vorhandenen Drucksensor erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schon im Fahrzeug vorhandene Drucksensor Bestandteil einer Klimaanlage zur Regelung des Betriebes der Klimaanlage ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schon im Fahrzeug vorhandene Drucksensor Bestandteil eines Tanksystemes zur Erfassung von Undichtigkeiten eines Tankes ist.

4. Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines dem An saugtrakt einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Fahrzeuges vor geschalteten Luftfilters, wobei eine Druckdifferenz aus dem Atmosphä rendruck vor dem Luftfilter und dem herrschenden Druck hinter dem Luft filter (Saugrohrdruck) ein Maß für den Verschmutzungsgrad ist, dadurch gekennzeichnet, dass die den Luftfilter durchströmende Luftmasse gemessen und aus der gemessenen Luftmasse, der Lufttemperatur und dem ge messenen Saugrohrdruck ein Wert für den Atmosphärendruck berechnet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass der von dem schon vorhandenen Drucksensor gemessene Atmo sphärendruck und der Saugrohrdruck in elektrische Signale umgewandelt wer den, die auf einer Datenleitung (Datenbus) zur weiteren Verarbeitung bereitge stellt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Verfahren in Abhängigkeit zumindest eines vorgebbaren Betrieb spunktes oder Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass dann, wenn die Druckdifferenz einen vorgegebenen Bereich verläßt, ein eine unzulässige Verschmutzung darstellendes Signal erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das die unzulässige Verschmutzung darstellende Signal zumindest zeitlich bewertet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass ein Signal für den Wechsel des Luftfilters vorgebbar ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das im Rahmen einer On-Board-Diagnose im Fahrzeug durchgeführt wird, wobei die On-Board- Diagnose dann durchgeführt wird, wenn in jedem Fahrzyklus ein vorgebbarer Betriebspunkt erreicht ist.

11. Vorrichtung zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines dem An saugtrakt einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Fahrzeuges vor geschalteten Luftfilters (1), wobei eine Druckdifferenz aus dem Atmosphärendruck vor dem Luftfilter und dem herrschenden Druck hinter dem Luft filter (Saugrohrdruck) ein Maß für den Verschmutzungsgrad ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Atmosphärendruck von einem nicht im Ansaug trakt angeordneten und schon im Fahrzeug vorhandenen Drucksensor (8) erfassbar ist.

12. Vorrichtung zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines dem An saugtrakt einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Fahrzeuges vor geschalteten Luftfilters (1), wobei eine Druckdifferenz aus dem Atmosphä rendruck vor dem Luftfilter (1) und dem herrschenden Druck (Saug rohrdruck) hinter dem Luftfilter (1) ein Maß für den Verschmutzungsgrad ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftmassensensor (13) vorgesehen ist, der die den Luftfilter durchströmende Luftmasse mißt, und dass ein Steuergerät vorgesehen ist, das aus der gemessenen Luftmasse, der Lufttemperatur und dem gemessenen Saugrohrdruck einen Wert für den Atmosphärendruck berechnet.