DE4037685A1

DE4037685A1 - Filterkontrolleinrichtung fuer innenraum-luftfilter von kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE4037685A1
Application number: DE19904037685
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Fleischer; Klaus Ing Grad Zimmermann
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Deutschland Holdings GmbH
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1992-06-04

Description

Die Erfindung betrifft eine Filterkontrolleinrichtung für In nenraum-Luftfilter von Kraftfahrzeugen mit einem elektrischen Gebläsemotor mit einem in dessen Förderstrom angeordneten Filter, einer elektrischen bzw. elektronischen Gebläsedreh zahlsteuerung und einer Einrichtung zur Steuerung der Luft wege.

Die Kontrolle von Luftfiltern kann beispielsweise dadurch er folgen, daß vor dem Filter ein definierter Luftstrom mit ei nem bestimmten Druck erzeugt wird und ein nach dem Luftfilter auftretender Druckabfall ein Kriterium für den Grad der Ver schmutzung darstellt. Dieses bekannte Prinzip findet bei spielsweise Anwendung bei Staubsaugern zur Kontrolle des Staubbeutels. Aus der EP-PS 01 60 010 ist eine ein- und aus schaltbare Filteranlage zur Reinigung von mit Schadstoffen belasteter Luft bekannt, welche Kraftfahrzeugkabinen zuge führt wird unter Verwendung eines Chemisorptionsfilters und diesem in Strömungsrichtung der Luft nachgeordneten Katalysa tormassen. Die Filteranlage wird dabei in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades der Luft mittels geeigneter Meßgeräte und Stellglieder ab- und zugeschaltet.

Diese bekannten Einrichtungen zum Anzeigen des Verschmut zungsgrades des Filters bzw. zur Reinhaltung der Innenraum luft von Kraftfahrzeugen sind nicht dafür geeignet, die Plu ralität der Einflußgröße konzentriert und mit Prioritäten be aufschlagt in einen verläßlichen Wert für die Filterkontrolle zusammenzuführen.

Der Innenraum-Luftdurchsatz eines Gebläsemotors eines Kraft fahrzeuges hängt nämlich von folgenden relevanten Parametern ab:

- Temperatur
- Luftfeuchtigkeit
- Windgeschwindigkeit
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- Betriebsspannung
- steuerbare Klappen mit Umluft-/Frischluftöffnung
- Gebläsestufen (Gebläsemotordrehzahl)
- Lagerverschleiß des Gebläsemotors
- Entlüftung bzw. Fenster- oder Schiebedachöffnung.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Filterkontrolleinrichtung anzugeben, die unter Einfluß nahme von einer Vielzahl von signifikanten physikalischen Pa rametern zuverlässig die Verschmutzung des Filters anzeigt und auf die Notwendigkeit seiner Auswechslung hinweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Überwachung der Filterverschmutzung eine elektronische Schal tung vorgesehen ist, die die Stromaufnahme des Gebläsemotors bei im Förderstrom angeordnetem Luftfilter im Verhältnis zu einem Referenzwert auswertet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den Gebläsemotorstrom als Funktion von Temperatur und Be triebsspannung zu messen und diesen Wert mit einem zuvor in einem Kennfeld abgelegten Referenzwert zu vergleichen. Alter nativ dazu kann statt des Gebläsemotorstroms auch die Geblä semotordrehzahl als Funktion der zuvor genannten Parameter gemessen und mit einem in einem anderen alternativen Kennfeld abgelegten Referenzwert verglichen werden. Das Ergebnis des Vergleichs liefert Aufschluß über den Grad der Verschmutzung des Filters bzw. über das funktionsgerechte Verhalten des Ge bläsemotors.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zunächst die Frischluftklappen geschlossen sind und der Gebläsemotor nur im Umluftbetrieb arbeitet. Die dabei aufgenommene Stromstärke wird gemessen und bei nachfolgendem Umschalten auf Frischluftbetrieb, d. h. wenn Frischluftklap pen geöffnet werden mit der daraus resultierenden Stromauf nahme verglichen. Bei tolerierter Differenzstromaufnahme wird ein unverschmutzter Filter angezeigt (Fig. 5).

Die erfindungsgemäße Filterkontrolleinrichtung hat den we sentlichen Vorteil, daß die Filterkapazität dadurch besser ausgenutzt wird, daß ein Wechsel erst bei einem erschöpften Staubspeichervermögen erfolgt. Außerdem lassen sich der Kom fort und die Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs erhöhen, da ein nicht rechtzeitig vorgenommener Filterwechsel beim Be lüften, Heizen und Entfrosten der Scheiben eine nachhaltige Verschlechterung des Luftdurchsatzes bewirken und als Beein trächtigung empfunden werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine Filterkontroll einrichtung,

Fig. 2 ein Kennfeld mit dem Gebläsestrom I als abhän gige Variable,

Fig. 3 ein zu Fig. 2 alternatives Kennfeld mit der Gebläsemotordrehzahl n als abhängige Variable,

Fig. 4 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines Gleichstrom-Gebläsemotors.

Aus der Vielzahl der zuvor genannten Parameter beschränkt sieh die vorliegende Erfindung auf die Heranziehung der Para meter Temperatur, Betriebsspannung, steuerbare Klappen und Gebläsestufen. Zum Ausschluß der Einflußgröße Windgeschwin digkeit bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Filterkontroll vorgang unmittelbar nach dem Anlaßvorgang im Standbetrieb durchgeführt. Es wird eine mittlere Luftfeuchtigkeit als kon stant angenommen. Die anderen Einflußgrößen werden nicht über Sensoren oder Wandler erfaßt, haben aber sehr bedingt einen Einfluß auf das Auswerteergebnis wie nachfolgend noch erläu tert wird.

Die Luftfilterkontrolleinrichtung gemäß Blockschaltbild der Fig. 1 zeigt mit Bezugszeichen M den elektrischen Gebläsemo tor, in dessen Ansaugbereich der zu kontrollierende Filter F angeordnet ist. Der Gebläsemotor M wird über die Gebläsemo tordrehzahlsteuerung StG angesteuert, die z. B. im wesent lichen aus einem oder mehreren vorschaltbaren Widerständen besteht, um so die Motordrehzahl in entsprechende Stufen ein zuteilen. Statt der genannten Widerstände kann die Motordreh zahl auch über ein variables Puls/Pausenverhältnis der am Mo tor anliegenden Betriebsspannung beeinflußt werden. Die Ge bläsemotordrehzahlsteuerung StG wird vom Ausgang O₀ der zen tralen Steuereinheit CPU (central processing unit) angesteu ert. Ein weiterer Ausgang O₂ ist an die Klimaregelungseinheit ECC (electronic climate control) geführt, über die die Stel lung der Klappen sowie Umschaltung Umluft/Frischluft beein flußt werden. Die zentrale Steuereinheit CPU kann ein Mikro prozessorsystem sein. Des weiteren besitzt die zentrale Steu ereinheit CPU einen dritten Ausgang O₁, an den eine Filter- Checksignal-Anzeigeeinheit CH angeschlossen ist, die anzeigt, ob der Filter F funktionsfähig oder auszuwechseln ist oder ob ein Defekt vorliegt. Die Filter-Checksignal-Anzeigeeinheit CH kann beispielsweise aus einem optoelektronischen Wandler in Form einer oder mehrerer Leuchtdioden LED bestehen. Ebenso kann mittels eines Displays, bestehend aus Leuchtdioden oder Flüssigkristallanzeigen LCD, der Filterkontrollvorgang ange zeigt und bewertet werden. In einer besonderen Ausgestaltung kann das Display mit Piktogrammen versehen sein. Alternativ zu optoelektronischen Wandlern kann die Filter-Checksignal Anzeigeeinheit CH aus einem elektroakustischen Wandler bei spielsweise in Form eines Lautsprechers bestehen. Der Laut sprecher kann einfache oder zusammengesetzte akustische Si gnale ausgeben, außerdem kann über ein Sprachausgabesystem der Fahrer auch direkt auf einen Filterwechsel aufmerksam ge macht werden.

An die zentrale Steuereinheit CPU mit ihren Eingängen A₁, A₂, A₃, A₄ sind über drei Analog/Digital-Wandler A/D drei Signal aufbereitungseinrichtungen S₁, S₂, S₃ sowie ein Anlaßstrom messer S₄ angeschlossen. Die Signalaufbereitungseinrichtung S₁ ist dabei ein Temperatursensor, die Einrichtung S₂ ein Be triebsspannungsmesser und die Einrichtung S₃ ein Gebläse strommesser. Alternativ zu dieser Festlegung kann die Signal aufbereitungseinrichtung S₃ statt eines Gebläsestrommessers ein Gebläsemotordrehzahlmesser sein, der beispielsweise kon taktlos über ein Hall-System Drehzahlimpulse direkt dem Ein gang A₃ der zentralen Steuereinheit CPU zuführt. Selbstver ständlich kann man die Drehzahl-Information auch analog er fassen und über den Analog/Digital-Wandler A/D der zentralen Steuereinheit zuführen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Signalaufbereitungseinrichtung S₃ als Gebläsestrommesser die aktuelle Stromaufnahme I_meß des Gebläsemotors M auswer tet. Dazu ist das im folgenden beschriebene Verfahren vorge sehen:
Die aktuelle Stromaufnahme I_meß wird in der zentralen Steuer einheit CPU mit einem Referenzwert I_Ref verglichen. Unter schreitet der gemessene Strom I_meß den Referenzwert I_Ref, so wird über die Filter-Checksignal-Anzeigeeinheit CH ein Ver schmutzen bzw. Auswechseln des Filters F angezeigt. Sind ge messener Strom I_meß und Referenzwert I_Ref nahezu gleich, wird angezeigt, daß der Filter funktionstauglich ist. Überschrei tet der gemessene Strom I_meß den Referenzwert I_Ref, so wird ein Defekt angezeigt. Der Referenzwert I_Ref als Bezugsgröße für die Gebläsestromaufnahme I_meß ist als Funktion der physi kalischen Parameter Temperatur T und Betriebsspannung U_Batt als Kennfeldgröße in einem Kennfeld gemäß Fig. 2 in einem Speicher, vorzugsweise einem RAM oder EPROM der zentralen Steuereinheit CPU abgelegt. Die Auswertekriterien bezüglich des gemessenen Stromes I_meß beruhen im wesentlichen auf den Erkenntnissen des vereinfachten Ersatzschaltbildes des Gleichstrommotors M gemäß Fig. 4. Unter der Annahme einer konstanten Betriebsspannung U_Batt wird der Gebläsemotor bei großer Belastung (z. B. Lagerverschleiß etc.) langsamer dre hen. Die induzierte Ankerspannung U_q wird kleiner und der Ge bläsemotorstrom I_meß steigt. Umgekehrt wird bei geringer Be lastung (wenn z. B. der Filter verschmutzt ist) wenig Lei stung abgegeben, die Drehzahl steigt und damit die induzierte Ankerspannung U_q und als Folge davon sinkt der Gebläsemotor strom I_meß.

Um die eingangs genannten weiteren Einflußgrößen für den Fil terkontrollvorgang weitestgehend auszuschließen, wird dieser im Standbetrieb durchgeführt. (Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null.) Dazu wertet die Signalaufbereitungseinrichtung S₄ als Anlaßstrommesser den Anlasserstrom aus. Nun soll aber nicht nach jedem Anlaßvorgang ein automatischer Filterkontrollvor gang eingeleitet werden, da ein Filter zwischen zwei Starts in der Regel noch nicht verschmutzt ist. Aus diesem Grunde ist ein Zähler vorgesehen, der jeden Anlaßvorgang zählt und den Zähler inkrementiert, bis ein Sollzählerstand erreicht ist, ab dem der Zähler auf Null zurückgesetzt wird, so daß mit dem nächsten Anlaßvorgang der Beginn einer neuen automa tischen Filterkontrolle eingeleitet wird, bei der der Zähler stand dann eins ist. Der Sollzählerstand kann zwischen 5 und 20 liegen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist er 10. Ist der Zählerstand eins, so wird bei Beginn der automa tischen Filterkontrolle die maximal verfügbare Betriebsspan nung U_Batt an den Gebläsemotor M angelegt. Dies geschieht über die zentrale Steuereinheit CPU und die Gebläsemotordreh zahlsteuerung StG. Außerdem werden im Zusammenwirken zwischen zentraler Steuereinheit CPU und der Klimaregelungseinheit ECC (electronic climate control) alle steuerbaren Klappen bzw. Öffnungen geöffnet, und die Umluft/Frischluftvorrichtung auf Frischluft eingestellt, so daß ein optimaler Luftdurchsatz bewirkt wird. Nach dem Erfassen der Gebläsemotorspannung U_Batt werden die Temperatur T und der aufgenommene Gebläse strom I_meß in einen Speicher (vorzugsweise RAM) der zentralen Steuereinheit CPU eingelesen. Im anschließenden Schritt wird aus den gemessenen Werten Betriebsspannung U_Batt und Tempera tur T der in Kennfeld gemäß Fig. 2 abgelegte Referenzwert I_Ref ermittelt, um anschließend mit dem gemessenen aktuellen Gebläsestrom I_meß verglichen zu werden. Anschließend wird in Abhängigkeit des Auswerteergebnisses über die Filter-Checksi gnal-Anzeigeeinheit CH das Ergebnis ausgegeben.

Alternativ kann wie eingangs erwähnt, statt des aktuellen Ge bläsemotorstroms I_meß die Drehzahl n_meß mit einem Referenz wert n_Ref verglichen werden. Dazu wird dieser Drehzahlrefe renzwert n_Ref ebenfalls als Funktion der physikalischen Para meter Temperatur T und Betriebsspannung U_Batt als Kennfeld größe in einem Kennfeldbereich gemäß Fig. 3 der zentralen Steuereinheit CPU abgelegt.

Für den Fall, daß die gemessene Drehzahl n_meß den Referenz wert n_Ref überschreitet, wird ein Beschmutzen bzw. Auswech seln des Filters F angezeigt. Ist die Drehzahl n_meß kleiner als der Referenzwert n_Ref, wird ein Defekt (z. B. Lagerver schleiß) angezeigt. Bei annähernder Gleichheit beider Werte wird Funktionstauglichkeit des Filters F signalisiert.

Claims

1. Filterkontrolleinrichtung für Innenraum-Luftfilter von Kraftfahrzeugen mit einem elektrischen Gebläsemotor (M) mit einem in dessen Förderstrom angeordneten Filter (F), einer elektrischen bzw. elektronischen Gebläsemotordreh zahlsteuerung (StG) und einer Einrichtung zur Steuerung der Luftwege, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwa chung der Filterverschmutzung eine elektronische Schal tung (S, A/D, CPU) vorgesehen ist, die die Stromaufnahme des Gebläsemotors bei im Förderstrom angeordnetem Luft filter im Verhältnis zu einem Referenzwert auswertet.

2. Filterkontrolleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Referenzwert als parametrische Kennfeldgröße in der elektronischen Schaltung (CPU) vor handen ist.

3. Filterkontrolleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Gebläsemotordrehzahlsteue rung (StG) und die Klimaregelungseinheit (ECC) an Aus gängen (O₀, O₂) einer zentralen Steuereinheit (CPU central processing unit) angeschlossen sind, über die mittels eines Steuerprogramms ein automatischer Filter kontrollvorgang durchführbar ist, und an deren Eingänge (A₁, A₂, A₃, A₄) über Analog/Digitalwandler (A/D) Si gnalaufbereitungseinrichtungen (S₁, S₂, S₃) sowie ein Anlaßstrommesser (S₄) angeschlossen sind.

4. Filterkontrolleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem weiteren Ausgang (O₁) der zentralen Steuereinheit (CPU) eine Fil ter-Checksignal-Anzeigeeinheit (CH) angeschlossen ist, die anzeigt, daß der Filter (F) funktionsfähig oder aus zuwechseln ist oder daß ein Defekt vorliegt.

5. Filterkontrolleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter-Check signal-Anzeigeeinheit (CH) aus einem optoelektronischen Wandler besteht.

6. Filterkontrolleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der optoelektronische Wandler aus min destens einer Leuchtdiode (LED) besteht.

7. Filterkontrolleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der optoelektronische Wandler aus ei nem LED- oder LCD-Display besteht.

8. Filterkontrolleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß das Display mit Piktogrammen ausge staltet ist.

9. Filterkontrolleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Filter-Checksignal-Anzeigeeinheit (CH) aus einem elektroakustischen Wandler besteht.

10. Filterkontrolleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß der elektroakustische Wandler ein Lautsprecher ist.

11. Filterkontrolleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Signalaufbereitungseinrichtung (S₁) ein Temperatursensor, die Einrichtung (S₂) ein Be triebsspannungsmesser und die Einrichtung (S₃) ein Ge bläsestrommesser ist.

12. Filterkontrolleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einrichtung (S₁) ein Temperatur sensor, die Einrichtung (S₂) ein Betriebsspannungsmesser und die Signalaufbereitungseinrichtung (S₃) ein Gebläse drehzahlmesser ist.

13. Verfahren zur automatischen Filterkontrolle für Innen raum-Luftfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß die aktuelle Stromaufnahme des Gebläsemotors (M) ausgewertet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle Stromaufnahme des Gebläsemotors (M) mit ei nem Referenzwert verglichen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich net, daß bei Unterschreiten des Referenzwertes (I_Ref) über die Filter-Checksignal-Anzeigeeinheit (CH) ein Ver schmutzen bzw. Auswechseln des Filters (F) angezeigt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich net, daß für den Fall, daß der gemessene Gebläsestrom (I_meß) und der Referenzstrom (I_Ref) nahezu gleich sind, die Filter-Checksignal-Anzeigeeinheit (CH) anzeigt, daß der Filter funktionsfähig ist.

17. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich net, daß für den Fall, daß der gemessene Gebläsestrom (I_meß) größer als der Referenzwert (I_Ref) ist, die Fil ter-Checksignal-Anzeigeeinheit anzeigt, daß ein Defekt vorliegt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert (I_Ref) für die Ge bläsestromaufnahme als Funktion der physikalischen Para meter Temperatur (T) und Betriebsspannung (U_Batt) als Kennfeldgröße in einem Kennfeldbereich der zentralen teuereinheit (CPU) abgelegt ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn einer automatischen Fil terkontrolle durch den Anlasserstrom ausgelöst wird und daß nach jedem Anlaßvorgang ein Zähler inkrementiert, bis ein Sollzählerstand erreicht wird, ab dem der Zähler wieder auf Null gesetzt wird und mit dem nächsten Anlaß vorgang der Beginn einer neuen automatischen Filterkon trolle eingeleitet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß nur beim Zählerstand 1 eine automatische Filterkontrolle eingeleitet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollzählerstand zwischen 5 und 20 ist.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollzählerstand 10 ist.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß mit Beginn einer automatischen Fil terkontrolle die maximal verfügbare Betriebsspannung (U_Batt) an dem Gebläsemotor (M) angelegt wird und daß über die zentrale Steuereinheit (CPU) alle steuerbaren Klappen geöffnet und die Umluftöffnung auf Frischluft öffnung gestellt wird, so daß ein optimaler Luftdurch satz bewirkt wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erfassen der Gebläsemotorspan nung (U_Batt) die Temperatur (T) und der aufgenommene Ge bläsestrom (I_meß) in die zentrale Steuereinheit (CPU) eingelesen werden.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Kennfeld der zu der gemesse nen Spannung (U_Batt) und Temperatur (T) zugeordnete ab gespeicherte Referenzwert (I_Ref) mit dem aktuellen ge messenen Gebläsestrom (I_meß) verglichen wird.

26. Verfahren zur automatischen Filterkontrolle für Innen raum-Luftfilter nach einem der Ansprüche 3 bis 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle Drehzahl (n_meß) des Gebläsemotors (M) mit einem Referenzwert (n_Ref) verglichen wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert (n_Ref) für die Gebläsedrehzahl als Funktion der physikalischen Parameter Temperatur (T) und Betriebsspannung (U_Batt) als Kennfeldgröße in einem Kennfeldbereich der zentralen Steuereinheit (CPU) abge legt ist.

28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeich net, daß für den Fall, daß die aktuelle Drehzahl (m_meß) den Referenzwert (n_Ref) überschreitet, über die Filter- Checksignal-Anzeigeeinheit (CH) ein Verschmutzen bzw. Auswechseln des Filters (F) angezeigt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeich net, daß für den Fall, daß die aktuelle Drehzahl (n_meß) nahezu gleich dem Referenzwert (n_Ref) ist, die Filter- Checksignal-Anzeigeeinheit (CH) einen funktionsfähigen Filter (F) anzeigt.

30. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeich net, daß für den Fall, daß die aktuelle Drehzahl (n_meß) den Referenzwert (n_Ref) unterschreitet, die Filter- Checksignal-Anzeigeeinheit (CH) anzeigt, daß ein Defekt vorliegt.

31. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Referenzwert aus dem Betriebszustand des Gebläsemotors gewonnen wird, bei dem der Luftförderstrom bei sonst unveränderten Betriebsbedingungen nicht über den Luftfilter geleitet wird.