DE102015200996A1 - Method and device for monitoring the service life of a filter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einer Vorrichtung zur Standzeitüberwachung eines Filters in einer mit einem Gebläse ausgestatteten Filteranlage, insbesondere eines Filters in einer Heizungs- und Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Filteranlage geleitete Luft zur Luftversorgung eines Innenraums dient, und aus dem Zeitverlauf einer Konzentration eines luftgetragenen Stoffes in der Innenraumluft auf die durch das Filter durchgesetzte Luftmenge zurückgeschlossen wird.The invention relates to a method and a device for lifetime monitoring of a filter in a filter system equipped with a fan, in particular a filter in a heating and air conditioning system of a motor vehicle. The invention is characterized in that the air passed through the filter system is used to supply air to an interior, and from the time course of a concentration of an airborne substance in the indoor air is closed back to the amount of air through the filter.
Description
Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Standzeitüberwachung eines Filters in einer mit einem Gebläse ausgestatteten Filteranlage, insbesondere eines Filters in einer Heizungs- und Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a method and a device for lifetime monitoring of a filter in a filter system equipped with a fan, in particular a filter in a heating and air conditioning system of a motor vehicle.
Solche Vorrichtungen und Verfahren sind bekannt, und werden dazu eingesetzt, zu erkennen, wann ein Filter mit Schmutzpartikeln zugesetzt ist und dadurch soweit in seiner Funktion beeinträchtigt ist, so dass es gegen ein neues Filter ausgetauscht werden muss.Such devices and methods are known, and are used to detect when a filter is added with dirt particles and thus far impaired in its function, so that it must be replaced with a new filter.
Die
In der
Die
Eine weitere Möglichkeit, die Notwendigkeit eines Filterwechsels zu erkennen, ist in der
Einen anderen Weg, die Beladung des Filters zu bestimmen, zeigt die
In der
Die
Ein Verfahren zur Erkennung der Zusetzung des Filters eines Luftverteilungssystems, bei dem der Systemwiderstand bestimmt und mit einem Schwellwert verglichen wird, erläutert die
Einen weiteren indirekten Ansatz, den Filterzustand zu erkennen, zeigt die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei dem Problem der Standzeitüberwachung von Filtern die Zusetzung eines Filters in einer Filteranlage mit Schmutzpartikeln zu bestimmen, wobei diese Bestimmung möglichst nur mit der Sensorik durchgeführt werden soll, die ohnehin schon in der Filteranlage oder in der Umgebung der Filteranlage vorhanden ist, wie insbesondere Sensoren im Innenraum eines Kraftfahrzeugs. Dabei soll auch die Ungenauigkeit vermieden werden, die sich bei einer abschätzenden Bestimmung etwa unter der Annahme von Luftverschmutzungsgraden ergibt. Weiterhin soll der thermische Komfort in einem mit durch die Filteranlage geleiteter Luft versorgten Innenraum nicht beeinträchtigt werden.The object of the invention is therefore to determine the addition of a filter in a filter system with dirt particles in the problem of lifetime monitoring of filters, this determination should be carried out as possible only with the sensor, already in the filter system or in the vicinity of the filter system is present, in particular sensors in the interior of a motor vehicle. The aim is also to avoid the inaccuracy that results in an estimating determination, for example, assuming air pollution levels. Furthermore, the thermal comfort in an area supplied with air guided through the filter system should not be impaired.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 11, indem die durch die Filteranlage geleitete Luft zur Luftversorgung eines Innenraums dient, und aus dem Zeitverlauf einer Konzentration eines luftgetragenen Stoffes in der Innenraumluft auf die durch das Filter durchgesetzte Luftmenge zurückgeschlossen wird. This object is achieved with the features of
In Filteranlagen, insbesondere an Filtern in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, entsteht ein Abfall im Volumenstrom mit zunehmender Anlagerung von Verschmutzungen am Filter. Daher ist der Volumenstrom der Luft, die durch das Filter durchgesetzt wird, ein Indikator für den Grad der Zusetzung des Filters mit Schmutzpartikeln und damit auch für die verbleibende Rest-Standzeit des Filters bis ein Filterwechsel erforderlich wird. In filter systems, especially on filters in air conditioning systems of motor vehicles, a drop in volume flow with increasing accumulation of dirt on the filter. Therefore, the volume flow of the air, which is enforced by the filter, an indicator of the degree of clogging of the filter with dirt particles and thus for the remaining remaining life of the filter until a filter change is required.
Vorzugsweise kann der luftgetragene Stoff, dessen Konzentration gemessen wird, Kohlenstoffdioxid (CO2) sein. CO2 ist normalerweise in einer geringen Hintergrundkonzentration in der Luft vorhanden, wird allerdings auch durch im Innenraum befindliche Personen erzeugt. Daher resultiert die momentane Konzentration von CO2 in der Innenraumluft im Wesentlichen aus dem Zusammenwirken der Hintergrundkonzentration von CO2 in der Außenluft, der Menge an CO2, die von den im Innenraum befindlichen Personen, insbesondere von Fahrzeuginsassen, erzeugt wird, sowie aus der Luftwechselrate, mit der die Luft im Innenraum mit gefilterter Außenluft ausgetauscht wird. Die Luftwechselrate ergibt sich dabei aus dem Volumenstrom der durch die Filteranlage eingeleiteten und durch eine Enttlüftungseinrichtung abgeleiteten Luft, sowie ggf. aus Leckluftströmen in und aus dem Innenraum, die durch Undichtigkeiten hervorgerufen werden, und nicht durch die Filteranlage geleitet werden. Preferably, the airborne substance whose concentration is measured may be carbon dioxide (CO 2 ). CO 2 is usually present in a low background concentration in the air, but is also produced by people in the interior. Therefore, the instantaneous concentration of CO 2 in the indoor air essentially results from the interaction of the background CO 2 concentration in the outside air, the amount of CO 2 generated by the occupants, in particular vehicle occupants, and the air exchange rate with which the air in the interior is exchanged with filtered outside air. The air exchange rate results from the volume flow of introduced through the filter system and derived by a venting air, and possibly from leakage air flows into and out of the interior, which are caused by leaks, and are not passed through the filter system.
Weitere Ursachen für einen erhöhten Eintrag von CO2 können beispielsweise Undichtigkeiten an einer mit CO2 betriebenen Klimaanlage sein, oder aber auch der Transport von Haustieren. Ein schnellerer Abbau von im Innenraum befindlichem CO2 dagegen kann etwa durch geöffnete Fenster, Türen oder Schiebedächer herbeigeführt werden.Other causes of increased entry of CO 2 may be, for example, leaks in a CO 2 operated air conditioning, or even the transport of pets. By contrast, faster decomposition of CO 2 in the interior can be brought about through open windows, doors or sliding roofs.
Die Messung der Konzentration von CO2 zur Bestimmung des Luftdurchsatzes durch die Filteranlage kann beispielsweise mit einem in Innenraum befindlichen CO2-Sensor erfolgen, der zur Überwachung von CO2-Konzentrationen im Hinblick auf die Luftgüte ohnehin vorgesehen ist.The measurement of the concentration of CO 2 to determine the air flow through the filter system can be done for example with a CO 2 sensor located in the interior, which is provided anyway for monitoring CO 2 concentrations in terms of air quality.
Auch die Stoffe H2O, NO, NO2, CO, O2, O3, N2, H2 können in gasförmigem Zustand bei der erfindungsgemäßen Durchführung des Verfahrens zur Standzeitüberwachung herangezogen werden. Die Konzentration von H2O in der Innenraumluft beispielsweise spielt in Bezug auf Scheibenbeschlag bei Fahrzeuginnenräumen eine wichtige Rolle. Daher werden im Fahrzeuginnenraum oft Feuchtesensoren eingesetzt, um die Luftfeuchtigkeit zu messen. Die ermittelte Luftfeuchtigkeit kann für das erfinderische Verfahren verwendet werden, um die Konzentration von H2O zu bestimmen. NO, NO2 und CO werden von im Fahrzeugbereich üblichen Luftgüte-Sensoren gut erkannt und sind deswegen ebenfalls für das erfinderische Verfahren geeignet. Die Gase O2, O3, N2, H2 sind in Ihrer Konzentration in der Innenraumluft entweder relevant oder können gut sensiert werden und können deswegen auch eingesetzt werden.Also, the materials H 2 O, NO, NO 2, CO, O 2, O 3, N 2, H 2 can be used in the inventive implementation of the method for life monitoring in the gaseous state. The concentration of H 2 O in the indoor air, for example, plays an important role with respect to window dressing in vehicle interiors. Therefore, moisture sensors are often used in the vehicle interior to measure the humidity. The detected humidity can be used for the inventive method to determine the concentration of H 2 O. NO, NO 2 and CO are well recognized by air quality sensors customary in the vehicle sector and are therefore also suitable for the inventive method. The gases O 2 , O 3 , N 2 , H 2 are either relevant in their concentration in the indoor air or can be sensed well and therefore can be used.
Staub, Feinstaub, insbesondere Staubpartikel, können ebenso als luftgetragener Stoff für das erfinderische Verfahren benutzt werden. Dust, particulate matter, especially dust particles, can also be used as airborne material for the inventive process.
Weiterhin werden im Fahrzeugbereich vermehrt Geruchsstoffe, etwa zur Beduftung des Innenraums eingesetzt. Auch solche Geruchsstoffe sind grundsätzlich dazu verwendbar, aus dem Zeitverlauf ihrer Konzentration im Innenraum auf den Luftdurchsatz zurückzuschließen.Furthermore, in the vehicle area increasingly used odors, such as the scenting of the interior. Even such odorous substances are basically usable to deduce from the passage of time their concentration in the interior of the air flow.
Je nach Wirkprinzip der verwendeten Sensorik kann es jeweils zweckmäßiger sein, entweder eine Massenkonzentration oder eine Volumenkonzentration des luftgetragenen Stoffes zur Auswertung zu benutzen.Depending on the mode of action of the sensors used, it may in each case be more appropriate to use either a mass concentration or a volume concentration of the airborne substance for evaluation.
Bei der Erfassung des Zeitverlaufs der Konzentration des luftgetragenen Stoffes kann es hilfreich sein, wenn sich Betriebsbedingungen der Filteranlage verändern, so dass aus der Korrelation einer Änderung der Konzentration zu einer Änderung der Betriebsbedingungen besser auf den Luftdurchsatz zurückgeschlossen werden kann. When detecting the time course of the concentration of the airborne substance, it may be helpful if operating conditions of the filter system change, so that from the correlation of a change in concentration to a change in operating conditions can be better deduced on the air flow.
Insbesondere eine Veränderung durch ein Umschalten einer Umluftfunktion der Filteranlage ist hier zweckmäßig. So wird beispielsweise beim Umschalten von Umluft- auf Frischluftansaugung plötzlich Luft von außen durch die Filteranlage in den Innenraum geleitet. Ist die Konzentration des luftgetragenen Stoffes in der Außenluft geringer als in der Innenraumluft, so macht sich das im zeitlichen Verlauf durch einen Abfall der Konzentration in der Innenraumluft bemerkbar. Insbesondere kann hier, wenn der luftgetragene Stoff, dessen Konzentration ausgewertet wird, CO2 ist, während einer Phase des Umluftbetriebs die Konzentration im Innenraum durch die Atmung der Insassen ansteigen. Wird dann auf Frischluft zurückgeschaltet, wird das CO2 im Innenraum durch den Luftwechsel wieder abgebaut. Die Rate, mit der die Konzentration dann fällt, hängt primär mit dem Luftdurchsatz, mit dem der Innenraum durch die Filteranlage versorgt wird, zusammen. Das bedeutet, dass aus der Abnahme der Konzentration nach dem Umschalten auf Frischluft auf den Luftdurchsatz geschlossen werden kann, und damit auf den Zustand des Filters in der Filteranlage.In particular, a change by switching a recirculation function of the filter system is expedient here. For example, when switching from recirculation to fresh air intake, air is suddenly directed from the outside through the filter system into the interior. If the concentration of the airborne substance in the outside air is lower than in the indoor air, this is noticeable over time as a result of a drop in the concentration in the interior air. In particular, here, when the airborne substance whose concentration is evaluated, CO 2 , during a phase of the recirculation mode, the concentration in the interior by the breathing of the occupants increase. If it is then switched back to fresh air, the CO 2 is degraded in the interior by the air exchange again. The rate at which the concentration then falls is primarily related to the rate of air flow through which the interior is supplied by the filter unit. This means that from the decrease in concentration after switching to fresh air on the air flow rate can be closed, and thus on the condition of the filter in the filter system.
In ähnlicher Weise kann die Änderung der Betriebsbedingungen ein Umschalten von Umluft nach Teilumluft, oder von Außenluft nach Umluft oder Teilumluft, oder von Teilumluft nach Außenluft oder Umluft, oder eine Änderung des Umluftanteils in Teilumluft sein.Similarly, the change in operating conditions may be a switching from recirculating air to partial recirculating air, or from outdoor air to recirculating air or partial recirculating air, or from partial recirculating air to outdoor air or recirculating air, or a change in recirculating air proportion to partial recirculation.
Es bietet sich dabei an, das Verfahren durchzuführen, wenn die Lufteinlassbedingungen der Luftansaugung bei einer Heizungs- und Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs entweder aufgrund der Bedienung durch die Insassen oder durch eine automatische Steuerung der Heizungs- und Klimaanlage ohnehin geändert werden, statt eine solche Änderung gesondert herbeizuführen. So wird ein Eingriff in die thermische Behaglichkeit und ein etwaiges Zugempfinden der Insassen verhindert.It makes sense to carry out the method when the air intake conditions of the air intake in a heating and air conditioning system of a motor vehicle either due to the operation by the occupants or by an automatic control of the heating and air conditioning are changed anyway, instead of bringing about such a change separately , This prevents an interference with the thermal comfort and a possible pulling sensation of the occupants.
Eine weitere Möglichkeit ist es, eine bewusste Veränderung der Konzentration des luftgetragenen Stoffes herbeizuführen und dann quantitativ auszuwerten, beispielsweise durch ein sprunghaftes Einbringens einer bestimmten Menge des luftgetragenen Stoffes. Dadurch wird der Zeitverlauf der Konzentration des luftgetragenen Stoffes im Innenraum so geändert, dass die durch das Filter durchgesetzte Luftmenge im regelungstechnischen Sinn aus einer Sprungantwort auf diesen Konzentrationssprung ermittelt werden kann. Dieser Ansatz bietet sich insbesondere bei Geruchsstoffen an, die zur Beduftung des Innenraums eingesetzt werden.Another possibility is to bring about a deliberate change in the concentration of the airborne substance and then to evaluate it quantitatively, for example by a sudden introduction of a certain amount of the airborne substance. As a result, the time profile of the concentration of the airborne substance in the interior is changed so that the amount of air through the filter can be determined in a technical sense from a step response to this concentration jump. This approach is particularly suitable for odors, which are used for scenting the interior.
Je nachdem, welcher luftgetragene Stoff dazu verwendet wird, das Verfahren auszuführen, kann es zweckmäßig sein, auch die Konzentration dieses Stoffes in der Außenluft, d.h. etwa in der Umgebung des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Speziell bei Gasen deren Hintergrundkonzentration in der Umgebungsluft stark variiert, kann dadurch die Genauigkeit der Bestimmung der durch die Filteranlage durchgesetzten Luftmenge, ausgehend von dem Zeitverlauf der Konzentration in der Innenraumluft, erhöht werden.Depending on which airborne material is used to carry out the process, it may also be appropriate to also determine the concentration of this substance in the outside air, i. to capture about in the vicinity of the motor vehicle. Especially for gases whose background concentration varies greatly in the ambient air, this can increase the accuracy of the determination of the amount of air passed through the filter system, based on the time course of the concentration in the indoor air.
Eine Modellierung des Konzentrationsverlaufs des luftgetragenen Stoffes in einem Steuergerät ermöglicht durch den Abgleich dieses Modells mit der tatsächlichen Konzentrationsmessung eine verbesserte Erkennung der Zusetzung des Filters. Wenn beispielsweise der luftgetragene Stoff CO2 ist oder CO2 enthält und der Konzentrationsverlauf modelliert wird, unter Berücksichtigung der Einbringung von CO2 durch Fahrzeuginsassen und der Einbringung von CO2 von außen durch Leckage, dann kann die Modellierung durch Messung der Konzentration des luftgetragenen Stoffes im Umluftbetrieb überprüft werden. Wenn sich die Luftansaugung der Filteranlage zumindest teilweise in Umluftstellung befindet, dann kann die Modellierung der Einbringung von CO2 durch Fahrzeuginsassen und die Einbringung von CO2 von außen anhand der Messung verifiziert oder korrigiert werden. Dadurch dass das Modell dann den Soll-Zustand repräsentiert, also den Konzentrationsverlauf, der sich mit einem neuen Filter in der Filteranlage einstellt, kann der Ist-Zustand, also die Messung, im Vergleich dazu bewertet werden. Modeling the concentration profile of the airborne substance in a control unit makes it possible to better detect the clogging of the filter by comparing this model with the actual concentration measurement. If, for example, the airborne substance is CO 2 or contains CO 2 and the concentration profile is modeled, taking into account the introduction of CO2 by vehicle occupants and the introduction of CO2 from the outside by leakage, the modeling can be checked by measuring the concentration of the airborne substance in recirculation mode become. If the air intake of the filter system is at least partially in the recirculation position, then the modeling of the introduction of CO2 by vehicle occupants and the introduction of CO2 from the outside can be verified or corrected on the basis of the measurement. The fact that the model then represents the desired state, ie the concentration curve, which adjusts itself with a new filter in the filter system, the actual state, so the measurement can be evaluated in comparison.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung ist in
- (1) die CO2-Konzentration in der Innenraumluft wird gemessen wenn sich die Luftansaugung der Filteranlage in Umluftstellung befindet;
- (2) der Konzentrationsverlauf in einem Steuergerät wird modelliert, wobei die Masse m des CO2, die zur Bestimmung der Massenkonzentration verwendet wird, anhand der Gleichung abgebildet wird, wobei
- Qpass:
- Quellterm (Einbringung von CO2 durch Fahrzeuginsassen)
- Qout:
- Quellterm (Einbringung von CO2 von Außen durch Leckage)
- k:
- Verlust-Koeffizient (Leckage) sind;
- (3) die angenommenen oder anderweitig ermittelten Werte für Qpass, Qout und k werden durch den Abgleich der Konzentrationsmessung mit dem Modell verifiziert oder korrigiert;
- (4) nach der Umschaltung der Luftansaugung auf Außenluft werden die Änderung der CO2-Konzentration und insbesondere die nach einer bestimmten Zeit stabilisierte CO2-Konzentration ausgewertet;
- (5) aus der Änderung der CO2-Konzentration und/ oder der stabilisierten CO2-Konzentration wird gemäß
1 die durch das Filter durchgesetzte Luftmenge ermittelt; - (6) aus der durchgesetzten Luftmenge und der tatsächlichen oder angeforderten Gebläseleistung, die üblicherweise durch die Einstellung des Bediengerätes bekannt ist, wird die Beladung des Filters mit Verunreinigungen bestimmt;
- (7) die ermittelte Beladung des Filters mit Verunreinigungen wird zur Standzeitüberwachung, insbesondere zur Bestimmung der Rest-Standzeit verwendet.
- (1) the CO 2 concentration in the indoor air is measured when the air intake of the filter unit is in the recirculation position;
- (2) the concentration curve in a control unit is modeled, wherein the mass m of the CO 2 , which is used to determine the mass concentration, using the equation is shown, where
- Q pass :
- Source term (introduction of CO 2 by vehicle occupants)
- Q out :
- Source term (introduction of CO2 from outside through leakage)
- k:
- Loss coefficient (leakage) are;
- (3) the assumed or otherwise determined values for Q pass , Q out and k are verified or corrected by comparing the concentration measurement with the model;
- (4) after switching the air intake to outside air, the change in CO 2 concentration and, in particular, the CO 2 concentration stabilized after a certain period of time are evaluated;
- (5) from the change in CO 2 concentration and / or the stabilized CO 2 concentration is determined according to
1 determines the amount of air passed through the filter; - (6) from the amount of air and the actual or requested blower power, which is usually known by the setting of the control unit, the loading of the filter is determined with impurities;
- (7) the determined loading of the filter with impurities is used to monitor the service life, in particular for determining the remaining service life.
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