DE102014016503A1

DE102014016503A1 - Verfahren zur Bestimmung des Druckabfalles an einem Luftfilter einer Fahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE102014016503A1
Application number: DE102014016503.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Kranz; Alwin Schludi; Arturo Martinez-Carrillo
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2034-11-08
Also published as: DE102014016503B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp) an einem von Luft durchströmten Luftfilter (3) einer ein Klimagebläse (4) aufweisenden Fahrzeugklimaanlage (1) eines Fahrzeugs, bei einer vorgegebenen Solldrehzahl (Ns) des Klimagebläses (4) dessen Betriebsstrom (Is) als Betriebsgröße ermittelt wird, aus dem bei der Solldrehzahl (Ns) ermittelten Betriebsstrom (Is) mittels eines Strombezugswertes (I0) ein normierter Stromwert als Vergleichsgröße (Is/I0) bestimmt und zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp) der normierte Stromwert (Is/I0) mit wenigstens einem gespeicherten Stromreferenzwert (Δpi) als Referenzgröße verglichen wird. Eine zweite Lösung sieht vor, dass bei wenigstens einer vorgegebenen Solldrehzahl (Ns) des Klimagebläses (4) eine leistungsproportionale oder drehmomentproportionale Größe (Ms) des Klimagebläses (4) als Betriebsgröße ermittelt wird, aus der bei der Solldrehzahl (Ns) ermittelten leistungsproportionalen oder drehproportionalen Größe (Ms) mittels eines Bezugswertes (M0) ein normierter Wert als Vergleichsgröße (Ms/M0) bestimmt. und zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp) der normierte Wert (Ms/M0) mit wenigstens einem gespeicherten Referenzwert (Δpi) als Referenzgröße verglichen wird. Eine dritte Lösung sieht vor, dass bei wenigstens einer vorgegebenen Sollleistung (Ps) des Klimagebläses (4) dessen Drehzahl (Ns) als Betriebsgröße ermittelt wird, aus dem bei der Sollleistung (Ps) ermittelten Drehzahl (Ns) mittels eines Drehzahlbezugswertes (N0) ein normierter Drehzahlwert (Ns/N0) als Vergleichsgröße bestimmt und zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp) der normierte Drehzahlwert (Ns/N0) mit wenigstens einem gespeicherten Drehzahlreferenzwert (Δpi) als Referenzgröße verglichen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Druckabfalles an einem von Luft durchströmten Luftfilter einer ein Klimagebläse aufweisenden Fahrzeugklimaanlage eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, des Patentanspruches 3 und des Patentanspruches 7.
Die in Fahrzeugklimaanlagen eingesetzten Luftfilter werden im Laufe der Betriebsdauer von Schmutz- und Staubpartikel beladen bzw. verschmutzt und müssen daher in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades bzw. des Beladungsgrades ausgetauscht werden. Derzeitig werden solche Luftfilter ausschließlich zyklisch nach festen Serviceintervallen ausgetauscht.
Die durch das Luftfilter geführte Luft führt zu einem Druckverlust an dem Luftfilter, der vom Zustand des Luftfilters, insbesondere von dessen Verschmutzungszustand abhängt. Auch ein unbestaubter, d. h. unbeladener Luftfilter erzeugt eine Anfangsdruckdifferenz, die im Laufe der Betriebsdauer aufgrund der Zunahme der Verschmutzung bzw. der Staubbeladung zunimmt. Bei einer den maximalen Beladungszustand des Luftfilters anzeigenden maximalen Enddruckdifferenz, die den maximalen Beladungszustand des Luftfilters anzeigt, sollte der Luftfilter ausgetauscht werden.
Ein gattungsbildendes Verfahren zur Erkennung des Erfordernisse eines Austausches des Luftfilters einer Fahrzeugklimaanlage ist aus der DE 10 2008 024 766 A1 bekannt, bei dem die Gesamtmenge an durch den Luftfilter geströmten Luft ermittelt und mit einer vorgegebenen maximal zulässigen Gesamtluftmenge verglichen wird. Die Gesamtluftmenge kann gemäß dieses bekannten Verfahrens entweder sensorisch oder modellbasiert ermittelt werden. Zusätzlich wird der Strömungswiderstand des Luftfilters bspw. durch Analyse der Stromaufnahme des Gebläsemotors des Klimagebläses der Fahrzeugklimaanlage ermittelt, wenn sich die Fahrzeugklimaanlage und insbesondere ihre Klappen in einem bestimmten Referenzzustand befinden. Überschreitet der tatsächliche Strömungswiderstand einen vorgegebenen maximal zulässigen Strömungswiderstand und/oder überschreitet die Gesamtmenge von das Luftfilter durchströmter Luft eine maximal zulässige Gesamtluftmenge, so wird das Erfordernis des Austausches des Luftfilters angezeigt.
Des Weiteren ist auch aus der DE 199 05 610 B4 ein Verfahren zur Filterzustandserkennung für Innenraumluftfilter bei einem Fahrzeug bekannt, bei dem die Gebläselaufzeiten eines dem Innenraumluftfilter vor- oder nachgeschalteten Gebläses ermittelt und summiert werden. Bei diesem bekannten Verfahren wird davon ausgegangen, dass die Summe der Gebläselaufzeiten den Beladungszustand des Luftfilters anzeigt. Ferner werden bei diesem Verfahren die Gebläselaufzeiten mit Korrekturfaktoren bewertet bzw. gewichtet, um hierdurch besondere Fahrbetriebsbedingungen oder Fahrzeugumgebungen zu berücksichtigen.
Aufgabe der Erfindung ist es ein gegenüber den bekannten Verfahren verbessertes Verfahren anzugeben, mit dem die Druckdifferenz an einem Luftfilter einer Fahrzeugklimaanlage ermittelt werden kann, um hieraus zumindest auf den Beladungszustand bzw. den Verschmutzungsgrad des Luftfilters schließen zu können.
Diese Aufgabe wird jeweils gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, des Patentanspruches 3 und des Patentanspruches 7
Ein solches Verfahren zur Bestimmung der Druckdifferenz an einem von Luft durchströmten Luftfilter einer ein Klimagebläse aufweisenden Fahrzeugklimaanlage eines Fahrzeugs, bei dem

– wenigstens eine Betriebsgröße des Klimagebläses ermittelt wird,
– aus der wenigstens einen Betriebsgröße eine die Druckdifferenz an dem Luftfilter anzeigende Vergleichsgröße abgleitet wird, und
– die Vergleichsgröße zur Bestimmung der Druckdifferenz mit wenigstens einer vorgegebenen Referenzgröße verglichen wird, zeichnet sich gemäß der erstgenannten Lösung erfindungsgemäß dadurch aus, dass
– bei einer vorgegebenen Solldrehzahl des Klimagebläses dessen Betriebsstrom als Betriebsgröße ermittelt wird,
– aus dem bei der Solldrehzahl ermittelten Betriebsstrom mittels eines Strombezugswertes ein normierter Stromwert als Vergleichsgröße bestimmt wird, wobei der Strombezugswert bei einem unbeladenen Luftfilter ermittelt wird, und
– zur Bestimmung der Druckdifferenz der normierte Stromwert mit wenigstens einem gespeicherten Stromreferenzwert als Referenzgröße verglichen wird, wobei der Stromreferenzwert ein Maß der Druckdifferenz an dem Luftfilter angibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß der zweitgenannten Lösung zeichnet sich dadurch aus,

– bei wenigstens einer vorgegebenen Solldrehzahl des Klimagebläses eine leistungsproportionale oder drehmomentproportionale Größe des Klimagebläses als Betriebsgröße ermittelt wird,
– aus dem bei der Solldrehzahl ermittelten leistungsproportionalen oder drehmomentproportionalen Größe mittels eines Bezugswertes ein normierter Wert als Vergleichsgröße bestimmt wird, wobei der Bezugswert bei einem unbeladenen Luftfilter ermittelt wird, und
– zur Bestimmung der Druckdifferenz der normierte Wert mit wenigstens einem gespeicherten Referenzwert als Referenzgröße verglichen wird, wobei der Referenzwert ein Maß der Druckdifferenz an dem Luftfilter angibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß der drittgenannten Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass

– bei wenigstens einer vorgegebenen Sollleistung des Klimagebläses dessen Drehzahl als Betriebsgröße ermittelt wird,
– aus dem bei der Sollleistung ermittelten Drehzahl mittels eines Drehzahlbezugswertes ein normierter Drehzahlwert als Vergleichsgröße bestimmt wird, wobei der Drehzahlbezugswert bei einem unbeladenen Luftfilter ermittelt wird, und
– zur Bestimmung der Druckdifferenz der normierte Drehzahlwert mit wenigstens einem gespeicherten Drehzahlreferenzwert als Referenzgröße verglichen wird, wobei der Drehzahlreferenzwert ein Maß der Druckdifferenz an dem Luftfilter angibt.

Gemeinsam ist diesen Verfahren die Nutzung der Erkenntnis, dass sich das Maß der Filterbeladung des Luftfilters auf die Druckdifferenz auswirkt, die ihrerseits die durch den Luftfilter geführte Luftmenge und somit auch die Gebläseparameter des Klimagebläses beeinflusst. Somit kann die an dem Luftfilter auftretende Druckdifferenz durch eine Auswertung der aufgeführten Betriebsgrößen des Klimagebläses, also des Betriebsstromes gemäß der erstgenannten Lösung oder einer leistungsproportionalen oder drehmomentproportionalen Größe gemäß der zweitgenannten Lösung bei jeweils einer vorgegebenen Solldrehzahl oder der Drehzahl bei einer vorgegebenen Sollleistung gemäß der drittgenannten Lösung ermittelt werden. Die ermittelte Druckdifferenz an dem Luftfilter kann mit dessen Grad der Filterbeladung, also mit dessen Filterverschmutzungsgrad korreliert werden.
Der Vorteil dieser Verfahren liegt darin, dass zu deren Ausführung keine Sensoren erforderlich sind, da die erforderlichen Betriebsgrößen bereits dem Klimasteuergerät der Fahrzeugklimaanlage vorliegen bzw. zu deren Steuerung ermittelt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der Strombezugswert, der Bezugswert bezüglich den leistungsproportionalen oder drehmomentproportionalen Größen sowie der Drehzahlbezugswert bei der Produktion des Fahrzeugs und/oder bei einem Filterwechsel ermittelt und in einem Klimasteuergerät gespeichert. Denn sowohl bei der Produktion des Fahrzeugs als auch bei einem Filterwechsel ist der eingebaute Luftfilter bzw. der eingewechselte Luftfilter unbestaubt, weist also keine Verschmutzung auf. Daher stellen diese Werte, also der Strombezugswert, der Drehmomentbezugswert und der Drehzahlbezugswert ein Maß für die Anfangsdruckdifferenz des unbeladenen Luftfilters dar.
Als drehmomentproportionale Größe wird das Drehmoment des Klimagebläses verwendet, als leistungsproportionale Größe wird die elektrische Leistung, die mechanische Leistung oder die Wellenleistung des Klimagebläses herangezogen.
Wie bereits eingangs darauf hingewiesen kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mittels der ermittelten Druckdifferenz an dem Luftfilter dessen Verschmutzungsgrad, als dessen Beladungszustand bestimmt werden, indem

– der Referenzgröße als Maß der Druckdifferenz ein Verschmutzungsgrad zugeordnet wird, und
– zur Ermittlung der Betriebsgröße die Fahrzeugklimaanlage in einen Umluftbetrieb gesteuert und die über den Luftfilter geführte Luft über einen offenen Defrost-Ausströmer sowie über einen offenen Fußraumausströmer in einen Fahrgastraum des Fahrzeugs geführt wird.

Die den Verschmutzungsgrad angebenden Referenzgrößen werden in einem Versuch ermittelt und in einem Datenspeicher eines Klimasteuergerätes der Fahrzeugklimaanlage gespeichert. Insbesondere kann ein den maximal zulässigen Enddruckverlust anzeigender maximaler Referenzwert bestimmt werden, der einen erforderlichen Austausch des Luftfilters anzeigt. Auch ist es möglich Referenzwerte festzulegen, die zwischen einem die Anfangsdruckdifferenz anzeigenden Wert und dem die maximal zulässige Enddruckdifferenz anzeigenden maximalen Referenzwert liegen, so dass mit solchen Referenzwerten die Restnutzungsdauer des Luftfilters angezeigt werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es mittels der Bestimmung der Druckdifferenz an dem Luftfilter auch vorgesehen,
einen Verstopfungszustand des Frischluftansaugkanals der Fahrzeugklimaanlage zu detektieren, indem

– jeweils die Druckdifferenz an dem Luftfilter im Frischluftzufuhrbetrieb und im Umluftbetrieb ermittelt wird, und
– aus der Differenz der beiden Druckdifferenzen der Verstopfungsgrad des Frischluftansaugkanals bestimmt wird.

Falls sich in diesen beiden Betriebsarten, also sowohl im Frischluftzufuhrbetrieb als auch im Umluftbetrieb unterschiedliche Werte für die ermittelte Druckdifferenz an dem Luftfilter einstellen, deutet dies darauf hin, dass der Frischluftansaugkanal bspw. durch Laub zumindest teilweise verstopft ist. In beiden Betriebsarten wird Luft über den Luftfilter in den Fahrgastraum geführt, jedoch wird nur im Frischluftzufuhrbetrieb Frischluft über den Frischluftansaugkanal angesaugt. Falls dieser Frischluftansaugkanal Material aus der Fahrzeugumgebung aufweist, so dass der Querschnitt maßgeblich verengt wird, entsteht aufgrund dieser Querschnittsverengung ein Druckabfall, der zusätzlich detektiert wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mittels der ermittelten Druckdifferenz an dem Luftfilter ein Verstopfungszustand der Luftkanäle der Fahrzeugklimaanlage bestimmt wird, indem

– die Druckdifferenz an dem Luftfilter bei unterschiedlichen Öffnungszuständen der die gefilterte Luft in den Fahrgastraum des Fahrzeugs führenden Ausströmern ermittelt wird, und
– aus den Differenzen der ermittelten Druckdifferenzen der Verstopfungsgrad der Luftkanäle bestimmt wird.

Werden daher verschiedene Ausströmer des Luftführungssystems der Fahrzeugklimaanlage in unterschiedliche Öffnungszustände gesteuert und die zugehörige Druckdifferenz bestimmt, kann durch eine entsprechende Analyse ein verstopfter, in den Fahrgastraum führender Luftkanal detektiert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Drehzahl-Betriebsstrom-Diagramm eines Klimagebläses der Fahrzeugklimaanlage nach 1,
3 ein Drehzahl-Betriebsstrom-Diagramm nach 2 mit einer normierten Darstellung des Betriebsstromes, und
4 ein Drehzahl-Drehmoment-Diagramm eines Klimagebläses der Fahrzeugklimaanlage nach 1 mit einer normierten Darstellung des Drehmomentes.
Die 1 zeigt eine Fahrzeugklimaanlage 1 mit einem schematisiert dargestellten Luftführungssystem 2, welches einen Ansaugkanal 2.1 zum Ansaugen von Frischluft 6, einen in diesem Ansaugkanal 2.1 angeordneten Luftfilter 3 und ein stromabwärts ebenso in dem Ansaugkanal zu. 1 angeordnetes und von einem Gebläsemotor 4.1 angetriebenes Klimagebläse 4 aufweist. Nach dem Klimagebläse 4 wird das Luftführungssystem 2 durch in eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs führende Luftkanäle weitergeführt, die in verschiedenen Ausströmern enden, aus denen in Abhängigkeit von deren Öffnungsstellungen die von dem Luftfilter 3 gefilterte Luft 6.1 in die Fahrgastzelle ausströmt. Als Ausströmer sind bspw. ein Mannausströmer 2.2, ein die Defrost-Ausströmer 2.3 und ein Fußraumausströmer 2.4 vorgesehen.
Die Fahrzeugklimaanlage 1 wird von einem Klimasteuergerät 5 gesteuert, welches insbesondere über eine Datenleitung 5.1 mit dem Gebläsemotor 4.1 des Klimagebläses 4 verbunden ist, um sowohl Betriebsparameter des Klimagebläses 4 zu ermitteln als auch das Klimagebläse 4 zu steuern bzw. zu regeln.
Das Luftfilter 3 verursacht in dem Ansaugkanal 2.1 einen Druckabfall, der in 1 als Druckdifferenz Δp bezeichnet ist. Ein unbeladenes Luftfilter 3, das bspw. neu ist und somit noch keine Verschmutzung aufweist, führt ebenso zu einem Druckabfall, der jedoch als Anfangsdruckdifferenz bezeichnet wird. Während der Betriebsdauer des Luftfilters 3 lagern sich Staubpartikel ein, so dass die Beladung des Luftfilters 3, also dessen Verschmutzungsgrad zunimmt. Dies führt dazu, dass auch der Druckabfall an dem Luftfilter 3, also die Druckdifferenz ausgehend von der Anfangsdruckdifferenz zunimmt. Daher lässt sich eine Korrelation zwischen dem Beladungszustand des Luftfilters 3, also dessen Verschmutzungsgrad und dem Druckabfall, also der Druckdifferenz an dem Luftfilter 3 herstellen. Bei einem maximalen Verschmutzungsgrad, der einem maximalen Druckabfall entspricht, sollte das Luftfilter 3 ausgetauscht werden. Mit der Bestimmung der Druckdifferenz Δp lässt sich somit eine Korrelation zum Beladungszustand bzw. Verschmutzungsgrad des Luftfilters 3 herstellen.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zur Einstellung von vorgegebenen Betriebsparametern der Fahrzeugklimaanlage 1 der Gebläsemotor 4.1 des Klimagebläses 4 drehzahlgeregelt. Wird die Drehzahl N auf einen Sollwert geregelt und ändert sich über die Betriebsdauer die Filterbeladung, also der Verschmutzungsgrad des Luftfilters 3, bewirkt dies bei der Nachregelung der Drehzahl N eine Änderung in den anderen Betriebsparametern des Klimagebläses 4, nämlich in den Größen Betriebsstrom I, Drehmoment M, mechanische Motorleistung P_mech, elektrische Motorleistung P_el und Wellenleistung P_M. In welche Richtung sich diese Größen ändern, ob deren Werte zu- oder abnehmen hängt davon ab, ob als Klimagebläse 4 ein Radial- oder Axialgebläse verwendet wird.
Bei einem Axialgebläse und zunehmender Filterbeladung, also zunehmender Filterverschmutzung steigen die Größen Betriebsstrom I, elektrische Motorleistung P_el, mechanische Motorleistung P_mech, Drehmoment M und Wellenleistung P_M. Umgekehrt sinken mit zunehmender Filterbeladung diese Größen Betriebsstrom I, elektrische Motorleistung P_el, mechanische Motorleistung P_mech, Drehmoment M und Wellenleistung P_M bei einem Axialgebläse.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird der Betriebsstrom I des Gebläsemotors 4.1 erfasst und von dem Klimasteuergerät 5 ausgewertet.
Das Verhalten des Betriebsstromes I eines als Radialgebläse ausgebildeten Klimagebläses 4 in Abhängigkeit der Drehzahl N bei unterschiedlichen Filterbeladungen des Luftfilters 3 ist in den 2 und 3 dargestellt.
Das Drehzahl-Betriebsstrom-Diagramm nach 2 zeigt. Kennlinien K1 bis K4, wobei die Kennlinie K1 bei einem Filterneuzustand, bei dem an dem Luftfilter 3 eine Anfangsdruckdifferenz auftritt. Die Filterbeladungen nehmen mit den Kennlinien K2, K3 und K4 zu, wobei diese Filterbeladungen einer Druckdifferenz im Bereich zwischen 75 Pa und 200 Pa entsprechen. So entspricht die Kennlinie K2 der 1,1-fachen Beladung des Filterneuzustandes, die Kennlinie K3 der 1,3-fachen Beladung des Filterneuzustandes und die Kennlinie K4 der 2,6-fachen Beladung des Filterneuzustandes.
Aus dem Diagramm gemäß 2 kann entnommen werden, dass der Verlauf des Betriebsstromes I nicht linear mit der Drehzahl N ansteigt, die Unterscheidbarkeit der Filterbeladungsstufen mit zunehmender Drehzahl N zunimmt und mit zunehmender Filterbelastung bei einem Radialgebläse der Betriebsstrom I abnimmt.
Das Diagramm gemäß 3 zeigt die Verläufe der auf einen Strombezugswert I₀ normierten Betriebsströme I, wobei der Strombezugswert I₀ dem Stromverlauf der Kennlinie K1 entspricht, also dem bei unbeladenen Luftfilter 3 aufgenommenen Betriebsstrom I. Daher ist die Kennlinie K₀1 (die der Kennlinie K1 gemäß 2 entspricht) auf den Wert 1 normiert, während die Kennlinien K₀2 (entspricht der Kennlinie K2 gemäß 1), K₀3 (entspricht der Kennlinie K3 gemäß 1) und K₀4 (entspricht der Kennlinie K4 gemäß 1) einen Wert zwischen 1 und 0 aufweisen. Aus diesem Diagramm gemäß 3 ist erkennbar, dass deutliche Abstände zwischen den einzelnen Kennlinien K₀1 bis K₀4 bestehen, so dass anhand dieser normierten Stromwerte I/I₀ der Kennlinien K₀1 bis K₀4 eine Auswertung zur Detektion der Druckdifferenz an dem Luftfilter 3 durchgeführt werden kann und damit eine Korrelation zum Beladungsgrad bzw. Verschmutzungsgrades des Luftfilters 3 herstellbar ist.
Als Betriebsgröße wird daher der Betriebsstrom I_s bei einer vorgegebenen. Solldrehzahl N_s erfasst und auf einen Strombezugswert I₀ normiert, der entsprechend der Kennlinie K1, also dem Filterneuzustand entspricht. Dieser Strombezugswert I₀ wird bei der Produktion des Fahrzeugs oder bei einem Filterwechsel ermittelt und in dem Klimasteuergerät 5 gespeichert. Der normierte Stromwert I_s/I₀ stellt eine Vergleichsgröße dar, welche die an dem Luftfilter 3 auftretende Druckdifferenz bzw. den relativen Druckabfall im Vergleich zu der Anfangsdruckdifferenz des Luftfilters 3 anzeigt.
In dem Klimasteuergerät 5 ist eine Tabelle mit Stromreferenzwerten als Referenzgrößen ΔP_i (i = 1, ... n) gespeichert, wobei diese Referenzgrößen ΔP_i ein Maß der Druckdifferenz an dem Luftfilter 3 darstellen. Somit kann durch Vergleich der Vergleichsgröße I_s/I₀ mit den Stromreferenzwerten ΔP_i die Druckdifferenz Δp an dem Luftfilter 3 bestimmt werden.
Da die ermittelte Druckdifferenz Δp von dem Beladungszustand des Luftfilters 3 abhängt, kann eine direkte Zuordnung der ermittelten Druckdifferenz Δp zum Beladungszustand, also zum Verschmutzungsgrad des Luftfilters 3 hergestellt werden. Hierzu ist eine in dem Klimasteuergerät 5 abgelegte weitere Tabelle vorgesehen, welche eine Zuordnung zwischen der ermittelten Druckdifferenz Δp und einem Verschmutzungsgrad bzw. Filterbeladungsgrad f angibt. Insbesondere kann ein maximaler Wert f_max für den Filterbeladungsgrad in dem Klimasteuergerät 5 hinterlegt werden, welcher bei einer entsprechend detektierten maximalen Druckdifferenz Δp_max den Austausch des Luftfilters 3 anzeigt.
Bei einer Bestimmung der Filterbeladung des Luftfilters 3 wird die Fahrzeugklimaanlage 1 automatisch so eingestellt, dass der durch den Luftfilter 3 geführte Luftstrom 6.1 über den Defrost-Ausströmet 2.3 und den Fußraumausströmer 2.4 in den Fahrgastraum des Fahrzeugs strömt. Die Parallelschaltung von Defrost-Ausströmer 2.3 und Fußraumausströmer 2.4 minimiert den Druckverlust über die Luftkanäle des Luftführungssystems der Fahrzeugklimaanlage 1, wodurch die Meßauflösung für die Filtermessung erhöht wird. Eine Luftführung über den Mannausströmer 2.2 würde unter Umständen zu erheblichen Druckschwankungen und somit zu ungenauen Messergebnissen führen, da hier die Möglichkeit besteht, den Mannausströmer 2.2 manuell zu schließen. Um auch Druckverluste durch eine Zwangsentlüftung des Fahrzeugs zu vermeiden, wird die Fahrzeugklimaanlage 1 bei der Filtermessung im Umluftbetrieb betrieben.
Anstelle des Betriebsstromes I des Gebläsemotors 4.1 des Klimagebläses 4 kann gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eine leistungsproportionale oder drehmomentproportionale Größe des Klimagebläses 4 verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird als drehmomentproportionale Größe das Drehmoment M, welches sich durch die Division der mechanischen Motorleistung P_mech durch die Winkelgeschwindigkeit ω (mit Drehzahl N = ω/2π) ergibt, bzw. als leistungsproportionale Größe die Wellenleistung P_M als Betriebsgröße zur Bestimmung der Druckdifferenz Δp an dem Luftfilter 3 bzw. dessen Verschmutzungsgrad f bestimmt. Das Drehmoment M wird für die Regelung des Gebläsemotors 4.1 des Klimagebläses 4 benötigt und steht daher dem Klimasteuergerät 5 zur Verfügung.
Das Drehzahl-Drehmoment-Diagramm nach 4 zeigt eine mittels eines Drehmomentbezugswertes M₀ als Bezugswert normierte Darstellung des Drehmomentes M in Abhängigkeit der Drehzahl N, wobei der Drehmomentbezugswert M₀ dem Drehmoment M bei unbeladenen Luftfilter 3 entspricht.
Gemäß 4 zeigt die Kennlinie L₀1 den Verlauf des normierten Wert, also des normierten Drehmomentes M/M₀ im Filterneuzustand des Luftfilters 3 und ist daher auf den Wert 1 normiert, während die Kennlinien L₀2, L₀3, L₀4 und L₀5 einen Wert zwischen 1 und 0 aufweisen und den Verlauf des normierten Drehmomentes bei zunehmender Filterbeladung, also mit zunehmenden Verschmutzungsgrad zeigen. So zeigt die Kennlinie L₀2 den Verlauf des normierten Drehmomentes bei einer 1,1-fachen Beladung des Filterneuzustandes, die Kennlinie L₀3 bei einer 1,4-fachen Beladung, die Kennlinie L₀4 bei einer 2,2-fachen Beladung und die Kennlinie L₀5 bei einer 2,5-fachen Beladung des Filterneuzustandes.
Aus diesem Diagramm gemäß 4 ist deutlich erkennbar, dass das Drehmoment bei gegebener Filterbeladungen f nahezu unabhängig von der Drehzahl N ist, d. h. die Kennlinien L₀1, L₀2, L₀3, L₀4 und L₀5 verlaufen nahezu parallel zur X-Achse des Diagrammes. Dies bietet den Vorteil, dass die Filterbeladungen f über einen weiten Drehzahlbereich messbar sind und insbesondere im unteren Drehzahlbereich, in welchem nahezu keine Störgeräusche auftreten, eine konstante Messauflösung ermöglicht. Auch hier ist es entsprechend den Kennlinienverläufen gemäß den 2 und 3, dass bei der Verwendung eines Radialgebläses als Klimagebläse 4 das Drehmoment M bei Verwendung eines Radialgebläses als Klimagebläse 4 mit zunehmende Filterbeladungen des Luftfilters 3 abnimmt.
Die normierten Drehmomentwerte M/M₀ der Kennlinien L₀1 bis L₀5 werden zur Detektion der Druckdifferenz an dem Luftfilter 3 ausgewertet und eine Korrelation zum Beladungsgrad bzw. Verschmutzungsgrades des Luftfilters 3 hergestellt.
Als Betriebsgröße wird daher das Drehmoment M_s bei einer vorgegebenen Solldrehzahl N erfasst und auf einen Drehmomentbezugswert M₀ als Bezugswert normiert, der entsprechend der Kennlinie L₀1, also dem Filterneuzustand entspricht. Dieser Drehmomentbezugswert M₀ wird bei der Produktion des Fahrzeugs oder bei einem Filterwechsel ermittelt und in dem Klimasteuergerät 5 gespeichert. Der mit dem Bezugswert normierte Drehmomentwert M_s/M₀ stellt eine Vergleichsgröße dar, welche die an dem Luftfilter 3 auftretende Druckdifferenz bzw. den relativen Druckabfall im Vergleich zu der Anfangsdruckdifferenz des Luftfilters 3 anzeigt.
In dem Klimasteuergerät 5 ist eine Tabelle mit Referenzwerten, hier Drehmomentreferenzwerte genannt, als Referenzgrößen ΔP_i (i = 1, ... n) gespeichert, wobei diese Drehmomentreferenzwerte ΔP_i ein Maß der Druckdifferenz an dem Luftfilter 3 darstellen. Somit kann durch Vergleich der Vergleichsgröße M_s/M₀ mit den Drehmomentreferenzwerten ΔP_i die Druckdifferenz Δp an dem Luftfilter 3 bestimmt werden.
Da die ermittelte Druckdifferenz Δp von dem Beladungszustand des Luftfilters 3 abhängt, kann eine direkte Zuordnung der ermittelten Druckdifferenz Δp zum Beladungszustand, also zum Verschmutzungsgrad des Luftfilters 3 hergestellt werden. Hierzu ist eine in dem Klimasteuergerät 5 abgelegte weitere Tabelle vorgesehen, welche eine Zuordnung zwischen der ermittelten Druckdifferenz Δp und einem Verschmutzungsgrad bzw. Filterbeladungsgrad f angibt. Insbesondere kann ein maximaler Wert f_max für den Filterbeladungsgrad in dem Klimasteuergerät 5 hinterlegt werden, welcher bei einer entsprechend detektierten maximalen Druckdifferenz Δp_max den Austausch des Luftfilters 3 anzeigt.
Entsprechend dem oben erläuterten ersten Ausführungsbeispiel wird auch bei der Bestimmung der Filterbeladung des Luftfilters 3 auf der Basis des Drehmomentes M als Betriebsgröße die Fahrzeugklimaanlage 1 automatisch im Umluftbetrieb betrieben und so eingestellt, dass der durch den Luftfilter 3 geführte Luftstrom 6.1 über den Defrost-Ausströmer 2.3 und den Fußraumausströmer 2.4 in den Fahrgastraum des Fahrzeugs strömt.
Die Einstellung der Fahrzeugklimaanlage auf vorgegebene Betriebsparameter kann auch mit einer Leistungsregelung durchgeführt werden. Wird die elektrische Motorleistung P_elek auf einen Sollwert geregelt, so stellt sich bei einer Änderung der Filterbeladung eine Drehzahländerung an dem Klimagebläse 4 ein, die zur Bestimmung des an den Luftfilter 3 auftretenden Druckdifferenz Δp damit auch zur Bestimmung des Filterbeladungsgrades, also des Filterverschmutzungsgrades verwendet wird.
Bei einem Radialgebläse und zunehmender Filterbeladung, also zunehmender Filterverschmutzung steigt die Drehzahl N, umgekehrt sinkt die Drehzahl N bei einem Axialgebläse mit zunehmender Filterbeladung. Die Auswertung der Drehzahl N als Betriebsgröße bei einer vorgegebenen Sollleistung P_s entspricht der Vorgehensweise der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Als Betriebsgröße wird daher die Drehzahl N bei einer vorgegebenen Sollleistung P_s als elektrische Motorleistung erfasst und auf einen Drehzahlbezugswert N₀ normiert, der dem Filterneuzustand entspricht. Dieser Drehzahlbezugswert N₀ wird bei der Produktion des Fahrzeugs oder bei einem Filterwechsel ermittelt und in dem Klimasteuergerät 5 gespeichert. Der normierte Drehzahlwert N_s/N₀ stellt eine Vergleichsgröße dar, welche die an dem Luftfilter 3 auftretende Druckdifferenz bzw. den relativen Druckabfall im Vergleich zu der Anfangsdruckdifferenz des Luftfilters 3 anzeigt.
In dem Klimasteuergerät 5 ist eine Tabelle mit Drehzahlreferenzwerten als Referenzgrößen ΔP_i (i = 1, ... n) gespeichert, wobei diese Drehzahlreferenzwerte ΔP_i ein Maß der Druckdifferenz an dem Luftfilter 3 darstellen. Somit kann durch Vergleich der Vergleichsgröße M_s/M₀ mit den Referenzgrößen ΔP_i die Druckdifferenz Δp an dem Luftfilter 3 bestimmt werden.
Da die ermittelte Druckdifferenz Δp von dem Beladungszustand des Luftfilters 3 abhängt, kann eine direkte Zuordnung der ermittelten Druckdifferenz Δp zum Beladungszustand, also zum Verschmutzungsgrad des Luftfilters 3 hergestellt werden. Hierzu ist eine in dem Klimasteuergerät 5 abgelegte weitere Tabelle vorgesehen, welche eine Zuordnung zwischen der ermittelten Druckdifferenz Δp und einem Verschmutzungsgrad bzw. Filterbeladungsgrad f angibt. Insbesondere kann ein maximaler Wert f_max für den Filterbeladungsgrad in dem Klimasteuergerät 5 hinterlegt werden, welcher bei einer entsprechend detektierten maximalen Druckdifferenz Δp_max den Austausch des Luftfilters 3 anzeigt.
Entsprechend den oben erläuterten Ausführungsbeispielen wird auch bei der Bestimmung der Filterbeladung des Luftfilters 3 auf der Basis der Drehzahl N als Betriebsgröße die Fahrzeugklimaanlage 1 automatisch im Umluftbetrieb betrieben und so eingestellt, dass der durch den Luftfilter 3 geführte Luftstrom 6.1 über den Defrost-Ausströmer 2.3 und den Fußraumausströmer 2.4 in den Fahrgastraum des Fahrzeugs strömt.
Zur Durchführung der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele werden die den Verschmutzungsgrad angebenden Referenzgrößen in einem Versuch ermittelt und in einem Datenspeicher des Klimasteuergerätes 5 der Fahrzeugklimaanlage 1 gespeichert. Insbesondere kann ein den maximal zulässigen Enddruckverlust anzeigender maximaler Referenzwert bestimmt werden, der einen erforderlichen Austausch des Luftfilters anzeigt. Auch ist es möglich Referenzwerte festzulegen, die zwischen einem die Anfangsdruckdifferenz anzeigenden Wert und dem die maximal zulässige Enddruckdifferenz anzeigenden maximalen Referenzwert liegen, so dass mit solchen Referenzwerten die Restnutzungsdauer des Luftfilters angezeigt werden kann.
Mit der Kenntnis der Druckdifferenz Δp an dem Luftfilter 3 bei unterschiedlichen Beladungszuständen des Luftfilters 4 können neben der Bestimmung des Verschmutzungsrates des Luftfilters 4 weitere Funktionen realisiert werden. So kann mittels der Bestimmung der Druckdifferenz Δp an dem Luftfilter 3 ein Verstopfungszustand des Frischluftansaugkanals 2.1 der Fahrzeugklimaanlage 1 detektiert werden, indem jeweils die Druckdifferenz an dem Luftfilter 3 im Frischluftzufuhrbetrieb und im Umluftbetrieb ermittelt wird und aus der Differenz der beiden Druckdifferenzen der Verstopfungsgrad des Frischluftansaugkanals 2.1 bestimmt wird.
Falls sich in diesen beiden Betriebsarten, also sowohl im Frischluftzufuhrbetrieb als auch im Umluftbetrieb unterschiedliche Werte für die ermittelte Druckdifferenz an dem Luftfilter einstellen, deutet dies darauf hin, dass der Frischluftansaugkanal 2.1 bspw. durch Laub zumindest teilweise verstopft ist. In beiden Betriebsarten wird Luft über den Luftfilter 3 in den Fahrgastraum geführt, jedoch wird nur im Frischluftzufuhrbetrieb Frischluft über den Frischluftansaugkanal 2.1 angesaugt. Falls dieser Frischluftansaugkanal 2.1 Material aus der Fahrzeugumgebung aufweist, so dass der Querschnitt maßgeblich verengt wird, entsteht aufgrund dieser Querschnittsverengung ein Druckabfall bzw. eine Druckdifferenz, der bzw. die zusätzlich detektiert wird.
Eine andere zu realisierende Funktion besteht darin, dass mittels der ermittelten Druckdifferenz an dem Luftfilter 3 ein Verstopfungszustand der Luftkanäle der Fahrzeugklimaanlage 1 bestimmt wird, indem die Druckdifferenz an dem Luftfilter 3 bei unterschiedlichen Öffnungszuständen der die gefilterte Luft in den Fahrgastraum des Fahrzeugs führenden Ausströmer 2.2, 2.3 und 2.4 ermittelt wird und aus den Differenzen der ermittelten Druckdifferenzen der Verstopfungsgrad der Luftkanäle bestimmt wird.
Werden daher verschiedene Ausströmer des Luftführungssystems der Fahrzeugklimaanlage 1 in unterschiedliche Öffnungszustände gesteuert und die zugehörigen Druckdifferenzen bestimmt, kann durch eine entsprechende Analyse ein verstopfter, in den Fahrgastraum führender Luftkanal detektiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugklimaanlage
2: Luftführungssystem der Fahrzeugklimaanlage 1
2.1: Frischluftansaugkanal des Luftführungssystems 2
2.2: Mannausströmer des Luftführungssystems 2
2.3: Defrost-Ausströmer des Luftführungssystems 2
2.4: Fußraumausströmer
3: Luftfilter
4: Klimagebläse
5: Klimasteuergerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008024766 A1 [0004]
DE 19905610 B4 [0005]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp) an einem von Luft durchströmten Luftfilter (3) einer ein Klimagebläse (4) aufweisenden Fahrzeugklimaanlage (1) eines Fahrzeugs, indem – wenigstens eine Betriebsgröße (I) des Klimagebläses (4) ermittelt wird, – aus der wenigstens einen Betriebsgröße (I) ein die Druckdifferenz (Δp) an dem Luftfilter (3) anzeigende Vergleichsgröße abgleitet wird, und – die Vergleichsgröße zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp) mit wenigstens einer vorgegebenen Referenzgröße verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – bei einer vorgegebenen Solldrehzahl (N_s) des Klimagebläses (4) dessen Betriebsstrom (I_s) als Betriebsgröße ermittelt wird, – aus dem bei der Solldrehzahl (N_s) ermittelten Betriebsstrom (I_s) mittels eines Strombezugswertes (I₀) ein normierter Stromwert als Vergleichsgröße (I_s/I₀) bestimmt wird, wobei der Strombezugswert (I₀) bei einem unbeladenen Luftfilter (3) ermittelt wird, und – zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp) der normierte Stromwert (I_s/I₀) mit wenigstens einem gespeicherten Stromreferenzwert (Δp_i) als Referenzgröße verglichen wird, wobei der Stromreferenzwert (Δp_i) ein Maß der Druckdifferenz (Δp) an dem Luftfilter (3) angibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombezugswert (I₀) bei der Produktion des Fahrzeugs und/oder bei einem Filterwechsel ermittelt und in einem Klimasteuergerät (5) gespeichert wird.
Verfahren zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp) an einem von Luft durchströmten Luftfilter (3) einer ein Klimagebläse (4) aufweisenden Fahrzeugklimaanlage (1) eines Fahrzeugs, indem – wenigstens eine Betriebsgröße (M) des Klimagebläses (4) ermittelt wird, – aus der wenigstens einen Betriebsgröße (M) ein die Druckdifferenz (Δp) an dem Luftfilter (3) anzeigende Vergleichsgröße abgleitet wird, und – die Vergleichsgröße zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp) mit wenigstens einer vorgegebenen Referenzgröße verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – bei wenigstens einer vorgegebenen Solldrehzahl (N_s) des Klimagebläses (4) eine leistungsproportionale oder drehmomentproportionale Größe (M_s) des Klimagebläses (4) als Betriebsgröße ermittelt wird, – aus der bei der Solldrehzahl (N_s) ermittelten leistungsproportionalen oder drehmomentproportionalen Größe (M_s) mittels eines Bezugswertes (M₀) ein normierter Wert als Vergleichsgröße (M_s/M₀) bestimmt wird, wobei der Bezugswert (M₀) bei einem unbeladenen Luftfilter (3) ermittelt wird, und – zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp) der normierte Wert (M_s/M₀) mit wenigstens einem gespeicherten Referenzwert (Δp_i) als Referenzgröße verglichen wird, wobei der Referenzwert (Δp_i) ein Maß der Druckdifferenz an dem Luftfilter (3) angibt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugswert (M₀) bei der Produktion des Fahrzeugs und/oder bei einem Filterwechsel ermittelt und in einem Klimasteuergerät (5) gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als drehmomentproportionale Größe das Drehmoment (M_s) des Klimagebläses (4) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als leistungsproportionale Größe (M_s) die elektrische Leistung, die mechanische Leistung oder die Wellenleistung des Klimagebläses (4) verwendet wird.
Verfahren zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp) an einem von Luft durchströmten Luftfilter (3) einer ein Klimagebläse (4) aufweisenden Fahrzeugklimaanlage (1) eines Fahrzeugs, indem – wenigstens eine Betriebsgröße (N) des Klimagebläses ermittelt wird, – aus der wenigstens einen Betriebsgröße (N) ein die Druckdifferenz (Δp) an dem Luftfilter (3) anzeigende Vergleichsgröße abgleitet wird, und – die Vergleichsgröße zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp mit wenigstens einer vorgegebenen Referenzgröße verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – bei wenigstens einer vorgegebenen Sollleistung (P_s) des Klimagebläses (4) dessen Drehzahl (N_s) als Betriebsgröße ermittelt wird, – aus dem bei der Sollleistung (P_s) ermittelten Drehzahl (N_s) mittels eines Drehzahlbezugswertes (N₀) ein normierter Drehzahlwert (N_s/N₀) als Vergleichsgröße bestimmt wird, wobei der Drehzahlbezugswert (N₀) bei einem unbeladenen Luftfilter (3) ermittelt wird, und – zur Bestimmung der Druckdifferenz (Δp) der normierte Drehzahlwert (N_s/N₀) mit wenigstens einem gespeicherten Drehzahlreferenzwert (Δp_i) als Referenzgröße verglichen wird, wobei der Drehzahlreferenzwert (Δp_i) ein Maß der Druckdifferenz (Δp) an dem Luftfilter (3) angibt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlbezugswert (N₀) bei der Produktion des Fahrzeugs und/oder bei einem Filterwechsel ermittelt und in einem Klimasteuergerät (5) gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der ermittelten Druckdifferenz (Δp) an dem Luftfilter (3) dessen Verschmutzungsgrad bestimmt wird, indem – der Referenzgröße (Δp_i) als Mail der Druckdifferenz (Δp) ein Verschmutzungsgrad zugeordnet wird, und – zur Ermittlung der Betriebsgröße (I_s, M_s, N_s) die Fahrzeugklimaanlage in einen Umluftbetrieb gesteuert und die über den Luftfilter (3) geführte Luft über einen offenen Defrost-Ausströmer (2.3) sowie über einen offenen Fußraumausströmer (2.4) in einen Fahrgastraum des Fahrzeugs geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der ermittelten Druckdifferenz (Δp) an dem Luftfilter (3) ein Verstopfungszustand des Frischluftansaugkanals (2.1) der Fahrzeugklimaanlage (1) detektiert wird, indem – jeweils die Druckdifferenz (Δp) an dem Luftfilter (3) im Frischluftzufuhrbetrieb und im Umluftbetrieb ermittelt wird, und – aus der Differenz der beiden Druckdifferenzen (Δp) der Verstopfungsgrad des Frischluftansaugkanals (2.1) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der ermittelten Druckdifferenz (Δp) an dem Luftfilter (3) ein Verstopfungszustand der Luftkanäle der Fahrzeugklimaanlage (1) detektiert wird, indem – die Druckdifferenz (Δp) an dem Luftfilter (3) bei unterschiedlichen Öffnungszuständen der die gefilterte Luft in den Fahrgastraum des Fahrzeugs führenden Ausströmer (2.2, 2.3, 2.4) ermittelt wird, und – aus den Differenzen der ermittelten Druckdifferenzen (Δp) der Verstopfungsgrad der Luftkanäle bestimmt wird.