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DE10245911A1 - Filter sensor arrangement, especially for a motor vehicle air filter, has an optical transmitter and receiver with which the transmission or reflection behavior of the filter can be evaluated to indicate its degree of loading - Google Patents

Filter sensor arrangement, especially for a motor vehicle air filter, has an optical transmitter and receiver with which the transmission or reflection behavior of the filter can be evaluated to indicate its degree of loading Download PDF

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DE10245911A1
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Abstract

Sensor arrangement for a filter element (2) comprises at least a detection arrangement (5, 6) for measurement of at least one parameter influencing the operation of the filter. The detection arrangement has an optical transmission path, (1, 4) which is either partially or completely transmitted through the filter element and or reflected from it. The transmission and or reflection coefficients are a measure for the loading of the filter element.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für ein Filterelement, insbesondere für die Belastungsüberwachung eines Filters für gasförmige Medien, z.B. ein Luftfilter in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a sensor arrangement for a filter element, especially for load monitoring a filter for gaseous Media, e.g. an air filter in a motor vehicle, according to the preamble of the main claim.

Es ist beispielsweise aus der DE 100 60 669 A1 bekannt, dass zumindest ein Parameter für die Belastung bzw. Verstopfung eines Adsorptionsfilters erfasst wird, welcher charakteristisch für den Zustand eines solchen Filters ist. Weiterhin ist außerdem aus der DE 196 03 674 A1 ein Drucksensor bekannt, mit dem eine Belastung des Filters über den veränderten Differenzdruck zwischen der Anström- und der Abströmseite detektiert wird und bei dem die Signalerfassung mittels einer Druckmesszelle erfolgt.For example, it is from the DE 100 60 669 A1 It is known that at least one parameter for the loading or clogging of an adsorption filter is recorded, which is characteristic of the state of such a filter. Furthermore, from the DE 196 03 674 A1 a pressure sensor is known with which a load on the filter is detected via the changed differential pressure between the upstream and downstream sides and in which the signal is detected by means of a pressure measuring cell.

Für sich gesehen ist auch noch aus der DE 693 16 082 T2 bekannt, dass bei einer solchen Druckmesszelle eine optische Erfassungsanordnung an einem auslenkbaren, kraftauf nehmenden Element angeordnet ist. Hierbei handelt es sich jedoch um einen optischen Abtastresonator, dessen veränderbare Wellenlänge zur analogen Erfassung der Membranauslenkung ausgewertet wird.Seen in isolation is also from the DE 693 16 082 T2 It is known that in such a pressure measuring cell an optical detection arrangement is arranged on a deflectable, force-absorbing element. However, this is an optical scanning resonator whose variable wavelength is evaluated for the analog detection of the membrane deflection.

Häufig ist es jedoch auch notwendig, dass in solchen Filtern für gasförmige Medien weitere auch temporäre Einflüsse wie Ansammlungen von Flüssigkeiten, z.B. sind dies bei Kraftfahrzeugen Wasseransammlungen durch die Gischt eines vorausfahrenden Fahrzeugs, detektiert werden sollen.Frequently however, it is also necessary that in such filters for gaseous media others also temporary influences like accumulations of liquids, e.g. in the case of motor vehicles, water accumulation through the Spray from a vehicle in front that is to be detected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass eine einfache Detektion einer Vielzahl von Einflussparametern auf die Wirkung eines Filters durchführbar ist.The invention has for its object a To further develop the sensor arrangement of the type mentioned at the outset in such a way that a simple detection of a large number of influencing parameters the effect of a filter feasible is.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Eine Sensoranordnung der eingangs beschriebenen Art für ein Filterelement mit einer Detektionseinrichtung für mindestens einen die Filterwirkung beeinflussenden Parameter des Filterelements ist in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass die Detektionseinrichtung eine optische Übertragungsstrecke enthält, die zumindest teilweise durch das Filterelement hindurchführt und/oder an ihm reflektiert wird und deren Transmissions- und/oder Reflektionswerte von der Beschaffenheit des Filterelements abhängen.A sensor arrangement of the beginning described type for a filter element with a detection device for at least is a filter element parameter influencing the filter effect further developed in an advantageous manner that the detection device an optical transmission link contains which at least partially passes through the filter element and / or is reflected on it and its transmission and / or reflection values depend on the nature of the filter element.

Das vorgeschlagene System arbeitet auf einfache Weise nach einem optischen Verfahren, bei dem die optisch relevanten und sich ändernden Eigenschaften des Filtermediums ausgenutzt werden. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Anordnung bei einem Luftfilter im Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug anwendbar; jedoch ist auch eine Auswertung einer besonders behandelten Stelle eines Filterpapiers oder an einer anderen Stelle im Gehäuse oder Zuleitungsbereich im Einflussbereich der Motorzuluft des Kraftfahrzeugs denkbar.The proposed system works in a simple manner using an optical method in which the optical relevant and changing Properties of the filter medium can be exploited. Is preferred the arrangement according to the invention in an air filter in the intake system of an internal combustion engine for a motor vehicle applicable; however, an evaluation of a specially treated is also Place of filter paper or another place in the housing or Supply area in the area of influence of the engine supply air of the motor vehicle conceivable.

Die Detektionseinrichtung enthält einen optischen Sender und einen optischen Empfänger, wobei zur Messung der Transmission der Sender und der Empfänger jeweils gegenüberliegend beidseitig einer Filterlage des Filterelements angeordnet sind. Alternativ oder in Kombination kann die Detektionseinrichtung auch einen optischen Sender und einen optischen Empfänger enthalten, die zur Messung der Reflektion in einem korrespondierenden Winkel einseitig an einer Filterlage des Filterelements angeordnet sind. Das Filterelement kann beispielsweise aus zick-zackförmig gefalteten Filterlagen mit dazwischenliegenden Sendern und Empfängern für die optische Übertragungsstrecken bestehen.The detection device contains one optical transmitter and an optical receiver, being used to measure the Transmission of the transmitter and the receiver opposite each other are arranged on both sides of a filter layer of the filter element. alternative or in combination, the detection device can also be an optical device Transmitter and an optical receiver included to measure the reflection at a corresponding angle are arranged on one side on a filter layer of the filter element. The filter element can, for example, be made from zigzag pleats Filter layers with transmitters and receivers in between for the optical transmission links consist.

Insbesondere zur Detektion von Feuchtigkeit oder Flüssigkeit im Filterelement können die entsprechenden Filterlagen im Bereich der optischen Übertragungsstrecke in vorteilhafter Weise mit einer Beschichtung versehen sein, die sich bei Kontakt mit der Feuchtigkeit oder der Flüssigkeit verfärbt und damit die spektrale Transmissionsoder Reflektionsfähigkeit des Filterelements beeinflusst. Hiermit ist vor allem die Detektion von Wasseransammlungen oder Feuchtigkeit im Filter eines Fahrzeugs, z.B.In particular for the detection of moisture or liquid in the filter element the corresponding filter layers in the area of the optical transmission path advantageously be provided with a coating that contact with moisture or liquid discolored and thus the spectral transmission or reflectivity of the filter element influenced. This is above all the detection of water accumulation or moisture in the filter of a vehicle, e.g.

durch die Gischt eines vorausfahrenden Fahrzeugs erzeugt, auf einfache Weise ermöglicht.through the spray of a vehicle in front generated, made possible in a simple manner.

Die Detektionseinrichtung arbeitet zum Beispiel im infraroten oder einem sonstigen auswertbaren Bereich des Lichts und es ist eine entsprechende Ausgabeeinheit für ein elektrisches Detektionssignal vorhanden. Die Auswertung kann dann auf einfache Weise durch eine intelligente Elektronik vorgenommen werden und kann mit einem elektronischen Bussystem, z.B. einem fahrzeugeigenen Bussystem, zur Auswertung der Detektionsdaten und zur gemeinsamen Verarbeitung mit anderen physikalischen Parametern verknüpft werden. Hierbei können weitere bereits vorhandene Daten zur Kalibrierung genutzt werden, wie z.B. Temperaturdaten, Informationen über Serviceintervalle des Filterelements, Luftdurchsatz des Motors bzw. des Filterelements, und ggf. auch Signale des Scheibenwischers oder eines Regensensors um Informationen über eine mögliche Durchfeuchtung des Filterelements zu erhalten.The detection device works for example in the infrared or other evaluable range of light and it is a corresponding output unit for an electrical Detection signal available. The evaluation can then be carried out in a simple manner through intelligent electronics and can be done with an electronic bus system, e.g. an in-vehicle bus system, for evaluating the detection data and for joint processing linked with other physical parameters. Here, more existing data can be used for calibration, e.g. Temperature data, information about service intervals of the filter element, air throughput of the engine or the filter element, and possibly also signals from the windshield wiper or a rain sensor for information about a possible To get moisture through the filter element.

Diese Daten können dann auf einfache Weise durch die Elektronik erfasst und ausgewertet werden und es ist weiterhin auch eine Auswertung unter Hinzuziehung anderer Auswertealgorithmen mit einer Auswertung zum Beispiel auch der Schadstoffkonzentration der zu filternden Luft möglich. Es ist hierbei auch möglich eine schadstoffsensitive Beschichtung auf dem Filterpapier vorzusehen, dessen Beeinflussung aufgrund der Schadstoffeinwirkung erfasst werden kann.This data can then be recorded and evaluated in a simple manner by the electronics, and it is also an evaluation using other evaluation algorithms with an evaluation, for example, also of the pollutant concentration of the air to be filtered possible. It is also possible to provide a pollutant-sensitive coating on the filter paper, the influence of which can be detected due to the effects of the pollutants.

Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Embodiments of a sensor arrangement according to the invention are explained using the drawing. Show it:

1 eine Prinzipdarstellung einer optischen Übertragungsstrecke, die zumindest teilweise durch ein Filterelement hindurchführt und/oder an ihm reflektiert wird, 1 1 shows a schematic diagram of an optical transmission path that at least partially passes through and / or is reflected by a filter element,

2 eine Detektionseinrichtung mit einer optische Übertragungsstrecke, die am Filterelement reflektiert wird, 2 a detection device with an optical transmission path which is reflected on the filter element,

3 eine Detektionseinrichtung mit einer optische Übertragungsstrecke, die teilweise durch das Filterelement hindurchführt und/oder an ihm reflektiert wird, 3 a detection device with an optical transmission path which partially passes through and / or is reflected on the filter element,

4 eine Anwendung der Detektionseinrichtung mit einer optische Übertragungsstrecke, die durch die Filterlagen eines zick-zack-förmig gefalteten Filterelements hindurchführt, 4 an application of the detection device with an optical transmission path which leads through the filter layers of a filter element folded in a zigzag shape,

5 eine Anwendung der Detektionseinrichtung mit einer optische Übertragungsstrecke, die an Filterlagen eines zick-zack-förmig gefalteten Filterelements reflektiert wird und 5 an application of the detection device with an optical transmission path which is reflected on filter layers of a zigzag-folded filter element and

6 ein Ausführungsbeispiel einer Filterlage mit einer Beschichtung, die sich bei Kontakt mit Feuchtigkeit oder einer Flüssigkeit verfärbt und damit deren Transmissions- und/oder Reflektionswerte beeinflusst. 6 an embodiment of a filter layer with a coating that discolors on contact with moisture or a liquid and thus influences their transmission and / or reflection values.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments

In 1 ist grundsätzlich dargestellt, wie ein Lichtstrahl 1 auf eine Filterlage 2, z.B. eines Filterelements für das Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, trifft. Ein Teil des ausgesandten Lichtstrahls 1 wird gebrochen und in Abhängigkeit von der stofflichen Beschaffenheit, d.h. insbesondere auch abhängig vom Verschmutzungsgrad des Filterelements, absorbiert und tritt auf der Gegenseite als detektierbarer Lichtstrahl 3 aus. In gleicher Weise tritt ein in Abhängigkeit von der stofflichen Beschaffenheit des Filterelements reflektierter Lichtstrahl 4 auf, der in gleicher Weise detektierbar ist.In 1 is basically shown like a beam of light 1 on a filter layer 2 , for example a filter element for the intake system of an internal combustion engine in a motor vehicle. Part of the emitted light beam 1 is broken and absorbed depending on the material properties, ie especially also depending on the degree of contamination of the filter element, and occurs on the opposite side as a detectable light beam 3 out. In the same way, a light beam reflected depending on the material properties of the filter element occurs 4 which can be detected in the same way.

Aus 2 ist ein erstes Anwendungsbeispiel einer entsprechenden Detektionseinrichtung zu entnehmen, die einen optischen Sender 5 und einen optischen Empfänger 6 aufweist. Hier wird der an der Filterlage 2 reflektierte Anteil 4 des Lichtstrahls 1 detektiert. Das Beispiel nach 3 zeigt eine Anordnung, bei der auch noch der durch die Filterlage 2 teilweise absorbierte Lichtanteil 3 mit einem optischen Empfänger 7 detektiert wird.Out 2 is a first application example of a corresponding detection device can be seen, the optical transmitter 5 and an optical receiver 6 having. Here is the one at the filter layer 2 reflected portion 4 of the light beam 1 detected. The example after 3 shows an arrangement in which also by the filter layer 2 partially absorbed light 3 with an optical receiver 7 is detected.

Ein aus 4 und 5 jeweils entnehmbares Ausführungsbeispiel weist ein Filterelement auf, das aus zickzack-förmig gefaltete Filterlagen 8 mit in den gefalteten Filterlagen 8 angeordneten optischen Sendern 5 und Empfängern 6 für die optische Übertragungsstrecken besteht. Die 4 zeigt eine Anordnung mit einer Messung der Transmission des Lichts 1 und die 5 zeigt eine Anordnung mit einer Messung des reflektierten Anteils 4 des ausgesandten Lichtstrahls 1.On off 4 and 5 each removable embodiment has a filter element that consists of filter layers folded in a zigzag shape 8th with in the pleated filter layers 8th arranged optical transmitters 5 and recipients 6 for the optical transmission links. The 4 shows an arrangement with a measurement of the transmission of light 1 and the 5 shows an arrangement with a measurement of the reflected portion 4 of the emitted light beam 1 ,

Insbesondere zur Detektion von Feuchtigkeit oder Flüssigkeit in der Filterlage 2 nach 6 ist im Bereich der optischen Übertragungsstrecke des Lichtstrahls 1 eine Beschichtung 9 angebracht, die sich bei Kontakt mit der Feuchtigkeit oder der Flüssigkeit verfärbt und damit die spektrale Transmissions- oder Reflektionsfähigkeit des Filterelements in diesem Bereich beeinflusst.In particular for the detection of moisture or liquid in the filter layer 2 to 6 is in the area of the optical transmission path of the light beam 1 a coating 9 attached, which discolors on contact with moisture or liquid and thus affects the spectral transmission or reflectivity of the filter element in this area.

Claims (10)

Sensoranordnung für ein Filterelement, mit – einer Detektionseinrichtung (5,6,7) für mindestens einen die Filterwirkung beeinflussenden Parameter des Filterelements (2), dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektionseinrichtung (5,6,7) eine optische Übertragungsstrecke (1,3,4) enthält, die zumindest teilweise durch das Filterelement (2) hindurchführt und/oder an ihm reflektiert wird und deren Transmissions- und/oder Reflektionswerte von der Beschaffenheit des Filterelements (2) abhängen.Sensor arrangement for a filter element, with - a detection device ( 5 . 6 . 7 ) for at least one parameter of the filter element influencing the filter effect ( 2 ), characterized in that - the detection device ( 5 . 6 . 7 ) an optical transmission link ( 1 . 3 . 4 ) contains, which is at least partially by the filter element ( 2 ) is passed through and / or reflected on it and its transmission and / or reflection values depend on the nature of the filter element ( 2 ) depend. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektionseinrichtung einen optischen Sender (5) und einen optischen Empfänger (7) enthält, wobei zur Messung der Transmission der Sender (5) und der Empfänger (7) jeweils gegenüberliegend beidseitig einer Filterlage (2) des Filterelements angeordnet sind.Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that - the detection device comprises an optical transmitter ( 5 ) and an optical receiver ( 7 ) contains, the transmitter ( 5 ) and the recipient ( 7 ) opposite each other on both sides of a filter layer ( 2 ) of the filter element are arranged. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektionseinrichtung einen optischen Sender (5) und einen optischen Empfänger (6) enthält, wobei zur Messung der Reflektion der Sender (5) und der Empfänger (6) in einem korrespondierenden Winkel einseitig an einer Filterlage (2) des Filterelements angeordnet sind.Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that - the detection device comprises an optical transmitter ( 5 ) and an optical receiver ( 6 ) contains, with the transmitter (to measure the reflection) 5 ) and the recipient ( 6 ) at a corresponding angle on one side on a filter layer ( 2 ) of the filter element are arranged. Sensoranordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Kombination aus den Detektionseinrichtungen zur Messung der Transmission und der Reflektion angebracht sind.Sensor arrangement according to claim 2 and 3, characterized in that - one Combination of the detection devices for measuring the transmission and the reflection are attached. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – insbesondere zur Detektion von Feuchtigkeit oder Flüssigkeit im Filterelement die entsprechenden Filterlagen (2) im Bereich der optischen Übertragungsstrecke (1,3,4) mit einer Beschichtung (9) versehen sind, die sich bei Kontakt mit der Feuchtigkeit oder der Flüssigkeit verfärbt und damit die spektrale Transmissions- oder Reflektionsfähigkeit des Filterelements beeinflusst.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that - in particular for the detection of moisture or Liquid in the filter element the corresponding filter layers ( 2 ) in the area of the optical transmission link ( 1 . 3 . 4 ) with a coating ( 9 ) that change color when they come into contact with moisture or liquid and thus affect the spectral transmission or reflectivity of the filter element. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Detektion von Schadstoffen im Filterelement die entsprechenden Filterlagen (2) im Bereich der optischen Übertragungsstrecke (1,3,4) mit einer Beschichtung (9) versehen sind, deren optische Eigenschaften sich. bei Kontakt mit den Schadstoffen verändert und damit die spektrale Transmissions- oder Reflektionsfähigkeit des Filterelements beeinflusst.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that - for the detection of pollutants in the filter element, the corresponding filter layers ( 2 ) in the area of the optical transmission link ( 1 . 3 . 4 ) with a coating ( 9 ) are provided, whose optical properties are different. changed on contact with the pollutants and thus affects the spectral transmission or reflectivity of the filter element. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Filterelement zick-zack-förmig gefaltete Filterlagen (8) mit dazwischenliegenden Sendern (5) und Empfängern (6,7) für die optische Übertragungsstrecken aufweist.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that - the filter element folded filter layers in a zigzag shape ( 8th ) with transmitters in between ( 5 ) and recipients ( 6 . 7 ) for the optical transmission links. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektionseinrichtung im infraroten Bereich des Lichts arbeitet und eine entsprechende Ausgabeeinheit für ein elektrisches Detektionssignal aufweist.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized that - the Detection device works in the infrared range of light and a corresponding output unit for an electrical detection signal having. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das elektrische Detektionssignal mit einem elektronischen Bussystem zur Auswertung der Detektionsdaten und zur gemeinsamen Verarbeitung mit anderen physikalischen Parametern verbunden ist. Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized that - the electrical detection signal with an electronic bus system for evaluating the detection data and for joint processing is associated with other physical parameters. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Filterelement (2) ein Luftfilter im Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug ist.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that - the filter element ( 2 ) is an air filter in the intake system of an internal combustion engine for a motor vehicle.
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