说明书
本发明涉及用于监控配备有风机的过滤设备中的过滤器寿命的方法
和装置，该过滤器尤其是在机动车辆的加热和空调设备中的过滤器。
此类装置和方法是已知的，并且被适配为用于辨别过滤器何时被灰尘
颗粒堵塞并且由此损害其功能，以致必须更换成新的过滤器。
EP1285686A1示出一种用于监控过滤器寿命的方法。在此情况下，
通过测量该过滤器下游的空气速度并且通过与一个参考空气速度(该参考
空气速度由一个无负载的过滤器产生)进行比较来确定该过滤器的脏污。
为了实施该方法，要求至少一个用于测量空气速度的传感器，该传感器必
须安装在该过滤器的附近。通常，一个此类的传感器并非已经存在于该过
滤设备中或该过滤设备的周围。
在WO2009/024302A1中描述，在一个用于设置在机动车辆中的空调
装置的传感器单元(该传感器单元带有电流传感器和温度传感器)如何能
够被用于从测量值与所存储的基准值的对比中检测该空调装置的一个过
滤单元的负载状态。在这种形式的情况下也必须引入额外的传感机构。
EP1800919A2描述一个过滤装置，该过滤装置带有一个用于检测该
过滤器的堵塞的装置。在此情况下，该装置为了检测堵塞优选地测量至少
一个来自下组的值：风机电动机的电流损耗测量值、在过滤器与风机之间
的压力、以及在该过滤器附近的空气通过量，以便基于此检测该过滤器的
堵塞。这些所述的量值也指的是特征值，额外的传感机构对于测量这些特
征值而言是必要的。
在EP2141038A1中描述辨别更换过滤器的必要性的另一种可能性。
在此，在一个空气净化装置中将电动机转速的测量值用于，通过与一个预
设的转速值的比较来确定是否必须更换该过滤器。然而，对该风机电动机
的转速的测量值通常也并不是毫无问题地可行的，而是要求一个合适于此
的电动机和/或一个专门用于测量该电动机转速而设置的装置。
DE102006055603A1示出用于确定该过滤器的负载的另一条途径。
在此计算位于该过滤器上的灰尘总量，这是通过：当提供室内空气时，考
虑到提供的空气的总量和最初的室内灰尘浓度，计算每单位体积的灰尘浓
度的减少；或者，当提供外部空气时，借助于在所涉及的运行水平下的空
气总量并且借助于依赖于该风机电动机的相应运行状态的相应的送风方
向来计算灰尘总量。在此，从原理上评估引导通过该过滤器的空气量，这
通过该风机电动机的相应的运行状态来表征。此外，将不同机动车的区域
性的污染等级、空气过滤器类型和内部容积作为输入量值进行考虑。该方
法不要求自身的传感机构，然而本质上要求一种估算，其中采用的污染等
级尤其带来了显著的不精确性。
在EP1050332A2中借助于一个空气净化装置描述用于显示更换该
过滤器的必要性的指示器，其中，对该指示器的激活借助于计算进行实施，
该计算基于该风机的累加的运行时间和相应的风机转速。在此作为引导通
过该过滤器的空气的未知的实际污染等级的结果，也产生不精确性。
US2004/0041710A示出一种间接的途径，以辨别在机动车辆的空调
设备中必要的过滤器更换。在此，该制冷设备，且尤其该制冷设备的压缩
机的调节性能被用于辨别引导通过该制冷设备的蒸发器的空气量是否由
于该过滤器的堵塞而减少。也就是说，为了实施该方法不需要额外的传感
机构。然而，该方法的前提是，该车辆具有制冷设备。此外，当该外部温
度较低并且由此该制冷设备要求的冷却功率较低时，该方法自然是不准确
的。
US2005/0247194A1说明了一种用于辨别空气分配系统的过滤器的
堵塞的方法，其中，确定系统的阻力并且与一个阈值比较。该系统阻力在
此情况下能够通过风机功率和风机转速、该过滤器上的压降和空气通过
量、或者该制冷设备运行的特征值进行测定。根据最终如何实施对该系统
阻力的测定，由此再次得出前述的限制。
US2006/0130497A1示出另一种辨别过滤器状态的间接的方式。如下
控制带有过滤器(该过滤器带有一个控制单元)的空调系统，使得从作为
该风机电动机的转速改变的结果得出的内部空间温度的改变能够确定该
过滤器的状态。然而，该方法具有的缺点在于，需要该内部空间温度的相
对大的和快速的改变，以便能够推导出该过滤器的状态。恰恰在车辆内部
空间中，由于通过在各种不同的环境条件中的瞬态运行状态导致的本来有
限的温度稳定性，必须进行相对大的温度改变，使得由此也直接影响乘客
的热舒适感。然而，这与该空调应该确保车辆乘客的热舒适性的实际目的
相反。
本发明的目的因此在于，在监控过滤器寿命的问题的情况下确定在一
个带有灰尘颗粒的过滤设备中的过滤器堵塞，其中这种确定应该尽可能地
仅用本来已经在该过滤设备中或在该过滤设备的周围存在的传感机构来
实施，该传感机构如尤其是机动车辆的内部空间中的传感器。在此情况下
也应该避免在进行估算式确定的情况下(如在采用污染等级时)所产生的
不确定性。此外，该热舒适性在用引导通过该过滤设备的空气供应内部空
间中不应受到损害。
该目的用权利要求1和11的特征实现，其中，将通过该过滤设备引
导的空气用于内部空间的空气供应，并且从在该内部空间空气中的气载物
质浓度的时间曲线推导出通过该过滤器的空气量。
在过滤设备中，尤其在机动车辆的空调设备的过滤器处，随着在该过
滤器处越来越多的脏污累积，产生体积流量的下降。因此，通过该过滤器
的空气的体积流量是由灰尘颗粒造成的过滤器堵塞等级的指示物并且由
此对于到更换过滤器之前该过滤器残留的剩余寿命是必要的。
该气载物质(其浓度得到测量)能够优选地是二氧化碳(CO2)。CO2通常以低背景浓度存在于空气中，然而也通过位于该内部空间中的人员产
生。因此，在该内部空间中的CO2的瞬时浓度大体上由在该外部空气中的
CO2的背景浓度、由位于该内部空间中的人员(尤其是车辆乘客)产生的
CO2量、以及由空气交换率(在该内部空间中的空气以该空气交换率与经
过过滤的外部空气进行交换)的共同作用得出。在此情况下，该空气交换
率由通过该过滤设备导入的并且通过一个排气装置导出的空气的体积流
量、以及由适当时进出该内部空间的泄漏空气流得出，这些泄漏空气流由
于不密封引起，并且不引导通过该过滤设备。
增加的CO2进入的其他原因例如可能是由CO2驱动的空调设备的不
密封，或者还有宠物的运输。与此相反，能够如通过打开的窗户、门或滑
动天窗引起位于该内部空间中的CO2的快速降低。
例如能够用位于该内部空间中的CO2传感器对用于确定通过该过滤
设备的该空气通过量的CO2浓度进行测量，该CO2传感器本来被设置为用
于就空气质量而言监控CO2的浓度。
在根据本发明实施该方法的情况下，物质H2O、NO、NO2、CO、O2、
O3、N2、H2也能够在气态状态中用于监控寿命。在该内部空间空气中的
H2O的浓度例如就挡风玻璃起雾而言在车辆内部空间中具有重要作用。因
此，在该车辆内部空间中经常使用湿度传感器，以便测量空气湿度。测定
的空气湿度能够用于本发明的方法，以便确定H2O的浓度。NO、NO2和
CO由在车辆领域中常见的空气质量传感器进行良好的检测并且因此同样
适用于本发明的方法。气体O2、O3、N2、H2在其在该内部空间空气中的浓
度方面是相关的或能够得到良好的感测并且能够因此也得到使用。
灰尘、细灰尘，尤其灰尘颗粒同样能够作为用于本发明方法的气载物
质进行使用。
此外，在该车辆领域中的有气味物质增加，如用于该内部空间的芳香。
原理上，此类有气味物质也可用于从其在该内部空间中的浓度的时间曲线
推导出该空气通过量。
根据所使用的传感机构的作用原理能够相应地便利的是，使用该气载
物质的质量浓度或体积浓度以用于评估。
在检测该气载物质的浓度的时间曲线的情况下能够有帮助的是，改变
该过滤设备的运行条件，使得从浓度改变相对于这些运行条件改变的相关
性能够更好地推导出该空气通过量。
在此尤其便利的是通过转换到该过滤设备的循环空气功能的改变。以
此方式，例如在从吸入循环空气到吸入新鲜空气的转换的情况下突然将空
气从外部通过该过滤设备引入该内部空间中。如果在该外部空气中的气载
物质浓度比在该内部空间空气中的浓度更低，则使得在时间曲线中由于在
该内部空间空气中的浓度降低变得显而易见。当该气载物质(该物质的浓
度得到评估)是CO2时，在此在该内部空间中的浓度尤其能够在该循环空
气运行阶段的过程中通过这些乘客的呼吸而增加。如果然后转换回新鲜空
气，则在该内部空间中的CO2通过空气交换再次降低。该浓度降低的速率
主要与该内部空间通过该过滤设备供应的空气通过量相关。这意味着，从
该浓度的降低能够推导出在转换成该新鲜空气后的该空气通过量，并且由
此推导出在该过滤设备中的过滤器的状态。
以类似的方式，这些运行条件的改变能够是从循环空气到部分循环空
气，或从外部空气到循环空气或部分循环空气，或从部分循环空气到外部
空气或循环空气的转换，或者能够是在部分循环空气中的循环空气比例的
改变。
当进气的进气条件在机动车辆的加热和空调设备的情况下由于通过
这些乘客的操作或通过自动控制加热和空调设备本来就发生改变，而不是
分开地引起一种此类的改变时，在此情况下适合实施该方法。于是防止了
对乘客的热舒适性和乘坐体验的干扰。
另一种可能性在于，引起该气载物质浓度的有意的改变并且然后定量
地进行评估，例如通过该气载物质的确定量的跳跃式引入。由此，在该内
部空间中的气载物质浓度的时间曲线这样改变，使得通过该过滤器的空气
量能够在调节技术意义上由阶跃响应(Sprungantwort)对该浓度跳跃进行
测定。这种形式尤其适合于用于该内部空间的芳香的有气味物质。
根据使用何种气载物质来实施该方法，可能便利的是，检测在该外部
空气中(即如在该机动车辆的周围)的该物质的浓度。特别在气体(其背
景浓度在该环境空气中强烈改变)的情况下，能够由此提高确定通过该过
滤设备的空气量(由在该内部空间空气中的浓度的时间曲线出发)的精确
性。
在一个控制装置中该气载物质的浓度曲线的建模能够通过对比该模
型与实际的浓度测量值来实现对过滤器堵塞的更佳的辨别。当例如该气载
物质是CO2或包含CO2并且对该浓度曲线进行建模时，考虑到通过车辆乘
客引入CO2并且通过泄漏从外部引入CO2，则能够通过测量在该循环空气
运行中的气载物质浓度对该建模进行检查。当该过滤设备的进气至少部分
地位于该循环空气模式中时，则能够借助于测量来验证或修正对通过车辆
乘客引入CO2的和从外部引入CO2的建模。于是通过使该模型代表额定状
态(即由在该过滤设备中的一个新的过滤器设定的浓度曲线)，该实际状
态即该测量值能够与此相比地进行评估。
在图1中示出本发明的一个另外的优选实施方式。
图1示出带有两个衰减曲线的曲线图，这些衰减曲线在该过滤设备的
进气由循环空气运行转换为新鲜空气运行时由一个新的过滤器(1)和一
个老化的过滤器(2)得出。在此情况下，CO2作为气载物质(其浓度得
到评估)使用。在此，用于监控该过滤器的寿命的方法如下地实施：
(1)当该过滤设备的进气处于循环空气模式时，测量在该内部空间空
气中的CO2浓度；
(2)在一个控制装置中建模浓度曲线，其中用于确定质量浓度的CO2质量m借助于以下等式表示，其中
m(t)=m0e-kt+Qpass+Qoutk(1-e-kt)]]>Qpass：源项(通过车辆乘客引入CO2)
Qout：源项(通过泄漏从外部引入CO2)
k：损耗系数(泄漏)；
(3)所假定的或以其他方式测定的Qpass、Qout和k的值通过对比该浓
度测量值与该模型而得到验证或修正；
(4)在该进气转换成外部空气后，评估该CO2浓度的改变和尤其在
确定的时间后稳定的CO2浓度；
(5)根据图1，从该CO2浓度的改变和/或该稳定的CO2浓度测定通
过该过滤器的空气量；
(6)从该通过的空气量和该实际的或要求的风机性能(该风机性能通
过设定该操作装置通常是已知的)确定带有污物的过滤器的负载；
(7)将带有污物的该过滤器的所测定的负载用于监控寿命，尤其用
于确定剩余寿命。