CN107956543B - 一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统及其检测方法 - Google Patents

一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统及其检测方法 Download PDF

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Abstract

一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统，包括存储模块、DPF碳载量估算模块、差值计算模块、故障诊断模块，DPF碳载量估算模块的输入端与存储模块、DPF出入口压差传感器信号连接，差值计算模块的输入端与DPF重量检测装置、DPF碳载量估算模块信号连接，输出端与故障诊断模块信号连接，检测时，DPF碳载量估算模块先根据DPF出入口压差传感器的检测值、通过存储模块内存储的DPF出入口压差值与碳载量的等效关系得到DPF碳载量估算值，差值计算模块再计算估算值与DPF重量检测装置的检测值的差值大小，最后故障诊断模块根据差值大小诊断DPF的故障类型及严重程度。本设计实现了DPF故障类型及严重程度的快速检测。

Description

一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统及其检测方法
技术领域
本发明属于中重型柴油机颗粒物过滤领域，具体涉及一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统及其检测方法，适用于实现颗粒捕集器故障类型及严重程度的快速检测。
背景技术
柴油机颗粒捕集器（DPF）是解决柴油机颗粒物排放的有效装置，是满足国Ⅵ排放中颗粒物质量（PM）及颗粒物数量（PN）的必备和标准配置。DPF硬件状态正常与否，直接决定中重型柴油机颗粒物排放，一旦DPF失效却未被有效检测，将导致环境污染及企业的经济及信誉损失。但DPF是否失效，特别是局部损坏，无法通过肉眼或感性判断。
中国专利：申请公布号为CN103775182A，申请公布日为2014年5月7日的发明专利公开了一种柴油机DPF的灰分量的计算、校验方法及相关装置，其通过预先标定基于DPF温度和/或排气管内的废气流量、以及DPF两端的压差的灰分量MAP图，当DPF彻底完成再生时，采集DPF的温度和/或排气管内的废气流量，以及DPF两端的压差，根据采集的DPF的温度和/或排气管内的废气流量、以及DPF两端的压差，查询所述灰分量MAP图，得到DPF在彻底完成再生时累积的灰分量。由于灰分量并不体现DPF工作状态是否异常，因此该方法无法作为一种灵活快速检测DPF工作状态、诊断DPF是否存在故障的有效方法满足维护维修的迫切需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的无法快速诊断DPF故障的问题，提供一种能够快速诊断DPF的故障类型及故障程度的柴油机颗粒捕集器故障检测系统及其检测方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统，包括存储模块、DPF碳载量估算模块、差值计算模块、故障诊断模块，所述DPF碳载量估算模块的输入端与存储模块、DPF出入口压差传感器的输出端信号连接，所述差值计算模块的输入端与DPF重量检测装置、DPF碳载量估算模块的输出端信号连接，差值计算模块的输出端与故障诊断模块的输入端信号连接；
所述存储模块用于存储预先标定得到的DPF出入口压差值与碳载量的等效关系；
所述DPF碳载量估算模块用于根据DPF出入口压差传感器的检测值、通过存储模块内的等效关系得到DPF碳载量估算值；
所述差值计算模块用于计算DPF碳载量估算模块得到的结果与DPF重量检测装置的检测值的差值大小；
所述故障诊断模块用于根据差值计算模块得到的差值大小诊断DPF是否存在堵塞、孔道损坏故障以及故障的严重程度。
所述检测系统还包括DPF入口温度传感器、排气流量传感器，所述DPF入口温度传感器、排气流量传感器的输出端与DPF碳载量估算模块的输入端信号连接；
所述DPF碳载量估算模块还用于通过DPF入口温度传感器、排气流量传感器的检测值对DPF碳载量估算值进行修正得到修正值。
所述DPF重量检测装置用于在大于100℃的温度下测量颗粒捕集器的重量。
所述根据差值计算模块得到的差值大小诊断DPF是否存在堵塞、孔道损坏故障以及故障的严重程度是指：
若差值a1＜A＜a2，故障诊断模块4输出无故障信号；
若差值a2＜A＜a3，故障诊断模块4输出轻微堵塞故障信号；
若差值A＞a3，故障诊断模块4输出严重堵塞故障信号；
若差值a4＜A＜a1，故障诊断模块4输出轻微孔道损坏故障信号；
若差值A＜a4，故障诊断模块4输出严重孔道损坏故障信号；
其中，所述a1、a2、a3、a4的值通过标定得到。
一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统的检测方法，依次包括以下步骤：
一、所述DPF碳载量估算模块根据DPF出入口压差传感器的检测值、通过存储模块内的等效关系得到DPF碳载量估算值；
二、所述差值计算模块计算步骤一得到的结果与DPF重量检测装置的检测值的差值大小；
三、所述故障诊断模块根据步骤二得到的差值大小诊断DPF是否存在堵塞、孔道损坏故障以及故障的严重程度。
所述检测系统还包括DPF入口温度传感器、排气流量传感器，所述DPF入口温度传感器、排气流量传感器的输出端与DPF碳载量估算模块的输入端信号连接；
所述步骤一还包括DPF碳载量估算模块通过DPF入口温度传感器、排气流量传感器的检测值对DPF碳载量估算值进行修正得到修正值；
所述步骤二中，步骤一得到的结果即为上述修正值。
步骤二中，所述DPF重量检测装置用于在大于100℃的温度下测量颗粒捕集器的重量。
步骤三中，所述故障诊断模块根据步骤二得到的差值大小诊断DPF是否存在堵塞、孔道损坏故障以及故障的严重程度是指：
若差值a1＜A＜a2，故障诊断模块4输出无故障信号；
若差值a2＜A＜a3，故障诊断模块4输出轻微堵塞故障信号；
若差值A＞a3，故障诊断模块4输出严重堵塞故障信号；
若差值a4＜A＜a1，故障诊断模块4输出轻微孔道损坏故障信号；
若差值A＜a4，故障诊断模块4输出严重孔道损坏故障信号；
其中，所述a1、a2、a3、a4的值通过标定得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统包括存储模块、DPF碳载量估算修正模块、差值计算模块、故障诊断模块，存储模块用于存储预先标定得到的DPF出入口压差值与碳载量的等效关系，DPF碳载量估算模块用于根据DPF出入口压差传感器的检测值、通过存储模块内的等效关系得到DPF碳载量估算值，差值计算模块用于计算DPF碳载量估算模块得到的结果与DPF重量检测装置的检测值的差值大小，故障诊断模块用于根据差值计算模块得到的差值大小诊断DPF是否存在堵塞、孔道损坏故障以及故障的严重程度，该设计估算当前碳载量，并与实际值对比，通过两者的差值大小实现DPF故障类型及严重程度的快速诊断。因此，本发明实现了DPF故障类型及严重程度的快速检测。
2、本发明一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统还包括DPF入口温度传感器、排气流量传感器，DPF碳载量估算模块通过DPF入口温度传感器、排气流量传感器的检测值对DPF碳载量估算值进行修正，可有效提高检测精度。因此，本发明具有较高的检测精度。
附图说明
图1为本发明系统的结构原理图。
图中：存储模块1、DPF碳载量估算模块2、差值计算模块3、故障诊断模块4、DPF出入口压差传感器5、DPF入口温度传感器6、排气流量传感器7、DPF重量检测装置8。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统，包括存储模块1、DPF碳载量估算模块2、差值计算模块3、故障诊断模块4，所述DPF碳载量估算修正模块2的输入端与存储模块1、DPF出入口压差传感器5的输出端信号连接，所述差值计算模块3的输入端与DPF重量检测装置8、DPF碳载量估算修正模块2的输出端信号连接，差值计算模块3的输出端与故障诊断模块4的输入端信号连接；
所述存储模块1用于存储预先标定得到的DPF出入口压差值与碳载量的等效关系；
所述DPF碳载量估算模块2用于根据DPF出入口压差传感器5的检测值、通过存储模块1内的等效关系得到DPF碳载量估算值；
所述差值计算模块3用于计算DPF碳载量估算模块2得到的结果与DPF重量检测装置8的检测值的差值大小；
所述故障诊断模块4用于根据差值计算模块3得到的差值大小诊断DPF是否存在堵塞、孔道损坏故障以及故障的严重程度。
所述检测系统还包括DPF入口温度传感器6、排气流量传感器7，所述DPF入口温度传感器6、排气流量传感器7的输出端与DPF碳载量估算模块2的输入端信号连接；
所述DPF碳载量估算模块2还用于通过DPF入口温度传感器6、排气流量传感器7的检测值对DPF碳载量估算值进行修正得到修正值。
所述DPF重量检测装置8用于在大于100℃的温度下测量颗粒捕集器的重量。
所述根据差值计算模块3得到的差值大小诊断DPF是否存在堵塞、孔道损坏故障以及故障的严重程度是指：
若差值a1＜A＜a2，故障诊断模块4输出无故障信号；
若差值a2＜A＜a3，故障诊断模块4输出轻微堵塞故障信号；
若差值A＞a3，故障诊断模块4输出严重堵塞故障信号；
若差值a4＜A＜a1，故障诊断模块4输出轻微孔道损坏故障信号；
若差值A＜a4，故障诊断模块4输出严重孔道损坏故障信号；
其中，所述a1、a2、a3、a4的值通过标定得到。
一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统的检测方法，依次包括以下步骤：
一、所述DPF碳载量估算模块2根据DPF出入口压差传感器5的检测值、通过存储模块1内的等效关系得到DPF碳载量估算值；
二、所述差值计算模块3计算步骤一得到的结果与DPF重量检测装置8的检测值的差值大小；
三、所述故障诊断模块4根据步骤二得到的差值大小诊断DPF是否存在堵塞、孔道损坏故障以及故障的严重程度。
所述检测系统还包括DPF入口温度传感器6、排气流量传感器7，所述DPF入口温度传感器6、排气流量传感器7的输出端与DPF碳载量估算模块2的输入端信号连接；
所述步骤一还包括DPF碳载量估算模块2通过DPF入口温度传感器6、排气流量传感器7的检测值对DPF碳载量估算值进行修正得到修正值；
所述步骤二中，步骤一得到的结果即为上述修正值。
步骤二中，所述DPF重量检测装置8用于在大于100℃的温度下测量颗粒捕集器的重量。
步骤三中，所述故障诊断模块4根据步骤二得到的差值大小诊断DPF是否存在堵塞、孔道损坏故障以及故障的严重程度是指：
若差值a1＜A＜a2，故障诊断模块4输出无故障信号；
若差值a2＜A＜a3，故障诊断模块4输出轻微堵塞故障信号；
若差值A＞a3，故障诊断模块4输出严重堵塞故障信号；
若差值a4＜A＜a1，故障诊断模块4输出轻微孔道损坏故障信号；
若差值A＜a4，故障诊断模块4输出严重孔道损坏故障信号；
其中，所述a1、a2、a3、a4的值通过标定得到。
本发明的原理说明如下：
柴油机DPF发生故障后会导致气体流经DPF时所遇到流动阻力较正常状态DPF会发生明显差异,即若DPF发生堵塞故障，由于DPF气体流通截面减小，流通阻力增大，会导致估算碳载量偏大；若DPF发生孔道损坏、烧坏等故障，由于DPF气体流通截面增大，流通阻力减小，会导致估算碳载量减小。本发明基于上述原理，通过模型估算值与实测值对比，在碳载量模型识别精度范围内，若估算值大于实际值，则DPF存在堵塞等故障，若估算值小于实际值，则DPF存在孔道损坏等故障，从而用过估算值与实测值偏差反应DPF的状态及故障严重程度。
存储模块1：本发明所述存储模块1中存储的等效关系是根据碳载量增大，气体流经DPF的阻力增大的原理进行标定。标定试验中，不同排气量的压差即代表DPF阻力，DPF阻力与DPF碳载量为一一对应关系，即可得到DPF碳载量。
a1、a2、a3、a4：本发明所述a1、a2、a3、a4的具体数值通过对不同损坏程度及正常的DPF样件进行碳载量检测标定得到。
实施例1：
参见图1，一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统，包括存储模块1、DPF碳载量估算模块2、差值计算模块3、故障诊断模块4 、DPF出入口压差传感器5、DPF入口温度传感器6、排气流量传感器7，所述存储模块1用于存储预先标定得到的DPF出入口压差值与碳载量的等效关系，所述DPF碳载量估算模块2的输入端与存储模块1、DPF出入口压差传感器5、DPF入口温度传感器6、排气流量传感器7的输出端信号连接，所述差值计算模块3的输入端与DPF重量检测装置8、DPF碳载量估算模块2的输出端信号连接，差值计算模块3的输出端与故障诊断模块4的输入端信号连接；
上述柴油机颗粒捕集器故障检测系统的检测方法，依次按照以下步骤进行：
一、所述DPF碳载量估算模块2根据DPF出入口压差传感器5的检测值、通过存储模块1内的等效关系得到DPF碳载量估算值，并通过DPF入口温度传感器6、排气流量传感器7的检测值对DPF碳载量估算值进行修正得到修正值；
二、所述差值计算模块3计算步骤一得到的修正值与DPF重量检测装置8的检测值的差值大小，所述DPF重量检测装置8用于在大于100℃的温度下测量颗粒捕集器的重量；
三、所述故障诊断模块4根据步骤二得到的差值大小进行故障诊断，具体为：
若差值a1＜A＜a2，故障诊断模块4输出无故障信号；
若差值a2＜A＜a3，故障诊断模块4输出轻微堵塞故障信号；
若差值A＞a3，故障诊断模块4输出严重堵塞故障信号；
若差值a4＜A＜a1，故障诊断模块4输出轻微孔道损坏故障信号；
若差值A＜a4，故障诊断模块4输出严重孔道损坏故障信号；
其中，所述a1、a2、a3、a4的值通过标定得到。

Claims (2)

1.一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统，其特征在于：
所述检测系统包括存储模块（1）、DPF碳载量估算模块（2）、差值计算模块（3）、故障诊断模块（4），所述DPF碳载量估算模块（2）的输入端与存储模块（1）、DPF出入口压差传感器（5）的输出端信号连接，所述差值计算模块（3）的输入端与DPF重量检测装置（8）、DPF碳载量估算模块（2）的输出端信号连接，差值计算模块（3）的输出端与故障诊断模块（4）的输入端信号连接；
所述存储模块（1）用于存储预先标定得到的DPF出入口压差值与碳载量的等效关系；
所述DPF碳载量估算模块（2）用于根据DPF出入口压差传感器（5）的检测值、通过存储模块（1）内的等效关系得到DPF碳载量估算值；
所述DPF重量检测装置（8）用于在大于100℃的温度下测量颗粒捕集器的重量；
所述差值计算模块（3）用于计算DPF碳载量估算模块（2）得到的结果与DPF重量检测装置（8）的检测值的差值大小；
所述故障诊断模块（4）用于根据差值计算模块（3）得到的差值大小诊断DPF是否存在堵塞、孔道损坏故障以及故障的严重程度，具体为：
若-a1＜A＜a2，故障诊断模块（4）输出无故障信号；
若a2＜A＜a3，故障诊断模块（4）输出轻微堵塞故障信号；
若A＞a3，故障诊断模块（4）输出严重堵塞故障信号；
若-a4＜A＜-a1，故障诊断模块（4）输出轻微孔道损坏故障信号；
若A＜-a4，故障诊断模块（4）输出严重孔道损坏故障信号；
其中，A为差值计算模块（3）得到的差值大小，所述a1、a2、a3、a4的值通过标定得到；
所述检测系统还包括DPF入口温度传感器（6）、排气流量传感器（7），所述DPF入口温度传感器（6）、排气流量传感器（7）的输出端与DPF碳载量估算模块（2）的输入端信号连接；
所述DPF碳载量估算模块（2）还用于通过DPF入口温度传感器（6）、排气流量传感器（7）的检测值对DPF碳载量估算值进行修正得到修正值。
2.一种柴油机颗粒捕集器故障检测系统的检测方法，其特征在于：
所述检测系统包括存储模块（1）、DPF碳载量估算模块（2）、差值计算模块（3）、故障诊断模块（4），所述DPF碳载量估算模块（2）的输入端与存储模块（1）、DPF出入口压差传感器（5）的输出端信号连接，所述差值计算模块（3）的输入端与DPF重量检测装置（8）、DPF碳载量估算模块（2）的输出端信号连接，差值计算模块（3）的输出端与故障诊断模块（4）的输入端信号连接；
所述检测方法依次包括以下步骤：
一、所述DPF碳载量估算模块（2）根据DPF出入口压差传感器（5）的检测值、通过存储模块（1）内的等效关系得到DPF碳载量估算值；
二、所述差值计算模块（3）计算步骤一得到的结果与DPF重量检测装置（8）的检测值的差值大小；
三、所述故障诊断模块（4）根据步骤二得到的差值大小诊断DPF是否存在堵塞、孔道损坏故障以及故障的严重程度，具体为：
若-a1＜A＜a2，故障诊断模块（4）输出无故障信号；
若a2＜A＜a3，故障诊断模块（4）输出轻微堵塞故障信号；
若A＞a3，故障诊断模块（4）输出严重堵塞故障信号；
若-a4＜A＜-a1，故障诊断模块（4）输出轻微孔道损坏故障信号；
若A＜-a4，故障诊断模块（4）输出严重孔道损坏故障信号；
其中，A为差值计算模块（3）得到的差值大小，所述a1、a2、a3、a4的值通过标定得到；
所述检测系统还包括DPF入口温度传感器（6）、排气流量传感器（7），所述DPF入口温度传感器（6）、排气流量传感器（7）的输出端与DPF碳载量估算模块（2）的输入端信号连接；
所述步骤一还包括DPF碳载量估算模块（2）通过DPF入口温度传感器（6）、排气流量传感器（7）的检测值对DPF碳载量估算值进行修正得到修正值；
所述步骤二中，步骤一得到的结果即为上述修正值，所述DPF重量检测装置（8）用于在大于100℃的温度下测量颗粒捕集器的重量。
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