CN113606025B - 一种用于柴油机dpf捕集效率故障诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发动机排放技术领域，公开了一种用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，包括：S1、采集不同工况的DPF压差测量值，获取对应的发动机废气体积流量、DPF载体平均温度和DPF碳载量；S2、建立DPF实时压差值计算模型,计算DPF实时压差值；S3、根据工况信息，标定故障诊断使能区域；S4、计算DPF压差测量值和DPF实时压差值的压差偏差值，并与压差偏差阈值比较，当压差偏差值不大于压差偏差阈值内时，判定捕集效率正常；否则，判定存在故障。本发明的用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，通过DPF实时压差值的数学计算模型对DPF捕集效率故障进行诊断，方法简单、精确，不使用PM传感器，成本大大降低。

Description

一种用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法
技术领域
本发明涉及发动机排放技术领域，尤其涉及一种用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法。
背景技术
柴油机由于具备较高的热效率、动力性、经济性和耐久性，广泛应用于交通运输、工程机械、农业机械等领域，但是柴油机的尾气排放也对大气环境造成了较大的影响。柴油机的主要排放物包括氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和颗粒物(PM)等。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，是降低国家标准及行业规范中对于排放物中颗粒物质量及颗粒物数量要求的必备装置。目前汽车行业中主要采用PM传感器(颗粒物传感器)实现对DPF捕集效率的监控。由于PM传感器工作原理复杂，PM传感器自身故障监控项达到三十余项，市场应用过程中PM传感器本身故障率高，可靠性低，同时单只PM传感器售价四百余元，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，通过DPF实时压差值与DPF压差测量值的对比，对DPF捕集效率是否存在故障进行诊断，诊断方法简单、精确，不需使用PM传感器，成本大大降低。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，包括以下步骤：
步骤S1、使用DPF压差传感器采集DPF系统不同工作状态下的多个DPF压差测量值，通过所述DPF系统的计算模块获取所述DPF压差测量值对应的发动机废气体积流量、DPF载体平均温度和DPF碳载量；
步骤S2、根据所述发动机废气体积流量、所述DPF载体平均温度和所述DPF碳载量，建立DPF实时压差值数学计算模型,计算DPF实时压差值；
步骤S3、根据所述DPF系统的工况信息，标定DPF捕集效率故障诊断的使能区域；
步骤S4、设定压差偏差阈值，计算所述DPF压差测量值和所述DPF实时压差值的压差偏差值，比较所述压差偏差阈值和所述压差偏差值，当所述压差偏差值小于或者等于所述压差偏差阈值内时，判定DPF捕集效率正常；当所述压差偏差值大于所述压差偏差阈值时，判定DPF捕集效率存在故障。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述步骤S2具体包括：
步骤S21、选取多个不同的所述DPF碳载量，并形成多个数值区间，确定多个所述DPF压差测量值对应的所述DPF碳载量所处的所述数值区间；
步骤S22、根据选取的所述DPF碳载量及对应的所述DPF压差测量值，结合所述发动机废气体积流量和所述DPF载体平均温度，拟合出所述DPF碳载量的DPF实时压差值MAP曲线；
步骤S23、根据所述DPF碳载量所处的所述数值区间，查询所述DPF实时压差值MAP曲线得到第一DPF实时压差值和第二DPF实时压差值；
步骤S24、根据所述第一DPF实时压差值和所述第二DPF实时压差值，计算得到所述DPF实时压差值。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述步骤S21中还包括：通过线性插值计算确定所述DPF压差测量值对应的所述DPF碳载量在所述数值区间的位置。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述步骤S24中还包括：根据所述第一DPF实时压差值和所述第二DPF实时压差值，结合所述DPF碳载量在所述数值区间的线性插值位置，通过线性插值计算得到所述DPF实时压差值。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述步骤S21中，选取八个不同的所述DPF碳载量，并形成七个所述数值区间。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述步骤S3中，所述DPF系统的工况信息包括环境条件和/或发动机状态条件和/或执行器状态条件和/或传感器工作状态条件。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S4之前，还包括：
步骤S40、判定所述DPF系统是否进入所述使能区域，当所述DPF系统进入所述使能区域时，执行所述步骤S4。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S4后还包括：
步骤S5、当判定所述DPF捕集效率存在故障时，通过反跳计算对故障的进入和退出进行时间延迟。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S5后还包括：
步骤S6、故障确认，故障灯发出提示信号。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述步骤S4中还包括，通过所述DPF碳载量对所述压差偏差阈值进行修正。
本发明的有益效果：本发明所提供的用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，首先通过DPF压差传感器采集DPF系统不同工作状态下的多个DPF压差测量值，根据每个DPF压差测量值对应的发动机废气体积流量、DPF载体平均温度和DPF碳载量，基于DPF载体的物理特性以及工作原理，可利用数值之间的对应关系建立数学计算模型，从而计算每个DPF压差测量值对应的DPF实时压差值；根据DPF压差测量值和DPF实时压差值之间的压差偏差值与设定的压差偏差阈值进行比较，从而判定DPF捕集效率是否存在故障。判定过程通过数学计算模型计算DPF实时压差值，并结合压差传感器进行DPF捕集效率诊断，不需使用PM传感器，诊断方法简单、诊断结果精确，成本大大降低。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示，本发明实施例提供一种用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，柴油机DPF系统作为发动机后处理系统的一部分，连通发动机的排气系统，包括DPF载体、连接DPF载体两端的DPF压差传感器和多个计算模块等，计算模块能够计算实时的发动机废气体积流量、DPF载体平均温度和DPF碳载量等数值。本实施例的用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法包括如下步骤：
步骤S1、使用DPF压差传感器采集DPF不同工作状态下的多个DPF压差测量值，获取每个DPF压差测量值对应的发动机废气体积流量、DPF载体平均温度和DPF碳载量；
在本步骤S1中，通过连接DPF载体两端的DPF压差传感器采集DPF不同工作状态下的多个DPF压差测量值，其中，每个DPF压差测量值均对应有相应的发动机废气体积流量、DPF载体平均温度和DPF碳载量，这些数值可以通过DPF系统的计算模块得到，本实施例在此不做赘述。
步骤S2、根据发动机废气体积流量、DPF载体平均温度和DPF碳载量，建立DPF实时压差值计算模型,计算DPF实时压差值；
在本步骤S2中，根据步骤S1中已经计算获取的发动机废气体积流量、DPF载体平均温度和DPF碳载量和DPF压差测量值，这些数值为一一对应关系，基于DPF载体的物理特性以及工作原理，可根据数值之间的对应关系建立数学计算模型，利用发动机废气体积流量、DPF载体平均温度和DPF碳载量计算DPF实时压差值。
步骤S3、根据DPF系统的工况信息，标定DPF捕集效率故障诊断的使能区域；
在本步骤S3中，首先基于DPF系统工作过程的主要影响因素，设定进行DPF捕集效率故障诊断的使能区域。DPF系统的工况信息包括环境条件和/或发动机状态条件和/或执行器状态条件和/或传感器工作状态条件。其中，环境条件包括大气温度和压力等，发动机状态条件包括发动机运行时间、静态工况、动态工况、燃烧模式、冷却液温度等；执行器状态条件包括增压压力条件、EGR阀条件、节流阀状态等，传感器工作状态条件包括DPF压差传感器、温度传感器工作状态等。上述的工况信息根据整车参数进行具体设定，本实施例在此不做限制。通过设定使能区域，保证DPF系统在正常的工况条件下进行DPF捕集效率的故障诊断，避免诊断结果受到不良工况的影响。优选地，当DPF系统的工况信息均满足以上设定条件要求时，对于DPF捕集效率的诊断进入使能区域；也即，判定DPF系统是否进入使能区域，当进入使能区域时，跳转至步骤S4。
步骤S4、设定压差偏差阈值，计算DPF压差测量值和DPF实时压差值的压差偏差值，比较压差偏差阈值和压差偏差值，当压差偏差值位于压差偏差阈值内，则判断DPF捕集效率正常；如果压差偏差值超出压差偏差阈值，则判定DPF捕集效率存在故障。
在本步骤S4中，通过步骤S2中计算得到的DPF实时压差值，比较与步骤S1中测量的DPF压差测量值的差值，作为压差偏差值。在理想工况下，压差偏差值应该为零。通过设定压差偏差阈值，将压差偏差值与压差偏差阈值进行比较，在一定精度范围内对DPF捕集效率进行诊断，避免误诊断。当压差偏差值位于压差偏差阈值内，则判断DPF捕集效率正常；如果压差偏差值超出压差偏差阈值，则判定DPF捕集效率存在故障，需要进行系统检验或者校正。
本发明实施例的用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，首先通过DPF压差传感器采集DPF系统不同工作状态下的多个DPF压差测量值，根据每个DPF压差测量值对应的发动机废气体积流量、DPF载体平均温度和DPF碳载量，基于DPF载体的物理特性以及工作原理，可根据数值之间的对应关系建立数学计算模型，从而计算每个DPF压差测量值对应的DPF实时压差值，并根据DPF压差测量值和DPF实时压差值之间的压差偏差值与设定的压差偏差阈值进行比较，从而判定DPF捕集效率是否存在故障。判定过程通过数学计算模型计算DPF实时压差值，并结合压差传感器进行DPF捕集效率诊断，不需使用PM传感器，诊断方法简单、精确，成本大大降低。
进一步地，步骤S2具体包括：
步骤S21、选取多个不同的DPF碳载量，并形成多个数值区间，确定多个DPF压差测量值对应的DPF碳载量所处的数值区间；优选地，通过线性插值计算确定DPF压差测量值对应的DPF碳载量在数值区间的位置。
在本实施例中，选取八个不同的DPF碳载量，并形成七个数值区间；以八个不同的DPF碳载量为标准，建立数学计算模型，在满足精度条件的要求下，可以简化分析和计算过程。优选地，八个不同的DPF碳载量包括从空载到满载的数值。对于对应的DPF碳载量处于七个数值区间的DPF压差测量值来说，需要将其对应的DPF碳载量通过线性插值计算出在相应数值区间的具体位置。
在其它实施例中，也可以选取其它数量的DPF碳载量进行分析从而完成数学计算模型的搭建，只要使选取的DPF碳载量包括从空载到满载的数值即可，本实施例在此不做限制。
步骤S22、根据选取的DPF碳载量及对应的DPF压差测量值，结合发动机废气体积流量和DPF载体平均温度，拟合出DPF碳载量的DPF实时压差值MAP曲线；
在本步骤S22，在选取的八个DPF碳载量中，每个DPF碳载量均有多个不同的DPF压差测量值，而每个DPF压差测量值都有对应的发动机废气体积流量和DPF载体平均温度，据此可以拟合出DPF碳载量的DPF实时压差值MAP曲线，而八个DPF碳载量对应有八个不同的DPF实时压差值MAP曲线。通过选取特定的DPF碳载量，并结合MAP曲线，可以将DPF压差测量值、发动机废气体积流量、DPF载体平均温度和DPF碳载量之间的关系进行降维分析，便于建立数学计算模型，并更精确地计算DPF实时压差值。
步骤S23、根据DPF碳载量的数值区间，查询DPF实时压差值MAP曲线得到第一DPF实时压差值和第二DPF实时压差值；
在本步骤S23中，根据DPF碳载量所在的数值区间，可以确定该数值区间两个端点的DPF碳载量，在这两个DPF碳载量的DPF实时压差值MAP曲线进行查询，可得到分别对应的第一DPF实时压差值和第二DPF实时压差值。
步骤S24、根据第一DPF实时压差值和第二DPF实时压差值，结合DPF碳载量在数值区间的线性插值结果，计算得到DPF实时压差值。
在本步骤S24中，根据在步骤S23中得到的第一DPF实时压差值和第二DPF实时压差值，结合在步骤S21中通过线性插值确定的该DPF压差测量值对应的DPF碳载量在数值区间的位置，进行再次插值计算，可得到最终的DPF实时压差值。
进一步地，在步骤S4后还包括：
步骤S5、当判定DPF捕集效率存在故障时，通过反跳计算对故障的进入和退出进行时间延迟；
步骤S6、故障确认，故障灯发出提示信号。
通过上述步骤S5，DPF系统中的计算模块会对一个驾驶周期内判定故障的计算结果进行记录，保证满足国六标准的行业要求；优选地，对DPF系统设定故障灯，当判定DPF捕集效率存在故障时，故障灯发出提示信号；便于操作人员直观观测诊断结果。
进一步地,步骤S4中还包括，通过DPF碳载量对压差偏差阈值进行修正。因为DPF碳载量对于DPF压差测量值和DPF实时压差值影响较大，使用本实施例的用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法进行多个周期的诊断之后，可以根据诊断结果进行使能区域和压差偏差阈值的验证，并通过DPF碳载量对压差偏差阈值进行修正，使得诊断精度更高。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、使用DPF压差传感器采集DPF系统不同工作状态下的多个DPF压差测量值，通过所述DPF系统的计算模块获取所述DPF压差测量值对应的发动机废气体积流量、DPF载体平均温度和DPF碳载量；
步骤S2、根据所述发动机废气体积流量、所述DPF载体平均温度和所述DPF碳载量，建立DPF实时压差值数学计算模型,计算DPF实时压差值，具体包括以下步骤；
步骤S21、选取多个不同的所述DPF碳载量，并形成多个数值区间，通过线性插值计算确定多个所述DPF压差测量值对应的所述DPF碳载量所处的所述数值区间；
步骤S22、根据选取的所述DPF碳载量及对应的所述DPF压差测量值，结合所述发动机废气体积流量和所述DPF载体平均温度，拟合出所述DPF碳载量的DPF实时压差值MAP曲线；
步骤S23、根据所述DPF碳载量所处的所述数值区间，查询所述DPF实时压差值MAP曲线得到第一DPF实时压差值和第二DPF实时压差值；
步骤S24、根据所述第一DPF实时压差值和所述第二DPF实时压差值，结合所述DPF碳载量在所述数值区间的线性插值位置，通过线性插值计算得到所述DPF实时压差值；
步骤S3、根据所述DPF系统的工况信息，标定DPF捕集效率故障诊断的使能区域；
步骤S4、设定压差偏差阈值，计算所述DPF压差测量值和所述DPF实时压差值的压差偏差值，比较所述压差偏差阈值和所述压差偏差值，当所述压差偏差值小于或者等于所述压差偏差阈值时，判定DPF捕集效率正常；当所述压差偏差值大于所述压差偏差阈值时，判定DPF捕集效率存在故障。
2.根据权利要求1所述的用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S21中，选取八个不同的所述DPF碳载量，并形成七个所述数值区间。
3.根据权利要求1所述的用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述DPF系统的工况信息包括环境条件和/或发动机状态条件和/或执行器状态条件和/或传感器工作状态条件。
4.根据权利要求1所述的用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤S4之前，还包括：
步骤S40、判定所述DPF系统是否进入所述使能区域，当所述DPF系统进入所述使能区域时，执行所述步骤S4。
5.根据权利要求1所述的用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤S4后还包括：
步骤S5、当判定所述DPF捕集效率存在故障时，通过反跳计算对故障的进入和退出进行时间延迟。
6.根据权利要求5所述的用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤S5后还包括：
步骤S6、故障确认，故障灯发出提示信号。
7.根据权利要求1所述的用于柴油机DPF捕集效率故障诊断方法，其特征在于,所述步骤S4中还包括，通过所述DPF碳载量对所述压差偏差阈值进行修正。
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