DE102017111232A1 - Method for real-time detection of deposits in internal combustion engines with AGN systems - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Erfassung von Ablagerungen in einem Abgastrakt eines Verbrennungsmotors. Die Vorrichtung (19) weist eine Abgasleitung (12) und eine Bildaufnahmeeinheit (16), die zum Aufnehmen einer in der Abgasleitung (12) vorgesehenen Oberfläche (12A, 24A) angeordnet ist, auf. Die Bildaufnahmeeinheit (16) ist dazu ausgebildet, eine Aufnahme der Oberfläche (12A, 24A) zu erfassen und auszugeben. Eine Bildverarbeitungseinheit (18) ist dazu ausgebildet, die Aufnahme zu empfangen und zur Überprüfung auf eine auf der Oberfläche (12A; 24A) befindliche Ablagerung zu verarbeiten. The invention relates to a device (10) for detecting deposits in an exhaust gas tract of an internal combustion engine. The device (19) has an exhaust pipe (12) and an image pickup unit (16) arranged to receive a surface (12A, 24A) provided in the exhaust pipe (12). The image pickup unit (16) is adapted to capture and output a photograph of the surface (12A, 24A). An image processing unit (18) is adapted to receive the image and process it for inspection on a deposit located on the surface (12A; 24A).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Ablagerungen in einem Abgastrakt eines Verbrennungsmotors, einen Prüfstand mit einer Vorrichtung zur Erfassung von Ablagerungen, ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Erfassung von Ablagerungen und ein Verfahren zur Erfassung von Ablagerungen.The invention relates to a device for detecting deposits in an exhaust tract of an internal combustion engine, a test stand with a device for detecting deposits, a motor vehicle with a device for detecting deposits and a method for detecting deposits.
Dieselmotoren können zur Verringerung der ausgestoßenen Stickoxide ein im Abgastrakt installiertes System zur selektiven katalytischen Reduktion (engl. SCR „selective catalytic reduction“) aufweisen. Ein SCR-System umfasst einen Reduktionsmittelinjektor, der ein Reduktionsmittel, zum Beispiel eine wässrige Harnstofflösung, in eine Abgasleitung einspritzt. Das Reduktionsmittel verdampft im heißen Abgas und kann die Stickoxide mit Hilfe eines Katalysators reduzieren.Diesel engines may have a selective catalytic reduction (SCR) system installed in the exhaust tract to reduce expelled nitrogen oxides. An SCR system includes a reductant injector that injects a reductant, such as an aqueous urea solution, into an exhaust conduit. The reducing agent evaporates in the hot exhaust gas and can reduce the nitrogen oxides with the aid of a catalyst.
Unter bestimmten Bedingungen, zum Beispiel niedrigen Abgastemperaturen, kann es vorkommen, dass das Reduktionsmittel nicht vollständig verdampft. Als eine Folge können sich Reduktionsmittelablagerungen in der Abgasleitung bilden. Derartige Reduktionsmittelablagerungen können sich beispielsweise an den Wänden in der Abgasleitung oder an Bauteilen, die in der Abgasleitung installiert sind, anheften. Dies kann die jeweilige Funktion des Bauteils beeinträchtigen. Zudem wird nicht verdampftes Reduktionsmittel nicht zur Stickoxidumwandlung verwendet und verringert somit die Effizienz des Systems. Zusätzlich können die Ablagerungen große Ausmaße, bis hin zur Verstopfung der Abgasleitung, annehmenUnder certain conditions, for example low exhaust gas temperatures, the reductant may not completely evaporate. As a result, reductant deposits may form in the exhaust conduit. Such reductant deposits may, for example, adhere to the walls in the exhaust pipe or to components installed in the exhaust pipe. This can affect the respective function of the component. In addition, unevaporated reducing agent is not used for nitrogen oxide conversion and thus reduces the efficiency of the system. In addition, the deposits can take on large dimensions, up to the clogging of the exhaust pipe
Die
Die
Weitere Emissionen wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Partikel wie Ruß und Asche können zum Verstopfen von Bauteilen, wie einem Dieseloxidationskatalysator und einem Dieselpartikelfilter, führen.Other emissions, such as unburned hydrocarbons and particulates, such as soot and ash, can lead to clogging of components such as a diesel oxidation catalyst and a diesel particulate filter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzusehen, die eine alternative und ggf. verbesserte Erfassung von Ablagerungen ermöglicht. Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zu Grunde, eine automatisierte und schnelle Detektion von Ablagerungen, vorzugsweise von Reduktionsmittelablagerungen und Verbrennungsproduktablagerungen, im laufenden Betrieb des Verbrennungsmotors zu ermöglichen.The invention is based on the object to provide a device and a method that allows an alternative and possibly improved detection of deposits. The invention is based in particular on the object of enabling automated and rapid detection of deposits, preferably of reducing agent deposits and combustion product deposits, during operation of the internal combustion engine.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Ablagerungen in einem Abgastrakt eines Verbrennungsmotors gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved by an apparatus and a method for detecting deposits in an exhaust gas tract of an internal combustion engine according to the independent claims. Advantageous developments are specified in the dependent claims.
Die Vorrichtung weist eine Abgasleitung und eine Bildaufnahmeeinheit auf. Die Bildaufnahmeeinheit ist zum Aufnehmen einer in der Abgasleitung vorgesehenen Oberfläche angeordnet. Die Bildaufnahmeeinheit ist dazu ausgebildet, eine Aufnahme der Oberfläche zu erfassen und auszugeben. Die Vorrichtung weist eine Bildverarbeitungseinheit auf. Die Bildverarbeitungseinheit ist dazu ausgebildet, eine von der Bildaufnahmeeinheit ausgegebene Aufnahme zu empfangen und zur Überprüfung auf eine auf der Oberfläche befindliche Ablagerung zu verarbeiten.The device has an exhaust pipe and an image pickup unit. The image pickup unit is arranged to receive a surface provided in the exhaust pipe. The image acquisition unit is designed to capture and output a recording of the surface. The device has an image processing unit. The image processing unit is designed to receive a recording output by the image recording unit and process it for checking for a deposit located on the surface.
Durch die Verwendung einer automatisierten Auswertung durch die Bildverarbeitungseinheit kann in Echtzeit eine Überprüfung auf Ablagerungen, insbesondere Betriebsmittelablagerungen, Reduktionsmittelablagerungen und/oder Verbrennungsproduktablagerungen, durchgeführt werden. Dies ermöglicht zudem eine Erfassung von Ablagerungen in einem frühen Stadium, sodass größere Ansammlungen verhindert werden können. Werden Ablagerungen erfasst, so können bspw. entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.By using an automated evaluation by the image processing unit, a check for deposits, in particular equipment deposits, reducing agent deposits and / or combustion product deposits, can be carried out in real time. This also allows detection of deposits at an early stage, so that larger accumulations can be prevented. If deposits are detected, appropriate countermeasures can be initiated, for example.
Die Bildaufnahmeeinheit kann insbesondere einen oder mehrere lichtempfindliche elektronische Bauteile, z.B. CCD- oder CMOS-Sensoren, aufweisen.The image acquisition unit may in particular comprise one or more photosensitive electronic components, e.g. CCD or CMOS sensors.
Die Aufnahme kann aus einer Mehrzahl von Pixeln (Bildpunkten) bestehen.The picture can consist of a plurality of pixels.
Die Vorrichtung kann zur Überprüfung auf jegliche Art von Ablagerung in der Abgasleitung verwendet werden.The device can be used to check for any kind of deposit in the exhaust pipe.
Vorzugsweise weist die Aufnahme eine oder eine Mehrzahl von optischen Abbildungen auf. Bei einer Mehrzahl von optischen Abbildungen können die optischen Abbildungen verschiedene Abschnitte oder Bereiche einer Oberfläche oder verschiedener Oberflächen zeigen. Alternativ oder zusätzlich können die optischen Abbildungen zeitlich versetzt aufgenommen sein. Somit können zeitliche Veränderungen der Oberflächen analysiert werden sowie mehrere Bereiche in der Abgasleitung untersucht werden. Preferably, the receptacle has one or a plurality of optical images. In a plurality of optical images, the optical images may show different portions or areas of a surface or different surfaces. Alternatively or additionally, the optical images can be recorded offset in time. Thus, temporal changes of the surfaces can be analyzed as well as several areas in the exhaust pipe can be investigated.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Bildverarbeitungseinheit dazu ausgebildet, die von der Bildaufnahmeeinheit ausgegebene Aufnahme zur Überprüfung auf eine Betriebsmittelablagerung, insbesondere eine Reduktionsmittelablagerung, eine Ablagerung eines Verbrennungsproduktes, insbesondere Ruß oder Asche, und/oder eine Ablagerungsvorstufe (z.B. Betriebsmittelablagerungsvorstufe, Reduktionsmittelablagerungsvorstufe, Verbrennungsproduktablagerungsvorstufe) zu verarbeiten. Die Ablagerungen können bspw. als Wandfilm in einem flüssigen oder festen Zustand erfasst werden.In one exemplary embodiment, the image processing unit is configured to process the image output by the image acquisition unit for checking for resource deposition, in particular reductant deposition, deposition of a combustion product, especially soot or ash, and / or a deposition precursor (eg, resource deposition precursor, reductant deposition precursor, combustion product deposition precursor) , The deposits can be detected, for example, as a wall film in a liquid or solid state.
In einer Ausführungsvariante ist die Bildverarbeitungseinheit dazu ausgebildet, eine Bildauswertung der Bildinformation der Aufnahme vorzunehmen. Insbesondere kann ein Bildverarbeitungsalgorithmus auf die von der Bildaufnahmeeinheit erfasste Aufnahme zur Überprüfung auf eine Ablagerung angewendet werden. Die Verwendung eines eigens dafür angepassten Bildverarbeitungsalgorithmus erhöht die Erkennungsgenauigkeit und ermöglicht zudem die Automatisierung der Auswertung.In one embodiment variant, the image processing unit is designed to carry out an image evaluation of the image information of the image. In particular, an image processing algorithm may be applied to the image captured by the image capture unit to check for deposition. The use of a specially adapted image processing algorithm increases the recognition accuracy and also enables the automation of the evaluation.
Der Bildverarbeitungsalgorithmus kann die Aufnahme beispielsweise mit einer früheren Aufnahme oder mit einer Vergleichsaufnahme, die keine Reduktionsablagerungen aufweist, vergleichen.The image processing algorithm may compare the image with, for example, an earlier image or a comparison image that has no reduction deposits.
Die Bildanalyse kann sowohl zwei als auch mehrere Aufnahmen vergleichen. Die Bildanalyse kann zeitliche Änderungen der Informationen in den Aufnahmen feststellen.Image analysis can compare two or more images. The image analysis can detect temporal changes of the information in the recordings.
Zusätzlich oder alternativ kann der Bildverarbeitungsalgorithmus einen Filter auf die Aufnahme anwenden. Beispielsweise können mehrere Pixel zu einem Pixel zusammengefasst werden. Der Farb- oder Grauwert des zusammengefassten Pixels kann ein Mittelwert aus den zusammengefassten Pixeln sein.Additionally or alternatively, the image processing algorithm may apply a filter to the image. For example, several pixels can be combined into one pixel. The color or gray value of the combined pixel may be an average of the aggregated pixels.
Ergänzend oder alternativ kann der Bildverarbeitungsalgorithmus die Anzahl der Pixel, bei denen ein Grauwert über einem Grenzwert liegt, zählen.Additionally or alternatively, the image processing algorithm may count the number of pixels with a gray value above a threshold.
Zusätzlich oder alternativ kann der Bildverarbeitungsalgorithmus einen Bereich des Grauwertes über dem Grenzwert zusätzlich in Klassen einteilen, die Anzahl der Pixel innerhalb jeder dieser Klassen zählen und ein entsprechendes Histogramm erstellen.Additionally or alternatively, the image processing algorithm may additionally classify a range of gray value above the threshold, count the number of pixels within each of these classes, and generate a corresponding histogram.
Ergänzend oder alternativ kann der Bildverarbeitungsalgorithmus die einzelnen Pixel zwischen zwei Bildern direkt miteinander verglichen und/oder Hashfunktionen zur Auswertung verwenden.Additionally or alternatively, the image processing algorithm can directly compare the individual pixels between two images and / or use hash functions for evaluation.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Bildverarbeitungseinheit dazu ausgebildet, eine Größe der Ablagerung zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich ist die Bildverarbeitungseinheit dazu ausgebildet, ein Vorhandensein der Ablagerung zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich ist die Bildverarbeitungseinheit dazu ausgebildet, eine zeitliche Änderung der Ablagerung zu bestimmen. Die Bestimmung einer Größe der Reduktionsmittelablagerung und/oder der zeitlichen Veränderung der Ablagerung kann verwendet werden, um zu entscheiden, ob eine Toleranzschwelle überschritten wird. Bei Überschreiten der Toleranzschwelle können entsprechende Maßnahmen zum Verringern der Reduktionsmittelablagerungen und/oder zum Verhindern weiterer Reduktionsmittelablagerungen eingeleitet werden. Die Toleranzschwelle kann vorgesehen sein, um Erfassungsungenauigkeiten durch die Bildaufnahmeeinheit auszugleichen.In one embodiment, the image processing unit is configured to determine a size of the deposit. Alternatively or additionally, the image processing unit is designed to determine the presence of the deposit. Alternatively or additionally, the image processing unit is designed to determine a temporal change of the deposit. The determination of a size of the reductant deposit and / or the time variation of the deposit may be used to decide if a tolerance threshold is exceeded. When the tolerance threshold is exceeded, appropriate measures for reducing the reducing agent deposits and / or for preventing further reducing agent deposits can be initiated. The tolerance threshold may be provided to compensate for registration inaccuracies by the image acquisition unit.
In einer Ausführungsform ist die Bildaufnahmeeinheit als eine Kamera, insbesondere eine Endoskopkamera, ausgebildet. Die Kamera kann insbesondere als 2D-Kamera, 3D-Kamera, Fotokamera und/oder Videokamera ausgebildet sein.In one embodiment, the image acquisition unit is designed as a camera, in particular an endoscope camera. The camera can be designed in particular as a 2D camera, 3D camera, camera and / or video camera.
Vorzugsweise ist die Bildaufnahmeeinheit dazu ausgebildet, eine Aufnahme im ultravioletten Bereich, im Bereich des sichtbaren Lichts und/oder im Infrarotbereich zu erfassen.The image recording unit is preferably designed to record a photograph in the ultraviolet range, in the visible light range and / or in the infrared range.
Vorteilhafterweise ist die Bildaufnahmeeinheit bei zumindest teilweiser Anordnung in der Abgasleitung in einem umgebungsbeständigen (z.B. säurebeständigen, temperaturfesten und/oder staubdichten) Gehäuse angeordnet.Advantageously, when at least partially disposed in the exhaust conduit, the imaging unit is disposed in an environmentally resistant (e.g., acid-resistant, temperature-resistant, and / or dust-proof) housing.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, einen fluoreszierenden Hilfsstoff in die Abgasleitung einzuleiten. Zum Beispiel kann zum Einleiten des fluoreszierenden Hilfsstoffs ein separater Injektor vorgesehen sein. Der fluoreszierenden Hilfsstoff kann auch zusammen mit oder separat von einem Betriebsmittel, zum Beispiel einem Reduktionsmittel, von einem Betriebsmittelinjektor eingeleitet werden. Die Vorrichtung kann einen separaten Tank für den fluoreszierenden Hilfsstoff aufweisen. Der fluoreszierende Hilfsstoff kann auch dem Betriebsmittel im Betriebsmitteltank zugegeben oder zugeleitet werden. Der fluoreszierend Hilfsstoff kann auch in dem Betriebsmittel gelöst sein.In a further embodiment, the device is designed to introduce a fluorescent excipient in the exhaust pipe. For example, a separate injector may be provided to introduce the fluorescent excipient. The fluorescent adjuvant may also be introduced together with or separately from a resource, such as a reductant, from a resource injector. The device may have a separate tank for the fluorescent adjuvant. The fluorescent adjuvant may also be added to or supplied to the resource in the resource tank. The fluorescent excipient may also be dissolved in the resource.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist die Bildaufnahmeeinheit zur Aufnahme einer Innenwandoberfläche der Abgasleitung angeordnet. Dies ermöglicht die Überprüfung auf Ablagerungen (fest oder als flüssiger Film) auf der Innenwandoberfläche der Abgasleitung. In a further embodiment variant, the image recording unit is arranged to receive an inner wall surface of the exhaust gas line. This makes it possible to check for deposits (solid or as a liquid film) on the inner wall surface of the exhaust pipe.
Alternativ oder zusätzlich weist die Vorrichtung ferner ein Bauteil, insbesondere ein Blech, einen Katalysator, einen Mischer oder einen Partikelfilter, auf. Das Bauteil ist in der Abgasleitung angeordnet. Die Bildaufnahmeeinheit ist zur Aufnahme einer Oberfläche des Bauteils angeordnet. Somit können auch Einbauten in der Abgasleitung auf Ablagerungen untersucht werden.Alternatively or additionally, the device further comprises a component, in particular a metal sheet, a catalyst, a mixer or a particle filter. The component is arranged in the exhaust pipe. The image pickup unit is arranged to receive a surface of the component. Thus, internals in the exhaust pipe can be examined for deposits.
Das Bauteil kann auch eigens als Prüfkörper vorgesehen sein, der an kritischen Stellen in der Abgasleitung zur Überprüfung Ablagerungen angeordnet ist. Der Prüfkörper kann beispielsweise in Form eines Blechs vorgesehen sein. Der Prüfkörper kann ein Störelement für die Abgasströmung in der Abgasleitung ausbilden. Dazu kann das Blech beispielsweise bezüglich einer Strömungsrichtung in der Abgasleitung geneigt angeordnet sein, zum Beispiel in einem Winkel von 90° zur Strömungsrichtung.The component may also be provided specifically as a test body, which is arranged at critical points in the exhaust pipe for checking deposits. The test specimen can be provided for example in the form of a sheet. The test specimen can form a disturbance element for the exhaust gas flow in the exhaust gas line. For this purpose, the sheet can be arranged inclined, for example, with respect to a flow direction in the exhaust pipe, for example at an angle of 90 ° to the flow direction.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner einen Betriebsmittelinjektor auf, der zum Einleiten eines Betriebsmittels (z.B. ein Reduktionsmittel oder eine Kraftstoff) in die Abgasleitung ausgebildet und angeordnet ist. Die Bildaufnahmeeinheit kann insbesondere stromabwärts oder stromaufwärts des Betriebsmittelinjektors angeordnet sein. Die Bildaufnahmeeinheit kann somit flexibel je nach Anforderung und Möglichkeit angeordnet werden. Eine Anordnung stromaufwärts des Betriebsmittelinjektors kann eine Verschmutzung der Bildaufnahmeeinheit durch das Betriebsmittel verhindern.In another embodiment, the apparatus further comprises a resource injector configured and arranged to introduce a resource (e.g., a reductant or a fuel) into the exhaust conduit. The image acquisition unit may in particular be arranged downstream or upstream of the equipment injector. The image acquisition unit can thus be flexibly arranged according to the requirement and possibility. An arrangement upstream of the resource injector may prevent contamination of the image capture unit by the resource.
Der Reduktionsmittelinjektor und/oder die Abgasleitung können insbesondere Teil eines SCR-Systems sein.The reducing agent injector and / or the exhaust pipe may in particular be part of an SCR system.
Die Bildaufnahmeeinheit ist vorzugsweise so angeordnet, dass ein Bereich stromabwärts des Betriebsmittelinjektors im Sichtfeld der Bildaufnahmeeinheit ist. Mit anderen Worten gesagt, befindet sich die von der Bildaufnahmeeinheit erfasste Oberfläche stromabwärts des Betriebsmittelinjektors. Somit können insbesondere die für Betriebsmittelablagerungen anfälligen Bereiche von der Bildaufnahmeeinheit erfasst werden.The image pickup unit is preferably arranged such that an area downstream of the resource injector is within the field of view of the image pickup unit. In other words, the surface detected by the image pickup unit is located downstream of the resource injector. Thus, in particular, the areas susceptible to resource deposits can be detected by the image acquisition unit.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Steuereinheit auf. Die Steuereinheit steht mit dem Betriebsmittelinjektor in Kommunikationsverbindung. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Betriebsmittelinjektor basierend auf der Überprüfung auf eine Ablagerung zu steuern. So kann beispielsweise eine Reduktionsmitteldosierrate zur Verbesserung einer Stickoxidumwandlungseffizienz erhöht werden, wenn keine Reduktionsmittelablagerungen festgestellt werden. Andererseits kann eine Reduktionsmitteldosierrate zur Verhinderung von Ablagerungen verringert werden, wenn Reduktionsmittelablagerungen festgestellt werden.In a further embodiment, the device has a control unit. The control unit communicates with the resource injector in communication. The control unit is configured to control the resource injector based on the check for a deposit. For example, a reductant dosing rate for improving nitrogen oxide conversion efficiency may be increased if reductant deposits are not detected. On the other hand, a reductant dosing rate to prevent deposits can be reduced as reductant deposits are detected.
Der Begriff „Steuereinheit“ bezieht sich auf eine Steuerelektronik, die je nach Ausbildung Steuerungsaufgaben und/oder Regelungsaufgaben übernehmen kann.The term "control unit" refers to a control electronics, which can take over control tasks and / or regulatory tasks depending on the training.
Die Steuereinheit kann zusätzlich zum Ansteuern des Betriebsmittelinjektors mit der Bildaufnahmeeinheit in Kommunikationsverbindung stehen. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinheit mit einer Beleuchtungsvorrichtung zum Ansteuern der Beleuchtungsvorrichtung in Kommunikationsverbindung sein.The control unit may be in communication with the image acquisition unit in addition to driving the Betriebsmitteljektjektors. Additionally or alternatively, the control unit may be in communication with a lighting device for driving the lighting device.
Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, eine Dosierrate durch den Betriebsmittelinjektor, insbesondere eine Öffnungsdauer, eine Öffnungshäufigkeit und/oder einen Öffnungsgrad des Betriebsmittelinjektors, basierend auf der Überprüfung auf eine Ablagerung der Bildverarbeitungseinheit zu steuern.Advantageously, the control unit is designed to control a metering rate by the equipment injector, in particular an opening duration, an opening frequency and / or an opening degree of the equipment injector, based on the check for deposition of the image processing unit.
Insbesondere ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, eine Dosierrate des Betriebsmittelinjektors zu verringern, wenn die Bildverarbeitungseinheit ein Vorhandensein einer Ablagerung auf der Oberfläche bestimmt, eine bestimmte Größe der Ablagerung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, eine zeitliche Änderung einer Ablagerung bestimmt und/oder eine zeitliche Änderung der Ablagerung einen Grenzwert überschreitet. Eine Verringerung der Dosierung kann die Ausbildung weiterer Ablagerungen verhindern.In particular, the control unit is configured to reduce a metering rate of the resource injector when the image processing unit determines a presence of a deposit on the surface, a certain amount of deposit exceeds a predetermined threshold, determines a temporal change of a deposit and / or a temporal change of the deposit exceeds a limit. A reduction in dosage may prevent the formation of further deposits.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit eine Maßnahme zur Verringerung der Ablagerung einleiten. Zum Beispiel kann der Verbrennungsmotor zur Verringerung der Ablagerung gesteuert werden, wenn die Bildverarbeitungseinheit ein Vorhandensein einer Ablagerung auf der Oberfläche bestimmt, die bestimmte Größe der Reduktionsmittelablagerung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, eine zeitliche Änderung einer Ablagerung bestimmt und/oder eine zeitliche Änderung der Ablagerung einen Grenzwert überschreitet. Vorzugsweise kann hierzu beispielsweise eine Abgastemperatur und/oder ein Abgasmassenstrom erhöht werden.Alternatively or additionally, the control unit may initiate a measure to reduce the deposit. For example, the engine may be controlled to reduce deposition when the image processing unit determines presence of a deposit on the surface, the particular size of the reductant deposit exceeds a predetermined threshold, determines a change over time of a deposit, and / or a temporal change of the deposit determines a threshold exceeds. For this purpose, for example, an exhaust gas temperature and / or an exhaust gas mass flow can preferably be increased.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, für einen oder eine Mehrzahl von Motorbetriebspunkten des Verbrennungsmotors eine maximale Betriebsmitteldosierrate zu bestimmen und/oder zu aktualisieren, bei der keine Ablagerung von der Bildverarbeitungseinheit bestimmt wird, eine bestimmte Größe der Ablagerung einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet, bei der keine zeitliche Änderung einer Ablagerung bestimmt wird, und/oder eine zeitliche Änderung der Ablagerung einen Grenzwert nicht überschreitet. Hierzu kann die Steuereinheit die Betriebsmitteldosierung beispielsweise so lange schrittweise erhöhen, bis eine Ablagerung erfasst wird. Dies ermöglicht die automatische Erstellung von Kennlinien in einem Prüfstand für den späteren Gebrauch in der Praxis. Eine Aktualisierung kann bspw. bei einer Anwendung im Fahrzeug vorgenommen werden, wenn eine im Fahrzeug bestimmte maximale Dosierrate von einer im Labor, bei Feldversuchen oder einer zuvor bestimmten maximalen Dosierrate abweicht.In a further embodiment, the control unit is designed for one or a plurality of engine operating points of Combustion engine to determine and / or update a maximum Betriebsmitteldosierrate in which no deposition is determined by the image processing unit, a certain size of the deposit does not exceed a predetermined limit, in which no temporal change of a deposit is determined, and / or a temporal change of the Deposit does not exceed a limit. For this purpose, the control unit, for example, gradually increase the metering dosing until a deposit is detected. This allows the automatic generation of characteristics in a test bench for later use in practice. An update may, for example, be carried out in an application in the vehicle if a maximum dosage rate determined in the vehicle deviates from that in the laboratory, in field tests or a previously determined maximum dosing rate.
Die Steuereinheit kann automatisch nacheinander verschiedene Motorbetriebspunkte ansteuern und für jeden Motorbetriebspunkt eine maximale Dosierrate bestimmen.The control unit may automatically sequentially control different engine operating points and determine a maximum metering rate for each engine operating point.
Die maximale Dosierrate kann in einem Speicher der Steuereinheit abgespeichert werden, sodass zukünftig verhindert werden kann, dass zu viel Betriebsmittel eingespritzt wird.The maximum dosing rate can be stored in a memory of the control unit, so that it can be prevented in the future that too much operating fluid is injected.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ferner eine Beleuchtungsvorrichtung auf. Die Beleuchtungsvorrichtung ist zum Beleuchten der von der Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Oberfläche angeordnet. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Aufnahmequalität verbessert werden kann.In a further embodiment, the device further comprises a lighting device. The illumination device is arranged to illuminate the surface received by the image acquisition unit. Such a configuration has the advantage that the recording quality can be improved.
Die Beleuchtungsvorrichtung kann separat zur Bildaufnahmeeinheit als zusätzliche Einheit verwendet werden und/oder in die Bildaufnahmeeinheit integriert sein.The illumination device can be used separately from the image acquisition unit as an additional unit and / or integrated into the image acquisition unit.
Die Beleuchtungsvorrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, Licht mit verschiedenen Wellenlängen, insbesondere Licht in einem ultravioletten Bereich, einem sichtbaren Bereich und/oder einem infraroten Bereich, auszusenden.In particular, the illumination device can be designed to emit light with different wavelengths, in particular light in an ultraviolet range, a visible range and / or an infrared range.
Es versteht sich, dass sich der Ausdruck „sichtbarer Bereich des Lichts“ auf einen für das menschliche Auge sichtbaren Bereich des Lichts bezieht (Wellenlänge zwischen 380 nm und 780 nm).It will be understood that the term "visible region of light" refers to a region of light visible to the human eye (wavelength between 380 nm and 780 nm).
Die Beleuchtungsvorrichtung kann als eine Dauerbeleuchtungsvorrichtung oder eine Blitzvorrichtung ausgebildet sein.The lighting device may be formed as a continuous lighting device or a flash device.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Beleuchtungsvorrichtung Licht im ultravioletten Bereich aussenden. Dies ermöglicht, dass beispielsweise fluoreszierende Hilfsstoffe in den Ablagerungen sichtbar gemacht werden. Die Beleuchtung kann vor oder während der Aufnahme durch die Bildaufnahmeeinheit erfolgen.In a further embodiment, the illumination device can emit light in the ultraviolet range. This allows, for example, fluorescent excipients to be visualized in the deposits. The illumination can take place before or during the recording by the image recording unit.
Die Erfindung betrifft ferner einen Prüfstand, insbesondere einen Motorprüfstand, oder ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit der Vorrichtung zur Erfassung von Reduktionsmittelablagerungen wie hierin offenbart.The invention further relates to a test stand, in particular an engine test bench, or a motor vehicle, in particular a utility vehicle, with the device for detecting reductant deposits as disclosed herein.
Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung von Ablagerungen in einem Abgastrakt eines Verbrennungsmotors. Die Ablagerung sind insbesondere Betriebsmittelablagerungen, vorzugsweise Reduktionsmittelablagerungen, und/oder Verbrennungsproduktablagerungen, vorzugsweise Ruß oder Asche. Das Verfahren weist das Aufnehmen einer Oberfläche in einer Abgasleitung auf. Zusätzlich weist das Verfahren das Anwenden einer Bildverarbeitung auf die Aufnahme zur Überprüfung auf Ablagerung auf der Oberfläche auf.In addition, the invention relates to a method for detecting deposits in an exhaust tract of an internal combustion engine. The deposits are in particular resource deposits, preferably reductant deposits, and / or combustion product deposits, preferably soot or ash. The method includes receiving a surface in an exhaust conduit. In addition, the method includes applying image processing to the recording for surface deposition verification.
Wie bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung ermöglicht die Verwendung einer automatisierten Aufnahme und Auswertung eine Echtzeitüberprüfung auf Ablagerungen. Die Ablagerungen können in einem frühen Stadium erfasst werden. Ggf. können geeignete Gegenmaßnahmen zur Verhinderung weiterer Ablagerungen und/oder zum Verkleinern oder Auflösen der vorhandenen Ablagerungen eingeleitet werden.As with the previously described device, the use of automated capture and evaluation allows for real-time deposition inspection. The deposits can be detected at an early stage. Possibly. appropriate countermeasures to prevent further deposits and / or to reduce or dissolve the existing deposits may be initiated.
Das Verfahren kann die Vorrichtung wie hierin offenbart verwenden.The method may use the device as disclosed herein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren ferner das Einleiten eines Betriebsmittels, insbesondere eines Reduktionsmittels, zum Beispiel eine wässrige Harnstofflösung, in die Abgasleitung auf. Die Bildverarbeitung wird auf die Aufnahme zur Überprüfung auf eine Ablagerung des Betriebsmittels auf der Oberfläche angewendet.In a preferred embodiment, the method further comprises introducing a resource, in particular a reducing agent, for example an aqueous urea solution, into the exhaust gas line. The image processing is applied to the image for inspection for a deposit of the surface-active agent.
Das Betriebsmittel kann zusammen mit einem fluoreszierenden Hilfsstoff eingeleitet. Das Verfahren kann dann ferner insbesondere das Bestrahlen der Oberfläche mit Licht, das eine Anregungswellenlänge des fluoreszierenden Hilfsstoffs aufweist, aufweisen. Das Licht kann insbesondere einen Anteil im ultravioletten Bereich aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass fluoreszierende Reduktionsmittelablagerungen die Erkennungsgenauigkeit erhöhen können.The resource may be introduced together with a fluorescent excipient. The method may further comprise, in particular, irradiating the surface with light having an excitation wavelength of the fluorescent excipient. In particular, the light may have a proportion in the ultraviolet range. This has the advantage that fluorescent reducing agent deposits can increase the recognition accuracy.
Das Bestrahlen der Oberfläche mit Licht kann vor dem Aufnehmen der Oberfläche oder während des Aufnehmens der Oberfläche stattfinden.The irradiation of the surface with light may take place prior to picking up the surface or while picking up the surface.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung zur Erfassung von Reduktionsmittelablagerungen; -
2 eine schematische Ansicht einer weiteren beispielhaften Vorrichtung zur Erfassung von Reduktionsmittelablagerungen; -
3 ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Verfahrens zur Kennfeldermittlung unter Verwendung der Vorrichtung zur Erfassung von Reduktionsmittelablagerungen; und -
4 ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Verfahrens für eine Fahrzeuganwendung unter Verwendung der Vorrichtung zur Erfassung von Reduktionsmittelablagerungen.
-
1 a schematic view of an exemplary apparatus for detecting Reduktionsmittelablagerungen; -
2 a schematic view of another exemplary device for detecting Reduktionsmittelablagerungen; -
3 a flowchart for illustrating a method for Kennfeldermittlung using the device for detecting Reduktionsmittelablagerungen; and -
4 a flowchart for illustrating a method for a vehicle application using the device for detecting Reduktionsmittelablagerungen.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.The embodiments shown in the figures are at least partially identical, so that similar or identical parts are provided with the same reference numerals and to the explanation of which reference is also made to the description of the other embodiments or figures in order to avoid repetition.
Nachfolgend wird insbesondere auf eine besonders bevorzugte Vorrichtung und ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Erfassung von Reduktionsmittelablagerungen Bezug genommen. Fachleute werden jedoch leicht verstehen, dass die Vorrichtung und das Verfahren ebenso zur Erfassung anderer Ablagerungen, z.B. Ablagerung von anderen Betriebsmitteln (z.B. Diesel) oder Verbrennungsprodukten (beispielsweise Ruß oder Asche), anwendbar sind.In the following, reference will be made in particular to a particularly preferred apparatus and a particularly preferred method for detecting reductant deposits. However, those skilled in the art will readily understand that the apparatus and method are equally useful for detecting other deposits, e.g. Deposition of other resources (e.g., diesel) or combustion products (e.g., soot or ash) are applicable.
Die
Die Abgasleitung
Ein Reduktionsmittelinjektor
In anderen Ausführungsformen kann statt des Reduktionsmittelinjektors
Der Reduktionsmittelinjektor
Die Bildaufnahmeeinheit
Die Bildaufnahmeeinheit
In der dargestellten Ausführungsform ist die Bildaufnahmeeinheit
Die Bildaufnahmeeinheit
Zum Beispiel kann ein Bildverarbeitungsalgorithmus die Aufnahme der Oberfläche
Der Vergleich zweier Bilder miteinander kann über verschiedene Verfahren erfolgen. Von denen beispielhaft einige nachfolgend erläutert sind.The comparison of two images with each other can be done by different methods. Some of which are exemplified below.
Grundlegend für die meisten Verfahren ist die Berücksichtigung der Grau- und Farbwerte der einzelnen Pixel des Bildes. Bevor der eigentliche Vergleich stattfindet, kann ein Bild vorgefiltert werden. Eine Möglichkeit des Filterns ist das Zusammenlegen mehrerer Pixel zu einem großen Pixel, welcher die Mittelwerte der Grauwerte und Farbwerte der zusammengeführten Pixel als Eigenschaft hat. Im Nachfolgenden ist unter Pixel sowohl der Pixel als auch der Mittelwert aus mehreren Pixeln gemeint. Beim Vergleich können sowohl direkt zeitlich, als auch indirekt zeitlich (es liegen mehrere Bilder zwischen den zu vergleichenden Aufnahmen) aufeinander folgende Bilder verwendet werden. Nachfolgend werden einige Verfahren zum Bildvergleich beispielhaft beschrieben.Fundamental to most methods is the consideration of the gray and color values of the individual pixels of the image. Before the actual comparison takes place, a picture can be prefiltered. One way of filtering is to merge multiple pixels into one large pixel, which has the averages of the gray levels and color values of the merged pixels as a property. Hereinafter, by pixel is meant both the pixel and the average of a plurality of pixels. During the comparison, consecutive images can be used both directly in time as well as indirectly in time (there are several images between the images to be compared). Hereinafter, some methods for image comparison will be described by way of example.
Es wird ein Grenzwert für den Grauwert definiert. Für jedes Bild wird die Anzahl der Pixel gezählt, bei denen der Grauwert über dem Grenzwert liegt. Ändert sich diese Anzahl zwischen zwei Bildern, so ist dies proportional zur vorliegenden Menge an Reduktionsmittelablagerungen.A threshold value for the gray value is defined. For each image, count the number of pixels where the gray value is above the threshold. If this number changes between two images, this is proportional to the amount of reducing agent deposits present.
Statt nur die Anzahl der Pixel über dem Grenzwert zu zählen, kann der Bereich des Grauwertes über dem Grenzwert zusätzlich in Klassen eingeteilt werden. Man zählt nun die Anzahl der Pixel innerhalb jeder dieser Klassen und enthält auf Basis dessen ein Histogramm. Hier ist die Änderung des Histogramms beim Vergleich zweier Bilder proportional zur Menge der Reduktionsmittelablagerungen.Instead of counting only the number of pixels above the limit value, the range of the gray value above the limit value can additionally be divided into classes. Now count the number of pixels within each of these classes and contain a histogram based on it. Here, changing the histogram when comparing two images is proportional to the amount of reductant deposits.
Das oben genannte Verfahren mithilfe eines Histogramms kann auch ohne Festlegung eines Grenzwertes angewendet werden. Dazu wird der komplette Wertebereich des Grauwertes (0:255) in Klassen eingeteilt und wiederum die Anzahl der Pixel eines Bildes pro Klasse gezählt. Auf Basis dessen wird ein Histogramm erstellt. Zusätzlich zum Grauwert kann ebenfalls eine Untersuchung der Farbwerte (RPG) mit dieser Methode durchgeführt werden. D.h., für jeden Farbwert werden Klassen eingeführt und die Anzahl der Pixel in jeder Klasse für jeden Farbwert bestimmt. Daraus folgt ein Histogramm für jeden Farbwert. Diese Histogramme werden zum Vergleich von zwei oder mehreren Bildern herangezogen und eine Änderung in den Histogrammen gibt eine Änderung in den Reduktionsmittelablagerungen an.The above method using a histogram can also be applied without setting a threshold. For this, the complete value range of the gray value (0: 255) is divided into classes and in turn the number of pixels of an image per class is counted. Based on this, a histogram is created. In addition to the gray value, an examination of the color values (RPG) can also be performed with this method. That is, classes are introduced for each color value and the number of pixels in each class is determined for each color value. This results in a histogram for each color value. These histograms are used to compare two or more images, and a change in the histograms indicates a change in reductant deposits.
Bei einem weiteren Verfahren werden die einzelnen Pixel zwischen zwei Bildern direkt miteinander verglichen. Da jedes Bild dieselbe Gesamtanzahl an Pixeln besitzt, können die einzelnen jeweiligen Pixel zweier oder mehrerer Bilder direkt miteinander verglichen werden. Zum Vergleich können sowohl Grau- als auch Farbwerte verwendet werden. Unterscheiden sich Pixel zwischen Bildern, so ist dies ein Maß für Reduktionsmittelablagerungen.In another method, the individual pixels between two images are directly compared. Since each image has the same total number of pixels, the individual respective pixels of two or more images can be compared directly with each other. For comparison, both gray and color values can be used. If pixels differ between images, this is a measure of reducing agent deposits.
Als weitere Vergleichsmethode können beispielsweise Hashfunktionen verwendet werden. Eine derartige Hashfunktion ist zum Beispiel eine kryptologische Hashfunktion. In dieser werden wahlweise sämtliche Farb- oder Grauwerte eines Bildes in einen eindeutigen und diese gesamten Werte einzigartigen Zahl notiert (zum Beispiel MD5-Hash; 32-stellige Hexadezimalzahl). Diese Zahl wird für jedes Bild erstellt und kann dann untereinander verglichen werden. Insofern sich Bilder unterscheiden, ist diese Zahl unterschiedlich.For example, hash functions can be used as a further comparison method. Such a hash function is, for example, a cryptological hash function. In this, all color or gray values of an image are optionally noted in a unique number that is unique to these entire values (for example, MD5 hash, 32-digit hexadecimal number). This number is created for each image and can then be compared with each other. As far as pictures differ, this number is different.
Es versteht sich, dass die genannten Möglichkeiten untereinander kombiniert werden können und/oder andere Verfahren der Bildverarbeitung und/oder Objekterkennung verwendet werden können.It is understood that the mentioned possibilities can be combined with one another and / or other methods of image processing and / or object recognition can be used.
Wird von der Bildverarbeitungseinheit
Wenn das Vorhandensein einer Reduktionsmittelablagerung von der Bildverarbeitungseinheit
Insbesondere kann die Steuereinheit
Vorzugsweise kann die Steuereinheit
Andererseits ist es ebenso möglich, dass die Steuereinheit
Die Steuereinheit
Die Steuereinheit
Zur Beleuchtung des Innenraums der Abgasleitung
In einigen Ausführungsformen kann die Beleuchtungsvorrichtung
In einigen Ausführungsformen kann dem Reduktionsmittel ein fluoreszierendes Hilfsmittel beigemischt sein. Das fluoreszierende Hilfsmittel kann beim Einleiten durch den Reduktionsmittelinjektor
Die
Die Vorrichtung 10' weist zusätzlich ein Bauteil
Zusätzlich oder alternativ zur Aufnahme eines Abschnitts der Innenwandoberfläche
Auch bei der Ausführungsform nach
Die hierin offenbarte Vorrichtung zur Erfassung von Reduktionsmittelablagerungen kann vielfältig angewendet werden. Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf
Die
Nachfolgend ist das beispielhafte Verfahren der
In einem ersten Schritt
Im Schritt
Der Steuerbefehl zum Ansteuern des Reduktionsmittelinjektors
Im Schritt
Im Schritt
Im Schritt
Im Schritt
Im Schritt
Wenn der Grenzwert überschritten wurde, so wird das zu erstellende Kennfeld im Schritt
Wenn kein Grenzwert überschritten wurde (Schritt
Die
Die Schritte
Wird im Schritt
Wird im Schritt
Zusätzlich kann im Schritt
Im Schritt
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.The invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a variety of variants and modifications is possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope. In particular, the invention also claims protection of the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Vorrichtung zur Erfassung von Reduktionsmittelablagerungen (Ablagerungen)Device for detecting reductant deposits (deposits)
- 1212
- Abgasleitungexhaust pipe
- 12A12A
- Innenoberfläche der AbgasleitungInner surface of the exhaust pipe
- 1414
- Reduktionsmittelinjektor (Betriebsmittelinjektor)Reductant injector (resource injector)
- 1616
- BildaufnahmeeinheitImaging unit
- 1818
- BildverarbeitungseinheitImage processing unit
- 2020
- Steuereinheitcontrol unit
- 2222
- Beleuchtungsvorrichtunglighting device
- 2424
- Bauteil in AbgasleitungComponent in exhaust pipe
- 24A24A
- Oberfläche des BauteilsSurface of the component
- A, BA, B
- Strömungsrichtungflow direction
- X, YX, Y
- Mögliche Positionen für BildaufnahmeeinheitPossible positions for image acquisition unit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008018063 A1 [0004]DE 102008018063 A1 [0004]
- WO 2015/150498 A1 [0005]WO 2015/150498 A1 [0005]
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DE102017111232.4A DE102017111232A1 (en) | 2017-05-23 | 2017-05-23 | Method for real-time detection of deposits in internal combustion engines with AGN systems |
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