DE102021214723A1 - Method for predictive diagnosis in a diesel exhaust system - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Offenbarung schlägt ein Verfahren (100) zur prädiktiven Diagnose in einem Dieselabgassystem und eine elektronische Steuereinheit (ECU (104)) dafür vor. In Schritt 201 ruft die ECU (104) einen modellierten Temperaturwert ab. In Schritt 202 empfängt die ECU (104) einen zweiten Temperaturwert aus dem zweiten Temperatursensor (103), der stromabwärts eines Katalysators (101) angeordnet ist. In Schritt 203 berechnet die ECU (104) eine Differenz zwischen den zweiten Werten und dem modellierten Wert in Abhängigkeit von einem ersten Satz von Eingaben, wie einem Status eines DPF (105), Regenerationszähldaten für den DPF (105). In Schritt 204 prognostiziert die ECU (104) anhand dieser Berechnung einen Ausfall im Dieselabgassystem. Die Ausfallprognose erfolgt, wenn die berechnete Differenz für eine vordefinierte Zeitdauer konstant bleibt.The present disclosure proposes a method (100) for predictive diagnosis in a diesel exhaust system and an electronic control unit (ECU (104)) therefor. In step 201, the ECU (104) retrieves a modeled temperature value. In step 202, the ECU (104) receives a second temperature value from the second temperature sensor (103) located downstream of a catalytic converter (101). In step 203, the ECU (104) calculates a difference between the second values and the modeled value depending on a first set of inputs, such as a status of a DPF (105), regeneration count data for the DPF (105). In step 204, the ECU (104) uses this calculation to predict a failure in the diesel exhaust system. The failure prognosis occurs when the calculated difference remains constant for a predefined period of time.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur prädiktiven Diagnose in einem Dieselabgassystem und eine elektronische Steuereinheit dafür.The present disclosure relates to a method for predictive diagnosis in a diesel exhaust system and an electronic control unit therefor.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Um die strengen Partikel- und Emissionsziele zu erfüllen, werden Katalysatoren wie der Dieseloxidationskatalysator (DOC)/Nox-Speicherkatalysator (NSC) zusammen mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) zwingend im Abgassystem eines Fahrzeugs eingesetzt. Der Dieselpartikelfilter kumuliert und sammelt die Rußpartikel. Wenn sich die Rußpartikel in einem bestimmten Intervall vollständig im DPF angesammelt haben, erzeugen sie einen Gegendruck im Motor und einen Widerstand gegen den Abgasstrom. Daher muss der DPF in regelmäßigen Abständen durch ein Verfahren gereinigt werden, das allgemein als Regeneration bezeichnet wird. Für eine wirksame Regeneration muss der Ruß im DPF richtig verbrannt werden. Dies erfordert eine einwandfreie exotherme Reaktion im Katalysator (DOC/NSC). Die exothermen Reaktionen sind ferner von anderen Komponenten des Luft- und Kraftstoffsystems des Fahrzeugs abhängig. Diese sind die Eingaben für die eigentliche exotherme Reaktion. Es ist möglich, Anomalien im Abgassystem anzuzeigen, wenn die tatsächlichen Werte von Parametern wie der Temperatur im Katalysator von den erwarteten oder kalibrierten Werten abgewichen sind. Zur Vorhersage von Systemabweichungen und Komponentenausfällen wird ein robuster Algorithmus benötigt, der Komponentenausfälle im Voraus vorhersagen kann.In order to meet the strict particle and emission targets, catalytic converters such as the diesel oxidation catalytic converter (DOC)/NOx storage catalytic converter (NSC) together with a diesel particulate filter (DPF) are mandatory in a vehicle's exhaust system. The diesel particle filter accumulates and collects the soot particles. When the soot particles have completely accumulated in the DPF in a certain interval, they create a back pressure in the engine and a resistance to the exhaust gas flow. Therefore, the DPF needs to be cleaned periodically through a process commonly referred to as regeneration. For effective regeneration, the soot in the DPF must be properly burned. This requires a proper exothermic reaction in the catalyst (DOC/NSC). The exothermic reactions are also dependent on other components of the vehicle's air and fuel system. These are the inputs to the actual exothermic reaction. It is possible to indicate anomalies in the exhaust system when the actual values of parameters such as the temperature in the catalytic converter have deviated from the expected or calibrated values. Predicting system variations and component failures requires a robust algorithm that can predict component failures in advance.
Die Patentanmeldung
Figurenlistecharacter list
Eine Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden begleitenden Zeichnungen beschrieben:
-
1 zeigt einen Abschnitt eines Dieselabgassystems (100); und -
2 stellt die Verfahrensschritte (200) der prädiktiven Diagnose im Dieselabgassystem (100) dar.
-
1 shows a portion of a diesel exhaust system (100); and -
2 represents the method steps (200) of the predictive diagnosis in the diesel exhaust system (100).
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Der erste Temperatursensor (102) misst den Temperaturwert stromaufwärts vom Katalysator (101). Der zweite Temperatursensor (103) misst den Temperaturwert stromabwärts vom Katalysator (101). Der DPF (105) ist ein Filter zum Entfernen von Dieselpartikelmaterial oder Ruß aus dem Abgas eines Dieselmotors. Die angesammelten Rußpartikel werden kontinuierlich oder periodisch durch thermische Regeneration aus dem Filter entfernt. Diese Regeneration des DPF (105) wird dadurch erreicht, dass der Motor so programmiert ist, dass er (bei vollem Filter) so läuft, dass er die Abgastemperatur erhöht und den im DPF (105) angesammelten Ruß abbrennt. Der Katalysator (101) führt während des Regenerationsprozesses exotherme Reaktionen durch, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Allerdings darf die Temperaturdifferenz während des Regenerationsprozesses einen festgelegten Schwellenwert nicht überschreiten. Diese Temperaturdifferenz wird durch eine Software in der ECU (104) geregelt, die allgemein als Beobachterkorrektur bekannt ist. Der Beobachter berechnet einen modellierten Temperaturwert, der der Temperatur entspricht, die stromabwärts vom Katalysator idealerweise zu beobachten wäre. Der Beobachter sorgt auch dafür, dass die Temperaturdifferenz durch verschiedene Maßnahmen wie Nacheinspritzung von Kraftstoff und dergleichen aufrechterhalten wird.The first temperature sensor (102) measures the temperature value upstream of the catalytic converter (101). The second temperature sensor (103) measures the temperature value downstream of the catalytic converter (101). The DPF (105) is a filter used to remove diesel particulate matter or soot from the exhaust gas of a diesel engine. The accumulated soot particles are continuously or periodically removed from the filter by thermal regeneration. This regeneration of the DPF (105) is achieved by programming the engine to run (when the filter is full) in such a way that it increases the exhaust gas temperature and burns off the soot that has accumulated in the DPF (105). The catalytic converter (101) performs exothermic reactions during the regeneration process to increase the exhaust gas temperature. However, the temperature difference must not exceed a specified threshold during the regeneration process. This temperature differential is controlled by software in the ECU (104) commonly known as observer correction. The observer calculates a modeled temperature value that corresponds to the temperature that would ideally be observed downstream of the catalyst. The observer also ensures that the temperature difference is maintained through various measures such as post-injection of fuel and the like.
In Schritt 203 berechnet die ECU (104) eine Differenz zwischen dem zweiten Wert und dem modellierten Wert in Abhängigkeit von einem ersten Satz von Eingaben. Der erste Satz von Eingaben umfasst einen Status des DPF (105), Regenerationszähldaten für den DPF (105). Die Berechnung wird durchgeführt, wenn sich der DPF (105)-Status im Regenerationsmodus befindet und der Regenerationszählwert unterhalb eines vordefinierten Schwellenwerts liegt. In Schritt 204 prognostiziert die ECU (104) anhand dieser Berechnung einen Ausfall im Dieselabgassystem. Die Ausfallprognose erfolgt, wenn die berechnete Differenz für eine vordefinierte Zeitdauer konstant bleibt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass nur eine stabile hohe Temperatur für die prädiktive Diagnose berücksichtigt wird und geringfügige Anomalien unberücksichtigt bleiben. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Ausfallprognose beispielsweise nur dann, wenn die Temperaturdifferenz während der Regenerationsphase in Abhängigkeit von dem anderen ersten Satz von Eingaben mindestens 15 Sekunden lang einen vorgegebenen Schwellenwert (beispielsweise 100 Kelvin) überschreitet.In
Die Regenerationszähldaten sind wichtig, um sicherzustellen, dass die Regeneration mindestens einmal stattgefunden hat. Die erste Regeneration ist wichtig, weil Katalysatoren (101) in der kurzen Anfangszeit einen gewissen Aktivitätsverlust aufweisen. Nach diesem anfänglichen Aktivitätsverlust bleibt die Leistung des Katalysators (101) über einen langen Zeitraum hinweg stabil. Aus diesem Grund sollten neue Katalysatoren (101) vor den Emissionsprüfungen „nachgereift“ werden. Wird die Nachreifung nicht bei einem frischen EGT durchgeführt, wirkt er sich auf die exotherme Reaktionsleistung aus. Dies verbessert das Anspringverhalten und die Umwandlungseffizienz eines Dieseloxidationskatalysators (101) (DOC). Wenn keine erste Regeneration stattgefunden hat, besteht keine Konsistenz oder Stabilität im Temperaturverlauf. Die Berücksichtigung der ersten Regeneration wichtig, um eine Fehlerfassung der Leistung des Katalysators (101) zu vermeiden. Ferner ist zu beachten, dass es natürlich oder offensichtlich ist, dass die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Temperatursensor (102) und dem zweiten Temperatursensor (103) im Regenerationsmodus höher als der vordefinierte Wert ist, wenn der Regenerationszählwert eine vorgegebene Anzahl überschreitet. Daher ist dieser Wert bei der Vorhersage von Systemproblemen von größter Bedeutung.The regeneration count data is important to ensure that regeneration has taken place at least once. The first regeneration is important because catalysts (101) show a certain loss of activity in the short initial period. After this initial loss of activity, the performance of the catalyst (101) remains stable over a long period of time. For this reason, new catalytic converters (101) should be "post-matured" before emission tests. If post-ripening is not performed on a fresh EGT, it will affect the exothermic reaction performance. This improves light-off performance and conversion efficiency of a Diesel Oxidation Catalyst (101) (DOC). If no initial regeneration has taken place, there is no consistency or stability in the temperature history. The consideration of the first regeneration is important to avoid misreading the performance of the catalytic converter (101). Further note that it is natural or obvious that the temperature difference between the first temperature sensor (102) and the second temperature sensor (103) in the regeneration mode is higher than the predefined value when the regeneration count exceeds a predetermined number. Therefore, this value is of utmost importance in predicting system problems.
Diese Idee zur Entwicklung eines neuen Verfahrens, die das System diagnostiziert oder prognostiziert, verschiebt den Komponentenausfall. Diese neuen Verfahrensschritte wurden entwickelt, um die Leistung des Systems vorherzusagen. Falls die Beobachterkorrektur (d. h. die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Temperatursensor (103)) erreicht den maximalen kalibrierten Schwellenwert, in eine wesentlich kürzere Lebensdauer des Fahrzeugs. Dies zeigt die Anomalie im System und einen möglichen Ausfall einer Komponente an. Um diese Ursache zu vermeiden, wird ein Fehler im System ausgelöst. In einer Ausführungsform des vorliegenden Systems ist die Fehlerreaktion mit Lampe auf dem Armaturenbrett integriert, um den Endkunden über die wahrscheinlichen Probleme im System zu informieren.This idea of developing a new method that diagnoses or predicts the system postpones component failure. These new procedural steps were developed to predict the performance of the system. If the observer correction (i.e. the temperature difference between the first and second temperature sensors (103)) reaches the maximum calibrated threshold, this will result in a significantly shorter vehicle life. This indicates the anomaly in the system and a possible failure of a component. To avoid this cause, an error is triggered in the system. In one embodiment of the present system, the error response lamp is integrated on the dashboard to inform the end customer of the likely problems in the system.
Es versteht sich, dass die in der obigen detaillierten Beschreibung erläuterten Ausführungsformen lediglich illustrativen Charakter haben und nicht den Schutzbereich dieser Erfindung einschränken. Jegliche Änderungen des Verfahrens der prädiktiven Diagnose in einem Dieselabgassystem sind vorgesehen und bilden einen Teil dieser Erfindung. Der Schutzbereich der Erfindung wird nur durch die Ansprüche begrenzt.It should be understood that the embodiments described in the above detailed description are merely illustrative and do not limit the scope of this invention. Any changes in the method of predictive diagnostics in a diesel exhaust system are intended to form a part of this invention. The scope of the invention is only limited by the claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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US5941918A (en) | 1997-07-30 | 1999-08-24 | Engelhard Corporation | Automotive on-board monitoring system for catalytic converter evaluation |
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