Development of algorithms for estimation of particle emissions using soot sensor for on-board diagnostic systems
Authors: Κοντσές Δημήτριος 
Published: September 2021

Η παρούσα διατριβή ανέπτυξε και βελτιστοποίησε ένα σύστημα OBD για τη διάγνωση της παγίδας αιθάλης (DPF) χρησιμοποιώντας έναν ωμικό αισθητήρα και τα απαραίτητα μοντέλα OBD. Μετά την εισαγωγή στο κεφάλαιο 1, το κεφάλαιο 2 περιγράφει τη μεθοδολογία. Χρησιμοποιήθηκαν δυο δυναμόμετρα κινητήρων, τρία δοκιμαστικά οχήματα, διάφορα κατεστραμμένα DPF και το Micro Soot Sensor (MSS) ως όργανο αναφοράς. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η ανάπτυξη του OBD μοντέλου. Το μοντέλο βασίζεται στη σύγκριση μεταξύ του μετρημένου χρόνου απόκρισης ενός αισθητήρα αιθάλης και του υπολογισμένου χρόνου απόκρισης αισθητήρα για DPF που απέτυχε στο όριο OBD (12 mg/km στο NEDC). Ο υπολογισμένος χρόνος απόκρισης βασίζεται σε ένα μοντέλο αιθάλης για την εκτίμηση των εκπομπών του κινητήρα, ένα μοντέλο DPF για τον υπολογισμό της αποτελεσματικότητας διήθησης του DPF και ένα μοντέλο αισθητήρα για τη μετατροπή των υπολογισμένων εκπομπών στον χρόνο απόκρισης αισθητήρα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το σφάλμα που σχετίζεται με το μοντέλο αιθάλης για την εκτίμηση των εκπομπών αιθάλης του κινητήρα υπολογίστηκε 25% και 2% για το βασικό και το προηγμένο μοντέλο, αντίστοιχα. Η ακρίβεια του μοντέλου DPF ήταν 9% για το μη βέλτιστο σενάριο σταθερής απόδοσης φιλτραρίσματος. Το αντίστοιχο σφάλμα για το εξελιγμένο μοντέλο το οποίο λαμβάνει υπόψη τη φόρτιση του DPF και τη ροή του όγκου των καυσαερίων, ήταν σημαντικά χαμηλότερη (5%). Το εμπειρικό μοντέλο αισθητήρα βρέθηκε ότι συσχετίζεται με ένα σφάλμα 7% που αποδίδεται στις επιδράσεις μέτρησης ανακρίβειας στο μοντέλο του αισθητήρα. Η ανακρίβεια του αισθητήρα εκτιμήθηκε ότι είναι περίπου 18% και αποδίδεται στην στοχαστική κατασκευή των δενδριτών αιθάλης που οδηγεί σε μεταβλητότητα του χρόνου απόκρισης για μια συγκεκριμένη ροή σωματιδίων. Το συνολικό σφάλμα του δείκτη OBD εκτιμάται ότι είναι 28% και 19% για τη βάση και τις προηγμένες προσεγγίσεις, αντίστοιχα. Οι προκλήσεις και οι περιορισμοί που σχετίζονται με το μοντέλο αισθητήρα και τον αισθητήρα αιθάλης αντίστασης που προέκυψαν κατά την υλοποίηση του μοντέλου OBD σε εφαρμογή οχήματος αναλύονται στο κεφάλαιο 4. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα για την επίδραση διαφόρων συστατικών των καυσαερίων: το θείο, το μεθάνιο, το μονοξείδιο του άνθρακα, το υδρογόνο και το νάτριο δεν παρουσίασαν σημαντική επίδραση (άμεση ή παραμένουσα) στη συμπεριφορά του αισθητήρα (<10% επίδραση στον χρόνο απόκρισης). Η ουρία και η NH3 επηρεάζουν ελαφρώς τη συμπεριφορά του αισθητήρα. Από την άλλη πλευρά, η συσσώρευση στάχτης αύξησε σημαντικά τον χρόνο απόκρισης (μέχρι 250% για τον αισθητήρα single-tip στο τέλος της ωφέλιμης ζωής του οχήματος). Ο τελευταίος σχεδιασμός του καλύμματος τους αισθητήρα και η χρήση μιας τάσης απωθήσεως περιορίζει την αύξηση του χρόνου απόκρισης περίπου στο 43%. Το κεφάλαιο 5 παρουσιάζει τις απαιτήσεις και τις μεθόδους εκτίμησης PN / PM για προηγμένες εφαρμογές. Τα κατώτατα όρια μάζας, το πρόσθετο όριο αριθμού, η εποπτεία του στόλου με έξυπνα συστήματα και οι πιο ευαίσθητοι και αποτελεσματικοί έλεγχοι συμμόρφωσης κατά τη χρήση του οχήματος απαιτούν προηγμένους αισθητήρες που μπορούν να ρυθμιστούν και να είναι έτοιμοι για μέτρηση σε σύντομο χρονικό διάστημα. Οι αρχές οπτικού και ηλεκτρικού φορτίου παρουσιάστηκαν και αξιολογήθηκαν ως υποψήφια διαλύματα αισθητήρων.