Dieselmoottorin hiukkassuodattimen tilan estimointi

Abstract

Dieselmoottorien hiukkaspäästöjä voidaan vähentää tehokkaasti hiukkassuodattimella. Hiukkassuodattimeen kertyy käytön aikana nokea ja tuhkaa, jotka kasvattavat suodattimen painehäviötä. Noki voidaan poistaa suodattimesta regeneroinnilla, mutta tuhka kertyy suodattimeen hitaasti ja voidaan poistaa vain mekaanisella puhdistuksella. Hiukkassuodattimen tilan, erityisesti nokilatauksen, tunteminen on tärkeää regeneroinnin ajoituksen ja järjestelmän turvallisen toiminnan kannalta.

Tässä työssä kehitettiin menetelmä dieselmoottorin hiukkassuodattimen noki- ja tuhkalatauksen estimointiin. Työn tavoitteena oli parantaa nokilatauksen estimaattia kompensoimalla tuhkalatauksen aiheuttamaa hitaasti muuttuvaa bias-termiä. Estimointimenetelmä perustui matemaattisfysikaalisiin noki- ja tuhkamalleihin sekä hiukkassuodattimen yli mitattuun painehäviöön. Menetelmä toteutettiin laajennettuun Kalman-suodatukseen perustuen. Lisäksi työssä tarkasteltiin noki- ja tuhkalatauksen havaittavuutta havaittavuusmatriisin kuntoisuusluvun avulla.

Havaittavuustarkastelu osoitti, että noki- ja tuhkalatauksen samanaikainen estimointi yhdestä painehäviömittauksesta on huonokuntoinen ongelma. Tämän vuoksi tavallinen laajennettu Kalman-suodin ei soveltunut sellaisenaan tilojen samanaikaiseen estimointiin. Työssä esitettiin selektiiviseen päivitykseen perustuva suodin, jossa noki- ja tuhkaestimaatteja päivitetään eri käyttötilanteissa. Menetelmän toimivuutta tarkasteltiin sekä synteettisellä datalla että kenttäkäytöstä kerätyllä mittausdatalla.

Tulosten perusteella tuhkalatauksen huomioiminen on keskeistä luotettavan nokiestimaatin muodostamisessa. Selektiivinen suodin pystyi hyödyntämään regenerointien jälkeisiä pieniä nokilatauksia tuhkaestimaatin korjaamiseen ja siten vähentämään nokiestimaattiin aiheutuvaa bias-termiä. Menetelmän käytännön soveltaminen edellyttää kuitenkin painehäviömallin ja kohinaparametrien tarkempaa validointia. Erityisesti laajempi punnitusaineisto olisi tarpeen estimaattien luotettavuuden arvioimiseksi todellisissa käyttöolosuhteissa.