Fast Hybrid Sensor for Soot of Production CI Engines

Zhang, Zhen; Re, Luigi del; Fuerhapter, Richard

doi:10.4271/2017-24-0137

Cited by 6 publications

(4 citation statements)

References 26 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Despite the domination of optical devices for laboratory and (Portable Emissions Measurement System (PEMS) applications, the maturity level of sensors for OBD applications is considered low. Laser induced incandescence (LII) sensors [25,26] are promising solutions for future advanced sensors.Resistive sensors: The high conductivity of soot particles accumulated in dendritic geometry between two electrodes reduces the resistance of the system [27]. Below a specific value of the resistance the accumulation mode is over, and the regeneration mode of the sensor is activated to clean the soot deposits, increasing the value of resistance to infinite.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Uncertainties in Model-Based Diesel Particulate Filter Diagnostics Using a Soot Sensor

Kontses

Geivanidis

Fragkiadoulakis

et al. 2019

Sensors

View full text Add to dashboard Cite

Monitoring the filtration efficiency of the diesel particulate filter (DPF), is a legislative requirement for minimizing particulate matter (PM) emissions from diesel engines of passenger cars and heavy-duty vehicles. To reach this target, on-board diagnostics (OBD) in real-time operation are required. Such systems in passenger cars are often utilizing a soot sensor, models for PM emissions simulation and algorithms for diagnosis. Their performance is associated with a series of challenges related to the accuracy and effectiveness of involved models, algorithms and hardware. This paper analyzes the main influencing factors and their impact on the effectiveness of the OBD system. The followed method comprised an error propagation analysis to quantify the error of detection during a New European Driving Cycle (NEDC). The results of the study regarding the performance of the OBD model showed that the total error of diagnosis is ±28%. This performance can be improved by increasing the sensor accuracy and the soot model, which can make the model appropriate for even tighter legislation limits and other approaches such as on-board monitoring (OBM).

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Uncertainties in Model-Based Diesel Particulate Filter Diagnostics Using a Soot Sensor

Kontses

Geivanidis

Fragkiadoulakis

et al. 2019

Sensors

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Results of short-term exhaust gas composition measurement based on absorption spectroscopy have been reported using glass-fiber probes for passing light into the exhaust system [5][6][7][8]. An optical window is also a functional part of a probe for Laser-Induced Incandescence (LII) studies on soot particles [9]. However, the duration of reported tests on actual exhaust gas does not exceed 30 min [10].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Maintaining Transparency of a Heated MEMS Membrane for Enabling Long-Term Optical Measurements on Soot-Containing Exhaust Gas

Middelburg

Ghaderi

Bilby

et al. 2019

Sensors

View full text Add to dashboard Cite

Ensuring optical transparency over a wide spectral range of a window with a view into the tailpipe of the combustion engine, while it is exposed to the harsh environment of soot-containing exhaust gas, is an essential pre-requisite for introducing optical techniques for long-term monitoring of automotive emissions. Therefore, a regenerable window composed of an optically transparent polysilicon-carbide membrane with a diameter ranging from 100 µm up to 2000 µm has been fabricated in microelectromechanical systems (MEMS) technology. In the first operating mode, window transparency is periodically restored by pulsed heating of the membrane using an integrated resistor for heating to temperatures that result in oxidation of deposited soot (600–700 °C). In the second mode, the membrane is kept transparent by repelling soot particles using thermophoresis. The same integrated resistor is used to yield a temperature gradient by continuous moderate-temperature heating. Realized devices have been subjected to laboratory soot exposure experiments. Membrane temperatures exceeding 500 °C have been achieved without damage to the membrane. Moreover, heating of membranes to ΔT = 40 °C above gas temperature provides sufficient thermophoretic repulsion to prevent particle deposition and maintain transparency at high soot exposure, while non-heated identical membranes on the same die and at the same exposure are heavily contaminated.

show abstract

“…For OBD applications, only a few candidates could cope with the demands for low cost, compact dimensions, no need for calibration during lifecycle and accurate PN/PM measurement. At a mature research level, Johannes Kepler University Linz (JKU) has presented a Laser-Induced Incandescence (LII) sensor based on light absorption (Zhang et al, 2017, Zhen Zhang, 2016, Zhen Zhang et al, 2014. Also, 3DATX par SYNC device combines three low-cost environmental sensors based on scattering, extinction and ionisation technique (Johnson et al, 2018).…”

Section: Optical Principlementioning

confidence: 99%

Development of algorithms for estimation of particle emissions using soot sensor for on-board diagnostic systems

Kontses¹,

Κοντσές²

View full text Add to dashboard Cite

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.

show abstract

Fast Hybrid Sensor for Soot of Production CI Engines

Cited by 6 publications

References 26 publications

Uncertainties in Model-Based Diesel Particulate Filter Diagnostics Using a Soot Sensor

Uncertainties in Model-Based Diesel Particulate Filter Diagnostics Using a Soot Sensor

Maintaining Transparency of a Heated MEMS Membrane for Enabling Long-Term Optical Measurements on Soot-Containing Exhaust Gas

Development of algorithms for estimation of particle emissions using soot sensor for on-board diagnostic systems

Contact Info

Product

Resources

About