Regeneration eines Dieselpartikelfilters : Anzeigeschaltung dafür

Begonnen von picass, 26.07.2022, 18:02:03 CEST

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picass

In diesem neuen Projekt soll eine Schaltung (S) und natürlich das Programm für einen PIC entwickelt werden, welche zum Einsatz in einem Dieselfahrzeug vorgesehen ist. Die S soll den Beginn einer passiven als auch denjenigen einer aktiven Regeneration des Dieselpartikelfilters (DPF) anzeigen.
Nur kurz zum Hintergrund: Im DPF werden die Rußanteile zurück gehalten und wenn sich genug angesammelt hat, wird der Ruß zu Asche verbrannt, die weit weniger Volumen beansprucht. Dieses Verbrennen wird Regeneration (Reg) genannt und ist wichtig, weil ohne sie der DPF sehr schnell voll liefe, also verstopfte und die Funktion einstellte. Leider wird in der hatten Praxis diese Reg vom Fahrer fast nie wahrgenommen. Es gibt während der Fahrt keinerlei Hinweise darauf und wenn man das Fahrzeug just dann abstellt, wenn so'ne Reg läuft, dann ist die nicht nur wirkungslos, sondern zudem noch schädlich: Dieseleintrag in das motor-lebenswichtige Schmieröl! Also wäre es zumindest für engagierte Dieselfahrer ein Vorteil, zu wissen, wann denn diese Reg abläuft, dann hat man die Möglichkeit, ggf. noch eine Ehrenrunde zu drehen und damit den Erfolg der Aktion zu retten.

Die Schaltung wäre theoretisch einfach: Direkt vor dem DPF sitzt ein PTC, in diesem Fall wohl ein PT100, welcher die Temp misst und ein internes Steuergerät verarbeitet das dann. An diesem PTC, der einseitig an GND liegt – hoffentlich, muss noch überprüft werden  - soll die abfallende Spannung gemessen werden. Der PIC soll dann ,,nur" auf zwei Temperatur-Punkte reagieren: der eine ca. bei 450°C, der andere bei ca.  550°C und entsprechend eine oder aber zwei LEDs zum Blinken bringen. Dazu soll ein kleiner Piezo-Piepser einige wenige Töne von sich piepen, damit der Fahrer aufmerksam werden  kann. Das wäre zunächst die Schaltung. Änderungen sind evtl. noch möglich, vielleicht gibt es auch mal eine Luxusvariante, in welcher die Temp des DPF fortlaufend oder auf Knopfdruck hin angezeigt wird.

Mein erstes Prob ist die Einstellung des Eingangssignals. Der PT100 ist bei Zimmertemperatur sehr niederohmig, irgendwas oberhalb von 200 Ohm (die hat er bei 0°C). Aber dann gehts logaritmisch hoch, die Kennlinie muss ich noch nachschauen. Auf jeden Fall soll vermieden werden, dass das fahrzeuginterne Signal verfälscht wird. Die mich beschäftigende Frage ist daher:
Sollte vor den analogen Eingang des PIC noch ein OP z.B. als Spannungsfolger eingesetzt werden?
Grüße, picass

picass

Der vermeintliche PT100 hat sich als PT200 entlarvt, ein Datenblatt hat sich auch gefunden. Die Frage nach dem vorzuschaltenden Spannungsfolger (SF) wäre mit Glück auf zweierlei Arten zu beantworten:
- zum einen ist der Widerstandswert laut der nun verfügbaren Tabelle des Herstellers auch im hohen Temperaturbereich von z.B. 500°C noch unterhalb von 1 KO. Da wird eine extrem hochohmige Ankopplung wohl nicht nötig sein.
- im Entwurf für eine Platine habe ich einen Platz für einen SF vorgesehen. Wird der doch nicht benötigt, wird das Eingangssignal über einen optionalen R "drum herum geleitet".
Der Platinenentwurf ist fertig, auch schon bei Aisler. Die wahrscheinlich größte Malaise steht nun bevor: das Verlegen eines Kabel vom Sensor am Auspuff-Strang durch das Radhaus in den Motorraum und von dort aus in den Innenraum. Voll der Horror....
Grüße, picass

picass

Die Platine ist frisch eingetroffen! :)
Sie hat ein riesengroßes, unerwartetes Loch! :o
Da hatte ich nur so für mich selbst als Anzeiger, dass da an eine Stelle der Piezo-Summer hingehörte, einen Kreis in das Layout für die Platine gezeichnet und die AislerJungs - oder waren das Mädels? - haben da gleich ein echt sauber gefertiges Loch rein gefräst! Dabei wurden zwei Leiterbahnen mit befräst, also die sind da wech, und die vorgesehenen durchkontaktierten Bohrungen für die beiden Anschlusspinne des Piezos sind auch wech! >:(

Naja, die Aufregung hält sich in Grenzen, solchen Gedanken an ein Rundloch hatte ich vorher selbst schon gehabt. Nur halt nicht gewusst, dass die so'ne Art Bestückungsdruck so wörtlich nehmen. Ich erhebe aber keine Vorwürfe, sondern buche das unter Erfahrungen ab. Zwei Leiterbahnen zu flicken, ist nicht vieler Worte wert und die beiden Anschlüsse werden auch irgendwie schon noch rein kommen. Mal sehen, Doppel-T-Stahlträger? ::)
Und dann gibts ja noch die gute, gute Heißklebepistole. Die wirds schon richten. Da ich in diesem Fall keineswegs solche Qualitätsansprüche erhebe wie der Peter mit seiner Layout-Folie, geht die Platine so schon durch. Hauptsache, sie ist da.
Grüße, picass

picass

Die Platine ist bestückt! Das Programm ist kurz vor der Fertigstellung und folgt in wenigen Tagen. Das für mich größte Problem, nämlich das Verlegen eines Kabels im Auto von unten am Dieselpartikelfilter in den Motorraum und von dort - etwas verschachtelt - in den Innenraum, ist für eine Versuchsleitung geschafft. Das muss nochmal geändert werden, es fehlt noch eine Schutzumhüllung.
Die grundsätzliche Anschaltung ist in der Skizze dargestellt, der µC wird quasi "nur" für eine Spannungsmessung gebraucht. Weitere Einzelheiten der Schaltung folgen noch.
Grüße, picass

picass

Jetzt wirds eng und ich brauche mal die Hilfe von Elektronikern.
In dem Projekt ,,Platine für die Anzeige der Regeneration des Dieselpartikelfilters" bin ich recht weit gekommen. Das notwendige Verbindungskabel ist verlegt, die Platine fertig – wenn auch nicht programmiert - , diverse Daten über die Art der Temperaturmessung im Ziel-Auto liegen vor, und gestern erfolgte eine erste Testfahrt, in welcher mittels mitgeführten Notebook und einem Spezial-Programm darauf, welches u.a. just das Objekt der Begierde, nämlich die Temp des Dieselpartikelfilters (DPF) anzeigt, und mit einer Testplatine der Lohn der Mühe eingefahren werden sollte. Die Platine war nicht diejenige, welche letztlich zum Einsatz kommen soll, stattdessen eine mit dem gleichen PIC – is klar, wieder dem PIC18F14K22 - , der aber zusätzlich eine 4-stellige LED-Anzeige aufweist. Auf der zählt er nur von 0 am Eingang bis auf max. 1.024 hoch. Zusätzlich wurde diesem PIC noch auf einer Winzigstplatine ein OPA335AI vor seinen Eingang gesetzt. Der OPA ist als Spannungsfolger geschaltet.
Nun also die Testfahrt mit großer Erwartung ausgeführt, und im Prinzip klappte das auch: die Anzeige begann mit kaltem Motor bei 180 und kletterte dann bis auf 300, wobei das Prog im NB ca. 260°C anzeigte. Das war alles im grünen Bereich. Nicht grün war die 4-ziff-Anzeige. Da sprangen gleich die letzten zwei Stellen – also Einer und Zehner – so wild umeinander, dass man nur ebenso wild irgendeinen Mittelwert vermuten konnte.

Die Crou: raus aus dem Auto und auf den Werktisch präsentierte sich die Platine mit der Anzeige in prächtigstem Zustand, die letzte und allen anderen Stellen standen wie die berühmte ,,Eins". Das änderte sich auch nicht, als testweise wegen einer Vermutung eine 50-m-Rolle Zwillingslitze die Masseverbindung schikanös lang zog.

Gerade eben mit dem Digi-Oszi ins Auto, is klar, dort sprang wieder alles umeinander, und nun kommt der Knackpunkt: Erwartet hatte ich – auch aufgrund eines Hinweises eines Users aus dem Spezialforum für diesen Autotyp - , dass das Messsignal ,,gepulst" wäre. So was könnte Sinn machen, um den niedlichen Wärmesensor – einen PT200 – nicht durchs Messsignal anzuheizen. Aber da ist nix gepulst, jedenfalls kann ich da nichts derart erkennen.

Bild1: Das Messsignal in der Größe von ca. 1 Volt mit nur geringst artiger Überlagerung.
Bild2: das im Prinzip selbe, beachtet aber bitte die dünne, waagerechte Linie mit dem kleinen Kreis in der Mitte, die liegt jetzt gut 220 mV höher als auf Bild1. Muss gestehen, dass mir der Sinn dieser Linie nicht klar ist.
Bild3: das Eingangssignal in Wechselstrom-Einstellung mit 100mV; da sind keinerlei Störungen erkennbar
Bild4: jetzt wieder DC und kräftig an der Zeitachse gedreht, und da tauchen wie aus dem Nichts Schwinger mit fast 600mV überlagerte Amplitude auf, also 300 mV vom Nutzsignal nach unten und nach oben abweichend.

So recht mag ich nicht glauben, dass diese Schwinger für das Springen der Anzeige verantwortlich sind, aber weiß man's?
Schaut euch das mal an und vor allem: was könnte man tun, um das Springen zu eliminieren. Nochmal: nicht im Auto ist die Anzeige still wie ein unberührtes Binnengewässer.
Grüße, picass

picass

Habe einen neuen Anlauf genommen, um Ruhe in den Busch, rsp. an den PIC zu transferieren. Zunächst habe ich eine Einfachst-Gleichrichtung mit Glättung zwischen den Eingangs-OPA und den PIC geschoben. Brachte einen Fortschritt, aber die Einer-Stelle der Anzeige hobste immer noch. Dann wurde der im Plan rot gezeichnete 47 kO vom PIC-Eingang nach Masse geschaltet und seitdem ist der Busch ruhig.

Weiß nur noch nicht, ob mir diese Art der Ruhe gefällt. Dass das Eingangssignal nun um die Amplitude der Durchlass-Spannung der Schottky-Diode geschmälert wird, ist zwar bedauerlich, aber noch hinnehmbar. In der endgültigen Version der Schaltung werden eh' nur zwei Schwellwerte gebraucht, also zwei Eingangsspannungs-Werte am PIC, bei denen er jeweils eine Schaltung auslöst. Da reicht was Relatives.

Man könnte es also so belassen. Aber gibt es Vorschläge, das anders oder besser auszuführen? Könnte man den Eingangs-OP nicht als Gleichrichter beschalten, ohne dass die Amplitude leidet und der Eingang hochohmig und der Ausgang mindestens mittel-ohmig oder noch weniger ist?
Vorschläge wären was Nettes, es muss eh' schon wieder eine neue Platine angefertigt werden, und dafür könnten die Nettigkeiten gleich eingearbeitet werden.
Grüße, picass

Peter


picass

Auf dem Werktisch!
Bevor aber jemand auf die Idee verfallen könnte, es läge ggf. an der Versorgungsspannung im Auto:
Nix! Im Auto ist seit Längerem meine nachgerüstete Schaltung "öltemp66" präsent, die funktioniert tadellos. Und an deren beide Uv-Anschlüsse hatte ich nun die neue Platine parallel angeklipst. Die "Öltemp" arbeitet prima, die "Regenerier" hobst zahlenmäßig. Bin aber gerade einem Verdacht auf der Spur, melde mich später noch mal.
Grüße, picass

picass

Habe heute Nachmittag weiter getestet, aber einen anderen oder gar besseren Weg als den mit der kleinen Gleichrichter- und Siebungsplatine habe ich nicht gefunden. Das Weglassen des OPAs scheint mir nicht sinnvoll zu sein....
...obgleich mir der seit heute ein gänzlich unerwartetes anderes Prob beschehrte, siehe Extra-Fred über OPs.
Grüße, picass

pic18

Du könntest in #5 noch eine Induktivität vor den 1KOhm Widerstand schalten, der 33µF Kondensator scheint mir etwas zu hoch bemessen zu sein. Bleibt noch die Frage, wieweit die Diode den Meßwert verfälscht. Ein OP ist evtl. auch nicht verkehrt, dann aber einen MKT Kondensator zur Unterdrückung des Brummens beschalten.

picass

An diese Gleichrichtungs- u. Siebungsplatine bin ich zu blauäugig ran gegangen. OP's sollte man am Ausgang nicht mit fetten Elkos belasten, zum Fetten gehört wohl schon alles oberhalb 10 µF, evtl. auch schon deutlich drunter.
Muss da noch eine Runde experimentieren. Vielleicht könnte auch ein Transistor als Emitterfolger nützlich sein. Ab zum Lötkolben, rsp. Steckbrett....
Grüße, picass

pic18

Ich dachte du solltest den OP als Integrator schalten, also den Kondensator vom Ausgang auf den -Eingang und entsprechend die Widerstände zur Verstärkung

picass

Nein, der OP war rein als Spannungsfolger gedacht. Leider sprang beim Einsatz im Auto die Ziffernanzeige und als probatestes Mittel kam der Elko dazu, das half letztendlich.

Die Angelegenheit scheint geregelt: Habe heute Nachmittag mich endlich von den OPAs getrennt. Die sind nach oben hin leider nicht "rail", und insgesamt tückisch.
Nun wurde ein TS912 genutzt und das Tückische war weg. Gegen das Springen halt doch ein 22 µF Tantal am Ausgang, aber das ist mir jetzt mal solange egal, wie es funktioniert. Bin eben aus dem Auto zurück und endlich klappt es mit der Elektronik.
Neue Platine muss für die zusätzlichen und das eine geänderte Bauteil/e her und die Verträglichkeit mit den Nutzsignal muss noch geprüft werden, aber die Haupt-Probleme sind - Stand jetzt - aus dem Weg geräumt.
Grüße, picass

picass

Gestern erfolgte die finale Testfahrt, um die Funktion nach allen Änderungen prüfen zu können. Das Ergebnis ist hoch erfreulich: Keinerlei Springen der Anzeige mehr und die von der Schaltung ausgegebenen Zahlenwerte (SaW) sind bestens verwertbar. Während der Fahrt wurden sowohl die SaW's notiert als auch die jeweils Entsprechenden eines mitlaufenden Kfz-bezogenen speziellen Diagnosesystems. Somit konnten den SaW die dazu passenden Temperaturwerte zugeordnet werden. Es fehlen noch die Werte aus dem höheren Temp-Bereich, was auf natürliche Vorgaben zurück zu führen ist: Solche passiven Regenerationen finden im praktischen Kfz-Alltag eben selten statt. Bei meinem Diesel liegt die letzte schon 1.200 km zurück.

Sicher kann ich sagen, dass die Schaltung nun voll funktionsfähig ist. Das Board mit der Rev-Nr. 1.0 ist zwar noch provisorisch in meinem Kfz montiert, bleibt jedoch erst mal so. Wahrscheinlich integriere ich diese Funktion in die schon vorhandene Anzeigeeinheit fü die Öltemperatur.
Die ursprünglich angedachte Version mit einer kleinen Platine, welche zwei LEDs und einen Summer enthält, wird wegen der zusätzlichen Bauteile neu geroutet, erstellt und kann dann bei Bedarf sofort in Betrieb gehen.
Grüße, picass


picass

#14
Heute die technische ,,Abnahme" der Schaltung ausgeführt, also die Überprüfung, rsp. Vergleich der notierten Messwerte mit den durch Unterlagen ermittelten Gegebenheiten im Auto.

- Annahme 1: der TempSensor sitzt als einer von zwei Widerständen in einem Spannungsteiler.
- Annahme 2: der Vorwiderstand hat genau 1.000 Ohm
- Annahme 3: dieser Sp-Teiler wird versorgt mit 5 Volt
- Annahme 4: der Sensor ist ein PT200
- Annahme 5: dieser Sensor entspricht oder ist baugleich mit dem Pt200 von der Firma Heraeus, zu welchem ein Datenblatt mit technischen Daten und Tabellen vorliegt

Unter Mitwirkung von einem Kfz-typischen Messystem und meinen während der Testfahrt notierten Werten für Temperatur wurde berechnet: der Widerstandswert aus der Tabelle, dann den Spannungsabfall an diesem unter der Annahme von Punkten 1 bis 3 berechnet, dann die Platine an zwei Netzgeräte gehängt und die errechnete Spannung an seinen Dateneingang eingespeist. Der Vergleich zwischen notiertem Testfahrt-Wert und dem nun angezeigten brachte diese Ergebnisse:

Bei 47,2° C und 212° C und 300° C stimmten die Anzeigen exakt überein, in einem Fall war nur eine marginale Abweichung – bei 112° C waren es 208 anstelle von 210 – festzustellen. Letztere ist sicher dem etwas abenteuerlichen Mess-Prozedere während der Testfahrt geschuldet.

Die bisherigen Annahmen 1 bis 5 sind aber allesamt eingetroffen und meine kleine Platine zeigt hoch genaue Ergebnisse an. Somit kann auch gesagt werden, dass als Schaltpunkte beliebige Temperaturwerte ausgesucht, einprogrammiert und später durch die 2 LEDs präzise angezeigt werden können. Möge doch niemand leichtfertig glauben, sich über das Leuchten von einer oder zweien LEDs abschätzig äußern zu müssen.

Das erfreuliche Ziel war in dieser Präzision so gar nicht geplant oder erhofft, umso größer jetzt die Freude über den Erfolg.
Grüße, picass

Schnellantwort

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