本说明书大体涉及用于诊断耦接到发动机的进气通道的空气过滤器的状况的方法和系统。
背景技术：
定位在发动机的进气系统内或作为发动机的进气系统的一部分的空气过滤器为发动机提供过滤空气。空气过滤器可由于灰尘或霜冻的积聚而堵塞。堵塞的空气过滤器可导致歧管空气压力降低，并且使燃料经济性和操纵性能恶化。监测空气过滤器状况可提供空气过滤器的剩余使用寿命的早期指示，并帮助车主提前计划维修。
解决空气过滤器堵塞的其它尝试包括基于空气过滤器两端的压差确定过滤器堵塞。freen等人在美国20110185895a1中示出一个示例方法。其中，差压传感器测量空气过滤器上游的第一压力和空气过滤器下游的第二压力之间的压差。然后通过将该压差与基线压差进行比较来确定过滤器状况。
然而，本文的发明人已认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，freen需要电池供电的探头来测量空气过滤器两端的压差。在自然吸气发动机中，空气过滤器周围通常不存在差压传感器。freen的附加的探头可增加发动机系统的复杂性和成本。另外，无论何时安装新的过滤器，freen都需要用户重新校准基线压差。如果未及时执行重新校准，则freen的方法可导致过滤器状况的错误估计。
技术实现要素：
在一个示例中，上述问题可通过这样的一种方法解决，该方法包括：将空气通过空气过滤器引入歧管；在稳态条件期间，基于歧管中的空气充气值估计空气过滤器阻力，空气过滤器阻力与通过空气过滤器的质量空气流量的平方成反比；以及基于空气过滤器阻力指示空气过滤器状况。通过这种方式，可在稳态条件期间确定空气过滤器堵塞而不需要附加的传感器。
作为一个示例，观测器可被构造成用于估计耦接到发动机系统的进气通道的空气过滤器的空气过滤器阻力。空气过滤器状况可根据空气过滤器阻力来确定。例如，可响应于空气过滤器阻力高于阈值来确定过滤器堵塞。空气过滤器阻力可与通过空气过滤器的质量空气流量的平方成反比，并且与空气过滤器两端的压差成比例。如此，无论过滤器几何结构或材料属性如何，空气过滤器阻力都可表征过滤器堵塞。换句话说，即使在使用不同类型的过滤器时，也可通过空气过滤器阻力来确定空气过滤器状况。空气过滤器阻力可基于歧管中的空气充气值经由观测器来估计。在非增压应用中，空气过滤器下游的质量空气流量(maf)传感器或节气门下游的歧管空气压力(map)传感器可存在于发动机系统中，以用于监测空气充气。在稳态条件期间，通过进气歧管的质量空气流量可与通过空气过滤器的质量空气流量和通过节气门的质量空气流量相同。因此，基于传感器的可用性，在稳态条件期间，歧管空气充气值可以是由maf传感器测量的maf或由map传感器测量的map。如果歧管充气值是maf，则观测器可同时估计包括空气过滤器的阻力、紧邻空气过滤器下游的压力以及map的系统状态。如果歧管空气充气值是map，则观测器可同时估计包括空气过滤器的阻力和紧邻空气过滤器下游的压力的系统状态。通过这种方式，可根据已经存在于发动机系统中的传感器测量的歧管空气充气值来确定空气过滤器状况。观测器可在不知道节气门位置的情况下估计空气过滤器的阻力。另外，可在不中断发动机操作的情况下在线确定空气过滤器状况。
应当理解，提供上面的发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围由随附于具体实施方式的权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实现。
附图说明
图1示出具有耦接在进气歧管中的空气过滤器的多气缸发动机系统的示例气缸的示意图。
图2示出经由观测器诊断空气过滤器状况的示例方法。
图3a示出观测器的第一实施例。
图3b示出观测器的第二实施例。
图4示出当经由观测器的第一实施例确定空气过滤器状况时的参数时间线。
图5示出当经由观测器的第二实施例确定空气过滤器状况时的参数时间线。
具体实施方式
以下描述涉及用于确定耦接到非增压发动机系统(诸如图1所示的发动机系统)的进气通道的空气过滤器的状况的系统和方法。空气过滤器的状况的特征在于空气过滤器阻力。图2示出在稳态条件期间经由观测器基于歧管充气值来估计空气过滤器阻力的示例方法。如果在发动机系统中存在歧管空气压力(map)传感器，则观测器的第一实施例可基于所测量的map估计包括紧邻空气过滤器下游的空气压力和空气过滤器的阻力的系统状态，如图3a所示。在图4中示出在经由观测器的第一实施例确定空气过滤器状况时的参数变化。如果在发动机系统中存在空气过滤器下游的质量空气流量(maf)传感器，则观测器的第二实施例可基于所测量的maf估计包括紧邻空气过滤器下游的空气压力、空气过滤器的阻力以及map的系统状态，如图3b所示。在图5中示出在经由观测器的第二实施例确定空气过滤器状况时的参数变化。
转到图1，示出可包括在车辆的推进系统中的多气缸发动机10的一个气缸的示意图。发动机10可至少部分地由包括控制器12的控制系统以及经由输入装置130的来自车辆操作者132的输入来控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于生成成比例的踏板位置信号pp的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室30(也称为气缸30)可包括其中定位有活塞36的燃烧室壁32。活塞36可耦接到曲轴40，使得活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速器系统(未示出)耦接到车辆的至少一个驱动轮。另外，起动电动机可经由飞轮(未示出)耦接到曲轴40以实现发动机10的起动操作。
燃烧室30可经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气并且可经由排气歧管48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管48可经由相应的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。环境空气可顺序地经由进气通道42和进气歧管44自然地被吸入燃烧室30中。在燃烧之后，排气经由排气歧管48和排放控制装置70离开燃烧室进入大气。如此，通过发动机系统的空气流从进气通道42开始，并在排放控制装置70处结束。
燃料喷射器66被示出为以向燃烧室30上游的进气道提供所谓的燃料的进气道喷射的配置布置在进气歧管44中。燃料喷射器66可经由电子驱动器68与从控制器12接收的信号fpw的脉冲宽度成比例地喷射燃料。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵以及燃料轨的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器66。在一些实施例中，燃烧室30可另选地或另外地包括直接耦接到燃烧室30的燃料喷射器，以用于以被称为直接喷射的方式在燃烧室30中直接喷射燃料。
进气通道42可包括用于过滤穿过进气通道的进气的空气过滤器61。具有节流板64的节气门62可耦接到空气过滤器61下游的进气通道。在该特定示例中，节流板64的位置可由控制器12经由提供给节气门62所包括的电动马达或致动器(该配置被称为电子节气门控制(etc))的信号来改变。以这种方式，可操作节气门62以改变提供给燃烧室30以及其它发动机气缸的进气。节流板64的位置可通过节气门位置信号tp提供给控制器12。maf传感器120可耦接在空气过滤器61和节气门62之间，以用于向控制器12提供maf信号。map传感器122可耦接到节气门62下游的进气歧管44，以用于向控制器12提供相应的map信号。传感器121可耦接到进气系统，以用于测量大气压力pa和环境温度ta。在另一个实施例中，可推断大气压力。在又一个实施例中，大气压力可在非常低的发动机转速期间基于map测量来确定。
在选择的操作模式下，点火系统88可响应于来自控制器12的火花提前信号sa经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。虽然示出火花点火部件，但是在一些实施例中，燃烧室30或发动机10的一个或多个其它燃烧室可在具有或不具有点火火花的情况下在压缩点火模式下操作。
排气传感器126被示出为耦接到排放控制装置70上游的排气通道58。传感器126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或uego(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或ego、hego(加热式ego)、nox、hc或co传感器。排放控制装置70被示出为沿排气传感器126下游的排气通道58布置。装置70可以是三元催化剂(twc)、nox捕集器、各种其它排放控制装置，或它们的组合。在一些实施例中，在发动机10的操作期间，排放控制装置70可通过在特定的空燃比内操作发动机的至少一个气缸而周期性地重新设定。全容量排气传感器76被示出为耦接到排放控制装置70下游的排气通道58。其它传感器72(诸如空气质量流量(am)传感器和/或温度传感器)可设置在排放控制装置70的上游，以监测进入排放控制装置的排气的am和温度。
控制器12在图1中被示出为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的在该特定示例中示出为只读存储器106的电子存储介质、随机存取存储器108、不失效存储器(keepalivememory)110以及数据总线。除了先前论述的那些信号之外，控制器12还可接收来自耦接到发动机10的传感器的各种信号，该各种信号包括：来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(maf)的测量值；来自耦接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ect)；来自耦接到曲轴40的霍尔效应(halleffect)(或其它类型)传感器118的表面点火感测信号(pip)；来自节气门位置传感器的节气门位置(tp)；来自传感器72的进入催化剂的排气的空气质量和/或温度；来自传感器76的催化剂之后的排气空燃比；以及来自传感器122的绝对歧管压力信号map。发动机转速信号rpm可由控制器12从信号pip生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号map可用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。要注意，可使用上述传感器的各种组合，诸如没有map传感器有maf传感器，反之亦然。在化学计量操作期间，map传感器可给出发动机扭矩的指示。另外，该传感器连同所检测的发动机转速一起可提供引入到气缸中的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，也用作发动机转速传感器的传感器118可为曲轴的每次回转产生预定数量的等间隔脉冲。另外，控制器12可与组合仪表显示装置进行通信，例如以警告驾驶员发动机或排气后处理系统中的故障。
控制器12接收来自图1的各种传感器的信号并且采用图1的各种致动器基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整发动机操作。例如，调整发动机进气包括调整节气门62的致动器以调整节流板64的角度。
图2示出在稳态条件期间基于歧管空气充气值估计空气过滤器状况的示例方法。歧管空气充气值可以是map或空气过滤器下游的maf。基于发动机系统中存在的传感器的类型，不同的观测器可被构造成用于估计空气过滤器阻力。如果map传感器是可用的，则观测器可估计包括空气过滤器阻力和紧邻空气过滤器下游的空气压力的两个系统状态。如果maf传感器是可用的，则观测器可估计包括空气过滤器阻力、紧邻空气过滤器下游的空气压力以及map的三个系统状态。
用于执行方法200的指令和本文所包括的其余方法可由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如如上参考图1所述的传感器)接收的信号来执行。控制器可采用发动机系统的发动机致动器以根据以下所述的方法来调整发动机操作。
在201处，发动机工况可由控制器(诸如图1的控制器12)确定。控制器从发动机系统中的各种传感器获取测量值，并估计包括大气压力、环境温度、发动机转速以及发动机负荷的工况。控制器还可基于来自传感器的输入估计发动机排量容积和容积效率。如果maf传感器耦接到空气过滤器下游和节气门上游的进气通道，则控制器可监测maf。如果map传感器耦接到进气歧管，则控制器可监测map。
在202处，方法200确定发动机是否处于稳态操作。在一个实施例中，可基于发动机转速和发动机负荷来确定稳态条件。例如，如果发动机转速的变化在第一阈值内且发动机负荷的变化在第二阈值内达预定持续时间，则可确定稳态操作。在另一个实施例中，稳态条件可由发动机转速或发动机负荷中的任一个来确定。在另一个实施例中，如果maf传感器是可用的(诸如由图1的传感器120测量的maf)，则可基于maf确定稳态操作。例如，如果maf的变化处于阈值内达预定持续时间，则可确定稳态操作。在又一个示例中，可通过设定适当的阈值基于节气门角度变化来评估稳态条件。如果发动机处于稳态操作，则方法200移动到204。否则，方法200移动到203，并且继续监测发动机工况。
在204处，方法200确定发动机系统是否包括map传感器。如果map传感器存在于系统中，则方法200移动到205。如果歧管空气压力传感器不存在于系统中，则方法200移动到206。
在205处，方法200确定空气过滤器阻力是否可由观测器估计。如果发动机转速高于预定阈值，则方法200移动到208，并基于map估计空气过滤器阻力。否则，方法200移动到207，并继续监测发动机工况。另选地，发动机负荷或者发动机转速和发动机负荷的组合可被用于确定空气过滤器阻力是否可由观测器估计。
在208处，经由观测器基于map估计空气过滤器阻力。图3a示出观测器的一个实施例。进气路径310包括空气过滤器61、节气门62以及进气歧管44。实线箭头指示空气流的方向。进气路径310的每个部件的特征可在于穿过该部件的空气的质量流量、压力以及温度。如此，进气路径的不同部件可被建模为对流动空气的压力和温度起作用的控制容积。
作为示例，空气过滤器61用作对被假设为不可压缩流体的流动空气的限制。进入空气过滤器61的空气处于大气压力pa和环境温度ta。离开空气过滤器61的空气处于压力paf和温度ta。过滤器被认为不影响穿过其的空气的温度(即，输入和输出空气温度均为ta)。假设空气流的雷诺数恒定，则空气过滤器两端的压降δp可被描述为进入空气过滤器的质量流量和空气温度的函数：
其中压降是空气过滤器输入和输出压力之间的差值(即，δp＝pa-paf)；γ表示空气过滤器阻力；并且waf表示通过过滤器的maf。空气过滤器阻力γ的单位为
利用已知压降δp和空气过滤器限制之前的温度，质量流量waf可通过反演方程式1来确定。对于小的压降，waf可被线性化以减小对应的导数
其中plin表示预定临界压力。
观测器320可基于由压力传感器122感测的所测量的map324估计空气过滤器阻力。在一个示例中，观测器基于包括大气压力、环境温度以及map的输入来输出紧邻空气过滤器下游的估计空气压力
其中函数f(·)基于先前时间k-1时的状态预测时间k时的系统状态x；函数h(·)基于系统状态x计算测量值z；wk和vk分别为时间k时的过程噪声和观测噪声。
当waf高于预定临界压力时，控制块310的系统方程式可表示为：
其中wt表示通过节气门的maf；r表示气体常数；cd表示流量系数；a(·)表示用于基于节气门角度α计算节流板的有效面积的函数；并且π被定义为节气门的输出压力与输入压力的比(即，
其中k表示空气体积模量。在稳态条件下，通过空气过滤器的maf等于通过节气门的maf(即，waf＝wt)。
系统方程式(方程式4)可转换成如方程式3所示的状态空间形式，其中系统状态包括空气过滤器阻力和紧邻空气过滤器下游的气体压力。如此，系统状态和测量向量可分别表示为x＝[γpaf]t和z＝[wafwt]t。
然后可使用标准扩展卡尔曼滤波器(extendedkalmanfilter)来估计系统状态。对应的预测和更新方程式如下形式：
其中u表示控制输入；q表示过程噪声协方差矩阵；并且fk-1和hk是状态转换和观测雅可比行列式(observationjacobian)：
图4示出在使用图3a所示的用于估计空气过滤器阻力的观测器时参数随时间的变化。
回到图2，在206处，方法200确定由空气过滤器下游的maf传感器测量的maf是否高于预定阈值。如果答案是肯定的，则方法200移动到209，并且基于maf估计空气过滤器阻力。如果答案是否定的，则方法200移动到203，并且继续监测发动机工况。
在209处，经由观测器基于空气过滤器下游的maf估计空气过滤器阻力。观测器330的一个实施例示出在图3b中。进气路径340包括耦接在空气过滤器61和节气门62之间的maf传感器120，而不是空气过滤器下游的map传感器(如图3a所示)。观测器330基于包括大气压力pa、环境温度ta、maf322、发动机转速n、排量容积vd以及容积效率ηvol的输入来输出紧邻空气过滤器下游的估计空气压力
其中we表示通过进气歧管的maf；vd表示排量容积；并且ηvol表示容积效率。在稳态条件期间，通过空气过滤器、节气门以及歧管的maf与由传感器120所测量的maf322相同(即，waf＝wt＝we＝w)。由于没有测量map，所以进气路径340的系统方程式与方程式4相比需要附加的进气歧管方程式(方程式8中的第三个方程式)。观测器330的系统状态为x＝[γpafpi]t，并且测量向量由z＝[wafwtwe]t给出。类似于图3a的观测器320，观测器330的系统状态可被估计为标准扩展卡尔曼滤波器。图5示出利用观测器330估计空气过滤器阻力时参数随时间的变化。
回到图2，在210处，方法200将所估计的空气过滤器阻力与预定阈值进行比较。如果空气过滤器阻力高于阈值，则方法200移动到212以指示过滤器诊断。如果空气过滤器阻力不高于阈值，则方法200移动到211以指示过滤器预测(prognostics)。
在211处，可基于空气过滤器阻力的水平确定过滤器预测。过滤器预测可另外取决于空气过滤器阻力和驱动统计的历史。例如，空气过滤器阻力的历史可以是相同类型的发动机系统内的相同类型的过滤器的过滤器使用寿命。驱动统计(thedriverstatistics)可包括之前和之后的发动机操作参数(诸如发动机转速和发动机负荷)、道路状况(诸如道路坡度)以及环境状况(诸如天气和海拔)。过滤器预测可包括改变空气过滤器的时间、改变过滤器的距离和/或剩余的过滤器寿命。
在212处，可确定过滤器状况并将其指示给驾驶员。例如，显示装置上的指示器可点亮。另外，响应于高的空气过滤器阻力，可更换空气过滤器。
在213处，方法200确定是否已经更换过滤器。如果答案是肯定的，则在215处，控制器可重新设定空气过滤器阻力并清除已经设定的任何指示器。否则，控制器可在214处将当前所估计的空气过滤器阻力存储在存储器中。
图4示出在使用图3a的观测器320基于所感测的map估计空气过滤器阻力时参数随时间的变化。包括大气压力401、环境温度402、发动机转速403、发动机负荷404、map405、空气过滤器下游的空气压力406，以及空气过滤器阻力407的参数被示出在图中。x轴指示时间并如箭头所指示增加。观测器可基于所估计的发动机转速和/或所估计的发动机负荷来确定发动机是否处于稳态操作并且适合于进行过滤器阻力估计。观测器可由控制器(诸如图1的控制器12)来实现。
在t1处，发动机转速403超过阈值410，并且发动机负荷404超过阈值420。从t1到t2，发动机转速的变化小于预定阈值δn，并且发动机负荷的变化小于预定阈值δl。在t2处，发动机转速和发动机负荷都降低。由于从t1到t2的持续时间小于预定阈值δd，因此控制器确定发动机未处于稳态操作，并且观测器不能操作。如此，空气过滤器下游的空气压力406不可用，并且空气过滤器阻力407为零。
从t3到t4，发动机转速和发动机负荷分别高于阈值410和阈值420。另外，由于发动机转速和发动机负荷的变化处于它们各自的阈值(δn和δl)内达持续时间δd，因此在t4处，控制器确定用于操作观测器的进入条件得到满足，并开始基于map405、大气压力401以及环境温度402估计空气压力406和空气过滤器阻力407。由于所估计的空气过滤器阻力407低于阈值430，因此控制器可基于空气过滤器阻力的水平估计并指示过滤器的预测(诸如剩余的过滤器使用寿命)。
在t5处，响应于发动机转速和发动机负荷变化的增加，控制器停止运行观测器。结果，空气过滤器阻力停止更新。
从t6到t7，发动机转速和发动机负荷高于预定阈值，并且在持续时间δd内它们的变化较小。如此，观测器恢复其操作，并开始估计空气压力406和空气过滤器阻力407。
在t7处，响应于所估计的空气过滤器阻力高于阈值430，控制器可指示过滤器堵塞并要求驾驶员更换空气过滤器。由于增加的过滤器堵塞，紧邻空气过滤器下游的估计空气压力与从t4到t5的时间段相比降低。当更换过滤器时，控制器可将空气过滤器阻力重新设定为零。
图5示出在使用图3b的观测器330基于所感测的maf估计空气过滤器阻力时参数随时间的变化。参数包括大气压力501、环境温度502、过滤器下游的maf503、过滤器下游的空气压力504、map505，以及空气过滤器阻力506。x轴指示时间并如箭头所指示增加。观测器可经由传感器(诸如图1的传感器120)基于所感测的maf确定发动机是否处于稳态操作并且适合于进行过滤器阻力估计。观测器可由控制器(诸如图1的控制器12)来实现。
从t1到t2，maf503高于阈值510，并且maf的变化小于预定阈值δw。在t2处，maf降低，并且maf的变化超过阈值δw。由于从t1到t2的持续时间小于预定持续时间δd，因此发动机不处于稳态条件。因此，观测器330不能操作。不存在空气过滤器下游的空气压力504或map505的估计。空气过滤器阻力506为零。
从t3到t4，maf503高于阈值510，并且其变化处于阈值δw内。因此，在t4处，控制器确定发动机处于稳态操作。响应于稳态条件，观测器330基于包括大气压力、环境温度、发动机转速、排量容积以及容积效率的输入估计空气过滤器下游的空气压力504、map505以及空气过滤器阻力506。由于空气过滤器阻力低于阈值520，因此控制器可指示过滤器预测，诸如剩余的过滤器寿命。
在t5处，响应于maf503的变化高于阈值δw，观测器330停止操作。结果，从t5到t7，空气过滤器下游的空气压力和map不可得。空气过滤器阻力506从t5到t7保持所估计值。
在t7处，响应于maf503高于阈值510并且变化小于δw达持续时间δd，观测器330开始更新空气过滤器阻力506。所估计的空气过滤器阻力高于从t4至t5的先前估计。所估计的空气压力504也由于增加的过滤器堵塞水平而降低。响应于空气过滤器阻力506高于阈值520，控制器可向驾驶员指示过滤器堵塞。当更换过滤器时，空气过滤器阻力可重新设定为零。
以这种方式，空气过滤器阻力可在稳态发动机操作期间基于歧管空气充气值的一次测量由观测器来估计。空气过滤器阻力是观测器的系统状态中的一个。过滤器阻力被定义为与通过空气过滤器的质量空气流量的平方成反比，并与空气过滤器两端的压差成比例。经由观测器估计过滤器阻力的技术效果是可以在发动机操作期间在线实现估计，其中发动机操作的中断最少。基于歧管空气充气值的一次测量估计空气过滤器阻力的技术效果是在发动机系统的进气路径中仅需要一个传感器。特别地，由于自然吸气式发动机中存在maf传感器或map传感器，因此在估计这些发动机中的空气过滤器状况时不需要安装附加的传感器。使用过滤器阻力定义空气过滤器特性的技术效果是过滤器阻力对过滤器几何结构或过滤器材料不敏感。
作为一个实施例，方法包括：将空气通过空气过滤器引入歧管；在稳态条件期间，基于歧管中的空气充气值估计空气过滤器阻力，空气过滤器阻力与通过空气过滤器的质量空气流量的平方成反比；以及基于空气过滤器阻力指示空气过滤器状况。在该方法的第一示例中，该方法另外包括估计紧邻空气过滤器下游的空气压力。该方法的第二示例可选地包括第一示例并且另外包括其中歧管空气充气值是歧管空气压力。该方法的第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且另外包括基于发动机转速和发动机负荷确定稳态条件。该方法的第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且另外包括，其中估计不基于空气过滤器下游的质量空气流量。该方法的第五示例可选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，并且另外包括，其中估计不基于定位在空气过滤器和歧管之间的节气门的角度。该方法的第六示例可选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个，并且另外包括，其中经由扩展卡尔曼滤波器估计空气过滤器阻力和紧邻空气过滤器下游的压力，并且估计另外基于大气压力和环境温度。该方法的第七示例可选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个，并且另外包括，响应于空气过滤器阻力高于阈值而更换空气过滤器。该方法的第八示例可选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个，并且另外包括，其中空气过滤器状况包括剩余的空气过滤器寿命。该方法的第九示例可选地包括第一示例至第八示例中的一个或多个，并且另外包括其中空气过滤器阻力与空气过滤器两端的压力成比例。
作为另一个实施例，方法包括：感测耦接到发动机的歧管中的空气充气值，该歧管接收通过空气过滤器的空气；在稳态条件期间，经由观测器基于所感测的歧管空气充气值估计空气过滤器阻力和紧邻空气过滤器下游的空气压力，其中空气过滤器阻力和紧邻空气过滤器下游的空气压力是观测器的系统状态，空气过滤器的阻力与通过空气过滤器的质量空气流量的平方成反比；以及基于空气过滤器的阻力指示空气过滤器状况。在该方法的第一示例中，歧管空气充气值是空气过滤器下游的质量空气流量。该方法的第二示例可选地包括第一示例并且另外包括，基于质量空气流量确定稳态条件。该方法的第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且另外包括，其中观测器是扩展卡尔曼滤波器，并且观测器的系统状态另外包括歧管空气压力。该方法的第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且另外包括，其中估计另外基于大气压力、环境温度、发动机转速、排量容积和容积效率。
作为又一个实施例，发动机系统包括：气缸；节气门，该节气门位于气缸上游；空气过滤器，该空气过滤器耦接到节气门上游的进气通道；传感器，该传感器位于空气过滤器下游，以用于感测定位在节气门和气缸之间的歧管中的空气充气值；以及控制器，该控制器被配置为具有存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，以用于：在稳定的发动机操作期间，基于所感测的歧管空气充气值估计空气过滤器阻力和紧邻空气过滤器下游的空气压力中的每个和每一个，其中空气过滤器的阻力与通过空气过滤器的质量空气流量的平方成反比；并且基于空气过滤器的阻力指示空气过滤器状况。在该系统的第一示例中，歧管空气充气值是歧管空气压力。该系统的第二示例可选地包括第一示例并且另外包括，其中歧管空气充气值是空气过滤器下游和节气门上游的质量空气流量。该系统的第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且另外包括，其中在稳定的发动机操作期间，通过空气过滤器的质量空气流量与通过节气门的质量空气流量、通过进气歧管的质量空气流量，以及空气过滤器下游和节气门上游的质量空气流量相同。该系统的第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且另外包括，其中发动机系统不包括用于测量紧邻空气过滤器下游的空气压力的传感器。
要注意，本文所包括的示例控制和估计例程可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和例程可作为可执行指令存储在非临时性存储器中，并且可由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器以及其它发动机硬件来执行。本文所述的具体例程可表示任何数量的处理策略(诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一个或多个。如此，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下省略。同样地，处理的顺序并非实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可根据所使用的特定策略重复执行。另外，所述动作、操作和/或功能可图形化地表示要被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器中的代码，其中所述动作通过结合电子控制器执行包括各种发动机硬件部件的系统中的指令来执行。
将理解的是，本文所公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应当以限制意义考虑，因为许多变化都是可能的。例如，上述技术可应用于v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸以及其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置以及其它特征、功能和/或属性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
随附权利要求特别指出被视为新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一个”元件或“第一”元件或它们的等同物。此类权利要求应该被理解为包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其它组合和子组合可通过对本申请权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。此类权利要求，无论在范围上比原始权利要求更宽、更窄、相等或不同，都被视为包括在本公开的主题内。