利用电动增压装置诊断空气滤清器的制作方法

本说明书总体涉及用于通过在发动机关闭条件期间操作电动增压装置来诊断车辆系统中的进气空气滤清器的方法和系统。

背景技术：

空气滤清器在车辆中用于提供干净的空气以用于引入到发动机系统中。空气滤清器可能由于灰尘和碎屑的积聚而变得堵塞。堵塞的空气滤清器可以增加进气空气压降并限制到发动机中的空气流量。空气流量的限制可以影响发动机性能和效率。为了更换或清洁堵塞的空气滤清器，可以定期诊断空气滤清器的状态并向操作员指示。

用于诊断空气滤清器状态的尝试包含基于滤清器两端的压降来诊断空气滤清器。一个示例方法由pago等人在第5,606,311号美国专利中示出。其中，在发动机操作期间测量空气滤清器两端的压降和对应的空气流量，随后通过比较测量的压降与参考压降来估计滤清器限制。

然而，发明人在本文中已经认识到此方法的潜在问题。作为一个示例，在发动机操作期间基于压降的空气滤清器诊断可能由于低信噪比而不准确。具体地，压降的信号幅度可能低，因为取决于车辆的工况，压降可能相对于传感器灵敏度不明显，即使是堵塞的滤清器。另外，发动机的往复操作可以引入高噪声。因此，pago的方法可能产生假阳性结果(positiveresult)，所述假阳性结果可以在必须更换之前警告驾驶员空气滤清器需要更换。此外，在混合动力车辆中，发动机运行时间可能被限制。在发动机操作期间诊断空气滤清器状态可能不够频繁，不足以识别空气滤清器堵塞。另外，混合动力车中的稳定的发动机操作的持续时间可能不够长，不足以获得可靠的压力测量值。

技术实现要素：

在一个示例中，上文描述的问题可以通过包括以下各项的方法来解决：在发动机关闭期间，打开高压排气再循环(hp-egr)阀；通过致动耦合到压缩机的马达来使空气流动通过空气滤清器；感测空气压力；以及基于空气压力来指示空气滤清器的状态。以此方式，可以及时并稳健地检测到空气滤清器堵塞。

作为一个示例，在配备有电动增压装置的发动机系统中，在发动机关闭期间，耦合到电动增压装置的马达可以经操作以使环境空气通过进气空气滤清器流动到发动机系统中。一个或多个阀(例如hp-egr阀)可以被打开以使空气进一步绕过汽缸从空气滤清器流动到排气通道。空气滤清器状态可以基于与通过空气滤清器的空气流量相关的压力测量值来诊断。作为一个示例，压力可以为空气滤清器两端的压降。作为另一示例，压力可以为沿空气流的方向在空气滤清器下游的压力。通过使空气绕过汽缸从滤清器流动到排气通道，空气可以以极小的阻力流动通过发动机系统。由此，压力测量值可以准确地反映由空气滤清器堵塞造成的流量限制。车辆系统的其它组件对测量值造成的可能干扰可以被避免。另外，用于进行空气滤清器诊断的持续时间可以减少，因为空气流量可以经由操作电动增压装置而被完全控制并快速稳定化。通过在发动机关闭期间诊断空气滤清器，可以在自动发动机停止-起动期间频繁地检查空气滤清器状态，从而避免由往复的发动机操作引入的噪声。此外，通过将耦合到电动增压装置的马达用于空气滤清器诊断，可以用现有的发动机组件执行诊断。

作为另一示例，在第一条件期间，可以在使空气在第一方向上通过空气滤清器从大气流动到压缩机时测量第一空气压力。随后，可以在使空气在与第一方向相反的第二方向上通过空气滤清器从压缩机流动到大气时测量第二空气压力。空气滤清器可以基于第一空气压力和第二空气压力来诊断。当发动机系统中不存在hp-egr阀时，通过使空气在反方向上流动，可以诊断空气滤清器。在一个实施例中，第一条件可以为在发动机操作期间，且第二条件可以为在发动机关闭期间。响应于在发动机操作期间测量的第一空气压力，在发动机关闭期间马达可以被致动以使空气在第二方向上流动通过空气滤清器。例如，第一空气压力可以指示空气滤清器堵塞的可能性，且在发动机关闭期间的进一步诊断可以增加诊断的准确性。

应理解，提供以上发明内容是为了以简化形式引入一系列概念，具体实施方式中进一步描述这些概念。以上发明内容并不意图标识要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围通过随后的权利要求书唯一地限定。此外，要求保护的主题并不限于解决上文提到的任何缺点或在本发明的任何部分中的实施方式。

附图说明

图1示出包含电动增压装置的车辆系统的示例实施例。

图2示出图1的发动机的一个汽缸的示例实施例的图式。

图3示出包含电动增压装置的车辆系统的另一示例实施例。

图4示出用于诊断进气空气滤清器的示例方法。

图5示出在实施图4的方法时随时间变化的发动机致动器状态和操作参数。

图6示出用于诊断进气空气滤清器的另一示例方法。

图7示出在实施图6的方法时随时间变化的发动机致动器状态和操作参数。

具体实施方式

以下描述涉及用于诊断配备有例如压缩机等电动增压装置的车辆系统的进气空气滤清器的状态的系统和方法。电动增压装置可以为电动增压涡轮增压器，例如在图1中的车辆系统的示例实施例中示出。电动增压装置可以替代地为图3中的另一示例车辆系统中示出的电动机械增压器。图2示出图1的发动机的示例组件。空气滤清器可以基于在发动机关闭期间致动耦合到电动增压装置的马达以使空气流动通过空气滤清器时的空气压力测量值来诊断。滤清器诊断的示例方法在图4中示出，其中环境空气在发动机关闭期间流动通过空气滤清器而进入到发动机系统中。滤清器诊断的另一示例方法在图6中示出，其中在发动机关闭期间空气在相反方向上流动通过空气滤清器。图5和图7示出在分别实施图4和图6的方法时的致动器状态和操作参数的变化。

现在转到图1，示意性地图示说明车辆系统100的示例实施例。在一个示例中，车辆系统100可以被配置为道路机动车辆。然而，应了解，在其它示例中，车辆系统100可以被配置为越野车。在一些示例中，车辆系统100可以为具有可用于一个或多个车轮76的多个扭矩源的混合动力车。在其它示例中，车辆系统100为仅具有发动机的常规车辆。在所示出的示例中，车辆系统100包含发动机10和电动机72。电动机72可以为马达或马达/发电机。在一个或多个离合器73被接合时，发动机10的曲轴40和电动机72经由变速器74连接到车轮76。在所描绘的示例中，第一离合器73设置在曲轴40与电动机72之间，且第二离合器73设置在电动机72与变速器74之间。在本文中论述的控制器12可以将信号发送到每个离合器73的致动器以接合或松开离合器，以便将曲轴40与电动机72及其连接的组件连接或断开，和/或将电动机72与变速器74及其连接的组件连接或断开。变速器74可以为变速箱、行星齿轮系统或另一类型的变速器。动力传动系统可以以各种方式配置，包含配置为并联的、串联的或串联-并联混合动力车。

电动机72从牵引电池75接收电功率以将扭矩提供到车轮76。电动机72还可以例如在制动操作期间充当发电机以提供电功率以给电池75充电。在其它示例中，其中车辆系统100为仅具有发动机的常规车辆，牵引电池75可以为将电能供应到车辆系统100的起动-照明-点火(例如，sli)电池。

发动机10可以为包含涡轮增压器13的涡轮增压发动机。涡轮增压器13包括定位在排气通道35中的涡轮机116，所述涡轮机耦合到定位在进气通道42中的压缩机110。压缩机110示出为经由轴119机械地耦合到涡轮机116。涡轮机116通过使发动机排气膨胀来驱动。在所描绘的示例中，涡轮增压器13为电动涡轮增压器，所述电动涡轮增压器包含用于向涡轮增压器输出提供电动辅助的电动马达111。电池158耦合到电动马达111以用于供电。在一个示例中，电动马达111可以经由轴119耦合到压缩机。然而，在其它示例中，电动马达可以直接地耦合到压缩机或涡轮机。通过调整电动马达111的输出，可以调整通过压缩机输送的压缩空气的量。在一个示例中，压缩机和涡轮机可以耦合在双涡流涡轮增压器内。在另一示例中，涡轮增压器可以为可变几何结构涡轮增压器(vgt)，其中涡轮机几何结构根据发动机转速和其它工况的变化而主动改变。在又一示例中，压缩机110的几何结构可以通过操作压缩机致动器118来调整。例如，压缩机110可以为具有叶片的可变几何结构压缩机(vgc)，所述叶片根据期望的叶片角度移动以用不同的模式将进气空气流引导至压缩机中。

在发动机操作期间(发动机转速大于零)，发动机10经由空气滤清器112沿着进气通道42接收环境空气，如通过箭头130所指示。空气由涡轮增压器13的压缩机110压缩并输送到引导通道43。压缩空气经过引导通道43、经过增压空气冷却器(cac)18以冷却，并经过节气门20，随后进入进气歧管22，所述空气在所述进气歧管处进入发动机10。换句话说，压缩机110通过cac18耦合到进气节气门20，且进气节气门20耦合在进气歧管22的上游。增压空气冷却器可以是例如空气到空气或水到空气热交换器。在图1中示出的实施例中，进气歧管内的空气充气的压力由歧管空气压力(map)传感器124感测。

应了解，增压装置的其它组合和配置可以为可能的。在一个实施例中，发动机系统100可以包括机械增压器，其中压缩机110可以至少部分由电动机和/或发动机10驱动，且发动机系统可以不包含涡轮机116。在另外的示例中，多个增压装置可以串联级联，例如在图3中示出，其中机械增压器和涡轮增压器都耦合到进气通道。

压缩机110可以包含跨越压缩机的再循环通道80。所描绘的示例示出跨越再循环通道80耦合的压缩机再循环阀(crv)82，其中crv82的致动调整通过再循环通道80的流量。来自压缩机出口的温暖的压缩空气可以经由再循环通道80再循环回到压缩机入口。在一些实施例中，压缩机再循环系统可以替代地或附加地包含再循环通道或压缩机旁路，所述再循环通道用于将(冷却的)压缩空气从在增压空气冷却器下游的压缩机出口再循环至压缩机入口，所述压缩机旁路用于将压缩空气耗散到大气(未示出)。crv82可以为可连续变化的阀，其中阀的位置可以从完全关闭位置连续变化至完全打开位置。在一些实施例中，在增压发动机操作期间，压缩机再循环阀82可以保持部分打开以提供某一喘振裕度。本文中，部分打开的位置可以为默认阀位置。增大压缩机再循环阀的开度可以包含致动阀的螺线管(或给螺线管通电)。本文中将论述对示例crv操作的进一步论述。

一个或多个传感器可以耦合到压缩机110的入口以用于确定进入压缩机的空气充气的成分和条件。例如，压力传感器55可以耦合在空气滤清器112与压缩机入口之间以用于估计进入压缩机的空气充气的压力。在另一示例中，质量空气流量(maf)传感器57还可以耦合到压缩机的入口以用于估计进入发动机的空气的量。其它传感器可以包含例如空燃比传感器、湿度传感器等。在其它示例中，可以基于发动机工况来推断压缩机入口状况中的一个或多个(例如湿度、温度等)。传感器可以估计在压缩机入口处从进气通道接收的进气以及从cac的上游再循环的空气充气的状况。节气门入口压力(tip)传感器58或其它合适的传感器可以耦合在压缩机110的下游和节气门20的上游，以用于测量在压缩机110的下游和节气门20的上游的位置处的增压压力。以此方式，可以确定压缩机出口压力。压缩机压力比可以通过将压缩机出口压力与压缩机入口压力(例如通过传感器55测量的压力)相除来计算。

进气歧管22通过一系列进气门耦合到一系列燃烧室30(进一步参考图2描述)。燃烧室经由一系列排气门进一步耦合到排气歧管36(进一步参考图2描述)。在所描绘的实施例中，示出单个排气歧管36。然而，在其它实施例中，排气歧管36可以包含多个排气歧管节段。具有多个排气歧管节段的配置可以使得来自不同燃烧室的排出物能够被引到至发动机系统10中的不同位置。传感器125可以耦合到排气歧管以用于测量排气压力。

燃烧室30可以由燃料系统供应一种或多种燃料，例如汽油、醇燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可以经由直接喷射、进气道喷射、节气门阀体喷射或其任何组合来供应到燃烧室。直接喷射包括将燃料直接地喷射到燃烧室中，且进气道喷射将燃料喷雾输送到进气道中，其中所述燃料喷雾在进入燃烧室之前与进气混合。当前示例可以包含多个直接燃料喷射器66和进气道燃料喷射器67。在燃烧室中，燃烧可以经由火花点火和/或压缩点火开始。

如图1中示出，来自排气歧管36的一个或多个节段的排气被引到至涡轮机116以驱动涡轮机。当期望减小的涡轮机扭矩时，可以替代地绕过涡轮机116将一些排气引导通过废气门90。耦合到废气门90的废气门阀92可以经致动打开以经由废气门90将至少一些排气压力从涡轮机116的上游倾泻至在涡轮机的下游的位置。通过减少涡轮机116上游的排气压力，可以减小涡轮机速度。在一个实施例中，废气门阀92可以为真空致动的，也就是说，所述废气门阀可以经由真空的施加而致动。来自涡轮机116和废气门90的组合流随后流动通过排放控制装置70(进一步参考图2描述)，随后经处理的排气中的全部或部分可以经由排气通道35释放到大气，如通过箭头133所指示。

发动机10可以进一步包含一个或多个排气再循环(egr)通道，所述通道用于将排气的一部分从排气歧管再循环至进气歧管。通过再循环一些排气，可以影响发动机稀释，这可以通过减少发动机爆震、峰值汽缸燃烧温度和压力、节流损失以及nox排放来改进发动机性能。在所描绘的示例中，排气可以经由高压egr通道84从在涡轮机116上游的排气歧管36再循环至在压缩机110和节气门20下游的进气歧管22。此配置可以被称为高压(hp)egr系统。egr通道84可以包含用于控制hp-egr流量的hp-egr阀86和用于在输送到进气歧管之前冷却排气的egr冷却器。在另外的示例中，排气可以经由低压egr通道(未示出)从在涡轮机116下游的排气通道35再循环至在压缩机110上游的进气通道42。提供到进气通道的egr的量可以通过控制器12经由hp-egr阀86改变。

发动机系统100可以进一步包含控制系统14，所述控制系统包含控制器12。控制器12示出为从多个传感器16(所述传感器的各种示例在本文中描述)接收信息，并将控制信号发送到多个致动器81(所述致动器的各种示例在本文中描述)。作为一个示例，传感器16可以包含map传感器124、排气压力传感器125、排气温度传感器128、排气压力传感器129、压缩机入口压力传感器55、歧管空气流量传感器57以及节气门入口压力传感器58。附加的压力传感器、温度传感器、空燃比传感器以及成分传感器等其它传感器可以耦合到发动机系统10中的各种位置。致动器81可以包含例如，马达111、节气门20、压缩机再循环阀82、废气门阀92、hp-egr阀86、直接燃料喷射器66以及进气道燃料喷射器67。

现在转到图2，示出内燃发动机(例如图1的发动机10)的燃烧室(例如，汽缸)的示例实施例。先前在图1中介绍的组件可以以类似方式标号。发动机10可以从包含控制器12的控制系统接收控制参数，且可以经由输入装置232从车辆操作员230接收输入。在此示例中，输入装置232包含加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号pp的踏板位置传感器234。发动机10的汽缸(本文中也称为“燃烧室”)30可以包含其中定位有活塞238的燃烧室壁236。活塞238可以耦合到曲轴40，使得活塞的往复运动转化成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由变速器系统耦合到车辆系统的至少一个驱动轮。

汽缸30可以经由进气通道42、引导通道43以及进气歧管22接收进气。进气歧管22可以与发动机10的除汽缸30外的其它汽缸连通。在一些实施例中，进气通道中的一个或多个可以包含增压装置，例如涡轮增压器或机械增压器。例如，图2示出配置有涡轮增压器13的发动机10，所述涡轮增压器包含布置在进气通道42与引导通道43之间的压缩机110，以及布置在排气歧管36与排气通道35之间的排气涡轮机116。压缩机110可以至少部分经由轴119通过排气涡轮机116提供动力，其中增压装置配置为涡轮增压器。压缩机还可以由马达111提供动力。如先前所描述，在其中发动机10设置有机械增压器的示例中，排气涡轮机116可以可选地被省略，其中压缩机110可以由来自马达或发动机10的机械输入提供动力。节气门20可以包含节流板264，且可以沿着发动机的进气通道设置以用于改变提供给发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，节气门20可以安置在压缩机110的下游。

排气歧管36可以从发动机10的除汽缸30外的其它汽缸接收排气。排气传感器228示出为耦合到排放控制装置70上游的排气歧管36，但应了解，所述排气传感器可以位于排气系统中的其它位置处。排气传感器228可以选自用于提供排气空燃比的指示的各种合适的传感器，例如线性氧传感器或uego(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或ego(如所描绘)、hego(加热ego)、nox、hc或co传感器等。排放控制装置70可以为三元催化剂(twc)、nox捕集器、各种其它排放控制装置或其组合。

发动机10的每个汽缸可以包含一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，汽缸30示出为包含位于汽缸30的上部区域处的至少一个提升式进气门250和至少一个提升式排气门256。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包含汽缸30)可以包含位于汽缸的上部区域处的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。

进气门250可以由控制器12通过经由凸轮致动系统251进行的凸轮致动来控制。类似地，排气门256可以由控制器12经由凸轮致动系统253来控制。凸轮致动系统251和253可以各自包含一个或多个凸轮，且可以利用凸轮廓线变换(cps)系统、可变凸轮正时(vct)系统、可变气门正时(vvt)系统和/或可变气门升程(vvl)系统中的一个或多个，这些系统可以通过控制器12操作以改变气门操作。无论是电子致动还是凸轮致动，都可以如期望的燃烧和排放控制性能所指定的来调整排气门和进气门打开和关闭的正时。进气门250和排气门256的操作可以分别通过气门位置传感器(未示出)和/或凸轮轴位置传感器255和257确定。在替代实施例中，进气门和/或排气门可以由电动气门致动控制。例如，汽缸30可以替代地包含经由电动气门致动控制的进气门以及经由凸轮致动控制的排气门，所述凸轮致动包含cps系统和/或vct系统。另外，vct系统可以包含一个或多个vct装置(未示出)，所述vct装置可以经致动以将进气门和排气门的正时调整为使得正进气门与排气门交叠减小的正时。也就是说，进气门和排气门将被打开较短持续时间且将移动远离在进气冲程的一部分上同时打开。在其它实施例中，进气门和排气门可以通过普通气门致动器或致动系统、或者可变气门正时致动器或致动系统来控制。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包含用于开始燃烧的火花塞292。在选择操作模式下，点火系统290可以响应于来自控制器12的火花提前信号sa而经由火花塞292将点火火花提供到汽缸30。在其它实施例中，压缩点火发动机可以使用电热塞来替代火花塞292。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以配置有一个或多个喷射器以用于将燃料输送到汽缸30。作为非限制性示例，汽缸30示出为包含两个燃料喷射器66和67。燃料喷射器66和67可以经配置以经由高压燃料泵和燃料轨来输送从燃料系统(未示出)接收到的燃料。替代地，燃料可以通过单级燃料泵以较低压力输送，在此情况下，在压缩冲程期间直接燃料喷射的正时可以比在使用高压燃料系统时更受限制。另外，燃料箱可以具有将信号提供到控制器12的压力换能器。

燃料喷射器66示出为直接地耦合到汽缸30以用于与经由电子驱动器从控制器12接收到的信号fpw-1的脉冲宽度成比例地直接将燃料喷射到汽缸中。以此方式，燃料喷射器66提供被称为燃料到燃烧汽缸30中的直接喷射(下文也称为“di”)的喷射。尽管图2示出定位到汽缸30的一侧的喷射器66，但所述喷射器可以替代地位于活塞顶上，例如，靠近火花塞292的位置。当以醇基燃料操作发动机时，由于一些醇基燃料的较低挥发性，此位置可以改进混合和燃烧。替代地，喷射器可以位于进气门顶部并靠近进气门以改进混合。

燃料喷射器67示出为以一种配置布置在进气歧管22中而非布置在汽缸30中，所述配置提供被称为燃料到汽缸30上游的进气道中的进气道喷射(下文中称为“pfi”)的喷射。燃料喷射器67可以与经由电子驱动器从控制器12接收到的信号fpw-2的脉冲宽度成比例地喷射从燃料系统288接收到的燃料。

在汽缸的单个循环期间，燃料可以通过两种喷射器输送到汽缸。例如，每个喷射器可以输送在汽缸30中燃烧的总燃料喷射的一部分。由此，即使是对于单个燃烧事件，所喷射的燃料也可以在不同的正时处从进气道喷射器和直接喷射器喷射。此外，对于单个燃烧事件，每个循环可以执行所输送的燃料的多次喷射。在压缩冲程、进气冲程或其任何适当组合期间，可以执行多次喷射。

如上文描述，图2仅示出多汽缸发动机的一个汽缸。由此，每个汽缸可以类似地包含其自身的进气门/排气门、(一个或多个)燃料喷射器、火花塞等的集合。应了解，发动机10可以包含任何合适数目的汽缸，包含2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或更多汽缸。另外，这些汽缸中的每一个可以包含通过图2参考汽缸30所描述且描绘的各种组件中的一些或全部。

发动机可以进一步包含一个或多个排气再循环通道，所述通道用于将排气的一部分从发动机排气再循环至发动机进气。在所描绘的实施例中，排气可以经由hp-egr通道84从排气歧管36再循环至进气歧管22。另外，egr传感器88可以布置在hp-egr通道84内，且可以提供排气的压力、温度以及浓度中的一个或多个的指示。其它非限制性示例egr配置可以包含lp-egr。

排气传感器226示出为耦合到涡轮机116下游的排气通道35。传感器226可以为用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器或uego(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或ego、hego(加热ego)、nox、hc或co传感器。

排放控制装置70可以沿着排气通道35布置在排气传感器226和涡轮机的下游。在所描绘的示例中，排放控制装置可以包含装置271和装置272，其中装置271可以为气体颗粒过滤器，且装置272可以为三元催化剂。

控制器12示出为微型计算机，包含微处理器单元206、输入/输出端口208、在此特定示例中示出为只读存储器芯片210的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器212、不失效存储器214以及数据总线。除先前论述的那些信号外，控制器12还可以从耦合到发动机10的传感器接收各种信号，包含来自耦合到冷却套管218的温度传感器216的发动机冷却液温度(ect)的测量值；来自耦合到曲轴40的霍尔效应传感器220(或其它类型)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(tps)；以及来自传感器124的歧管绝对压力信号(map)。发动机转速信号rpm可以通过控制器12根据信号pip产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号map可以用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。其它传感器可以包含耦合到燃料系统的(一个或多个)燃料箱的燃料液位传感器和燃料成分传感器。

存储介质只读存储器芯片210可以用计算机可读数据编程，所述计算机可读数据表示可由微处理器单元206执行以用于执行下文描述的方法以及所预计但未具体列出的其它变体的指令。

控制器12可以响应于从各种传感器接收到的经处理输入数据，基于存储在控制器的存储器中的指令或编程在其中的对应于一个或多个例程(例如图4的示例方法400和图6的方法600)的代码来采用致动器。作为一个示例，控制器12可以基于霍尔效应传感器220输出来确定发动机转速。响应于零发动机转速，控制器12可以致动马达111、hp-egr阀86以及废气门阀92以使环境空气流动通过空气滤清器至排气通道35。

图3示出车辆系统300的另一示例实施例。先前在图1的车辆系统100中介绍的组件可以以类似方式标号。类似于车辆系统100，车辆系统300包括发动机10、耦合到发动机10的hp-egr通道84。车辆系统300包括涡轮增压器313。涡轮增压器313包含通过涡轮机316经由轴319驱动的压缩机310。crv阀382和废气门阀392分别耦合到压缩机再循环通道380和废气门390。

车辆系统300可以进一步包含用于进一步给增压空气增压的机械增压器113。机械增压器113在此处示出为耦合到在空气滤清器112与压缩机310之间的进气通道42。在另一实施例中，机械增压器113可以耦合在压缩机310与汽缸之间。机械增压器113可以为由马达114基于来自控制器12的信号驱动的电动机械增压器。电池159可以耦合到马达114以用于将电功率供应到马达114。机械增压器113可以包含旁通通道85，所述旁通通道用于使空气在空气滤清器112与压缩机310之间流动而不经过机械增压器。通过机械增压器旁通通道85的空气流量可以通过机械增压器旁通阀83调节。传感器355和传感器357可以耦合到在空气滤清器与机械增压器之间的进气通道42以用于分别测量空气压力和空气流速。

转到图4，方法400示出在发动机关闭期间利用电动增压装置来诊断空气滤清器状态的示例方法。在一个示例中，电动增压装置可以为电辅助的涡轮增压器，如图1中示出。在另一示例中，电动增压装置可以为耦合到涡轮增压器的电动机械增压器，如图3中示出。

用于执行方法400和本文中包含的其余方法的指令可以通过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(例如上文参考图1至图3描述的传感器)接收到的信号来执行。控制器可以根据下文描述的方法采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。

在402处，方法400估计和/或测量发动机工况，发动机工况包含但不限于，发动机转速、燃料量、燃料压力、操作员扭矩需求、发动机冷却液温度(ect)、大气压(bp)、增压压力、进气歧管压力(增压压力)、排气歧管压力、质量空气流速(maf)、排气流速、加速器踏板位置(pp)、egr流量以及egr速率，如可以通过参考图1至图3描述的相应传感器的输出测量和/或估计的。

在404处，空气在发动机操作期间在第一方向上通过空气滤清器从大气流动到发动机(如图1和图3中的箭头130示出)。空气可以通过操作发动机产生的真空流动。空气还可以通过例如压缩机等空气充气装置流动。步骤404还可以包含测量与流动通过空气滤清器的空气相关的第一空气压力。在一个实施例中，空气压力可以通过耦合在空气滤清器下游的压力传感器(例如图1的压力传感器55和图3的压力传感器355)测量。在另一实施例中，压力可以为空气滤清器两端的压差或压降。在一个示例中，压降可以由传感器感测。在另一示例中，压降可以通过采用在空气滤清器上游的压力与大气压力之间的差值的绝对值来计算。

在408处，控制器检查发动机是否关闭。作为一个示例，在没有活塞移动的情况下，在发动机转速为零时可以确定发动机关闭。作为另一示例，在没有空气进入汽缸时可以确定发动机关闭。作为又一示例，在发动机汽缸的进气门保持关闭时可以确定发动机关闭。如果发动机关闭，那么方法400移动到410。否则，方法400在406处继续监测发动机工况。

在410处，控制器确定是否诊断空气滤清器状态。在一个实施例中，控制器可以响应于在404处的发动机操作期间的空气压力测量值来确定是否诊断空气滤清器状态。例如，响应于在发动机操作期间空气滤清器两端的压降大于阈值压力，控制器可以确定在发动机关闭期间进一步诊断空气滤清器。阈值压力可以通过操作或模型化模型发动机系统来预定。

在另一实施例中，空气滤清器状态可以在自从上一次诊断或最近的滤清器更换起的预定持续时间之后诊断。空气滤清器状态可以替代地在滤清器更换之后的预定时间点处诊断。在一个示例中，持续时间或预定时间点可以通过发动机工况调整，所述工况例如天气和/或道路状况等。例如，空气滤清器可以响应于乡村地区中的广泛的发动机操作来更频繁地诊断。

如果控制器确定诊断空气滤清器，那么方法400移动到411。否则，方法400在406处继续监测发动机工况。

在411处，控制器致动耦合到电动增压装置的马达以使空气流动通过空气滤清器。在一个实施例中，发动机系统包含hp-egr。马达可以经致动以使空气在第一方向上通过空气滤清器从大气流动到发动机汽缸，如图1和图3中的箭头130所示。hp-egr阀被打开以允许空气绕过发动机汽缸从空气滤清器流动到排气通道。一个或多个其它阀(例如废气门阀(图1的92和图3的392)和crv阀(图3的382))可以被打开以允许空气绕过涡轮机和/或压缩机从空气滤清器流动到排气通道以减少对空气流量的限制。另外，机械增压器旁通阀(例如图3的阀83)可以被关闭。在另一示例中，压缩机310的几何结构可以经调整以允许空气以极小的流量限制流动通过压缩机。在另一实施例中，在没有hp-egr的发动机系统中，马达可以被致动以使空气在反方向上通过空气滤清器从压缩机流动到大气(如图1和图3中的箭头131示出)，所述方向与在发动机操作期间的空气流动方向相反。

马达的速度可以基于例如环境压力和环境温度等工况来设定，以在对跨越多个发动机关闭事件的压力求平均时获得增加的可重复性，以便更好地确定滤清器负载状态。例如，马达可以被设定为期望速度，所述速度在每个发动机关闭条件下基于环境压力和温度确定，且有可能在将发动机舱空气汲取到进气时进一步基于发动机舱温度确定(因为质量流量(并且因此阻力)可以受空气密度影响)。另外，速度可以基于发动机系统中的气体的流动路径来设定，例如，基于egr阀的位置并考虑由不同的阀位置导致的流动阻力变化，以便对于给定的滤清器阻力具有更加可重复的压降。

在412处，在马达致动期间，可以测量与通过空气滤清器的空气流量相关的第二空气压力。空气压力可以以与在404中相同的方法测量。具体地，空气压力可以为通过耦合在空气滤清器与电动辅助的涡轮增压器或电动机械增压器的压缩机之间的传感器(例如图1的传感器55和图3的传感器355)测量的空气压力。替代地，可以测量空气滤清器两端的压降。

在414处，将第一测量的空气压力和第二测量的空气压力与特征化空气压力比较以确定空气滤清器堵塞。作为一个示例，特征化空气压力可以为通过操作或模型化模型发动机系统校准的阈值空气压力。作为另一示例，特征化空气压力可以为通过操作或模型化模型发动机系统校准的压力分布。在一个实施例中，滤清器堵塞可以通过比较第二空气压力与特征化空气压力来确定。在另一实施例中，第一空气压力和第二空气压力都可以用于确定滤清器堵塞。例如，第一空气压力和第二空气压力的加权和可以被计算，然后与特征化空气压力比较。第一空气压力和第二空气压力可以通过不同的加权因子来加权。在一个示例中，第二空气压力的加权因子可以高于第一空气压力的加权因子。在另一示例中，第一空气压力的加权因子可以为零。

在416处，控制器基于在414处的比较来确定滤清器是否堵塞。作为一个示例，如果在发动机关闭期间空气滤清器两端的压降大于阈值时，则控制器可以确定空气滤清器堵塞。作为另一示例，如果在发动机操作期间的压降大于第一阈值且在发动机关闭期间的压降大于第二阈值时，则控制器可以确定空气滤清器堵塞。如果滤清器未堵塞，那么方法400返回到406以继续监测发动机操作状态。如果发动机堵塞，那么方法400移动到418。否则，方法400在406处继续监测发动机工况。

在418处，指示滤清器堵塞。可以将滤清器更换请求发送给车辆操作员。例如，控制器可以接通仪表板上的指示器以指示操作员。另外，控制器中的寄存器可以经设定以记录滤清器的状态。

图5图示说明在实施图4的方法400时随时间变化的多个致动器状态和发动机操作参数。曲线图510示出车辆钥匙的状态。钥匙可以为接通或断电的，如通过y轴指示。曲线图520示出发动机转速。发动机转速如通过y轴的箭头指示地增加。曲线图530示出egr阀的打开角度。打开的程度如通过y轴指示地增加。曲线图540示出耦合到压缩机的电动马达的速度。马达速度可以为正或负，以在相反方向上将空气流驱动通过空气滤清器。作为一个示例，当马达速度为正时，通过空气滤清器的空气流速550为正，且空气在第一方向上通过空气滤清器从大气流动到压缩机(如图1和图3中的130示出)。当马达速度为负时，空气流速550为负，且空气在第二方向上通过空气滤清器从压缩机流动到大气(如图1和图3中的131示出)。曲线图560示出空气滤清器两端的压降。压降为空气滤清器两端的压差的绝对值。压降如通过y轴的箭头指示地增加。曲线图570示出空气滤清器更换请求。空气滤清器更换请求可以为发起或不发起。

从t0至t1，车辆钥匙为接通。发动机以非零发动机转速操作。egr阀可以基于包含发动机转速的参数来致动。例如，egr阀开度随降低的发动机转速而增大。马达速度540基于增压空气需求等参数来调整。通过空气滤清器的空气流速550在第一方向上。滤清器两端的压降560响应于空气流速而变化。

在t1处，发动机以零发动机转速关闭。马达速度和通过空气滤清器进入到发动机中的空气流速都为零。空气滤清器两端的压降也为零，因为没有空气流动通过滤清器。在一个示例中，马达速度可以基于环境压力来设定。作为一个示例，马达速度可以随降低的环境压力而增加。

在t2处，控制器确定开始诊断空气滤清器。作为一个示例，控制器可以响应于在t0至t1期间的压降高于阈值561而确定诊断滤清器。阈值561可以基于模型发动机系统的操作或模型化来预定。阈值可以进一步基于空气流速来调整。作为另一示例，控制器可以在预定持续时间之后确定诊断滤清器。

在一个实施例中，马达速度540从零开始增加，如通过541示出。egr阀被打开以允许空气从空气滤清器流动到车辆系统的排气通道。压降增加。在t3处，响应于压降564高于阈值563，滤清器更换请求570为发起。

在另一实施例中，在t2处，马达可以经致动以使空气在第二方向上通过滤清器从发动机流动到大气。马达速度从零负增加，如542中示出。空气流速551也从t2起负增加。由于在第二方向上的空气流导致的对应的压降在565中示出。滤清器更换请求响应于压降565高于阈值562而在t3处从不发起转至发起。在一个示例中，如果车辆系统包含hp-egr通道，那么hp-egr阀可以关闭伴随着零hp-egr流量，如531中示出。

在t4处，空气滤清器诊断结束。马达速度和空气流速返回到零。压降也为零。从t2至t4，虽然马达速度为非零，但egr阀保持敞开。

在t5处，发动机转速从零增加。egr阀开度和马达速度基于发动机操作参数来调整。空气流速550和压降560响应于发动机工况而变化。

在t6处，发动机转速响应于车辆断电而下降至零。马达速度降低至零。压降响应于零空气流速而为零。滤清器更换请求可以保持发起以向操作员指示所述请求。

在另一实施例中，空气滤清器可以基于在通过发动机运行条件分隔开的多个不同的发动机关闭时段期间测量的空气压力来诊断。滤清器更换请求可以基于测量的空气压力中的多个空气压力来调整。作为一个示例，滤清器状态可以通过比较在多个不同的发动机关闭时段期间的测量的空气压力的平均值来诊断。作为另一示例，滤清器状态可以通过比较在多个不同的发动机关闭时段期间的测量的空气压力的加权平均值来诊断。加权因子可以基于通过空气滤清器的空气流速来确定。例如，加权因子可以随增加的空气流速而增加。空气流速可以基于环境状况和马达工况来估计。例如，空气流速在高环境压力和高马达速度期间可以为高。

图6示出用于在不操作hp-egr阀的情况下诊断空气滤清器状态的另一示例方法600。方法600可以应用于没有hp-egr通道的车辆系统。方法600在发动机关闭期间操作耦合到电动增压装置的马达以使空气在相反方向上流动通过空气滤清器，并在操作马达时基于空气压力测量值来检测空气滤清器堵塞。

在602处，类似于图4的402，方法400估计和/或测量发动机工况，发动机工况包含但不限于，发动机转速、燃料量、燃料压力、操作员扭矩需求、发动机冷却液温度(ect)、大气压(bp)、增压压力、进气歧管压力(增压压力)、排气歧管压力、质量空气流速(maf)、排气流速、加速器踏板位置(pp)、egr流量以及egr速率，如可以通过参考图1至图3描述的相应传感器的输出测量和/或估计的。

在604处，类似于图4的404，空气在第一方向上流动通过空气滤清器，且测量第一空气压力。空气压力可以为在空气滤清器与压缩机或机械增压器之间的空气压力(例如通过图1的传感器55或图3的传感器355测量的压力)。空气压力可以替代地为空气滤清器两端的压降。

在608处，类似于图4的408，方法600确定发动机是否关闭。如果发动机关闭，那么方法600移动到610。例如，所述方法可以包含发生发动机关闭且在静止时没有燃烧以及发生伴随燃烧和旋转的发动机启动。否则，方法600在606处继续监测发动机操作。

在610处，类似于图4的410，方法600确定是否诊断空气滤清器状态。控制器可以基于第一空气压力和/或自从上一次滤清器诊断起的持续时间来确定是否诊断空气滤清器状态。如果控制器确定诊断滤清器，那么方法600移动到612。否则，方法600在606处继续监测发动机工况。

在612处，马达经致动以使空气在第一方向(例如图1和图3中示出的方向130)上流动通过空气滤清器以将环境空气引导到发动机系统中。

在614处，可以测量与在第一方向上的空气流量相关的第二空气压力。第二空气压力可以通过与第一空气压力相同的传感器测量。

在616处，在使空气在第一方向上流动通过空气滤清器之后，致动马达并使空气在与第一方向相反的第二方向上通过空气滤清器从压缩机流动到大气(如在图1和图3的131中示出)。另外，在使空气在第二方向上流动时，空气滤清器可以通过将捕集在空气滤清器中的灰尘和尘埃中的一些吹到气箱的隔室中来清洁。

在618处，可以测量与在第二方向上的空气流量相关的第三空气压力。通过在使空气在第一方向上流动之后使空气在第二方向上流动，通过空气滤清器的空气流速可以被增加以确保高信噪比。

在620处，将测量的空气压力与特征化空气压力比较以确定滤清器状态。作为一个示例，特征化空气压力可以为经由通过使空气流动通过空气滤清器来操作或模型化模型发动机系统而校准的阈值空气压力。作为另一示例，特征化空气压力可以为通过操作或模型化模型发动机系统以使空气流动通过空气滤清器而校准的压力分布。在一个实施例中，第三空气压力可以用于确定滤清器堵塞。例如，如果第三压降高于阈值，则滤清器可以被确定为堵塞。在另一实施例中，滤清器堵塞可以基于第二空气压力测量值和第三空气压力测量值两者来确定。作为一个示例，如果第二空气压力和第三空气压力的加权和高于阈值，则滤清器可以被确定为堵塞。作为另一示例，第三空气压力的加权因子可以高于第二空气压力的加权因子。在另一实施例中，滤清器堵塞可以基于第一空气压力、第二空气压力以及第三空气压力的加权和来确定。

在622处，如果滤清器被堵塞，那么方法600移动到624以指示滤清器更换请求。否则，方法600在606处继续监测发动机操作。

图7说明在实施图6的方法600时随时间变化的多个致动器状态和发动机操作参数。曲线图710示出车辆钥匙的状态。钥匙可以为接通或断电的，如通过y轴指示。曲线图720示出发动机转速。发动机转速如通过y轴的箭头指示地增加。曲线图730示出耦合到压缩机的电动马达的速度。马达速度对于在相反方向上通过空气滤清器的空气流可以为正或负。作为一个示例，当马达速度为正时，通过空气滤清器的空气流速740为正，且空气在第一方向上通过空气滤清器从大气流动到压缩机(如图1和图3中的130示出)。当马达速度为负时，空气流速740为负，且空气在第二方向上通过空气滤清器从压缩机流动到大气(如图1和图3中的131示出)。曲线图750示出空气滤清器两端的压降。压降为空气滤清器两端的压差的绝对值。压降如通过y轴的箭头指示地增加。曲线图760示出空气滤清器更换请求的状态。空气滤清器更换请求可以为发起或不发起。

从t0至t1，车辆钥匙为接通。发动机转速为非零。马达速度基于包含发动机转速的发动机操作参数来调整。空气流速和压降基于发动机操作而变化。

在t1处，发动机转速到达零且发动机关闭。

在t2处，控制器开始通过致动马达来诊断空气滤清器。在一个示例中，控制器可以响应于在发动机运行期间(从t0至t1)的压降750高于阈值751而确定诊断滤清器。在另一示例中，控制器可以响应于自从上一次滤清器诊断起的持续时间而确定诊断滤清器。马达速度正向增加以使空气在第一方向上流动，如通过空气流速740的正向增加指示。

在t3处，马达速度经过零速度同时从正马达速度移动到负马达速度。空气流速也经过零同时从正空气流速移动到负空气流速。由此，空气在以第一方向流动之后开始在第二方向上流动。空气滤清器可以基于在使空气在两个方向上流动通过滤清器时测量的压降的平均值来诊断，以增加诊断的统计显著性。

在t4处，响应于平均压降高于阈值752，滤清器更换请求从不发起转至发起。马达在t5处关闭。

在t6处，发动机转速从零增加，且马达基于发动机工况来操作。

在t7处，发动机和马达响应于断电事件而关闭。

以此方式，空气滤清器状态可以在发动机关闭期间通过操作耦合到电动增压装置的马达来诊断。诊断是基于在经由马达使空气流动通过空气滤清器时的压力测量值。在发动机关闭期间的滤清器诊断的技术效果为可以改进信噪比。另外，空气滤清器可以在混合动力车中及时诊断，在混合动力车中发动机运行时间受限制。打开hp-egr阀并使空气绕过汽缸从空气滤清器流动到排气通道的技术效果为避免由除空气滤清器外的发动机组件造成的空气限制。另外，由于使空气流动通过汽缸而导致的排放可以被避免。操作马达以使空气在与发动机操作相反的方向上流动的技术效果为空气滤清器诊断可以在没有hp-egr通道的车辆系统上执行。在发动机关闭期间使空气在第一方向和第二方向两者上流动的技术效果为诊断可以为更加统计显著的。

作为一个实施例，一种用于发动机的方法包括：在发动机关闭期间，打开高压排气再循环(hp-egr)阀；通过致动耦合到压缩机的马达来使空气流动通过空气滤清器；感测空气压力；以及基于空气压力来指示空气滤清器的状态。在所述方法的第一示例中，所述方法进一步包括使空气绕过汽缸从空气滤清器流动到发动机的排气通道。所述方法的第二示例可选地包含第一示例并进一步包含其中压缩机进一步耦合到涡轮机。所述方法的第三示例可选地包含第一和第二示例中的一个或多个，并进一步包含使空气绕过涡轮机从空气滤清器流动到排气通道。所述方法的第四示例可选地包含第一至第三示例中的一个或多个，并进一步包含在致动马达时打开耦合到第二压缩机的压缩机再循环阀。所述方法的第五示例可选地包含第一至第四示例中的一个或多个，并进一步包含其中第二压缩机耦合在压缩机与发动机之间。所述方法的第六示例可选地包含第一至第五示例中的一个或多个，并进一步包含其中空气压力为空气滤清器两端的空气压差，并且其中流动和感测在通过发动机运行条件分隔开的多个不同的发动机关闭时段期间执行，且指示基于所述感测的空气压力中的多个空气压力，其中在流动状况中的每一个期间，马达以基于环境压力设定的速度操作。所述方法的第七示例可选地包含第一至第六示例中的一个或多个，并进一步包含其中空气压力在空气滤清器与压缩机之间测量。所述方法的第八示例可选地包含第一至第七示例中的一个或多个，并进一步包含通过比较空气压力与特征化空气压力来指示空气滤清器的状态。

作为另一实施例，一种方法包括：在第一条件期间，使空气在第一方向上流动通过空气滤清器并感测第一空气压力；在第二条件期间，致动马达以使空气在与第一方向相反的第二方向上流动通过空气滤清器并感测第二空气压力；并基于第一空气压力和第二空气压力来指示空气滤清器更换请求。在所述方法的第一示例中，第一条件为在发动机操作期间，且第二条件为在发动机关闭期间。所述方法的第二示例可选地包含第一示例且进一步包含其中第一条件和第二条件为在发动机关闭期间，并进一步包括通过致动马达使空气在第一方向上流动通过空气滤清器。所述方法的第三示例可选地包含第一和第二示例中的一个或多个，并进一步包含其中第一空气压力和第二空气压力经由传感器感测。所述方法的第四示例可选地包含第一至第三示例中的一个或多个，并进一步包含其中传感器位于空气滤清器与压缩机之间。所述方法的第五示例可选地包含第一至第四示例中的一个或多个，并进一步包含基于第一空气压力和第二空气压力的加权和来指示空气滤清器更换请求。

作为另一实施例，一种车辆系统包括：发动机，所述发动机包含汽缸；进气通道，所述进气通道用于将环境空气引入到发动机；排气通道，所述排气通道耦合到发动机排气歧管；空气滤清器，所述空气滤清器耦合到进气通道；压缩机，所述压缩机耦合到进气通道以用于将增压空气供应到发动机；马达，所述马达耦合到压缩机；egr阀，所述egr阀耦合到hp-egr通道以用于将排气从发动机排气歧管再循环到发动机进气歧管；控制器，所述控制器具有存储在非暂时性存储器上以用于进行以下操作的计算机可读指令：在接通条件(key-oncondition)期间使发动机停机；致动马达以使空气流动通过空气滤清器至压缩机；打开egr阀以使空气绕过汽缸从压缩机流动到排气通道；确定空气压力；以及基于所确定的空气压力来指示空气滤清器更换。在所述方法的第一示例中，空气压力为空气滤清器两端的压降，且控制器进一步经配置用于响应于压降高于阈值而指示空气滤清器更换。所述方法的第二示例可选地包含第一示例并进一步包含其中压缩机为电动机械增压器，且所述系统进一步包括耦合到发动机的涡轮增压器。所述方法的第三示例可选地包含第一和第二示例中的一个或多个，并进一步包含其中控制器进一步经配置用于在致动马达时打开压缩机再循环阀和涡轮增压器的废气门阀。所述方法的第四示例可选地包含第一至第三示例中的一个或多个，并进一步包含其中控制器进一步经配置用于在致动马达时调整涡轮增压器的几何结构。

在另一表示中，一种用于混合动力车辆的发动机的方法包括：在发动机关闭期间，打开高压排气再循环(hp-egr)阀；通过致动耦合到压缩机的马达来使空气流动通过空气滤清器；感测空气压力；以及基于空气压力来指示空气滤清器的状态。

注意，本文中包含的示例控制和估计例程可以在各种发动机和/或车辆系统配置下使用。本文中公开的控制方法和例程可以在非暂时性存储器中存储为可执行指令，且可以由包含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。本文中描述的具体例程可以表示例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等任何数目的处理策略中的一个或多个。由此，所说明的各种动作、操作和/或功能可以以所说明的顺序执行、同时执行或在一些情况下省略。同样地，处理的次序并非是实现本文中所描述的示例实施例的特征和优点所必须的，而是提供以易于说明和描述。取决于所使用的特定策略，可以重复地执行所说明的动作、操作和/或功能中的一个或多个。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以直观地表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储媒体的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包含各种引擎硬件组件的系统中结合电子控制器执行指令来实施。

应了解，本文中公开的配置和例程本质上是示例性的，且这些具体实施例不被认为是限制性意义，因为众多的变体是可能的。例如，以上技术可以被应用到v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸以及其它发动机类型。本发明的主题包含本文中公开的各种系统和配置以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合以及子组合。

以下权利要求书特别指出被认为新颖且非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可以指代“一个”元件或“第一”元件或其等效物。此类权利要求应被理解为包含一个或多个此类元件的合并，既不需要也不排除两个或多于两个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合以及子组合可以通过当前权利要求书的修正或通过在此或相关申请中的新权利要求书的呈现来要求。此类权利要求书，无论其范围是比原始权利要求书的范围更广、更窄还是与之不同，都也被认为包含在本发明的主题内。