CN107060970A - 用于微粒过滤器泄漏检测的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于微粒过滤器泄漏检测的方法和系统。提供用于确定排气管道中的微粒过滤器的退化的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括，将排气转向到在第一过滤器下游的包含第二过滤器的次碳烟传感器组件，以及基于次碳烟传感器组件中的第二过滤器的随后的过滤器再生之间的时间间隔确定退化。

Description

用于微粒过滤器泄漏检测的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请是于2015年10月13日提交的标题为“METHOD AND SYSTEM FORPARTICULATE FILTER LEAKAGE DETECTION(用于微粒过滤器泄漏检测的方法和系统)”的美国专利申请号14/882,164的部分继续申请，其全部内容在此通过引用并入用于所有目的。
技术领域
本发明大体涉及用于诊断柴油微粒过滤器(DPF)的传感器的设计和使用。
背景技术
发动机燃烧可以产生能够被排到大气的微粒物质(PM)(诸如碳烟和悬浮颗粒)。为了使排放能够达标，微粒物质过滤器(诸如柴油微粒过滤器(DPF)或汽油微粒过滤器(GPF))可以被包括在发动机排气装置中，以在将排气释放到大气之前过滤出排气PM。此外，一个或多个碳烟传感器可以被用来诊断DPF，并且这样的碳烟传感器可以被耦接在DPF的上游和/或下游。
因此，各种类型的碳烟传感器已经被研发来感测碳烟产生和释放。Paterson在US8,310,249中示出的一种示例方法公开了将微粒物质收集在充电电极上的碳烟传感器。碳烟传感器包含由绝缘体分开的对置电极，在其中间具有间隙以防止电流流动。当碳烟颗粒开始积聚在传感器上时，桥在电极之间被产生从而允许电流流动。电流的改变被用作对碳烟沉积的指示。除了基于电极的传感器外，基于压力的碳烟传感器也已经被研发。例如，如Sun等人在US 8,209,962中描述的，微粒过滤器两端的压差可以被用于监测过滤器性能。在其中，当压差小于阈值时，微粒过滤器中的泄漏可以被确定。
发明内容
然而，发明人在此已经认识到以上方法的潜在缺点。作为一个示例，表面上的不一致或低碳烟沉积能够由于跨过传感器表面的偏斜的流动分布而发生，从而导致间隙两端的不准确的电压和电流读数。此外，由于一些传感器设计中对表面的大的流动冲击，会难以到达传感器再生温度。此外，由于大柴油微粒或水滴对传感器电极的表面的冲击，传感器会被污染。传感器的污染和传感器结果的干扰也会由渗入传感器的内部保护管的大柴油微粒或水滴引起。发明人在此已经识别了一种方法，通过该方法可以至少部分地解决上述问题。
一种示例方法包括，使排气从第一过滤器的下游流向被耦接在排气管中的第一位置处的第一压力传感器和被耦接在所述排气管外部的通道中的第二位置处的第二压力传感器中的每个，所述通道包括被耦接至电路的第二过滤器，以及基于所述第二过滤器的相继再生之间的间隔指示所述第一过滤器的退化。第一过滤器可以是具有第一更高碳烟容量的柴油或汽油微粒物质过滤器，并且第二过滤器可以是具有第二更低碳烟容量的金属过滤器。以此方式，DPF诊断可以在更高的准确性和可靠性的情况下被执行，而结果不被气流和碳烟负荷分布或水滴的冲击所篡改(corrupt)。
作为一示例，排气可以经由进口管从DPF下游的主排气管被转向到主排气管外部的与主排气管平行的排气旁路。进口管可以包括允许水滴和聚集的微粒被捕集并被释放到尾管内的穿孔。排气通道可以在进口管的下游与第一压力传感器配合。此外，排气旁通通道也可以在被耦接至电路的金属微粒过滤器(MPF)的下游装配有被耦接至排气旁通通道的第二压力传感器。在经过MPF之后，排气经由出口管被返回到主排气管。当从主排气管被转向的排气被接收在排气旁路中时，排气微粒物质(诸如碳烟)可以被沉积在其中的MPF上，而含有碳烟的排气不受阻碍地朝向第一压力传感器流过排气管。排气压力差基于来自测量排气管和排气旁路处的压力的压力传感器的输出来计算。MPF下游的排气旁路中的第二压力传感器与排气管中的第一压力传感器之间的压力差可以被用来推测第二压力传感器上游的MPF的碳烟负荷，并且通过闭合被耦接至其的电路而开始MPF的再生。另外，在MPF的相继再生之间逝去的时间间隔可以被监测。因此，如果排气管中的DPF变得退化(诸如由于老化或持久性问题)，增加量的碳烟则会从DPF逸出，并行进到MPF上。因此，MPF会必须被更频繁地清洁。因此，基于排气旁路中的金属过滤器的相继再生之间的时间间隔的减小，上游DPF的退化可以被确定，并且适当的措施可以被采取。
以此方式，通过将一部分排气从排气管转向到位于柴油微粒过滤器下游的具有金属过滤器的碳烟传感器，微粒过滤器的退化能够基于从微粒过滤器泄漏到金属过滤器上的碳烟量来检测。将碳烟颗粒捕集在被选择性地包括在排气旁路中的金属过滤器上的技术效果是，排气旁路处的第二位置与主排气管中的第一位置之间的排气压力差能够被有利地用来获悉金属过滤器的碳烟负荷。因此，这减少了对用于碳烟负荷估计的多个传感器的需要。将聚集的微粒和水滴捕集在碳烟传感器的进口管中并将它们改向到排气尾管的技术效果是，聚集的微粒和水滴对碳烟传感器的冲击被减少，从而允许更准确且更可靠的碳烟检测。通过依赖于金属过滤器的相继再生之间的时间间隔来检测DPF退化，可以使得诊断更灵敏，并且更不受金属过滤器上的碳烟负荷分布的变化影响。总的来说，排气微粒过滤器的碳烟感测和诊断的准确性和可靠性被增加，从而实现更高的排放达标率。
应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被随附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了示例发动机系统，其中，基于排气流速的排气碳烟传感器被设置在柴油微粒过滤器(DPF)下游。
图2示出了图1的基于排气流速的排气碳烟传感器组件的示例实施例。
图3示出了流程图，其图示了一种可以被实施用于基于两个文氏管之间的排气流比而诊断排气管中的DPF的退化的方法。
图4示出了基于被耦接在DPF下游的金属过滤器的再生时间而诊断DPF的示例。
图5示出了基于压力差的排气碳烟传感器组件的实施例。
图6示出了流程图，其图示了一种可以被实施用于基于DPF下游的两个位置之间的压力差而诊断排气管中的DPF的退化的方法。
图7示出了基于被耦接至图5的碳烟传感器组件的金属过滤器的再生时间而诊断DPF的示例。
具体实施方式
以下描述涉及用于基于被耦接在DPF下游的基于排气流速的碳烟传感器而确定排气DPF的退化的系统和方法。在图1中示出了包含被配置为以诸如柴油的燃料操作的发动机的车辆系统。DPF被设置在主排气管中，并且在DPF的下游，次碳烟传感器组件被设置为检测微粒从DPF的泄漏。如在图2中示出的，次碳烟传感器组件可以包括平行于排气管的排气旁路以及相关联的电路，所述排气旁路装配有金属过滤器。两个或多个压力传感器被提供用于测量排气管和排气旁路的相应文氏管两端的压力降。发动机控制器被配置为执行控制程序(诸如图3的示例程序)，以基于两个文氏管之间的估计的排气流比而使金属过滤器再生，并基于金属过滤器的再生的频率诊断DPF。参照图4示出了示例诊断。图5图示了基于压力差的排气碳烟传感器组件的实施例。在图6的流程图中图示了用于利用基于压力差的碳烟传感器组件来诊断排气管中的DPF的退化的示例方法，并且在图7中图示了基于被耦接至基于压力差的碳烟传感器组件的金属过滤器的再生时间而诊断DPF的示例。以此方式，DPF健康可以被更准确且更可靠地诊断。
图1是示出发动机系统100中的多缸发动机10的一个汽缸的示意图，所述发动机系统100可以被包括在汽车的推进系统中。发动机10可以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的输入控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室30包括由燃烧室壁32形成的汽缸，活塞36被设置在其中。活塞36可以被耦接至曲轴40，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统耦接至车辆的至少一个驱动轮。另外，启动马达可以经由飞轮耦接至曲轴40，以实现发动机10的启动操作。
燃烧室30可以经由进气通道42从进气歧管44接收进气，并且可以经由排气通道(例如，排气管)48排出燃烧气体。进气歧管44和排气管48能够经由各自的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些示例中，燃烧室30可以包括两个或多个进气门和/或两个或多个排气门。
在该示例中，可以由凸轮致动经由各自的凸轮致动系统51和53控制进气门52和排气门54。凸轮致动系统51和53均可以包括一个或多个凸轮，并且可以使用凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个，其可以由控制器12操作以改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可以分别由气门位置传感器55和57确定。在替代示例中，进气门52和/或排气门54可以由电气门致动控制。例如，汽缸30可以可替代地包括经由电气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
燃料喷射器69被示为直接耦接至燃烧室30，以便与自控制器12接收的信号的脉宽成比例地将燃料直接喷射进其中。以此方式，燃料喷射器69提供了所谓的到燃烧室30内的燃料的直接喷射。例如，燃料喷射器可以被安装在燃烧室的侧面中(如图所示)或在燃烧室的顶部中。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器69。在一些示例中，可替代地或额外地，燃烧室30可以包括以如下构造布置在进气歧管44中的燃料喷射器，所述构造提供了所谓的到燃烧室30上游的进气道的燃料的进气道喷射。
火花经由火花塞66提供给燃烧室30。点火系统可以进一步包含用于增加向火花塞66供应的电压的点火线圈(未示出)。在诸如柴油发动机的其他示例中，火花塞66可以被省略。
进气通道42可以包括具有节流板64的节气门62。在该具体示例中，控制器12可以通过提供给包括有节气门62的电动机或致动器的信号改变节流板64的位置，这种构造通常被称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，可操作节气门62以改变提供到其它发动机气缸中的燃烧室30的进气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号提供给控制器12。进气通道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气质量传感器122，用于感测进入发动机10的空气量。
排气传感器126被示为根据排气流方向在排气再循环系统140和排放控制装置70两者上游被耦接至排气管48。传感器126可以是用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。在一个示例中，上游排气传感器126是被配置为提供输出(诸如，电压信号)的UEGO，该输出与存在于排气中的氧气量成比例。控制器12经由氧传感器传递函数将氧传感器输出转换为排气空燃比。
排气再循环(EGR)系统140可以经由EGR通道152将期望的一部分排气从排气通道48送至进气歧管44。提供给进气歧管44的EGR量可以由控制器12经由EGR阀144来改变。在一些情况下，EGR系统140可以被用来调节燃烧室内的空气-燃料混合气的温度，因此提供了在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。
排放控制装置70被示为沿着排气管48被布置在排气传感器126的下游。装置70可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置、或其组合。在一些示例中，在发动机10的操作期间，排放控制装置70可以通过使发动机的至少一个汽缸在特定空燃比内操作而周期性地重置。
微粒过滤器72被示为沿着排气管48被布置在排放控制装置70的下游。由排放控制装置70和微粒过滤器72处理的排气通过尾管87被释放到大气。微粒过滤器72可以是柴油微粒过滤器或汽油微粒过滤器。微粒过滤器72的基板可以由陶瓷、硅、金属、纸或其组合制成。在发动机10的操作期间，微粒过滤器72可以捕获排气微粒物质(PM)，诸如灰烬和碳烟(例如，来自未燃烧的碳氢化合物)，以便减少车辆排放。碳烟会堵塞微粒过滤器的表面，由此产生排气背压。排气背压会负面地影响发动机性能。一旦微粒过滤器72变得完全装载有碳烟(例如，微粒过滤器上的碳烟负荷超过碳烟负荷阈值)，背压就会对于适当的排气排出过高。被用来从发动机10排出排气的功增加，以便克服上述的背压。为了避免高背压，发动机10可以周期性地使过滤器被动或主动再生。
当发动机负荷超过引起排气温度上升的阈值负荷时，被动再生可以发生。当排气温度增加超过阈值温度(例如，450℃)时，微粒过滤器72上的碳烟可以燃烧。因此，被动再生在不改变发动机操作的情况下发生。相反，主动再生经由控制器12以信号告知改变发动机操作而发生，以便独立于发动机负荷而增加排气温度(例如，晚期喷射、二次喷射、节流、排气再循环、火花延迟、和/或空燃比的减小)。例如，控制器可以向燃料喷射器发送信号，以增加燃料喷射的脉宽，并加浓燃烧空燃比(相对于化学计量比)。作为另一示例，控制器可以向被耦接至进气节气门的机电致动器发送信号，以朝向更断开位置移动节流阀，由此增加到发动机的气流。在其他示例中，气门正时可以被调整(例如，经由凸轮调整)，以增加正气门重叠。
当碳烟在被动或主动再生期间燃烧时，微粒过滤器温度增加至更高的温度(例如，1400℃)。在升高的再生温度下的长期的发动机操作会加快微粒过滤器72的退化。退化可以包括，微粒过滤器72出现泄漏(例如，裂缝)和/或孔，这会引起碳烟从过滤器逸出，并进一步向下游流入排气管48，增加车辆排放。因此，这能够引起发动机排放不达标。
促进微粒过滤器退化的其他因素包括车辆振动和润滑油灰烬。由于由微粒过滤器72暴露在高温下引起的部件的膨胀(即，降低的稳定性)，车辆振动会使微粒过滤器72内的易损部件退化。润滑油灰烬可能含有能够与微粒过滤器72反应并形成最终使微粒过滤器的至少一部分退化的阶段(例如，微粒过滤器的某些部分退化而其他部分保持起作用)的金属氧化物。
微粒过滤器72的诊断可以利用次碳烟传感器组件和相关联的压力或流量传感器来实现。次碳烟传感器组件90被示为沿着排气管48被布置在微粒过滤器72的下游。次碳烟传感器组件90包含进口管76，所述进口管76在次碳烟传感器组件90的最靠近微粒过滤器72的端部处被部分地设置在排气管48内。次碳烟传感器组件90进一步包含出口管80，所述出口管80在次碳烟传感器组件90的最远离微粒过滤器72的相对端部处被部分地设置在排气管48内。
进口管76和出口管80被流体地耦接至排气管48，使得至少一部分排气在微粒过滤器72下游的位置处从排气管48流入进口管76，并且然后在排气尾管上游的位置处从出口管80流回到排气管48内。排气管48的在进口管76与出口管80之间的部分装配有第一文氏管，或被配置为第一文氏管77。另外，流动组件90包括装配有第二文氏管或被配置为第二文氏管79的排气旁路78。第一文氏管是具有更高动力流速的更大文氏管，而第二文氏管是具有更低动力流速的更小文氏管。在一个示例中，排气旁路78和排气管48可以大体上平行，并且可以由相同的材料制成。然而，在替代示例中，排气路径可以大体上平行，和/或可以具有不同的几何结构。
排气旁路78包括被装配在文氏管下游的金属过滤器82。金属过滤器82可以小于微粒过滤器72(即，在直径上、在宽度和/或长度上更小)。然而，金属过滤器82的孔隙率可以与微粒过滤器72的孔隙率相同或小于微粒过滤器72的孔隙率。金属过滤器82可以被耦接至电路(在图2中示出)，所述电路反过来被电子地耦接至控制器12。
以此方式，来自排气管48的一部分排气可以沿着排气管48和第一文氏管77流动，而其余部分排气经由进口管76流入排气旁通通道78和第二文氏管79，所述进口管76在排气管48外部的位置处与旁通通道会聚。另外，流过第二文氏管79的其余部分排气然后可以在金属过滤器82下游的位置处经由出口管80返回到排气管48内，所述旁通通道78在金属过滤器82下游且在排气管48外部的位置处会聚至出口管80。次碳烟传感器组件90的详细实施例参照图2进行描述。
次碳烟传感器组件90可以被用来确定微粒过滤器72的退化。具体地，金属过滤器82的碳烟负荷可以基于分别通过被装配在排气管48和排气旁路78上的第一和第二文氏管的排气流速的比来估计。当金属过滤器82上的碳烟负荷增加时，通过旁路78中的第二文氏管79的排气流相对于通过排气通道中的第一文氏管77的排气流而减少。排气流速可以基于分别在排气管和排气旁路的第一和第二文氏管两端的相对压降来计算。压力传感器86可以被耦接至排气管文氏管77，而压力传感器84可以被耦接至排气旁路文氏管，以分别估计经过它们的排气的流速。具体地，压力传感器可以被耦接至文氏管的会聚区段或动力进口。压力传感器84位于金属过滤器82的上游。基于碳烟负荷，电流可以经过金属过滤器82以使过滤器再生。由于金属过滤器的更小尺寸，过滤器可以被周期性地再生。基于再生的周期性，相对于阈值，来自微粒过滤器72的碳烟的泄漏可以被确定，如参照图2和3进行详述的。
控制器12在图1中被示为微型计算机，包括微处理单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、在这个具体示例中作为只读存储器芯片(ROM)106(例如，非临时性存储器)示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)108、保活存取器(KAM)110和数据总线。控制器12可以接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括：来自次碳烟传感器组件90上的压力传感器84和86的压力或通过文氏管的排气流速的测量；来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量计(MAF)的测量；来自耦接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118(或其他类型)的发动机位置信号；来自节气门位置传感器65的节气门位置；以及来自传感器122的歧管绝对压力(MAP)信号。发动机转速信号可以由控制器12根据曲轴位置传感器118产生。歧管压力信号还提供进气歧管44内的真空或压力的指示。注意，可以使用上述传感器的各种组合，例如有MAF传感器而没有MAP传感器，或者反之亦然。在发动机操作期间，发动机扭矩可以根据MAP传感器122的输出和发动机转速来推测。另外，该传感器连同所检测的发动机转速可以是用于估计被吸入气缸内的充气(包括空气)的基础。在一个示例中，也用作发动机转速传感器的曲轴位置传感器118可以在曲轴的每次旋转产生预定数量的等间距脉冲。
存储介质只读存储器106能够用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可由处理器102执行的非临时性指令，用于实现以下所述方法以及期望但没有具体列出的其他变体。
控制器12从图1的各种传感器接收信号，并基于所接收的信号和存储在控制器12的存储器上的指令采用图1的各种致动器来调整发动机操作。在一个示例中，控制器12闭合被用于次碳烟传感器组件90的再生的电路(在图2中示出)上的开关。在另一示例中，响应于次碳烟传感器组件90中的金属过滤器82再生的增加的频率，控制器12改变发动机操作以限制车辆的扭矩输出。
图2示出了基于排气流速的次碳烟传感器组件200的示例实施例的示意图。在一个示例中，组件200是图1的组件90的实施例，并且因此可以共有与已经针对次组件90描述的那些共同的特征和/或构造。次碳烟传感器组件200被流体地耦接至排气管204。排气管204包括第一微粒过滤器201。在一个示例中，第一微粒过滤器是具有更高碳烟容量的更大柴油或汽油微粒物质过滤器。次碳烟传感器组件200在第一过滤器201下游被耦接至排气管204。例如，第一过滤器201和排气管204可以是图1的微粒过滤器72和排气管48的示例。
从发动机流动的排气经过第一过滤器201，并且到达沿着排气管204位于进一步下游的次碳烟传感器组件200。实线箭头指示排气管204中的排气流经过DPF的方向。流过排气管204的至少一部分排气经由进口管206被转向到次碳烟传感器组件200内。进口管通向排气管204外部的排气旁通通道214。旁通通道214在排气管204外部的出口管236中结束。出口管236在进口管206的下游将排气流引导回到排气管204。
进口管206和出口管236中的每一个的一部分被内部地耦接至排气管204，并且进口管206和出口管236中的每一个的其余部分被外部地耦接至排气管204。进口管206延伸通过排气管204的外壁并延伸到排气管204的内部内。在一个示例中，进口管206和出口管236在排气管204内部的部分分别小于进口管206和出口管236在排气管204外部的其余部分。在所描绘示例中，出口管236具有相对于进口管206更短的长度。此外，出口管236的伸入排气管204内部的部分小于进口管206的伸入排气管204内部的部分。
进口管206包含在排气管204内并且邻近第一过滤器201的在进口管的一侧上的多个穿孔208。穿孔208面向第一过滤器201和来临的排气流的方向。进口管206的相对侧(壁)上没有穿孔。由于这种构造，排气中的聚集的微粒和水滴会冲击进口管的内表面，并且被释放到排气管内，而不影响碳烟感测组件的灵敏性。进口管206的中心线垂直于排气管204的中心线，并且穿孔208完全位于排气管204内部。相比于出口管236，可以存在更多被配置在进口管206上的穿孔。在一个示例中，如所描绘的，出口管236上可以没有穿孔。穿孔210位于进口管206的在排气管204内的底部处。穿孔210被布置为垂直于进口管206上的穿孔208。进口管侧壁上的穿孔的直径可以被调整，以使得排气中的聚集的微粒和水滴能够冲击在排气管内并且在第一过滤器201远侧的进口管的一侧，所述聚集的微粒经由进口管的底部上的穿孔210从进口管被释放到排气管内。以此方式，聚集的微粒和水滴然后能够经由进口管的底部上的穿孔210从进口管206被释放到排气管内，从而减少排气旁通通道214和金属过滤器224的污染，并且由此改善次碳烟传感器组件200的准确性。
排气管204的在进口管206与出口管236之间的部分可以装配有第一文氏管，或被配置为第一文氏管212(如图示出)。第一压力传感器286可以被耦接在动力进口与第一文氏管212的颈部之间，用于估计通过第一文氏管212的排气的流速。在替代实施例中，流量传感器可以被耦接至第一文氏管，用于感测从那里通过的排气流速。此外，通过第一文氏管的排气流速可以基于发动机工况和第一文氏管的几何形状来推测。旁通通道214同样可以在相距进口管206和出口管236大体上相等距离处装配有第二文氏管216(如图示出)。相比于第一文氏管212，第二文氏管216可以在尺寸上更小。例如，第二文氏管可以具有比第一文氏管更窄的颈部、更窄的动力进口直径和更窄的动力出口直径中的一个或多个或全部。因此，排气可以以比通过第二文氏管更高的流速流过第一文氏管。
压力传感器284可以被耦接在动力进口与第二文氏管216的颈部之间，用于估计通过第二文氏管216的排气流速。在一个示例中，通过第二文氏管的排气流可以通过在文氏管的颈部处抽取真空而被有利地利用，所述真空被存储用于稍后使用(例如，在抽取期间)、或被应用于真空致动的发动机致动器(诸如制动助力器)。
一部分排气可以从排气管204流入进口管206(通过指向上的单个实线箭头示出)，并且从进口管206流入排气旁通通道214。使排气流过进口管206和出口管236的方向大体上垂直于通过排气管204以及第一和第二文氏管中的每一个的排气的方向。进口管206的位于排气管204外部的部分具有相比于进口管206的位于排气管204内部的部分更低的温度。温度降可以引起排气中的水蒸气凝结在进口管206的表面上。冷凝液可以通过穿孔210掉落回到排气管204内，由此减少水滴进入到次碳烟传感器组件200内。
排气管204和排气旁通通道214中的排气流速基于系统的几何形状和通过相应文氏管的压力降来计算。通过第一文氏管212的排气流速可以经由在下面描绘的等式1来计算。
在等式1中，Qo表示通过排气管204的排气的流速。Δp是文氏管212与排气管204的在文氏管212上游的区域之间的通过压力传感器286估计的压力差。密度(ρ)针对流过排气管204的排气基于当前发动机状况(例如，进气温度、负荷、压力等)来估计。排气的密度(ρ)可以基于理想气体定律的操纵来计算。此外，在理想气体定律的约束下，排气的密度可以被假设为恒定的(例如，不可压缩气体)。所计算的密度取决于排气的压力和温度，其中密度随着压力增加而增加并且密度随着温度增加而减小。Da和Db分别表示动力进口和第一文氏管212的颈部的横截面面积，如在图2中指示的。压力传感器286被耦接跨过分别具有横截面Da和Db的区域。C表示基于第一文氏管212的几何形状计算的常数。取决于文氏管几何形状的常数C是文氏管的特性，并且该值可以针对不同的文氏管而改变。
计算通过第二文氏管216的流速Q1是类似的，并且因此，计算通过第一文氏管212的流速的描述也可以被应用于第二文氏管216。对于第二文氏管216，分别使用动力进口和第一文氏管212的颈部的横截面面积AA和Ab。此外，动力进口与文氏管216的第一文氏管的颈部之间的通过压力传感器286估计的压力差(Δp)被使用。取决于其几何形状，要被用于第二文氏管的常数C可以不同于被用于第一文氏管的常数。
为了计算流速，压力差(Δp)和空气密度(ρ)被测量，而C、Da(Aa)和Db(Ab)基于限定的几何形状的已知变量。如能够从等式1看出的，流速与p和ρ中的一个或多个成比例。因此，通过流速文氏管的流速随着压力差Δp增加而增加，并且随着密度ρ增加而减小。通过第一文氏管212和第二文氏管216的排气流速的比由在下面描绘的等式2给出。
在等式2中，CI表示通过第一文氏管212的排气流速Q0与通过第二文氏管216的排气流速Q1之间的比。考虑到排气管204和排气旁通通道214的几何形状，Q1始终低于Q0。
第二金属微粒过滤器(MPF)224在文氏管216的下游被附加跨过旁通通道214。金属过滤器面向垂直于排气流进入旁通通道214的方向，使得排气流过金属过滤器224。在一个示例中，第二过滤器224相比于第一过滤器201更小，并且位于排气管204的外部，而第一过滤器201被容纳在排气管204内。第二过滤器224在第二文氏管216的动力出口与出口管236之间被耦接在旁通通道214上。金属过滤器表面可以是平坦的和/或盘状的，由金属纤维构成。当排气通过旁通通道214流至出口管236时，金属过滤器有效地将碳烟和微粒物质捕集在其微孔中。经过排气管204而未进入进口管206的这部分排气经过而不流过任何过滤器。
金属微粒过滤器224被电地耦接至包括开关228和电源225的电路226。在所描绘的示例中，电源225包括电池(或电池组)。开关228可以在通过实线指示的断开位置与通过虚线指示的闭合位置之间交替。当开关228被移动到闭合位置时，诸如当第二金属过滤器再生条件满足时，电路226被接通，并且(从电源225汲取的)电流能够经过金属过滤器224，从而引起过滤器处的温度的增加。产生的热可以被用来通过烧掉在一段时间内被捕获在金属过滤器表面上的碳烟而使金属过滤器224再生。在除了在金属过滤器224再生期间之外的所有时候，开关228都可以处于断开位置。
随着碳烟在一段时间内积聚在金属过滤器中，排气逆流增加，这减小Q1。因此，排气流比随着Q1减小而增加。使第二金属过滤器再生基于通过第一文氏管212的排气流速Q0与第二文氏管216的排气流速Q1之间的排气流比。具体地，当排气流比表示高于两个排气流速之间的阈值比时，控制器可以开始第二过滤器的再生，并且当排气流比表示低于两个排气流速之间的阈值比时，终止第二过滤器的再生。因此，响应于通过第一文氏管212的排气流速Q0和通过第二文氏管216的排气流速Q1，特别地当排气流比到达预定的第一(上限)阈值时，发动机控制器可以发送信号以将电路226的开关228致动到闭合位置。一旦闭合开关228，电路就被接通，并且电流流过金属过滤器224，从而引起温度的增加。产生的热开始烧掉碳烟沉积并且使金属过滤器224再生。排气流比CI同时根据通过第一文氏管212的排气流速Q0和通过第二文氏管216的排气流速Q1来估计。当碳烟沉积减少时，排气流比CI开始减小。当排气流比到达预定的第二(下限)阈值时，可以推测金属过滤器224已经被充分地再生，并且控制器发送信号以将电路226的开关228致动到断开位置，从而停止电流的进一步流动和过滤器再生。
因此，当DPF退化时，更多碳烟向下游行进通过排气管204到达次碳烟传感器组件200。因此，碳烟以增加的速率积聚在金属过滤器224上，并且金属过滤器224的再生必须被更频繁地执行。因此，通过监测金属过滤器的相继再生之间的间隔，DPF的退化或泄漏能够被确定。
图1和2示出了具有各种部件的相对定位的碳烟感测组件的示例构造。至少在一个示例中，如果被示为彼此直接接触或直接耦接，那么此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，被示为彼此邻近或相邻的元件可以分别是彼此邻近或相邻的。作为一示例，彼此共面接触的部件放置可以被称为共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，被设置为彼此分开、在其之间仅有空间而没有其他部件的元件可以被称为如此。
图3图示了用于诊断发动机排气通道中的排气微粒过滤器的退化的示例方法300。用于执行方法300和本文中包括的其余方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并且配合从发动机系统的传感器(诸如在上面参照图1和2描述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以根据在下面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302处，该程序包括估计和/或测量当前发动机操作参数。被估算的参数可以包括例如发动机负荷、发动机转速、车辆速度、歧管真空、节气门位置、排气压力、排气空燃比等。
在304处，该程序确定通过排气管中的第一文氏管的排气流速。流速基于系统的几何形状和通过排气管文氏管的压力降来估计。通过第一文氏管的排气流速可以利用等式1来计算，其中利用被耦接在动力进口和第一文氏管的颈部两端的压力传感器(诸如图2中的压力传感器286)来测量压力降。
在306处，该程序确定通过排气旁路中的第二文氏管的排气流速。类似于第一文氏管，流速基于系统的几何形状和通过排气旁通通道文氏管的压力降来估计。通过排气旁通通道文氏管的排气流速可以利用等式1来计算，其中利用被耦接在动力进口和第二文氏管的颈部两端的压力传感器(诸如图2中的压力传感器284)来测量压力降。
在308处，该程序包括确定排气管与排气旁通通道文氏管之间的排气流速的比(CI)。该比(CI)可以通过利用等式2来估计。第一文氏管大于第二文氏管，并且通过第一和第二文氏管的流速的比基于第一文氏管的动力进口处的第一压力相对于第二文氏管的动力进口处的第二压力。因此，随着碳烟沉积在在第二文氏管的下游位于排气旁通通道上的金属过滤器上，排气逆流会增加并且两个文氏管之间的排气流比(CI)会成比例地增加。
在310处，该程序包括确定排气流比(CI)是否大于预定的阈值。在本文中，该阈值是第一上限阈值，在第一上限阈值之上，排气旁通通道中的金属过滤器会必须被再生。上限阈值可以基于发动机工况，诸如发动机负荷和/或第一过滤器的碳烟负荷。在一个示例中，用于使第二金属过滤器再生的上限阈值可以是用于使第一过滤器再生的上限阈值的函数。替代地，上限阈值可以是基于金属过滤器的特定构造和尺寸的固定值。如果CI低于上限阈值，该程序进入到312以将电路的开关维持在断开位置中。此外，控制器继续监测两个文氏管之间的排气比。当被耦接至第二路径中的第二金属过滤器的电路的开关在断开位置中时，没有电流流过电路，并且金属过滤器的再生不被开始。
如果在两个文氏管之间的排气流比(CI)高于上限阈值，该程序进入到314，其中控制器(诸如图1的控制器12)发送信号以将被耦接至金属过滤器的电路的开关致动到闭合位置以便接通电路。一旦电路接通，电(即，电流)就流过金属过滤器，并且过滤器的再生开始。以此方式，第二过滤器的再生响应于通过第一文氏管的排气流速相对于第二文氏管的比高于上限阈值而被执行。如在上面描述的，通过闭合电路，金属过滤器被电加热，从而有效地烧掉被沉积在过滤器上的碳烟。第二过滤器的再生在电路的开关被闭合并且通过使电(电流)流过第二过滤器的情况下被继续，直至第一与第二文氏管之间的排气流比低于下限阈值。下限阈值可以是上限阈值的函数，并且可以反应第二过滤器是充分清洁的状况。因此，开关可以保持在闭合位置中，直至第二金属过滤器的再生被完成。在再生过程期间，文氏管之间的排气流比(CI)与碳烟负荷的降低成比例地减小。
在316处，该程序包括确定排气流比(如基于压力传感器的输出)是否小于预定的第二(下限)阈值。像上限阈值一样，下限阈值可以基于发动机工况(诸如第一过滤器的碳烟负荷)以及第二更小金属过滤器的孔隙率来调整。如果排气流比高于第二阈值流速比值，该程序移动到318，其中控制器通过维持开关并且因此电路被闭合而继续再生过程。
在确认排气流比低于第二阈值后，在320处，再生过程可以被停止。在其中，控制器可以发送信号以将被耦接至金属过滤器的电路的开关致动到断开位置。因此，电流停止流过电路，从而终止再生。以此方式，使第二过滤器再生包括，闭合电路的开关并且使电流过第二过滤器，直至通过第一和第二文氏管的流速的比低于下限阈值。
在322处，该程序包括确定自金属过滤器的上一次再生以来逝去的时间。因此，这对应于金属过滤器的上一次再生与当前再生之间的时间间隔。替代地，这可以被确定为自开关的上一次断开以来逝去的时间。测量从第二过滤器的第一再生事件的开始到第二过滤器的第二立即随后的再生事件的开始的间隔，在此之间没有再生。在一个示例中，当过滤器的再生被完成时(诸如当开关在320处被断开时)，计时器可以被开始，当过滤器的随后的再生被完成时(诸如当开关在方法300的随后的迭代期间被断开时)，计时器被停止。相继再生之间的时间间隔可以被存储在控制器的存储器中。
在324处，该程序包括检索用于之前循环的时间间隔。在替代示例中，在车辆操作的某一持续期间或距离、或发动机循环的阈值次数内的金属过滤器的相继再生事件之间的平均持续时间可以被确定。被用来确定平均时间间隔的之前循环的次数可以被改变。
在326处，该程序包括比较(在322处确定的)当前时间间隔与阈值时间间隔，该阈值包括在324处确定的用于之前循环的时间间隔(或检索的平均时间间隔)。测量从第二过滤器的第一再生事件的开始到第二过滤器的第二立即随后的再生事件的开始的间隔。在标准的发动机操作期间并且当DPF在没有退化的情况下操作时，在每个再生循环之后被沉积在金属过滤器上的碳烟量可以是相当的，从而导致具有对称周期性的间歇再生。然而，由于老化和持久性问题，当DPF变得退化时，增加量的碳烟可以逸出而不被DPF捕获，并且向下游行进通过排气管。该增加的碳烟负荷可以部分地积聚在金属过滤器上，并且因此，金属过滤器会必须被更频繁地再生(清洁)。
在328处，该程序确定当前时间间隔是否小于阈值。如果时间间隔不小于阈值，在330处可以确定DPF未退化。在332处，响应于时间间隔大于阈值时间间隔，发动机排气管道中的微粒过滤器的再生可以在微粒过滤器再生条件满足时经由延迟火花和减小空燃比中的一个或多个而被开始。
如果时间间隔小于阈值，该程序进入到334以指示DPF的退化。例如，可以指示存在泄漏、孔、裂缝、或对DPF的其他损坏。指示可以包括设定标志或诊断代码、或激活故障指示灯以便告知车辆操作者DPF退化并且必须被更换。以此方式，DPF的退化响应于位于DPF下游的第二过滤器的相继再生之间的间隔低于阈值持续时间而被指示。
在336处，响应于退化的指示，控制器可以调整一个或多个发动机致动器的操作以调整发动机操作。作为一个示例，响应于退化的指示，控制器可以限制发动机转速或负荷(例如，通过减小进气节气门的打开)，限制发动机扭矩输出，和/或降低升压压力(例如，通过打开被耦接至排气涡轮的废气门或被耦接至进气压缩机的旁通阀)。
以此方式，发动机操作可以基于在第一文氏管的上游被设置在发动机排气管道中的微粒过滤器的退化来调整，所述退化基于在第二文氏管的下游被设置在排气旁路中的金属过滤器的第一再生与第二再生之间的时间间隔来确定，所述排气旁路被耦接在第一文氏管两端并且在排气通道的外部。第一和第二再生基于第一和第二文氏管两端的流速的比。
图4示出了示例操作顺序400，图示了发动机在次碳烟传感器组件(例如，在图2中示出的次碳烟传感器组件200)和流动组件的金属过滤器的再生的情况下操作。该方法示出了基于该组件的两个文氏管之间的排气流比的金属过滤器的再生，并且基于金属过滤器的相继再生之间的间隔而指示上游微粒物质过滤器的退化。水平线(x轴)表示时间，并且垂直标记t1–t8识别碳烟传感器组件的操作中的有意义时间。
自顶部的第一曲线示出了金属微粒过滤器(MPF)上的碳烟沉积(线402)随着时间的变化(在本文中也被称为MPF负荷)。上和下极限值分别由虚线404和406标识。第二曲线(线408)示出了利用来自被耦接在动力进口与相应文氏管的颈部之间的压力传感器的测量结果计算的第一与第二文氏管之间的排气流比(CI)的变化。文氏管之间的排气流比的高和低阈值分别由虚线410和412示出。第三曲线(线414)示出了被耦接至金属过滤器的电路的电开关的位置。第四曲线(线416)指示MPF的再生，并且底部曲线(线418)表示指示DPF是否退化的标志。
在时间t1之前，随着一部分排气从DPF的下游被转向到排气旁通通道内，下游碳烟传感器组件中的金属过滤器上的碳烟负荷逐渐增加(线402)。随着金属过滤器上的碳烟负荷增加，通过旁路中的在金属过滤器上游的第二文氏管的排气流相对于通过排气通道中的第一文氏管的排气流而减少。因此，随着金属过滤器的碳烟负荷增加，两个文氏管之间的排气流比中的对应上升(线408)被观察到。即，排气流比的上升与金属过滤器上的碳烟负荷的增加成比例。因此，在t1之前，当排气流比在上限阈值410之下时，碳烟负荷在极限404之下。在该时间期间，碳烟组件的电路的开关被保持打开，并且金属过滤器不再生。当开关在断开状态下时，电路断开，且不存在通过它的电流流动。相比之下，当开关在闭合状态下时，被耦接至金属过滤器的电路接通并且电流流过它。在t1处，响应于排气流比到达上限阈值410，开关被闭合，电流开始流过电路，并且金属过滤器的再生被开始。此外，计时器在再生事件的开始后被启动。
在t1与t2之间，存在排气流比的减小，据此能够推测MPF负荷正在降低。在t2处，响应于排气流比到达下限阈值412，可以推测金属过滤器的碳烟负荷已经被充分地降低，并且过滤器的再生通过将电路的开关致动到断开位置而被终止。以此方式，第二过滤器的再生基于通过第一和第二文氏管的流速的比，并且包括当该比高于上限阈值时开始第二过滤器的再生，以及当该比低于下限阈值时终止第二过滤器的再生。
在t2之后并且在t3之前，排气流比增加，指示金属过滤器碳烟负荷的增加。在该时间期间，再生保持被禁用，其中，开关在断开位置中，并且DPF退化标志关闭。在t3处，类似于t1，响应于排气流比到达上限阈值410，开关被闭合，电流流过电路，并且金属过滤器的再生被开始。此时，计时器被停止，并且控制器记录在当前MF再生的开始(在t3处)与之前金属过滤器再生的开始(在t1处)之间逝去的时间间隔。时间间隔t1-t3由I1表示。
如果时间间隔I1小于阈值时间间隔，那么DPF会退化。具体地，可以确定碳烟正在从DPF泄漏到金属过滤器上，需要金属过滤器被更频繁地再生。阈值时间间隔可以基于在再生事件的预定次数内和/或在车辆行进/发动机操作的预定持续时间或距离和/或发动机循环的预定次数内的相继再生事件之间的平均时间间隔。例如，阈值时间间隔可以基于在第一再生(诸如t1处的第一再生)立即之前的再生事件的完成与第一再生的完成之间逝去的时间，并且金属过滤器的第一再生与第二再生(诸如t3处的第二再生)之间的时间间隔包括在第一再生的完成与第二再生的完成之间逝去的时间。在当前示例中，I1大于阈值，并且用于DPF的退化标志被保持在关闭(OFF)状态下。在下一个再生事件的开始后，计时器在t3处被重新启动。此外，由于没有退化的指示，DPF的再生可以在条件满足时(诸如在DPF的碳烟负荷被确定为足够高时)被启用。
在t3与t4之间，存在排气流比的减小，指示MPF负荷在该间隔期间成比例降低。在t4处，当排气流比值到达下限阈值412时，可以推测MPF的碳烟负荷已经被充分地降低。此时，MPF的再生完成，并且通过将电路的开关致动到断开位置而被终止。计时器继续记录逝去的时间。
在t4之后并且在t5之前，排气流比增加，直至它在t5处到达上限阈值410，从而触发再生。能够推测在该时间段期间沉积在MPF上的碳烟负荷也增加。在t5处，再生通过将开关致动到闭合位置而被开始。此时，计时器记录当前金属过滤器再生的开始(在t5处)与之前MPF再生的开始(在t3处)之间的时间间隔。时间间隔t3-t5由I2表示。时间间隔I2与I1和/或阈值进行比较。如果该时间间隔小于阈值时间间隔，那么DPF会退化。在当前示例中，I2大于I1，并且退化标志被保持在关闭状态下。由于再生过程在t5处的开始，计时器被重新启动。
在t5与t6之间，MPF的再生继续，并且排气流比值减小，直至它到达下限阈值412，其中能够推测金属过滤器上的碳烟水平已经降至下极限。在t6处，再生被完成，并且用于电路的开关被断开。在该时间期间，计时器继续记录逝去的时间。
由于电路断开，MPF再生被中止，并且如针对之前时间周期看出的，排气流比被认为在t6与t7之间响应于MPF上的碳烟积聚而增加。在t7处，排气流比到达上限阈值410，并且作为响应，开关被致动到闭合位置从而开始再生过程。当前与之前再生之间的时间间隔I3被计时器记录为t5与t7之间的时间差。逝去的时间与用于上一次再生循环I2的时间间隔进行比较。在所描绘的示例中，当前时间间隔I3被确定为短于I2、以及I1、和/或阈值(至少基于I2)。因此，响应于用于当前再生循环的时间间隔小于用于之前再生循环的时间间隔(或阈值持续时间)，可以通过在t7处设定标志指示(如曲线418处示出)来指示DPF退化。控制器然后可以响应于DPF的退化而采用发动机系统的发动机致动器来降低或限制发动机扭矩输出。例如，响应于退化的指示，DPF的再生可以被禁用，并且发动机操作可以通过延迟火花正时和/或加浓排气来调整。然而，金属过滤器的再生可以继续。
在t7之后并且在t8之前，MPF再生过程在电路被闭合的情况下继续。存在排气流比的减小，指示烧掉被沉积在金属过滤器上的碳烟。然而，在该阶段处，DPF继续退化，并且DPF再生继续被中断。在t8处，当排气流比到达下限阈值412时，金属过滤器再生完成。在t8之后，碳烟继续沉积在MPF上，然而，由于在发动机中由控制器作出以便降低总体排气碳烟输出的调整，碳烟水平可以保持相对低。以此方式，DPF退化基于被耦接在DPF下游的金属过滤器的再生时间而被诊断。
在图2中图示的碳烟传感器组件200具有沿着排气管和旁通通道的文氏管。碳烟传感器组件200的第一文氏管和第二文氏管均被耦接至压力传感器，以估算两个文氏管之间的流比，从而确定过滤器退化。图5示出了基于沿着排气管的两个位置之间的压力差来判断过滤器退化的次碳烟传感器组件500的另一实施例的示意视图。不像碳烟传感器组件200，在图5中示出的碳烟传感器组件500具有在DPF下游的一致直径的排气管和在排气管外部的一致直径的通道。被直接耦接至排气管并且被直接耦接至排气管外部的通道的压力传感器能够测量压力，并且为诊断过滤器退化提供基于压力差的系统。通过依赖于两个位置处的压力差来确定过滤器退化而非排气流比，碳烟传感器组件的制造可以更不复杂，因为系统中的文氏管可以被省略。另外，在下面描述的静态压力差确定可以在计算上更不密集，并且可以在某些状况(诸如低排气流量状况)下更准确。
在一个示例中，碳烟传感器组件500可以是图1的碳烟传感器组件90的实施例，并且因此可以共有与已经针对碳烟传感器组件90描述的那些共同的特征和/或构造。次碳烟传感器组件500可以被流体地耦接至排气管504。排气管504可以包括第一过滤器501。在一个示例中，第一过滤器501可以是具有高碳烟容量的大的柴油或汽油微粒物质过滤器。次碳烟传感器组件500可以在第一过滤器501下游被耦接至排气管504。例如，第一过滤器501和排气管504可以是图1的微粒过滤器72和排气管48的示例。
从发动机流出的排气经过第一过滤器501，并且到达沿着排气管504位于进一步下游的次碳烟传感器组件500。实线箭头指示排气管504中的排气流经过第一过滤器501的方向。流过排气管504的至少一部分排气可以经由进口管506被转向到次碳烟传感器组件500内。进口管通向排气管504外部的排气旁通通道514。旁通通道514在排气管504外部的出口管536中结束。出口管536在进口管506的下游将排气流引导回到排气管504。进口管506与出口管536之间的旁通通道514可以是笔直的，并且具有一致的直径。
进口管506和出口管536中的每一个的一部分被内部地耦接至排气管504，并且进口管506和出口管536中的每一个的其余部分被外部地耦接至排气管504。进口管506延伸通过排气管504的外壁并延伸到排气管504的内部内。在一个示例中，进口管506和出口管536在排气管504内部的部分分别小于进口管506和出口管536在排气管504外部的其余部分。在所描绘示例中，出口管536具有相对于进口管506更短的长度。此外，出口管536的伸入排气管504内部的部分小于进口管506的伸入排气管504内部的部分。
进口管506包含在排气管504内并且邻近第一过滤器501的在进口管的一侧上的多个穿孔508。穿孔508面向第一过滤器501和来临的排气流的方向。进口管506的相对侧(壁)上没有穿孔。由于这种构造，排气中的聚集的微粒和水滴会冲击进口管的内表面，并且被释放到排气管内，而不影响碳烟感测组件的灵敏性。
进口管506的中心线垂直于排气管504的中心线，并且穿孔508完全位于排气管504内部。相比于出口管536，可以存在更多被配置在进口管506上的穿孔。在一个示例中，如所描绘的，出口管536上可以没有穿孔。穿孔510位于进口管506在排气管504内的底部处。穿孔510被布置为垂直于进口管506上的穿孔508。进口管侧壁上的穿孔的直径可以被调整，以使得排气中的聚集的微粒和水滴能够冲击进口管的在排气管内并且在第一过滤器501远侧的一侧，所述聚集的微粒经由进口管的底部上穿孔510从进口管被释放到排气管内。以此方式，聚集的微粒和水滴然后能够经由进口管的底部上的穿孔510从进口管506被释放到排气管内，从而减少排气旁通通道514的污染，由此改善次碳烟传感器组件500的准确性。
一部分排气可以从排气管504流入进口管506(通过指向上的单个实线箭头示出)，并且从进口管506流入排气旁通通道514。使排气流过进口管506和出口管536的方向大体上垂直于通过排气管504的排气的方向。进口管506的位于排气管504外部的部分具有相比于进口管506的位于排气管504内部的部分更低的温度。温度降可以引起排气中的水蒸气凝结在进口管506的表面上。冷凝液可以通过穿孔510掉落回到排气管504内，由此减少水滴进入到次碳烟传感器组件500内。
第一压力传感器586可以被耦接至排气管504。在一个示例中，第一压力传感器586可以在第一过滤器501下游、在耦接至排气管504的进口管506下游、在耦接至排气管504的出口管536附近的第一位置588处。例如，第一位置588可以是沿着出口管536的中心轴线。第一压力传感器586可以估计第一位置588处的静态排气压力。第一位置588和旁路流动出口管536的出口的中心位于排气管504的相同横截面平面内，使得出口管536被流体地耦接至排气管并且被设置为在第一位置处排出排气。使出口管536在第一位置处流体地打开可以在第一位置处将排气旁路气流引导回到排气管内，在第一位置处产生比在沿着排气管(诸如在耦接至排气管的出口管之前)的其他位置处更大的压力。第一压力传感器586可以测量在第一过滤器501下游并且在耦接至排气管504的进口管506下游的第一位置588处的静态压力。
金属微粒过滤器(MPF)554可以沿着旁通通道514的笔直部分被安装，如在图5中图示的。MPF 554可以具有比第一过滤器501更低的孔隙率，从而捕获可以经过第一过滤器501的碳烟微粒。金属微粒过滤器(MPF)554在第二压力传感器584的上游被附加跨过旁通通道514的笔直部分。MPF 554面向垂直于排气流的方向进入旁通通道514，使得排气流过MPF554。在一个示例中，MPF 554相比于第一过滤器501更小，并且位于排气管504的外部，而第一过滤器501被容纳在排气管504内。MPF 554表面可以是平坦的和/或盘状的，由金属纤维构成。当排气通过旁通通道514从进口管506流至出口管536时，金属过滤器有效地将碳烟和微粒物质捕集在其微孔中。离开第一过滤器501并且经过排气管504而未进入进口管506的这部分排气经过排气管504而不流过任何额外的过滤器，至少直至排气经过第一压力传感器586。
第二压力传感器584可以沿着旁通通道514的笔直部分被安装在MPF 554的下游，以测量第二位置590处的静态压力。沿着旁通通道514的第二位置590可以比进口管506更靠近出口管536。第二压力传感器584可以在第二位置590处测量金属过滤器554下游的由于沿着旁通通道514的排气流导致的静态压力。
MPF 554可以被电地耦接至包括开关558和电源555的电路556。在所描绘的示例中，电源555包括电池(或电池组)。开关558可以在通过实线指示的断开位置与通过虚线指示的闭合位置之间交替。当开关558被移动到闭合位置时，诸如当MPF 554再生条件满足时(例如，当压力差降至阈值之下时，指示MPF上的微粒物质材料负荷在阈值之上)，电路556被接通，并且(从电源555汲取的)电流能够经过金属过滤器554，从而引起过滤器处的温度的增加。产生的热可以被用来通过烧掉在一段时间内被捕获在金属过滤器表面上的碳烟而使金属过滤器554再生。在除了在金属过滤器554再生期间之外的所有时候，开关558都可以处于断开位置。
通过第二压力传感器584感测的排气流的压力与通过第一压力传感器586感测的排气流的压力之间的压力差可以经由在下面描绘的等式3来计算。
在等式3中，ΔP表示通过第二压力传感器584感测的压力P0与通过第一压力传感器586感测的压力之间的压力差。
只要MPF不被完全堵塞，排气就可以在MPF 554的下游沿着旁通通道514流向第二压力传感器584。第二位置590处的压力P0一般高于排气管504中的第一位置588处的压力。在任何给定位置处，压力都与位置的面积成反比。因为第一位置处的排气管的面积可以大于第二位置处的通道的面积，所以压力P0一般大于压力除非MPF 554被堵塞。因此，利用等式3计算的第二位置590处的压力P0与第一位置588处的压力之间的压力差ΔP是正数。随着碳烟负荷继续，MPF 554会以这样的方式被堵塞：极少排气流过金属过滤器、流向第二位置590处的下游第二压力传感器584，从而在金属过滤器下游的旁通通道内部产生真空效果。因此，第二位置590处的静态压力P0可以低于第一位置588处的压力并且基于等式3的压力差可以为零或负。
随着碳烟在一段时间内积聚在金属过滤器中，排气逆流增加，这减小第二位置590处的压力P0。因此，压力差ΔP降低。当沿着排气管的第二位置590与第一位置588之间的压力差ΔP到达第一(下限)阈值时，MPF 554可以通过闭合电路556中的开关558而被再生。具体地，当压力差ΔP等于零或为负(这可以表示堵塞的MPF 554)时，控制器可以开始MPF 554的再生，并且当压力差ΔP为正数值(这表示相比于第一位置588处的压力第二位置590处的更高的压力)时，控制器可以终止MPF 554的再生。
因此，响应于第二位置590处的压力与第一位置588处的压力之间的压力差，发动机控制器可以发送信号以将电路556的开关558致动到闭合位置。一旦闭合开关558，电路被接通，并且电流流过金属过滤器554，从而引起温度的增加。产生的热开始烧掉碳烟沉积，并且使金属过滤器554再生。随着碳烟沉积减少，排气开始流过金属过滤器、流向下游第二压力传感器584，从而增加第二位置590处的压力P0。压力差ΔP开始增加，接近正值。当压力差ΔP在预定的第二(上限)阈值时，可以推测金属过滤器554已经被充分地再生，并且控制器发送信号以将电路556的开关558致动到断开位置，从而停止电流的进一步流动和过滤器再生。
当DPF退化时，更多碳烟可以向下游行进通过排气管504到达次碳烟传感器组件500。因此，碳烟以增加的速率积聚在金属过滤器554上，并且金属过滤器554的再生必须被更频繁地执行。因此，通过监测金属过滤器的相继再生之间的间隔，DPF的退化或泄漏可以被确定。
在一个实施例中，在图2中图示的碳烟传感器组件200可以与在图5中图示的碳烟传感器组件500相结合地存在。具有被耦接至压力传感器284的第一文氏管212的碳烟传感器组件200可以在排气管中的第一文氏管212的下游额外地包括压力传感器(诸如在图5中示出的第一压力传感器586)。在具有被耦接至压力传感器286的第二文氏管216的排气管外部的通道可以沿着排气管外部的通道的笔直部分在第二文氏管216的下游和MPF 224的下游包括额外的压力传感器(例如，在图5中图示的压力传感器584)。如之前参照图2-4描述的，第一文氏管与第二文氏管之间的流速比可以被用来估算过滤器退化，并且被用于调节过滤器再生。此外，基于通过排气管中的第一文氏管下游的压力传感器测量的压力与通过排气旁通通道中的第二文氏管下游和MPF下游的压力传感器测量的压力的差的压力差系统可以被用于估算MPF和DPF退化，如将会参照图6和7进行讨论的。在一个示例中，压力差系统可以充当用于估算MPF和DPF退化的主要系统，并且第一文氏管与第二文氏管处的流速之间的流速比可以充当用于估计过滤器退化的次系统，或反之亦然。在一个位置处的压力传感器出故障的情况下，备用系统可以判断过滤器退化从而以及时的方式确保过滤器再生。此外，在一些示例中，关于图5描述的排气压力差确定可以在某些状况下比关于图2描述的诸如在低排气流状况下(例如，怠速发动机操作)的排气流比确定更准确。因此，控制器可以在一些状况下利用压力差确定来推测MPF的碳烟负荷，而在其他状况下利用排气流比确定来推测MPF的碳烟负荷。额外地或替代地，控制器可以根据压力差确定来推测碳烟负荷的第一水平，并且根据排气流比确定来推测碳烟负荷的第二水平，以及通过平均碳烟负荷的第一和第二水平来确定总碳烟负荷。
图5示出了具有各种部件的相对定位的碳烟感测组件的示例构造。至少在一个示例中，如果被示为彼此直接接触或直接耦接，那么此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，被示为彼此邻近或相邻的元件可以分别是彼此邻近或相邻的。作为一示例，彼此共面接触的部件放置可以被称为共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，被设置为彼此分开、在其之间仅有空间而没有其他部件的元件可以被称为如此。
图6图示了用于诊断发动机排气通道中的排气微粒过滤器的退化的示例方法600。在一个示例中，方法600可以被用于基于被设置在旁通通道514中的第二过滤器MPF 554的再生频率来诊断沿着排气管504的第一过滤器501的退化，如在上面参照图5描述的。用于执行方法600和本文中包括的其余方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并且配合从发动机系统的传感器(诸如在上面参照图5描述的第一压力传感器586和第二压力传感器584)接收的信号来执行。控制器可以根据在下面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，诸如，采用致动器以减少发动机扭矩输出。
在602处，该程序包括估计和/或测量当前发动机操作参数。被估算的参数可以包括例如发动机负荷、发动机转速、车辆速度、歧管真空、节气门位置、排气压力、排气空燃比等。被估算的参数还可以包括DPF下游的微粒物质负荷、自DPF的上一次再生以来逝去的持续时间(或距离)等。
在604处，该程序确定沿着排气管在第一位置处的压力。该压力可以通过在第一位置处被耦接至排气管的压力传感器来估计。在一个示例中，该压力可以在沿着排气管504的第一位置588处通过压力传感器586来确定，如在上面参照图5描述的。
在606处，该程序确定沿着排气管的旁通通道在过滤器下游的第二位置处的压力。在一个示例中，该压力可以在MPF 554下游的第二位置590处通过第二压力传感器584来确定，如在图5中图示的。
在608处，该程序包括确定第二位置处的压力与第一位置处的压力之间的压力差ΔP。压力差可以通过利用等式3来估计，如在上面参照图5描述的。随着碳烟沉积在位于排气旁通通道上的金属过滤器上，通过MPF朝向旁通通道中的下游压力传感器的排气流会减少，并且因此第二位置与第一位置之间的压力差会减小，接近零或负值。
在610处，该程序包括确定压力差ΔP是否大于或等于预定的下限阈值，其中下限阈值可以为零或负数。在文本中，下限阈值是指示金属过滤器已经到达碳烟负荷容量并且在其之下排气旁通通道中的金属过滤器会必须被再生的阈值。下限阈值可以基于发动机工况，诸如发动机负荷和/或第一过滤器的碳烟负荷。如果压力差ΔP高于下限阈值，该程序进入到612以将电路的开关维持在断开位置中，并且该程序循环回到610以继续监测两个位置之间的压力差。当被耦接至旁通通道中的第二金属过滤器的电路的开关在断开位置中时，没有电流流过电路，并且金属过滤器的再生不被开始。
如果第二位置与第一位置之间的压力差ΔP不大于下限阈值，该程序进入到614，其中控制器(诸如图1的控制器12)发送信号以将被耦接至金属过滤器的电路的开关致动到闭合位置以便接通电路。一旦电路接通，电(即，电流)就流过金属过滤器，并且过滤器的再生开始。以此方式，第二金属过滤器的再生响应于第二位置处的压力小于沿着排气管的第一位置处的压力而被执行。如在上面描述的，通过闭合电路，金属过滤器被电加热，从而有效地烧掉被沉积在过滤器上的碳烟。金属过滤器的再生在电路的开关被闭合并且通过使电(电流)流过金属过滤器的情况下被继续，直至第二位置与第一位置之间的压力差高于更高的阈值。因此，开关可以保持在闭合位置中，直至第二金属过滤器的再生被完成。
在616处，该程序包括确定第二位置处的压力与第一位置处的压力之间的压力差ΔP是否等于或大于预定的上限阈值。像下限阈值一样，上限阈值可以基于发动机工况(诸如第一过滤器的碳烟负荷)以及第二更小金属过滤器的孔隙率来调整。如果压力差ΔP低于上限阈值，该程序移动到618，其中控制器通过维持开关并且因此电路被闭合而继续再生过程。
在确认压力差等于或高于上限阈值后，在620处，再生过程可以被停止。在其中，控制器可以发送信号以将被耦接至金属过滤器的电路的开关致动到断开位置。因此，电流停止流过电路，从而终止再生。以此方式，使金属过滤器再生包括，闭合电路的开关并且使电流过金属过滤器，直至第二位置与第二位置之间的压力差在下限阈值之上。
在622处，该程序包括确定自金属过滤器的之前再生以来逝去的时间。因此，这对应于金属过滤器的之前再生与当前再生之间的时间间隔。替代地，这可以被确定为自开关的上一次断开以来逝去的时间。测量从金属过滤器的第一再生事件的开始到金属过滤器的第二立即随后的再生事件的开始的间隔，在此之间没有再生。在一个示例中，当过滤器的再生被完成时(诸如当开关在620处被断开时)，计时器可以被开始，并且当过滤器的随后的再生被完成时(诸如当开关在方法600的随后的迭代期间被断开时)，计时器可以被停止。相继再生之间的时间间隔可以被存储在控制器的存储器中。
在624处，该程序包括检索用于之前循环的时间间隔。在替代示例中，在车辆操作的某一持续期间或距离、或发动机循环的阈值次数内的金属过滤器的相继再生事件之间的平均持续时间可以被确定。被用来确定平均时间间隔的之前循环的次数可以被改变。
在626处，该程序包括比较(在622处确定的)当前时间间隔与阈值时间间隔，该阈值包括在624处确定的用于之前循环的时间间隔(或检索的平均时间间隔)。测量从金属过滤器的第一再生事件的开始到金属过滤器的第二立即随后的再生事件的开始的间隔。在标准的发动机操作期间并且当DPF在没有退化的情况下操作时，在每个再生循环之后被沉积在金属过滤器上的碳烟量可以是相当的，从而导致具有对称周期性的间歇再生。然而，由于老化和持久性问题，当DPF变得退化时，增加量的碳烟可以逸出而不被DPF捕获，并且向下游行进通过排气管。该增加的碳烟负荷可以部分地积聚在金属过滤器上，并且因此，金属过滤器会必须被更频繁地再生(清洁)。
在628处，该程序确定当前时间间隔是否小于阈值。如果时间间隔不小于阈值，在660处可以指示DPF未退化。在662处，响应于时间间隔大于阈值时间间隔，发动机排气管道中的微粒过滤器的再生可以在微粒过滤器再生条件满足时而被开始。再生条件可以包括在阈值(其可以基于自之前微粒过滤器再生以来执行的MPF再生的次数来确定)之上的主要发动机排气管道微粒过滤器上的微粒物质负荷、自过滤器的上一次再生以来逝去的持续时间(或距离)等。再生经由延迟火花和减小空燃比中的一个或多个而被开始。
如果时间间隔小于阈值，该程序进入到664以指示DPF的退化。例如，可以指示存在泄漏、孔、裂缝、或对DPF的其他损坏。指示可以包括设定标志或诊断代码、或激活故障指示灯以便告知车辆操作者DPF退化。以此方式，PF的退化响应于位于DPF下游的金属过滤器的相继再生之间的间隔低于阈值持续时间而被指示。
在666处，响应于退化的指示，控制器可以调整一个或多个发动机致动器的操作以调整发动机操作。作为一个示例，响应于退化的指示，控制器可以限制发动机转速或负荷(例如，通过减小进气节气门的打开)，限制发动机扭矩输出，和/或降低升压压力(例如，打开被耦接至排气涡轮的废气门或被耦接至进气压缩机的旁通阀)。
以此方式，发动机操作可以基于被设置在发动机排气管道中的微粒过滤器的退化来调整，所述退化基于被设置在排气旁路中的金属过滤器的第一再生与第二再生之间的时间间隔来确定，所述排气旁路在排气通道的外部。第一和第二再生基于第二位置处的压力与第一位置处的压力之间的压力差。
图7示出了示例操作顺序700，图示了发动机在基于压力差的次碳烟传感器组件的情况下操作，并且使次碳烟传感器组件的金属微粒过滤器(MPF)再生，以及诊断柴油微粒过滤器(DPF)(例如，图5中图示的具有在第一过滤器501和第二金属过滤器554的次碳烟传感器组件500)。操作顺序示出了基于沿着排气管的两个位置之间的压力差的金属过滤器的再生，并且基于金属过滤器的相继再生之间的间隔而指示上游柴油微粒过滤器(DPF)的退化。水平线(x轴)表示时间，并且垂直标记t1–t8识别碳烟传感器组件的操作中的有意义时间。
自顶部的第一曲线示出了金属微粒过滤器(MPF)上的碳烟沉积(线702)随着时间的变化(在本文中也被称为MPF负荷)。MPF负荷上限阈值和MPF负荷下限阈值分别由虚线704和706标识。第二曲线(线708)示出了利用来自分别在MPF和排气管的下游被耦接至旁通通道的压力传感器的测量结果计算的第二位置与第一位置之间的压力差(ΔP)。压力差的上限和下限阈值分别由虚线710和712示出。第三曲线(线714)示出了被耦接至金属过滤器的电路的电开关的位置。第四曲线(线716)指示MPF的再生，并且底部曲线(线718)表示指示DPF是否退化的标志。
在时间t1之前，随着一部分排气从DPF的下游被转向到排气旁通通道内，下游碳烟传感器组件中的金属过滤器上的碳烟负荷逐渐增加(线702)。随着金属过滤器上的碳烟负荷增加，通过在MPF的下游被耦接至旁通通道的压力传感器测量的压力相对于通过沿着排气管的第一位置处的压力传感器测量的压力而降低。因此，随着金属过滤器的碳烟负荷增加，两个位置处的压力之间的压力差ΔP的对应减小被观察到。压力差ΔP的减小与金属过滤器上的碳烟负荷的增加成比例。
因此，在t1之前，当压力差ΔP在下限阈值712之上时，碳烟负荷在MPF负荷上限阈值704之下。在该时间期间，碳烟组件的电路的开关被保持打开，并且金属过滤器不再生。当开关在断开状态下时，电路断开且不存在通过它的电流流动。相比之下，当开关在闭合状态下时，被耦接至金属过滤器的电路接通并且电流流过它。在t1处，响应于压力差ΔP到达下限阈值712，开关被闭合，电流开始流过电路，并且金属过滤器的再生被开始。此外，计时器在再生事件的开始后被启动。
在t1与t2之间，存在压力差ΔP的增加，据此能够推测MPF负荷正在降低。在t2处，响应于压力差ΔP到达上限阈值710，可以推测金属过滤器的碳烟负荷已经被充分地降低，并且过滤器的再生通过将电路的开关致动到断开位置而被终止。以此方式，MPF的再生基于沿着排气管的第二位置与第一位置之间的压力差，并且包括当压力差等于或小于下限阈值712时开始金属过滤器的再生，以及当压力差ΔP处于上限阈值710时终止MPF的再生。
在t2之后并且在t3之前，压力差ΔP减小，指示金属过滤器碳烟负荷的增加。在该时间期间，再生保持被禁用，其中，开关在断开位置中，并且DPF退化标志关闭。在t3处，类似于t1，响应于排气压力差到达上限阈值710，开关被闭合，电流流过电路，并且金属过滤器的再生被开始。此时，计时器被停止，并且控制器记录在当前DPF再生的开始(在t3处)与之前金属过滤器再生的开始(在t1处)之间逝去的时间间隔。时间间隔t1-t3由I1表示。
如果时间间隔I1小于阈值时间间隔，那么DPF会退化。具体地，可以确定碳烟正在从DPF泄漏到金属过滤器上，需要金属过滤器被更频繁地再生。阈值时间间隔可以基于在再生事件的预定次数内和/或在车辆行进/发动机操作的预定持续时间或距离和/或发动机循环的预定次数内的相继再生事件之间的平均时间间隔。例如，阈值时间间隔可以基于在第一再生(诸如t1处的第一再生)立即之前的再生事件的完成与第一再生的完成之间逝去的时间，并且金属过滤器的第一再生与第二再生(诸如t3处的第二再生)之间的时间间隔包括在第一再生的完成与第二再生的完成之间逝去的时间。在当前示例中，I1大于阈值，并且用于DPF的退化标志被保持在关闭状态下。在下一个再生事件的开始后，计时器在t3处被重新启动。此外，由于没有退化的指示，DPF的再生可以在条件满足时(诸如在DPF的碳烟负荷被确定为足够高时)被启用。
在t3与t4之间，存在压力差ΔP的增加，指示MPF负荷在该间隔期间成比例的降低。在t4处，当压力差ΔP值到达上限阈值710时，可以推测MPF的碳烟负荷已经被充分地降低。此时，MPF的再生完成，并且通过将电路的开关致动到断开位置而被终止。计时器继续记录逝去的时间。
在t4之后并且在t5之前，压力差ΔP减小直至它在t5处到达下限阈值712，从而触发再生。能够推测在该时段期间沉积在MPF上的碳烟负荷也增加。在t5处，再生通过将开关致动到闭合位置而被开始。此时，计时器记录当前金属过滤器再生的开始(在t5处)与之前MPF再生的开始(在t3处)之间的时间间隔。时间间隔t3-t5由I2表示。时间间隔I2与I1和/或阈值进行比较。如果该时间间隔小于阈值时间间隔，那么DPF会退化。在当前示例中，I2大于阈值，并且退化标志被保持在关闭状态下。由于再生过程在t5处的开始，计时器被重新启动。
在t5与t6之间，MPF的再生继续，并且压力差ΔP值增加，直至它到达上限阈值710，其中能够推测金属过滤器上的碳烟水平已经降至MPF下限阈值。在t6处，再生被完成，并且用于电路的开关被断开。在该时间期间，计时器继续记录逝去的时间。
由于电路断开，MPF再生被中止，并且如针对之前时间周期看出的，排气流比被认为在t6与t7之间响应于MPF上的碳烟积聚而增加。在t7处，压力差ΔP到达下限阈值712，并且作为响应，开关被致动到闭合位置从而开始再生过程。当前与之前再生之间的时间间隔I3被计时器记录为t5与t7之间的时间差。逝去的时间与用于上一次再生循环I2的时间间隔进行比较。在所描绘的示例中，当前时间间隔I3被确定为短于I2、以及I1、和/或阈值(至少基于I2)。因此，响应于用于当前再生循环的时间间隔小于用于之前再生循环的时间间隔(或阈值持续时间)，可以通过在t7处设定标志指示(如曲线718处示出)来指示DPF退化。控制器然后可以响应于DPF的退化而采用发动机系统的发动机致动器来降低或限制发动机扭矩输出。例如，响应于退化的指示，DPF的再生可以被禁用，并且发动机操作可以通过延迟火花正时和/或加浓排气来调整。然而，金属过滤器的再生可以继续。
在t7之后并且在t8之前，MPF再生过程在电路被闭合的情况下继续。存在压力差ΔP的增加，指示烧掉被沉积在金属过滤器上的碳烟。然而，在该阶段处，DPF继续退化，并且DPF再生继续被中断。在t8处，当压力差ΔP到达上限阈值710时，金属过滤器再生完成。在t8之后，碳烟继续沉积在MPF上，然而，由于在发动机中由控制器作出以便降低总体排气碳烟输出的调整，碳烟水平可以保持相对低。以此方式，DPF退化基于被耦接在DPF下游的金属过滤器的再生时间而被诊断。
一种用于DPF泄漏检测的示例方法包含，使排气从第一过滤器的下游流入被耦接在排气管内部的第一文氏管和被耦接在所述排气管外部的通道中的第二文氏管中的每个，所述通道包括被耦接至电路的第二过滤器；以及基于所述第二过滤器的相继再生之间的间隔指示所述第一过滤器的退化。前述示例进一步包含，响应于所述指示，限制发动机转速或负荷。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述间隔从所述第二过滤器的第一再生事件的开始到所述第二过滤器的第二立即随后的再生事件的开始被测量。前述示例中的任一个或全部额外地或可选地包含，响应于通过所述第一和第二文氏管的流速的比高于上限阈值而使所述第二过滤器再生。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述第一文氏管大于所述第二文氏管，并且其中通过所述第一和第二文氏管的流速的所述比基于所述第一文氏管的动力进口的第一压力相对于所述第二文氏管的所述动力进口的第二压力。在前述示例中的任一个或全部中，所述第一压力额外地或可选地通过被耦接至所述第一文氏管的所述动力进口的第一压力传感器来估计，并且所述第二压力通过被耦接至所述第二文氏管的所述动力进口的第二压力传感器来估计。在前述示例中的任一个或全部中，使所述第二过滤器再生额外地或可选地包括，闭合所述电路的开关并使电流过所述第二过滤器，直至通过所述第一和第二文氏管的流速的比低于下限阈值。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述第一过滤器是具有更高碳烟容量的大的柴油或汽油微粒物质过滤器，并且所述第二过滤器是具有更低碳烟容量的小的金属过滤器，并且其中所述指示包括通过设定诊断代码而指示所述第一过滤器正在泄漏。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述第二过滤器被耦接在所述第二文氏管的下游，并且使排气流入所述第二文氏管包括，使排气从所述排气管流入进口管，并且从所述进口管流入所述通道，所述进口管与所述通道在所述排气管外部的位置处会聚，并且经由出口管从所述通道流入所述排气管，所述通道在所述第二过滤器下游且所述排气管外部的位置处会聚到所述出口管内。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，使排气流过所述进口管和所述出口管的方向大体上垂直于通过所述排气管以及所述第一和第二文氏管中的每一个的排气流的方向。
在另一示例中，一种发动机排气系统包含：排气管，其包括被耦接在第一微粒过滤器下游的第一文氏管；碳烟检测系统，其包括在所述第一微粒过滤器的下游被耦接至所述排气管的进口管和出口管，所述进口管并入到所述排气管外部的第二文氏管内，所述出口管从所述排气管外部的所述第二文氏管合并出来；耦接在所述第二文氏管的动力出口与所述出口管之间的第二微粒过滤器，所述第二微粒过滤器经由开关被耦接至电源；一个或多个用于估计通过所述第一和第二文氏管中的每一个的流速的传感器；以及控制器。所述控制器可以被配置有被存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，以：使第一部分排气从所述第一过滤器的下游流过所述第一文氏管；使其余部分排气流过所述第二文氏管；基于通过所述第一和第二文氏管的流速的比而使所述第二过滤器再生；以及基于在所述第二过滤器的相继再生之间逝去的时间而调整发动机操作。在前述示例系统中，额外地或可选地，所述进口管包含在所述排气管内且在所述第一过滤器近侧的在所述进口管的一侧上的多个穿孔，所述穿孔的直径被调整为使得聚集的微粒能够冲击所述进口管的在所述排气管内且在所述第一过滤器远侧的一侧，所述聚集的微粒经由所述进口管的底部上的穿孔从所述进口管被释放到所述排气管内。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述一个或多个传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器被耦接在动力进口与所述第一文氏管的颈部之间用于估计通过所述第一文氏管的流速，所述第二压力传感器被耦接在所述动力进口与所述第二文氏管的颈部之间用于估计通过所述第二文氏管的流速。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述第一文氏管是具有更高流速的更大文氏管，并且所述第二文氏管是具有更低流速的更小文氏管。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，基于通过所述第一和第二文氏管的流速的所述比而使第二过滤器再生包括，当所述比高于上限阈值时开始所述第二过滤器的再生，并且当所述比低于下限阈值时终止所述第二过滤器的再生。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，基于在所述第二过滤器的相继再生之间逝去的时间而调整发动机操作包括，当所述逝去的时间高于阈值间隔时通过延迟火花正时或加浓所述排气而使所述第一过滤器再生，并且当所述逝去的时间低于所述阈值间隔时指示所述第一过滤器的退化，所述第一过滤器的再生响应于退化的所述指示而被中断。
另一种用于发动机排气的示例方法包含，基于在第一文氏管的上游被设置在发动机排气管道中的微粒过滤器的退化而调整发动机操作，所述退化基于在第二文氏管的下游被设置在排气旁路中的金属过滤器的第一再生与第二再生之间的时间间隔来确定，所述排气旁路被耦接在所述第一文氏管两端并且在排气通道外部，所述第一和第二再生基于在所述第一和第二文氏管两端的流速的比。前述示例额外地或可选地进一步包括：在第一状况下，响应于所述时间间隔大于阈值时间间隔，当微粒过滤器再生条件满足时经由延迟火花和减小空燃比中的一个或多个使所述发动机排气管道中的所述微粒过滤器再生；以及在第二状况下，响应于所述时间间隔小于所述阈值时间间隔，向操作者指示所述微粒过滤器的退化，并且调整发动机致动器以减少发动机扭矩输出。在前述示例中的任一个或全部中，所述阈值时间间隔可以额外地或可选地基于在所述第一再生立即之前的再生事件的完成与所述第一再生的完成之间逝去的时间，其中金属过滤器的所述第一再生与所述第二再生之间的所述时间间隔包括在所述第一再生的完成与所述第二再生的完成之间逝去的时间。在前述示例中的任一个或全部中，额外地或可选地，所述第一和第二再生基于该比包括当通过所述第一文氏管的流速相对于通过所述第二文氏管的流速的比高于上限阈值时使所述第二过滤器再生，通过所述第一文氏管的流速基于第一文氏管的颈部上游的估计的压力，通过所述第二文氏管的流速基于第二文氏管的颈部上游的估计的压力，并且维持所述再生直至所述比低于下限阈值。
以此方式，通过将一部分排气从排气管转向到具有位于柴油微粒过滤器下游的金属过滤器的次碳烟传感器组件，微粒过滤器的退化能够被准确地检测。通过使排气流过主排气管中的文氏管和具有金属过滤器的排气旁路中的文氏管中的每一个，通过文氏管的流速可以被有利地用来诊断上游微粒过滤器。通过依赖于两个文氏管之间的排气流比来估计金属过滤器的负荷，对于多个压力或流量传感器的要求被降低而不降低碳烟诊断的准确性。通过将聚集的微粒和水滴捕集在碳烟传感器组件的进口管中并将它们改向到排气尾管，由于聚集物和水滴碰撞导致的传感器结果的篡改被减少。通过使得碳烟传感器更准确且更可靠，排放达标被增加。
另一示例方法包括，使排气从第一过滤器的下游流向被耦接在排气管中的第一位置处第一压力传感器和被耦接在所述排气管外部的通道中的第二位置处的第二压力传感器中的每个，所述通道包括被耦接至电路的第二过滤器；以及基于所述第二过滤器的相继再生之间的间隔指示所述第一过滤器的退化。在该方法的第一示例中，其进一步包含，通过被耦接至所述排气管的所述第一压力传感器测量所述第一位置处的第一压力，以及通过在所述第二过滤器的下游被耦接在所述排气管外部的所述通道中的所述第二压力传感器测量所述第二位置处的第二压力。该方法的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括，响应于所述第二压力与所述第一压力之间的压力差低于下限阈值而使所述第二过滤器再生。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，并且进一步包括，通过闭合所述电路的开关并使电流过所述第二过滤器而使所述第二过滤器再生，直至所述第二压力与所述第一压力之间的所述压力差高于上限阈值。该方法的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，并且进一步包括，响应于所述指示，限制发动机转速或负荷。该方法的第五示例可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，并且进一步包括，其中所述指示包括响应于所述第二过滤器的相继再生之间的所述间隔低于阈值持续时间而指示退化。该方法的第六示例可选地包括第一至第五示例中的一个或多个，并且进一步包括，其中所述间隔从所述第二过滤器的第一再生事件的开始到所述第二过滤器的第二立即随后的再生事件的开始被测量。该方法的第七示例可选地包括第一至第六示例中的一个或多个，并且进一步包括，其中所述第一过滤器是具有第一更高碳烟容量的柴油或汽油微粒物质过滤器，并且其中所述第二过滤器是具有第二更低碳烟容量的金属过滤器，并且其中所述指示包括通过设定诊断代码而指示所述第一过滤器正在泄漏。该方法的第八示例可选地包括第一至第七示例中的一个或多个，并且进一步包括，其中所述第二过滤器被耦接在所述第二压力传感器的上游，并且其中使排气流向所述第二压力传感器包括：使排气从所述排气管流入进口管，从所述进口管流入所述通道，所述进口管与所述通道在所述排气管外部的位置处会聚，并且经由出口管从所述通道流入所述排气管，所述通道在所述第二压力传感器下游且所述排气管外部的位置处会聚到所述出口管内。该方法的第九示例可选地包括第一至第八示例中的一个或多个，并且进一步包括，其中使排气流过所述进口管和所述出口管的方向大体上垂直于通过所述排气管和所述通道中的每一个的排气流的方向。
一种示例发动机排气系统，其包含：排气管，其包括第一微粒过滤器；碳烟检测系统，其包括在所述第一微粒过滤器的下游被耦接至所述排气管的进口管和出口管，所述进口管并入到所述排气管外部的通道内，所述出口管从所述排气管外部的所述通道合并出来；被耦接至所述进口管与所述出口管之间的所述通道的第二微粒过滤器，所述第二微粒过滤器经由开关被耦接至电源；在所述排气管中的第一位置处的第一压力传感器；在所述排气管外部的所述通道中的第二位置处的第二压力传感器；以及控制器，其具有被存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，以：使第一部分排气从所述第一过滤器的下游流向所述第一压力传感器；使其余部分排气流向所述第二压力传感器；基于第一和所述第二压力传感器的输出而使所述第二过滤器再生；以及基于在所述第二过滤器的相继再生之间逝去的时间而调整发动机操作。该系统的第一示例包括，所述进口管包含在所述排气管内且在所述第一过滤器近侧的在所述进口管的一侧上的多个穿孔，所述穿孔的直径被设定为使得聚集的微粒能够冲击所述进口管的在所述排气管内且在所述第一过滤器远侧的一侧，所述聚集的微粒经由所述进口管的底部上的穿孔从所述进口管被释放到所述排气管内。该系统的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括，其中所述第一位置是所述排气管中的所述第一过滤器的下游，并且所述第二位置是所述排气管外部的所述通道中的所述第二过滤器的下游。该系统的第三示例可选地包括第一至第二示例，并且进一步包括，其中基于所述第一位置与所述第二位置之间的所述压力差而使所述第二过滤器再生包括，当所述压力差低于下限阈值时开始所述第二过滤器的再生，并且当所述压力差高于上限阈值时终止所述第二过滤器的再生。该系统的第四示例可选地包括第一至第三示例，并且进一步包括，其中基于在所述第二过滤器的相继再生之间逝去的时间而调整发动机操作包括，当所述逝去的时间高于阈值间隔时通过延迟火花正时或加浓所述排气而使所述第一过滤器再生，并且当所述逝去的时间低于所述阈值间隔时指示所述第一过滤器的退化，其进一步包含，响应于退化的所述指示而停止所述第一过滤器的再生。
另一示例方法包括，基于在第一压力传感器的上游被设置在发动机排气管道中的微粒过滤器的退化而调整发动机操作，所述退化基于在第二压力传感器的上游被设置在排气旁路中的金属过滤器的第一再生与第二再生之间的时间间隔来确定，所述排气旁路在所述排气通道外部，所述第一再生和所述第二再生均基于通过所述第二压力传感器测量的压力与通过所述第一压力传感器测量的压力之间的压力差来执行。该方法的第一示例可选地包括，响应于所述时间间隔大于阈值时间间隔，当微粒过滤器再生条件满足时经由延迟火花和减小空燃比中的一个或多个使所述发动机排气管道中的所述微粒过滤器再生；以及响应于所述时间间隔小于所述阈值时间间隔，向操作者指示所述微粒过滤器的退化，并且调整发动机致动器以减少发动机扭矩输出，其中所述阈值时间间隔基于在所述第一再生立即之前的再生事件的完成与所述第一再生的完成之间逝去的时间，并且其中所述金属过滤器的所述第一再生与所述第二再生之间的所述时间间隔包括在所述第一再生的完成与所述第二再生的完成之间逝去的时间。该方法的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括，其中基于所述压力差而执行所述第一再生和所述第二再生中的每一个包括，当所述第二位置与所述第一位置之间的所述压力差低于下限阈值时使所述第二过滤器再生，并且维持所述再生直至所述压力差高于上限阈值。
注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件相结合的控制器的控制系统执行。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作和/或功能可以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中所描述的本发明的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图释和说明而提供。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编入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的代码，其中通过配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而使所描述的动作得以实现。
应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造和其他的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
以下权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求而得要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (19)

1.一种方法，其包含：
使排气从第一过滤器的下游流向被耦接在排气管中的第一位置处的第一压力传感器和被耦接在所述排气管外部的通道中的第二位置处的第二压力传感器中的每个，所述通道包括被耦接至电路的第二过滤器；以及基于所述第二过滤器的相继再生之间的间隔指示所述第一过滤器的退化。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，通过被耦接至所述排气管的所述第一压力传感器测量所述第一位置处的第一压力，以及通过在所述第二过滤器的下游被耦接在所述排气管外部的所述通道中的所述第二压力传感器测量所述第二位置处的第二压力。
3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包含，响应于所述第二压力与所述第一压力之间的压力差低于下限阈值，再生所述第二过滤器。
4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包含，通过闭合所述电路的开关并使电流过所述第二过滤器，再生所述第二过滤器，直至所述第二压力与所述第一压力之间的所述压力差高于上限阈值。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，响应于所述指示，限制发动机转速或负荷。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述指示包括，响应于所述第二过滤器的相继再生之间的所述间隔低于阈值持续时间，指示退化。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述间隔被从所述第二过滤器的第一再生事件的开始到所述第二过滤器的第二立即随后的再生事件的开始测量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一过滤器是具有第一、较高碳烟容量的柴油或汽油微粒物质过滤器，并且其中所述第二过滤器是具有第二、较低碳烟容量的金属过滤器，并且其中所述指示包括通过设定诊断代码而指示所述第一过滤器正在泄漏。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二过滤器被耦接在所述第二压力传感器的上游，并且其中使排气流向所述第二压力传感器包括：
使排气从所述排气管流入进口管，从所述进口管流入所述通道，所述进口管与所述通道在所述排气管外部的位置处会聚，并且经由出口管从所述通道流入所述排气管，所述通道在所述第二压力传感器下游且所述排气管外部的位置处会聚到所述出口管内。
10.根据权利要求1所述的方法，其中使排气流过所述进口管和所述出口管的方向实质上垂直于通过所述排气管和所述通道中的每一个的排气流的方向。
11.一种发动机排气系统，其包含：
排气管，其包括第一微粒过滤器；
碳烟检测系统，其包括在所述第一微粒过滤器的下游被耦接至所述排气管的进口管和出口管，所述进口管并入到所述排气管外部的通道内，所述出口管从所述排气管外部的所述通道合并出来；被耦接至所述进口管与所述出口管之间的所述通道的第二微粒过滤器，所述第二微粒过滤器经由开关被耦接至电源；
在所述排气管中的第一位置处的第一压力传感器；
在所述排气管外部的所述通道中的第二位置处的第二压力传感器；以及
控制器，其具有被存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，以：
使第一部分排气从所述第一过滤器的下游流向所述第一压力传感器；
使其余部分的排气流向所述第二压力传感器；
基于来自所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的输出，使所述第二过滤器再生；以及
基于在所述第二过滤器的相继再生之间逝去的时间而调整发动机操作。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述进口管包含在所述排气管内且在所述第一过滤器近侧的在所述进口管的一侧上的多个穿孔，所述穿孔的直径被定尺寸为使得聚集的微粒能够冲击所述进口管的在所述排气管内且在所述第一过滤器远侧的一侧，所述聚集的微粒经由所述进口管的底部上的穿孔从所述进口管被释放到所述排气管内。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一位置是在所述排气管中的所述第一过滤器的下游，并且所述第二位置是在所述排气管外部的所述通道中的所述第二过滤器的下游。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，基于所述第一位置与所述第二位置之间的所述压力差而再生所述第二过滤器包括，当所述压力差低于下限阈值时开始所述第二过滤器的再生，并且当所述压力差高于上限阈值时终止所述第二过滤器的再生。
15.根据权利要求14所述的系统，其中基于在所述第二过滤器的相继再生之间逝去的时间而调整发动机操作包括，当所述逝去的时间高于阈值间隔时通过延迟火花正时或加浓所述排气而使所述第一过滤器再生，并且当所述逝去的时间低于所述阈值间隔时指示所述第一过滤器的退化。
16.根据权利要求15所述的系统，其进一步包含，响应于退化的所述指示而停止所述第一过滤器的再生。
17.一种方法，其包含：
基于在第一压力传感器的上游被设置在发动机排气管道中的微粒过滤器的退化而调整发动机操作，所述退化基于在第二压力传感器的上游被设置在排气旁路中的金属过滤器的第一再生与第二再生之间的时间间隔来确定，所述排气旁路在所述排气通道外部，所述第一再生和所述第二再生均基于通过所述第二压力传感器测量的压力与通过所述第一压力传感器测量的压力之间的压力差执行。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述调整包括：
响应于所述时间间隔大于阈值时间间隔，当微粒过滤器再生条件满足时经由延迟火花和减小空燃比中的一个或多个使所述发动机排气管道中的所述微粒过滤器再生；以及
响应于所述时间间隔小于所述阈值时间间隔，向操作者指示所述微粒过滤器的退化，并且调整发动机致动器以减少发动机扭矩输出，
其中所述阈值时间间隔基于在所述第一再生立即之前的再生事件的完成与所述第一再生的完成之间逝去的时间，并且其中所述金属过滤器的所述第一再生与所述第二再生之间的所述时间间隔包括在所述第一再生的完成与所述第二再生的完成之间逝去的时间。
19.根据权利要求17所述的方法，其中基于所述压力差而执行所述第一再生和所述第二再生中的每一个包括，当所述第二位置与所述第一位置之间的所述压力差低于下限阈值时使所述第二过滤器再生，并且维持所述再生直至所述压力差高于上限阈值。
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