CN107339139A - 用于碳烟传感器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于碳烟传感器的方法和系统。在一个示例中，方法将排气从主排气道转向至第二排气道，第二排气道包括碳烟传感器，碳烟传感器具有配置成捕获碳烟的可旋转部件。

Description

用于碳烟传感器的系统和方法

技术领域

本说明书大体涉及一种用于检测微粒过滤器(PF)的状况的传感器。

背景技术

微粒物质过滤器越来越多地用于汽车排放系统中，用以减少发动机排气中的微粒浓度。当碳烟在微粒过滤器上积聚至阈值水平时，过滤器再生过程可以用来在受控发动机工况下燃烧积聚的碳烟。但是，随着时间的推移，当过滤器在过滤器再生过程期间由于不受控制的温度偏移而劣化(例如破裂)时，这种微粒过滤器可能遭受捕集效率的不可逆的降低。微粒过滤器的捕集效率的损失可以导致微粒物质排放增加到远高于调节限度。

越来越严格的微粒物质排放标准和用于监测微粒过滤器捕集效率的提议的政府强制的车载诊断(OBD)要求已经刺激了对用于监测微粒过滤器性能的新技术的大量研究。一种方法包括确定微粒过滤器两端的压力差。如果压力差小于阈值压力差，则微粒过滤器可能正在泄漏。但是，该方法可能不适合于检测由于来自过滤器上的灰分负载的干扰效应而导致的过滤器的劣化。确定微粒过滤器泄漏的其它方法包括利用位于微粒过滤器下游的碳烟传感器来监测排气流中的碳烟负荷，并且当碳烟负荷超过碳烟阈值时发出信号(例如，碳烟阈值可以基于可接受的碳烟泄漏的阈值量，可接受的碳烟泄漏的阈值量基于微粒物质排放)。这些传感器利用空间分离的电极，这些可以响应于碳烟负荷超过碳烟阈值而变成被电连接。

但是，本文的发明人已经认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，碳烟传感器可以对泄漏的碳烟具有低灵敏度，这是由于相对小部分的碳烟跨电极沉积。这可能由于排气管几何形状和/或碳烟与排气的不良混合。此外，大的柴油微粒和/或水滴可能撞击到碳烟传感器的表面上，从而改变碳烟传感器读数。此外，由于横跨电极表面的不稳定的排气流动，传感器可能具有差的重复精度。传感器还可能重新引导排气，这可能导致横跨电极表面的流速变化。这两个因素可能导致传感器的部分接收比其他传感器更大量的碳烟。此外，碳烟传感器可以包括用于使排气均匀地横跨电极的表面的导板。但是，导板可能引入包装限制和增加的制造成本。

发明内容

在一个示例中，上述问题可以通过一种将排气从排气管转向至排气管之外的并联的排气路径的方法而得到解决，其中排气路径包括在固定壳体中耦接到过滤材料的可旋转板。该方法进一步包括基于板的转动速度来调整发动机操作。以这种方式，在利用或不利用电极的情况下，可以控制对排气管中的微粒过滤器操作的补偿。

作为一个示例，板可以被配置成在形状和结构上类似于桨轮，其中板在排气流过壳体时旋转。可耦接到板的过滤材料被配置成捕获来自排气的碳烟。随着碳烟积聚，对于给定的发动机负荷，板可以更快地旋转(例如，在相同的发动机工况期间，具有较多积聚的碳烟的板比具有较少碳烟的板旋转得更快)，这可以指示排气管中的微粒过滤器满载碳烟。该指示可以发信号通知微粒过滤器的再生。随着微粒过滤器的再生次数增加，微粒过滤器可能变得劣化，这可能降低微粒过滤器捕获碳烟的能力。因此，更多的碳烟可以通过微粒过滤器流到碳烟传感器，其中相比于当微粒过滤器未劣化时，板可以更快地负载碳烟。因此，一旦过滤板的连续的再生之间的时间间隔减小到小于阈值时间间隔的时间间隔，则可以指示排气管道中的微粒过滤器的劣化。

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部分中进一步描述的一些概念。其并不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由随附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提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出具有汽缸的发动机。

图2A和图2B示出次级排气组件中的碳烟传感器的外部视图和内部视图。

图3A和图3B示出次级排气组件中的碳烟传感器的桨轮的不同旋转位置的剖视图。

图4示出流体地耦接到发动机的排气管的次级排气组件。

图2到图4近似按比例示出，但是，可以使用其他相对尺寸。

图5示出用于确定排气管中的微粒过滤器的劣化的方法。

图6示出用于监测次级排气组件中的微粒过滤器的再生之间的时间间隔的操作顺序。

具体实施方式

下面的描述涉及用于控制发动机操作和/或确定排气管中的发动机微粒过滤器的劣化的系统和方法。通过将排气递送到流体耦接到排气管的次级排气组件中的碳烟传感器，可以确定发动机调整和/或劣化。传感器可以在排气管中，并且由此可以接收来自发动机的一个或更多个汽缸的排气。排气可以包括在本文中也称为碳烟的微粒物质(PM)，其可以被微粒过滤器(PF)捕获，如图1中所示。PF可以随着PM积聚在其上而变得满载，这可以降低PF捕获碳烟的能力。因此，PF可能泄漏，其中一部分未捕获的PM流动到环境大气。碳烟传感器可以包括可旋转的桨轮(paddle-wheel)，其可配置用于捕获一些泄漏的PM，如图2A和图2B中所示。碳烟传感器的侧面剖视图在图3A和图3B中示出。排气流组件可以包括插入在排气管中的至少一个入口和一个出口，如图4中所示。随着板捕获更多的PM，板的转动速度增加。因此，如果板的转动速度超过阈值速度，则排气道中的微粒过滤器可能是满载的。图5中示出了用于监测板的转动速度何时超过阈值速度以及发动机操作中的调整。该方法还描绘了测量排气管中的微粒过滤器的连续再生之间的时间间隔的指令。如果时间间隔小于阈值时间间隔，则该方法可以标记排气管中的微粒过滤器的劣化。图6示出发动机操作顺序，其图示了发动机参数相对于时间的改变。

图2-4示出具有各种部件的相对安置的示例配置。至少在一个示例中，如果被显示为彼此直接接触，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。被描述为在彼此的直接下游或直接上游的元件可以在本文中被限定，使得在两个比较的元件之间没有中间部件。类似地，至少在一个示例中，被显示为彼此邻近或相邻的元件可以分别为彼此邻近或相邻。作为示例，放置成彼此共面接触的部件可以被称为共面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，被安置成彼此隔开同时其之间仅具有空间且没有其它部件的元件可以被如此称谓。作为另一个示例，被显示在彼此的上面/下面，在彼此的相对侧，或在彼此的左边/右边的元件可以相对于彼此如此称谓。此外，在至少一个示例中，如附图中所示，最顶部的元件或元件的点可以被称为部件的“顶部”，并且最底部的元件或元件的点可以被称为部件的“底部”。如本文所使用，顶部/底部、上/下、上面/下面可以相对于图的竖直轴线，并且被用来描述图中的元件相对于彼此的安置。同样地，在一个示例中，其它元件上面的所示元件被安置在其它元件的竖直上方。作为另一个示例，附图内所描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，诸如为环状的，直的，平面的，弯曲的，磨圆的，倒棱的，成角度的或诸如此类)。此外，在至少一个示例中，被显示为彼此相交的元件可以被称为相交的元件或彼此相交。另外，在一个示例中，被显示在另一个元件内或被显示在另一个元件之外的元件可以被如此称谓。

返回到图1，示出了可以被包括在机动车辆的推进系统中的发动机系统100中的多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统和通过经由输入装置130来自车辆操作者132的输入而被控制。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包括由汽缸壁32形成的汽缸，活塞36被安置在其中。活塞36可以被耦接到曲轴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到车辆的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以经由飞轮耦接到曲轴40，从而实现发动机10的起动操作。

燃烧室30可以经由通过进气道42接收来自进气歧管44的进气，并且可以经由排气道(例如，排气管)48排出燃烧气体。进气歧管44和排气道48能够经由相应的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在一些示例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

在该示例中，进气门52和排气门54可以经由相应的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动而被控制。凸轮致动系统51和53可以各自包括一个或多个凸轮，并且可以使用可以由控制器12操作以改变气门操作的凸轮廓线变换(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)系统中的一个或更多个。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在可替代的示例中，进气门52和/或排气门54可以由电动气门致动来控制。例如，汽缸30可以可替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS系统和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。

燃料喷射器69被显示为直接耦接到燃烧室30，用于与从控制器12接收的信号的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到燃烧室30中。以这种方式，燃料喷射器69提供被称为燃料到燃烧室30内的直接喷射。例如，燃料喷射器69可以被安装在燃烧室的侧面或燃烧室的顶部。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)而被递送到燃料喷射器69。在一些示例中，燃烧室30可以可替代地或另外地包括以一种配置布置在进气歧管44中的燃料喷射器，该配置提供被称为燃料到燃烧室30上游的进气端口的进气道喷射。

火花经由火花塞66被提供到燃烧室30。点火系统可以进一步包括用于增加供应到火花塞66的电压的点火线圈(未示出)。在其他示例中，诸如柴油，可以省略火花塞66。

进气道42可以包括具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，节流板64的位置可以通过控制器12经由提供给节气门62所包含的电动马达或致动器(一种通常被称为电子节气门控制(ETC)的配置)的信号而被改变。以此方式，节气门62可以被操作以改变提供给燃烧室30以及其他发动机汽缸的进气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号被提供到控制器12。进气道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于感测进入发动机10的空气的量。

排气传感器126被显示为根据排气流的方向在排气再循环系统140和排放控制装置70两者的上游耦接到排气道48。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UEGO，其被配置成提供与排气中存在的氧的量成比例的输出，诸如电压信号。控制器12经由氧传感器传递函数将氧传感器输出转换成排气空燃比。

排气再循环(EGR)系统140可以经由EGR通道152将排气的期望部分从排气道48传送到进气歧管44。提供到进气歧管44的EGR的量可以通过控制器12经由EGR阀144来改变。在一些状况下，EGR系统140可以用来调节燃烧室内的空气燃料混合物的温度，因此提供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被显示为沿着排气道48在排气传感器126的下游布置。装置70可以是三元催化剂(TWC)、NO_x捕集器、各种其它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，通过在特定空燃比内操作发动机的至少一个汽缸，排放控制装置72可以周期性地复位。

微粒过滤器(PF)72被显示为在排放控制装置70下游沿着排气道48布置。PF 72可以是柴油微粒过滤器或汽油微粒过滤器。PF 72可以由陶瓷、硅、金属以及其它过滤装置中一种或多种的组合构成，其中其它过滤装置被配置成捕获排气中的碳烟和其它微粒。在发动机10的操作期间，PF 72可以捕获碳烟(例如，未燃烧的碳氢化合物)以减少车辆排放。碳烟可以积聚在PF 72的表面上，这可以导致增加的排气背压。借由阻碍通过排气道48的排气流，排气背压可能负面地影响发动机。一旦微粒过滤器72变得满载碳烟(例如，微粒过滤器上的碳烟负荷超过碳烟负荷阈值)，背压对于适当的发动机排气排出可能太高。经由调整一个或多个火花正时，燃料喷射压力，空燃比等的组合，缸内压力可以得到增加(例如，发动机做功可以被增加)，以克服上述背压，上述背压可能导致降低的燃料经济性。为了避免高背压，PF 72可以被动地或主动地再生。

被动再生可以发生在发动机负荷超过阈值负荷时，从而导致排气温度升高。在没有与PF 72相关的发动机操作调整的情况下，响应于排气温度增加到高于阈值温度(例如，450℃)，PF 72上的碳烟可以被烧尽。因此，被动再生可以在没有对发动机操作调整的情况下发生。相反，主动再生经由控制器12发信号通知发动机操作的改变而发生，以独立于发动机负荷而增加排气温度(例如，延迟喷射，二次喷射，节流，火花延迟，和/或减小空燃比)。响应于PF 72不再满载，或者响应于满足驾驶员需求(例如，踩加速器踏板)，主动再生可以被终止。

随着碳烟在被动或主动再生期间燃烧，微粒过滤器温度增加到高温(例如，1400℃)。再生温度可能难以控制，并且最终劣化PF 72。劣化可以包括PF 72产生泄漏(例如，裂纹)和/或孔，这可以导致更多的碳烟在排气道48中向下游流动，经过PF 72，从而增加车辆排放。

导致微粒过滤器劣化的其它因素包括车辆振动和润滑油灰分。由于PF 72暴露于极端温度循环(例如，在车辆关闭时的1400℃燃烧温度至环境温度)引起的部件的膨胀(即，降低的稳定性)，车辆振动可以使PF 72内的脆性部件劣化。润滑油灰分可以包含金属氧化物，其可以与PF 72反应并且形成阶段(例如，微粒过滤器的部分被劣化，而其它部分保持功能性)，最终劣化微粒过滤器的至少一部分。

次级流组件80被显示为在PF 72下游沿排气道48布置。次级流组件80包括在最靠近PF 72的次级流组件80的端部处安置在排气道48内的入口82。次级流组件80进一步包括在距PF 72最远的次级流组件80的相对端部处安置在排气道48内的出口84。入口82和出口84流体地耦接到位于入口82和出口84之间的碳烟传感器86。碳烟传感器86被配置成捕获从排气道48转移至次级流组件80的排气中的碳烟。在一个示例中，碳烟传感器86捕获的碳烟是已经流过PF 72的碳烟。因此，当PF 72受损(例如，劣化或满载碳烟)时，碳烟传感器86可以捕获更多的碳烟。碳烟传感器86可以变成满载碳烟，其中加热元件90可以被激活以加热碳烟传感器86。当由转动速度传感器160测量的转动速度超过阈值转动速度时，碳烟传感器86可以被确定为满载的。另外，满载的碳烟传感器86可以指示PF 72的状态，如下所述。

控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在该特定示例中被示为只读存储器芯片106(例如，非暂时性存储器)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108，不失效存储器(KAM)110和数据总线。控制器12可以从耦接到发动机10的传感器接收各种信号，除了之前讨论的那些信号之外，还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；来自耦连至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自感测曲轴40的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；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通过控制器12从曲轴位置传感器118产生。歧管压力信号还提供进气歧管44中的真空或压力的指示。需注意，上述传感器的各种组合可以被使用，诸如没有MAP传感器的MAF传感器，或者反之亦然。在发动机操作期间，可以根据MAP传感器122的输出和发动机转速推断发动机扭矩。此外，该传感器与检测的发动机转速一起可以是用于估计进入汽缸的充气(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可以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执行的非暂时性指令，用于实现以下描述的方法以及预料到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，并且采用图1的各种致动器以基于接收的信号和存储在控制器12的存储器上的指令来调整发动机操作。在一个示例中，响应于从次级流组件80的碳烟传感器86接收的信号，控制器12改变发动机操作以限制车辆的扭矩输出。在另一示例中，响应于碳烟传感器86是满载的，控制器12激活加热元件90。

如本领域技术人员鉴于本公开将理解的，下面在流程图中描述的特定程序可以表示任何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、多线程和诸如此类。因此，示出的各种动作或功能可以以示出的程序执行、并行执行或在其他情况中被省略。同样地，处理的顺序不是实现特征和优点所必须需要的，而是为了便于说明和描述而提供。虽然未明确示出，但是根据所使用的特定策略，可以重复地执行所示出的动作或功能中的一个或多个。此外，这些附图图形地表示被编程到控制器12中的计算机可读存储介质内的将要通过控制器结合发动机硬件执行的代码，如图1中所示。

图2A示出并入次级流组件80中的碳烟传感器86的外部侧面透视图200。图2B示出碳烟传感器86的内部侧面透视图250。具体地，图2B示出图2A中所示的碳烟传感器86的相同侧面的透视图，除了在图2B中，碳烟传感器86的部分是透明的，暴露碳烟传感器86的内部。图2A和图2B因此可以在本文的描述中一起描述。

轴线系统290被示出为包括三个轴线，即平行于水平方向的x轴、平行于竖直方向的y轴、以及垂直于x轴和y轴的z轴。轴线系统290可以用来描述次级流组件80的部件的相对定位。次级流组件80和/或其部件的“高度”可以用来限定部件沿着y轴的范围。类似地，次级流组件80的部件的“长度”可以用来指部件沿着x轴的物理范围。沿着z轴的部件的物理范围可以被称为“宽度”。切割平面M-M'限定了图3A和3B中所示的次级流组件80的剖视图。

碳烟传感器86可以包括外主体210，外主体210包括位于第一圆形表面214和第二圆形表面之间的弯曲表面212。在一个示例中，弯曲表面212、第一表面214和第二表面是连续的。在视图200中，第二表面被弯曲表面212和第一表面214挡住。第二表面基本上与第一表面214相同，其中两个表面包括相同的半径。第一表面214和第二表面关于弯曲表面212彼此相对。第一表面214和第二表面彼此平行，并且物理地耦接到弯曲表面212的相对的周向边缘。这样，在一个示例中，外主体210是圆柱体。外主体210可以是其他合适的形状，例如截头圆锥体。因此，弯曲表面212的横截面在沿着x轴的水平方向上(根据由箭头299所示的重力的方向)沿着由y轴和z轴定义的平面(例如，或者平行于切割平面M-M')是圆形的。在一个示例中，平行于切割平面M-M'截取的弯曲表面212的横截面与平行于切割平面M-M'的弯曲表面212的任何其它横截面基本上相同。

外主体210可以由诸如塑料、金属、金属合金等的合适的材料构成。外主体210的表面(例如，弯曲表面212、第一表面214和第二表面)可以经由焊接、熔融、粘合剂或其它合适的耦接元件物理地耦接到彼此。外主体210可以限定碳烟传感器86的中空内部。因此，排气可以从第二排气组件80的碳烟传感器86流到主排气道(例如，排气道48)，其中主排气道中的排气可以从尾管流出到环境大气。但是，在一个示例中，排气可以不直接从次级流组件80流到环境大气。因此，外主体210的表面彼此气密地密封并且使排气流不能透过。换句话说，在一个示例中，排气可以分别仅经由入口82和出口进入和/或离开碳烟传感器86。

进入碳烟传感器86的排气可以使碳烟传感器86的内部中的可旋转装置旋转。因此，碳烟传感器86可以包括位于第一表面214上的第一衬套(bushing)220，以及位于第二表面上的与第一衬套220直接相对的第二衬套，其中衬套被配置成耦接到可旋转装置。第一衬套220突出穿过第一表面214的开口，并且可以与开口密封接触，使得排气不通过第一表面214和第一衬套220之间的接口流到环境大气。衬套被定位在旋转轴线295上。

图2B示出类似于图2A的视图200的碳烟传感器86的内部侧面透视图250，但是与视图200的不同之处在于弯曲表面212和第一表面214被示出为透明的。以这种方式，示出了碳烟传感器86的内部和第二表面216。

第二表面216包括第二衬套222，该第二衬套222沿着旋转轴线295定位在第一衬套220正对面。第二衬套222与第一衬套220基本上相同。因此，类似于第一表面214的第一衬套220的突起，第二衬套222突出穿过第二表面216。圆柱形杆226沿着旋转轴线295可旋转地耦接到第一衬套220和第二衬套222。在一个示例中，杆226(以及因此旋转轴线295)沿着碳烟传感器86的中心而被定位，使得从杆226到弯曲表面212测量的所有距离(例如，半径)基本上相等。

杆226包括具有多个轮和/或板的桨轮240。在一个示例中，存在加号形状(plus-shape)配置的恰好四个正方形板。但是，已经预期到其它数量的板。在其他示例中，板可以是其他形状，例如三角形、矩形、圆形、菱形、椭圆形等。基于不同数量的板或板中的每个之间的不同间隔，桨轮240可以是其他合适的形状。例如，桨轮240可以是x形、五边形、六边形等。板经由沿着板的边缘的焊接、插入、熔融、粘合剂或其它耦接元件中的一个或多个的组合而被固定地耦接到杆226。板的其它边缘与弯曲表面212、第一表面214和第二表面216中的一个或多个接触。

此外，在一个示例中，桨轮240包括金属丝网，使得排气可以流过板。板在板的一侧或两侧上可耦接到过滤材料。在一个示例中，过滤材料的组成可以与次级流组件80上游的排气道48中的微粒过滤器(例如，图1的实施例中的PF 72)基本上相同。具体地，板包括在相对于顺时针方向(平行于箭头296)的板的上游表面上的陶瓷过滤材料。因此，当排气流入板中时，排气可以在流过板的金属丝网之前接触过滤材料。排气压在板上，其中由排气施加的力使板(和杆226)在类似于箭头296的方向上绕旋转轴线295转动。此外，排气可以将碳烟和/或PM沉积在板的过滤材料上。在一些示例中，桨轮240的板可以包括过滤材料。

如图所示，板可以将碳烟传感器86的内部分成隔室(例如，象限)。由于板和过滤材料的孔隙率，隔室被流体地耦接到彼此。因此，一个隔室中的排气可以流入不同的隔室中。

在一些示例中，桨轮240可以使排气流不能透过。在这样的示例中，隔室彼此流体地分离，使得第一隔室中的排气不与第二不同隔室中的排气混合。因此，隔室中的一个隔室中的排气可以被流体地耦接到碳烟传感器86的出口或入口，而其他隔室可以基于桨轮240的旋转位置而与出口和入口流体地密封。

因此，图2A和图2B示出具有碳烟传感器的次级流组件，碳烟传感器具有圆柱形主体和位于其中的旋转板。旋转板与圆柱形主体可旋转地接合，使得排气在从碳烟传感器流出之前旋转板。板被配置成具有能够捕获排气中的碳烟和/或PM的过滤材料，其中碳烟可以积聚在过滤材料上。碳烟传感器捕获的碳烟是已经通过次级流组件上游的微粒过滤器泄漏的碳烟。板的转动速度可以由位于碳烟传感器中的传感器测量，其中转动速度至少基于沉积在板的过滤材料上的碳烟的量。因此，次级流组件上游的微粒过滤器的状况可以基于碳烟传感器中的板的转动速度而被估计。

图3A和图3B示出碳烟传感器86的桨轮240可以与通过碳烟传感器86的示例排气流一起被调整到的示例位置。因此，图3A和图3B示出当桨轮240被调整到不同的旋转位置时桨轮240在碳烟传感器86内的相对定位。图3A和图3B示出次级流组件80和碳烟传感器86的剖视图，其中横截面是沿图2的线M-M’截取的。图3A和3B示出当排气流过碳烟传感器86时桨轮240的旋转进展。

桨轮240基于碳烟传感器86的出口84和入口82的之间的压力差而被旋转，其中当排气流过出口84时，由于邻近出口84产生真空，出口84的压力低于入口82的压力。这允许排气压在桨轮240中的一个或多个上以使桨轮240移动。因此，当排气流过碳烟传感器86时，排气可以使桨轮240在顺时针方向上(由箭头296示出)围绕旋转轴线(例如，平行于杆226)旋转。因此，桨轮240可以机械地旋转而不使用电气部件。

桨轮240的转动速度可以至少基于排气质量流量。因此，随着排气质量流量增加，桨轮240的转动速度也可以增加。相反，如果排气质量流量减少，则桨轮240的转动速度可以降低。在一些示例中，排气质量流量可以对应于发动机负荷，使得可以对于给定的发动机负荷确定估计的转动速度。桨轮240的转动速度可以进一步基于积聚在桨轮240上的碳烟的量，如上所述。桨轮240的阈值转动速度可以基于发动机负荷，其中阈值转动速度随着发动机负荷增加而增加。因此，如果在给定的发动机负荷下桨轮240的转动速度大于阈值转动速度，则碳烟传感器86的桨轮240可能超载碳烟(例如，碳烟负荷大于阈值碳烟负荷)。这可以发信号通知加热装置(例如，图1的实施例中的加热装置90)对桨轮240进行再生。此外，以大于阈值转动速度的速度旋转的桨轮240可以指示微粒过滤器(例如，在图1的实施例中所示的主排气道48中的微粒过滤器72)的过载。下面在图4中描述用于响应于桨轮240的转动速度确定桨轮240的转动速度连同确定微粒过滤器的状态的方法。

此外或可替代地，桨轮240可以至少部分地由耦接到杆226的马达280致动。在桨轮240的一些实施例中，可以不包括马达280。马达280可以被电耦接到碳烟传感器86，用于在碳烟传感器86内旋转桨轮240。马达280可以与控制器(例如，图1的实施例中的控制器12)电通信，并且可以基于从控制器接收的信号旋转桨轮240。具体地，响应于增加的发动机负荷，控制器可以向马达280发送信号使桨轮240以增加的速度旋转，以允许排气流过碳烟传感器86，从而限制排气背压在次级流组件80中的积聚。马达280可以是任何合适的致动器，诸如液压，电动，气动，机电或其他类型的致动器。桨轮240的转动速度可以基于发动机操作通过马达280来调整。具体地，转动速度可以基于发动机负荷，碳烟负荷，EGR流速和其他状况中的一个或多个而被调整。作为示例，桨轮240的转动速度可以随着发动机负荷的增加、碳烟负荷的增加和EGR流速的减少而增加。相反，桨轮240的转动速度可以随着发动机负荷的减小，排气背压的增加和EGR流速的增加而减小。在其中桨轮240由马达280调整的这种示例中，当板过载碳烟时，桨轮240仍可以大于阈值转动速度的速度旋转。因此，板可以比由马达280设定的目标速度更快地旋转。此外或可替代地，可以基于驾驶的车辆里程，通过碳烟传感器86的排气质量流量，持续时间，碳烟传感器86下游的排放传感器等中的一个或多个，来估计碳烟负荷。

图3A和图3B示出沿着次级流组件80定位的碳烟传感器86的剖视图。因此，入口82和出口84被定位在碳烟传感器86的弯曲表面212的相对侧上，同时桨轮240位于二者之间。具体地，入口82被定位在弯曲表面212的上游侧上，并且出口84被定位在相对于进入的排气流的大致方向(由箭头398所示)的弯曲表面212的下游侧上。弯曲表面212包括对应于入口82和出口84的开口，以允许排气分别进入和离开碳烟传感器86。入口82和出口84沿着公共水平轴线在碳烟传感器86的中心轴线395上方并且平行于碳烟传感器86的中心轴线395对准。在一些示例中，入口82和出口84可以不对准(例如，在不同的高度)，使得它们对于车轮在地面上的车辆而言是竖直(轴向)不相等的(根据由箭头299所示的重力方向)，在一个示例中。

以这种方式，弯曲表面212被划分为包括上部圆弧320和下部圆弧322。上部圆弧320位于与入口82和出口84对应的开口上方和其之间。下部圆弧322位于与入口82和出口84对应的开口下方和其之间。上部圆弧320在长度上比下部圆弧322短，使得下部圆弧322跨越弯曲表面212的周界的一半。上部圆弧320跨越不包括开口和下部圆弧322的弯曲表面212的周界的剩余部分。

当排气进入碳烟传感器86时，其接触可旋转地位于碳烟传感器86中的弯曲表面212的上部圆弧320和下部圆弧322之间的桨轮240。具体地，桨轮240具有四个板和/或轮，其包括具有第一过滤材料343的第一板342、具有第二过滤材料345的第二板344、具有第三过滤材料347的第三板346以及具有第四过滤材料349的第四板348。过滤材料中的每种过滤材料物理地耦接到桨轮240的一个板的上游面。在图3A的示例中，当排气(由箭头330示出)进入碳烟传感器86时，第一过滤材料343面向入口82(例如，进入的排气流的方向)。因此，当排气流入碳烟传感器86时，排气可以在接触桨轮240的板的金属丝网之前接触过滤材料。在一个示例中，进入碳烟传感器86的排气流入隔室(例如，象限)，并且在流出碳烟传感器86和进入出口84之前使板旋转。在其中桨轮240使排气流不能透过的实施例中，排气保持在单个象限中，并且不流到相邻的象限。此外，排气旋转其相应的象限，直到象限与出口84对准，使得排气可以离开碳烟传感器86。

桨轮240中的每个分开角θ₂。在一个示例中，角θ₂恰好为90°，使得相邻板彼此垂直(例如，第一板342和第二板344)，并且彼此相对的板是平行的(例如，第二板344和第四板348)。在一些示例中，角θ₂可以大于90°(如果存在少于四个板，例如，如果存在三个板，则θ₂可以是120°)，或者角θ₂可以小于90°(如果存在多于四个板，例如，如果有五个板，则θ₂可以是72°)。角θ₁是从杆226到上部圆弧320的边缘测量的角，上部圆弧320的边缘对应于上部圆弧320的弧长。在一个示例中，角θ₁大于角θ₂。因此，如果角θ₂增加，则角θ₁可以对应地增加。以这种方式，角θ₁大于在桨轮240的相邻板之间测量的最大角。因此，第一板342，第二板344，第三板346和第四板348中的一个或多个可以在桨轮240的任何位置处与上部圆弧320接合。在一个示例中，桨轮240中的至少一个在桨轮240的任何旋转位置中与上部圆弧320接合。另外，在桨轮240的旋转的一些位置期间，桨轮240的两个板可以同时与上部圆弧320接合。以这种方式，排气在流出碳烟传感器86之前流过桨轮的至少一个板以及板的对应的过滤材料。

因此，碳烟传感器86被配置成接收排气，并且允许排气在流过出口84并回到主排气道(例如，图1的排气道48)之前使桨轮240旋转。

现在将分别描述图3A和图3B。图3A和图3B示出当样本排气流流过碳烟传感器86时桨轮240的旋转。

现在转到图3A，其示出次级流组件80的第一实施例300，其被配置成包括碳烟传感器86，同时桨轮240处于第一旋转位置中，其中第二板344和第四板348平行于中心轴线395。因此，第一板342和第三板346垂直于中心轴线395。第一板342与上部圆弧320接合，并且第二板344、第三板346和第四板348与下部圆弧322接合。排气从入口82(由箭头330所示)流入碳烟传感器86，其中排气进入第一板342和第四板348之间的第一象限352。第一象限352中的排气可以流到其他象限，包括在第一板342和第二板344之间的第二象限354、在第二板344和第三板346之间的第三象限356、以及在第三板346和第四板348之间的第四象限358。在所示的旋转位置中，第一象限352直接地流体耦接到入口82，并且第二象限354直接地流体耦接到出口84。在一个示例中，排气可以独立于桨轮240的旋转位置(由箭头333示出)流过桨轮240并流出碳烟传感器86。排气在流出碳烟传感器86并进入出口84之前可以流过至少第一板342。此外，排气可以在离开碳烟传感器86之前流过至少第一象限352和第二象限354。

如图所示，进入第一象限352的排气流的一部分压在第一板342和/或第一过滤材料343上(例如，如箭头332所示)。接触第一过滤材料343的排气可以将一些碳烟沉积到第一过滤材料343上。排气的剩余部分流过第一板342和第一过滤材料343并进入出口84。此外或可替代地，来自第一象限352的排气可以在进入出口84之前流入碳烟传感器86的任何其它象限。当排气离开碳烟传感器86时，出口84附近的压力减小，这可以进一步使排气能够旋转桨轮240。

可替代地，在所示示例中，如果桨轮240使排气流不能透过，则当桨轮240处于第一旋转位置中时，仅第二象限354中的排气可以流入出口84。因此，第一象限352中的排气可以不流入出口84或流入其他象限。当其象限流体地耦接到出口84时，在象限中的排气可以流过出口84。

现在转到图3B，其示出了碳烟传感器86的第二实施例325，其中桨轮240处于第二旋转位置中。应当理解，多个旋转位置可以发生在图3A的第一实施例300中的第一旋转位置和第二旋转位置之间。因此，本公开中描述的旋转位置是示例旋转位置。在第二旋转位置中，所有桨轮240相对于中心轴线395倾斜(例如，45°的角度)。因此，第一板342和第四板348与上部圆弧320接合，并且第二板344和第三板346与下部圆弧322接合。因此，进入碳烟传感器86(由箭头360所示)的排气流在流入出口82之前至少流过第四板348、第四过滤材料349、第一过滤材料343和第一板342。进入碳烟传感器86(由箭头360示出)的排气压在第四板348和第一板342上(由箭头362所示)。压在第四板348上或穿过第四板348的排气可以将碳烟沉积在第四过滤材料349上。一旦排气在通过第四板348和第四过滤材料349之后到达第一板342，排气可以进一步将碳烟沉积在第一过滤材料343上。如图所示，排气流362可以辅助排气流332压在第一板342上并使桨轮240旋转。当桨轮240聚集附加的碳烟时，板在较小负荷条件下可以比桨轮更快得旋转。

图4示出包括次级流组件80和排气道48的系统400。因此，先前介绍的部件在后续附图中被类似地编号，并且可以不被重新介绍。在这个实施例中，次级流组件80包括配置有桨叶的示例可旋转桨轮240，该桨叶具有被配置成捕获位于其上的碳烟的基板，如上所述。

排气道48位于圆柱形排气管402内，用于通过平行于箭头398的方向的尾管将来自发动机(例如，图1的发动机10)的气体(例如，排气)引导到环境大气。因此，排气管402被配置成防止排气流到环境大气，直到排气到达尾管。排气管402包括与次级流组件80的入口82和出口84对应的两个开口。如图所示，入口82和出口84突出穿过排气管402的整个厚度并进入排气道48。具体地，入口82突出到排气道48中，在排气管402远侧超过排气道48的中心轴线495。相反，对于其车轮在平坦的水平地面上的车辆，出口84突出到排气道48中，在排气管402近侧竖直地高于中心轴线495。入口82和出口84均与排气管402垂直相交。因此，入口82和出口84的竖直轴线垂直于中心轴线495。以这种方式，经由入口82转向至次级流组件80的排气垂直于箭头398流动。而且，经由出口84从次级流组件80流回到排气道48的排气也垂直于箭头398流动。

排气道48、入口82和出口84中的箭头描绘了排气流的方向。入口82被配置成经由位于面向进入的排气流的入口82上游面上的多个穿孔410接收进入排气流的一部分(由箭头430指示)。穿孔410的尺寸可以基本上相等。此外或可替代地，穿孔410可以彼此等距地间隔开。进入的排气流的一部分可以经由穿孔410进入入口82，如箭头432所示，而进入的排气流的剩余部分流动经过入口82，如箭头434所示。在一个示例中，进入入口82的排气部分的质量小于流动经过入口82的排气部分的质量(箭头434)。因此，在一个示例中，排气道48中的大部分排气在入口82周围流动并且不进入入口82。

入口82被进一步配置为基本上防止较大的微粒和水滴(由圆圈436示出)进入碳烟传感器86。较大的微粒和水滴可能撞击到碳烟传感器86的表面上，并且降低碳烟传感器86提供的结果的精确度。在一个示例中，由于与较小微粒相比较大微粒的更大动量，较大微粒可能撞击到入口82的下游表面上。此外，进入入口82的排气中的水蒸汽可以冷凝到排气道48之外的入口82的部分上。这可能是由于远离排气道48的入口82的部分和排气道48中的入口82的部分之间的温度差。具体地，在排气道48之外的入口82的部分可以是比水蒸汽的露点温度更低的温度。因此，水蒸汽可以在入口82中从排气中冲出，并且朝向排泄孔412沿着入口82向下流动。因此，冷凝水(例如，液滴)可以在与入口82中的排气流相反的方向上(例如，分别向下，与向上相反)流出入口82。此外，冷凝水可以将已经撞击到入口82内侧的表面上的较大微粒从排泄孔412扫出。以这种方式，基本上防止较大的微粒和水滴到达碳烟传感器86。

入口82中的排气在流过弯曲部452之前流过入口82的竖直部分450，在弯曲部452中排气在与竖直部分450中的排气流成角度的方向上转动。排气在弯曲部452之后流过水平部分454，其中水平部分454中的排气流动至碳烟传感器86。水平部分454平行于x轴，并且竖直部分450平行于y轴，使得这些部分彼此垂直。

在一些示例中，竖直部分450可以比弯曲部452和水平部分454更热。这可能是由于竖直部分450更接近排气道48。因此，水滴可以在弯曲部452中或附近冷凝。如图所示，水平部分454与排气管402间隔开。

排气经由水平部分454进入碳烟传感器86，其中排气接触第一板342、第二板344、第三板346和第四板348中的一个或多个。桨轮240在其捕获来自排气的碳烟时旋转。

在一个示例中，桨轮240的转动速度可以由速度传感器确定。也可以使用用来确定转动速度的其它装置和/或方法。作为示例，桨轮240的转动速度可以基于出口84中的排气流速来推断。转动速度可以基于发动机负荷、EGR流速、桨轮碳烟负荷、缸内压力和其它状况中的一个或多个的组合而变化。在一个示例中，转动速度可以随着发动机负荷的增加、EGR流速的减小、桨轮碳烟负荷的增加以及缸内压力的增加而增加。因此，当桨轮240的转动速度超过阈值转动速度时，桨轮240的板可能满载碳烟。阈值转动速度可以基于改变转动速度的一个或多个状况(例如，发动机负荷，EGR流速，缸内压力等)的组合。作为示例，与低发动机负荷相比，在高发动机负荷下的阈值转动速度更高。

当桨轮的转动速度超过阈值转速时，加热元件90可以用来对桨轮240进行再生。加热元件90可以被集成到桨轮240的板的基板(过滤材料)中，其中加热元件90过滤桨轮240的材料。通过这样做，过滤材料上的存储碳烟的至少一些可以被烧掉，并且经由进入的排气流从碳烟传感器86扫出。加热元件90可以包括但不限于温度传感器和加热器。用于形成加热元件90的加热器和温度传感器的可能材料可以包括铂、金、钯和诸如此类；以及包括前述材料中的至少一种与铂/氧化铝、铂/钯、铂和钯的合金、氧化物和组合。具体地，在板的微粒物质负荷或碳烟负荷高于阈值负荷(例如，或者桨轮240的转动速度大于阈值转动速度)时的状况期间，加热元件90可以被操作以燃烧来自板的过滤材料的积聚碳烟微粒。在PM传感器再生期间，控制器12可以向电压源470提供电压，这是操作加热元件90所需要的。此外，控制器12可以使开关472闭合一段阈值时间，以经由电压源470将电压施加到加热元件90，以升高桨轮240的温度。随后，当板足够清洁时(例如，响应于转动速度小于或等于阈值再生转动速度)，控制器12可以打开开关472以停止对加热元件90的加热。通过间歇地对碳烟传感器86进行再生，其可以返回到更适合于收集排气碳烟的状况(例如，空载的或仅部分负载的状况)。此外，可以从传感器再生推断出与排气碳烟水平有关的准确信息，并且该信息可以被控制器12使用，用于诊断微粒过滤器中的泄漏，如下所述。

排气经由出口84的水平管464离开碳烟传感器86。当排气在与水平管464中的排气流的方向成角度的方向上流动时，水平管464中的排气进入弯曲部462。然后，排气进入出口84的竖直管460，其中排气在与水平管464中的排气流的方向垂直的方向上流动。竖直管460中的排气在转动并且基本上平行于箭头398流动之前在与排气道中的排气流的方向(箭头398)垂直的方向上流入排气道中。如图所示，竖直管460中的排气在与入口82的竖直部分450中的排气流的方向相反的方向上流动。

以这种方式，排气可以从主排气道转向至次级排气流组件，其中排气被引导到碳烟传感器。包括微粒过滤材料的可旋转桨轮被配置成在同时旋转时捕获次级流组件中的排气流中的碳烟。桨轮的转动速度随着桨轮上的碳烟负荷的增加而增加。基于当前发动机负荷以及其他当前发动机状况(例如，EGR流量、空燃比等)，可以比较转动速度与阈值转动速度。如果在给定发动机负荷下桨轮的转动速度超过阈值转动速度，则桨轮过载有碳烟。加热元件被激活以加热桨轮并且烧掉一些存储的碳烟。在一个示例中，桨轮的过载也可以指示主排气道中的次级流组件上游的微粒过滤器(例如，排气道48中的PF 72)的过载。此外或可替代地，可以测量桨轮和/或微粒过滤器的连续的再生之间的时间间隔，并且将其与阈值时间间隔相比较以确定微粒过滤器的劣化，如下所述。

现在转到图5，示出了用于经由比较次级流组件的桨轮的再生时间间隔与阈值时间间隔来确定主发动机排气道中的微粒过滤器是否劣化(例如，泄漏和/或烧毁)的方法500。基于存储在控制器的存储器上的指令，并且结合从发动机系统的各种传感器(诸如上面参考图1、图2A、图2B和图3描述的传感器)接收的信号，实现方法500的指令可以由控制器(例如，图1中所示的控制器12)来执行。根据下面描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。

可以参考上面所述的部件描述方法500，更具体地，参考关于图1、图2A和图2B的发动机10、控制器12、微粒过滤器72、次级流组件80、排气道48和桨轮240。

方法500开始于502，以确定、估计和/或测量当前发动机操作参数。当前发动机操作参数可以包括发动机负荷、发动机转速、EGR流速、车辆速度、歧管真空、节气门位置、排气压力以及空燃比。

在504，方法500包括估计次级流组件的碳烟传感器中的桨轮的转动速度。碳烟传感器中的速度传感器可以用来估计转动速度。可替代地或此外，可以使用在次级流组件的出口中的排气压力传感器，其中基于测量的排气压力可以计算桨轮的转动速度。可替代地或此外，排气压力传感器可以位于次级流组件的入口中。其他系统和方法可以用来估计桨轮的转动速度。如上所述，桨轮的转动速度可以基于发动机负荷和桨轮的碳烟负荷中的一个或多个的组合。

在506，方法500包括确定桨轮的转动速度是否大于阈值转动速度。阈值转动速度可以基于在给定发动机负荷下桨轮的转动速度，其中桨轮的碳烟负荷小于阈值碳烟负荷。作为示例，与低发动机负荷相比，阈值转动速度在高发动机负荷下较高。因此，与低发动机负荷相比，桨轮在高发动机负荷下更快地旋转。当桨轮的碳烟负荷小于阈值碳烟负荷(例如，部分负载或空载)时，桨轮可以处于适于捕获碳烟的状况。因此，阈值碳烟负荷可以基于其中桨轮不能充分捕获碳烟的桨轮碳烟负荷。如果碳烟负荷超过阈值碳烟负荷，则由于桨轮的质量增加(例如，由于积聚的碳烟)，桨轮的转动速度超过阈值速度，从而在给定的发动机负荷下增加桨轮的转动速度。

如果转动速度小于阈值转动速度，则方法500前进到508，以保持当前发动机操作，并且继续监测桨轮的转动速度。方法500还维持电耦接到桨轮的电路以保持打开。例如，控制器12发信号以维持如图4中所示的电压源470的开关472打开，使得不发生桨轮240的再生。

如果转动速度大于阈值转动速度，则方法500前进到510，以通过闭合电压源来激活加热元件，以便对桨轮进行再生。例如，控制器12发信号以将电路电压源470的开关472致动到闭合位置，以允许加热元件90加热桨轮的过滤材料和/或板。如上所述，通过加热桨轮，桨轮的温度可以足够高，以烧掉积聚在桨轮的过滤材料上的碳烟中的一些或全部。

在一个示例中，开关保持在闭合位置，直到再生完成。完全再生可以包括烧掉存储在桨轮的过滤材料上的基本上所有的碳烟。部分再生可以包括烧掉存储在桨轮的过滤材料上的一些碳烟。完全再生可以比部分再生更长。在512，方法500包括终止再生。响应于桨轮的转动速度等于或小于阈值转动速度，可以终止再生，阈值转动速度可以对应于部分再生。可替代地，一旦转动速度达到阈值再生转动速度，就可以完成再生。阈值再生转动速度基于在给定发动机负荷下完全空载的(例如，无碳烟)桨轮的转动速度。阈值再生转动速度可以对应于桨轮的完全再生。在一些示例中，阈值再生转动速度小于阈值转动速度。在一些实施例中，此外或可替代地，再生可以在设定的持续时间(例如，20秒)之后终止。持续时间可以基于用来将转动速度降低到阈值转动速度以下的再生时间的平均量。

此外或可替代地，当桨轮的转动速度超过阈值转动速度时，方法500可以进一步开始主排气道中的微粒过滤器(例如，排气道48中的微粒过滤器72)的再生。以这种方式，微粒过滤器和桨轮可以同时再生。对微粒过滤器进行再生可以包括调整一个或多个发动机状况的组合，其包括延迟燃料喷射，增加燃料喷射压力，延迟火花，增加空燃比等。在一些示例中，通过以这种方式调整发动操作，也可以在不激活加热元件的情况下对桨轮进行再生。响应于踩加速器踏板，发动机操作可以返回到标称发动机操作(例如，化学计量空燃比，期望的燃料喷射正时，期望的燃料喷射压力，最佳火花正时等)。因此，微粒过滤器和桨轮的再生可以同时开始和终止。在其他示例中，微粒过滤器的再生可以由耦接到微粒过滤器的加热元件实现。在一个示例中，响应于桨轮的再生被终止，可以终止微粒过滤器的再生。在另一示例中，响应于微粒过滤器的直接上游和微粒过滤器的直接下游之间的压力差小于阈值差，可以终止微粒过滤器的再生。以这种方式，微粒过滤器上游的背压被充分地减小，使得排气可以以期望的流速流过过滤器。桨轮的再生还可以响应于PF的上游和下游的压力差小于阈值差而被终止。在一些示例中，桨轮和微粒过滤器可以彼此独立地再生。

在514，方法500包括确定桨轮的上次再生和当前再生之间的时间间隔。上次的再生被定义为直接在当前再生事件之前发生的再生事件。基于上次再生的开始和当前再生的开始之间的持续时间(例如，120分钟)，可以计算时间间隔。当主排气道中的微粒过滤器变得劣化并捕获较少的碳烟时，时间间隔可以小于先前的时间间隔。例如，由于高的再生温度，道路状况等，微粒过滤器产生泄漏，这可以允许更大量的碳烟流到桨轮，从而导致桨轮的更频繁的再生。

在516，方法500确定测量的时间间隔是否小于阈值时间间隔。阈值时间间隔可以基于设置的阈值(例如，200分钟)、测量的上次时间间隔、或测量的上次时间间隔的百分比(例如，上次时间间隔的50％)。此外，阈值时间间隔可以基于指示时间间隔正在减小并且桨轮以增加的速率再生的阈值。此外或可替代地，阈值时间间隔可以基于发动机操作参数来调整。例如，阈值时间间隔可以随着发动机负荷的增加而减小。

如果时间间隔不小于阈值时间间隔，则方法500前进到508，以维持当前发动机操作，并且继续监测桨轮的转动速度。

如果时间间隔小于阈值时间间隔，则方法500前进到518，以指示(例如，标记)次级流组件中的桨轮上游的主排气道的微粒过滤器劣化。微粒过滤器正在劣化的指示可以包括调整发动机操作，以及激活指示灯520(例如，以便向车辆操作者指示微粒过滤器劣化且需要被更换)。

作为示例，控制器(例如，控制器12)可以发信号通知发动机的各种致动器(例如，发动机10的节气门62)限制发动机的扭矩输出，以减少产生的排气从而满足排放标准。作为另一示例，此外或可替代地，方法500可以提前火花正时和燃料喷射中的一个或多个，增加空燃比和/或增加EGR。通过增加到发动机的一个或多个汽缸的EGR流量，(一个或多个)燃烧混合物温度被降低，并且燃料喷射的量可以被减少。通过这样做，从发动机的一个或多个汽缸排出的碳烟的量可以被减少。

因此，图5的方法提供一种方法，其包括将排气从主排气道转向至次级流组件，其中次级流组件被配置成具有包括可旋转桨轮的碳烟传感器。桨轮包括耦接到其板和/或轮中的每个的至少一个过滤材料。该方法包括当转动速度超过阈值转动速度时，基于桨轮的估计的转动速度来调整发动机操作。转动速度基于桨轮的碳烟负荷，其中由桨轮捕获的碳烟已经流经主排气道中的微粒过滤器。

该方法进一步包括：在满足微粒过滤器再生条件时的第一状况期间并且响应于时间间隔大于阈值时间间隔，经由延迟火花和降低空燃比中的一个或多个的组合来对发动机排气管中的微粒过滤器进行再生；以及在第二状况期间并且响应于时间间隔小于阈值时间间隔，向操作者指示微粒过滤器的劣化并且调整发动机致动器以减小扭矩输出。

图6描绘了操作顺序600，其示出对于与次级流组件(例如，如图1所示的次级流组件80)一起操作的发动机的示例结果。线602表示次级流组件的桨轮是否正在再生，线604表示桨轮的转动速度，虚线605表示阈值再生转动速度，并且虚线606表示阈值转动速度，线608表示主排气道中的微粒过滤器是否劣化，线610表示桨轮碳烟负荷，并且线612表示桨轮的阈值碳烟负荷。双头箭头I1，I2和I3表示桨轮的上次再生和当前再生之间的测量的时间间隔。每个曲线图的水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧到图的右侧增加。

图6本质上是例示性的，并且桨轮的再生之间的时间间隔可以大于或小于所示的时间间隔。此外或可替代地，主排气道中的微粒过滤器的劣化可以在阈值里程(例如，25,000英里)内发生。

在t1之前，桨轮不是正在被再生，如线602所示。因而，桨轮的加热元件不起作用。桨轮的转动速度小于阈值转动速度，如分别由线604和606所示。位于排气管中的微粒过滤器未劣化，如线608所示。桨轮碳烟负荷相对低并且低于阈值碳烟负荷，分别如线610和612所指示。如图所示，由于转动速度至少部分地取决于桨轮碳烟负荷，因此转动速度和桨轮碳烟负荷基本上相同。对于恒定的发动机负荷，桨轮碳烟增加可以导致类似的转动速度增加。因此，转动速度可以用作桨轮的碳烟负荷的指标。

在t1，桨轮碳烟负荷超过阈值碳烟负荷，并且转动速度超过阈值转动速度。作为响应，电耦接到桨轮的加热元件的电压源的开关闭合，以开始桨轮的再生。由于随后的再生尚未发生，排气管中的微粒过滤器未劣化。

在t1之后且在t2之前，桨轮的再生继续。随着桨轮再生，从桨轮的过滤材料上烧掉碳烟，并且因此转动速度和碳烟负荷减小。如上所述，再生可以在预定时间量之后终止，或者其可以基于转动速度降低到如605处所示的阈值再生转动速度以下而终止，该阈值再生转动速度低于在606处示出的阈值转动速度。在其他示例中，桨轮的再生可以进行预定时间量(例如20秒)。随着再生发生，转动速度和桨轮碳烟负荷降低到相对低的转动速度和碳烟负荷。在一个示例中，在转动速度降低到阈值再生转动速度以下之后终止再生可以对应于完全再生。此外，当转动速度处于阈值转动速度和阈值再生转动速度之间时终止再生可以对应于部分再生。排气管中的微粒过滤器未劣化。

在t2，如上所述，响应于转动速度降低到阈值再生转动速度以下，经由将加热元件的电压源的开关致动到打开位置，终止桨轮的再生。桨轮上的微粒负荷开始增加(例如，碳烟被捕获到桨轮上而没有被燃烧)。排气管中的微粒过滤器未劣化。

在t2之后且在t3之前，转动速度和桨轮碳烟负荷分别朝向阈值转动速度和阈值碳烟负荷增加。再生保持停用。排气管中的微粒过滤器未劣化。

在t3，桨轮碳烟负荷超过阈值碳烟负荷。同样，转动速度超过阈值转动速度。作为响应，开始桨轮的再生。在桨轮再生过程期间，测量当前桨轮再生的开始和上次的桨轮再生的开始之间的时间间隔，如I1所示。因此，I1测量t1和t3之间的时间间隔。如上所述，如果时间间隔小于阈值时间间隔，则排气管的微粒过滤器可能劣化。在该示例中，I1大于阈值时间间隔，并且排气管中的微粒过滤器未劣化。附图的示例中的时间间隔被描绘为阈值时间量。如上所述，阈值时间间隔可以基于发动机状况而变化，或者可以基于在连续的再生之间的先前时间间隔。例如，阈值时间间隔可以基本上等于先前时间间隔的三分之二。

作为示例，如果先前的时间间隔等于60分钟，则下一个测量的时间间隔的阈值时间间隔可以等于40分钟。如果下一个时间间隔小于40分钟，则微粒过滤器可以劣化。

在t3之后且在t4之前，由于转动速度大于阈值再生转动速度，桨轮的再生继续。随着再生发生，转动速度和桨轮碳烟负荷分别降低到相对低的转动速度和相对低的负荷。

在t4，如上所述，由于转动速度降低到小于阈值再生转动速度的转动速度，经由将加热元件的开关致动到打开位置，终止桨轮的再生。桨轮上的微粒负荷相对低(例如，基本上等于零)。此外，转动速度开始增加。

在t4之后且在t5之前，转动速度和桨轮碳烟负荷分别继续增加到相对高的转动速度和高负荷。由于转动速度小于阈值转动速度，所以再生保持停用。

在t5，桨轮碳烟负荷超过阈值碳烟负荷。因此，转动速度超过阈值转动速度。作为响应，开始桨轮的再生。类似于I1的测量来测量I2，除了I2测量t5和t3之间的时间间隔。I2大于阈值时间间隔，并且排气管中的微粒过滤器未劣化。

在t5之后且在t6之前，由于转动速度大于阈值再生转动速度，桨轮的再生继续。随着再生发生，转动速度和桨轮碳烟负荷分别降低到相对低的转动速度和相对低的负荷。

在t6，如上所述，响应于转动速度降低到阈值再生转动速度以下，经由将电路的开关致动到打开位置，终止桨轮的再生。桨轮上的微粒负荷相对低。

在t6之后且在t7之前，转动速度和桨轮碳烟负荷分别继续增加到相对高的转动速度和高负荷。再生不起作用。

在t7，桨轮碳烟负荷超过阈值碳烟负荷，并且转动速度超过阈值转动速度。作为响应，开始桨轮的再生。I3测量t7和t5之间的时间间隔。I3小于阈值时间间隔，并且因此，排气管中的微粒过滤器被确定为劣化，如线608所示。响应于时间间隔减少到阈值时间间隔以下，控制器可以指示主排气道中的微粒过滤器的劣化。此外，响应于劣化的微粒过滤器，控制器(例如，控制器12)可以调整发动机操作。调整可以包括如上面关于图5所述的打开指示灯和限制车辆扭矩输出中的一个或多个。

在t7之后且在t8之前，由于转动速度大于阈值再生转动速度，桨轮的再生继续。当再生发生时，转动速度和桨轮碳烟负荷分别降低到相对低的速度和相对低的负荷。排气管中的微粒过滤器保持劣化。

在t8，如上所述，响应于转动速度降低到阈值再生转动速度以下，经由将加热元件的开关致动到打开位置，终止桨轮的再生。由于控制器做出调整以减少碳烟输出，桨叶上的微粒负荷保持低。因此，转动速度保持低的。

在t8之后，维持调整，并且桨轮碳烟负荷和转动速度保持在相对低的值。排气管道中的微粒过滤器保持劣化。

以这种方式，通过将排气的一部分从主排气道转向至次级流组件，次级流组件中的包括桨轮的碳烟传感器可以用来确定在次级流组件上游的主排气道中的微粒过滤器的劣化。此外，与将碳烟传感器放置在主排气道中相比，通过旋转桨轮并将其放置在次级流组件中，增加桨轮上的碳烟沉积均匀性。因此，增加桨轮的灵敏度和/或可靠性，并且排气管道中的微粒过滤器可以被更准确地确定为劣化或未劣化。使排气朝向碳烟传感器流到次级流组件的技术效果是确定主排气道中的微粒过滤器的状况(例如，劣化或未劣化)以满足排放标准。桨轮的转动速度可以与阈值转动速度进行比较，其中如果桨轮的转动速度超过阈值转动速度，则桨轮满载碳烟。响应于转动速度增加超过阈值转动速度，桨轮可以被再生。随着连续再生的开始之间的时间间隔减小，主排气道中的微粒过滤器可以被指示为劣化。

一种方法，其包括，将排气从排气管转向至排气管之外的并联的排气路径，其中排气路径包括在固定壳体中耦接到过滤材料的可旋转板，以及基于板的转动速度调整发动机操作。该方法的第一示例进一步包括，其中转动速度与板的碳烟负荷相关联，并且其中响应于转动速度大于阈值转动速度，对板进行再生。任选地包括第一示例的方法的第二示例进一步包括其中调整发动机操作进一步基于板的连续的上次再生事件和当前再生事件之间的时间间隔小于阈值时间间隔。任选地包括第一示例和/或第二示例的方法的第三示例进一步包括其中时间间隔从上次再生事件的开始到当前再生事件的开始测量。任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个的方法的第四示例进一步包括其中排气管经由排气路径的入口管和出口管流体地耦接到排气路径，并且其中入口管包括设置在排气管的内部之内的入口管的一部分上的一个或多个穿孔。任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个的方法的第五示例进一步包括其中使排气流过板的固定壳体，壳体的入口被定位成直接在固定壳体的出口对面，同时板位于其之间。任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个的方法的第六示例进一步包括其中将排气从排气管转向至排气路径进一步包括在将排气返回到排气管中的排气道之前，使排气流过固定壳体中的板中的至少一个板。任选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个的方法的第七示例进一步包括其中板是正方形的，并且过滤材料包括被配置成捕获排气流中的碳烟的微粒过滤器基板。任选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个的方法的第八示例进一步包括其中板是多孔的。

第二示例方法，其包括基于发动机排气管中的微粒过滤器的劣化来调整发动机操作，基于沿着安置在发动机排气管之外的次级通道定位的圆柱形壳体中的旋转过滤器的第一再生和第二再生之间的时间间隔，确定劣化。第二示例方法的第一示例进一步包括其中辅助通道的入口和出口耦接到在微粒过滤器下游的发动机排气管，并且其中入口和出口在相等的轴向高度处物理地耦接到圆柱形壳体。任选地包括第一示例的第二示例方法的第二示例进一步包括其中旋转过滤器是加号形状，并且其中旋转过滤器的侧边与圆柱形壳体的内表面接合。任选地包括第一示例和/或第二示例的第二示例方法的第三示例进一步包括其中对旋转过滤器进行再生响应于旋转过滤器的转动速度大于阈值转动速度，并且其中阈值转动速度基于发动机负荷、EGR流速和空燃比中的一个或多个的组合。任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个的第二示例方法的第四示例进一步包括：其中在满足微粒过滤器再生条件时的第一状况期间并且响应于时间间隔大于阈值时间间隔，经由延迟火花和降低空燃比中的一个或多个的组合来对发动机排气管中的微粒过滤器进行再生；以及，在第二状况期间并且响应于时间间隔小于阈值时间间隔，向操作者指示微粒过滤器的劣化并且调整发动机致动器以减小扭矩输出。

一种包括排气道的发动机排气系统，该发动机排气系统包括具有多个板的中空圆柱形壳体，所述多个板被配置成在排气流过圆柱形壳体时旋转，所述板具有与其耦接的碳烟捕集材料。系统的第一示例进一步包括其中排气在流出圆柱形壳体之前流过板中的至少一个板。任选地包括第一示例的系统的第二示例进一步包括其中圆柱形壳体包括上部圆弧和下部圆弧，并且其中板中的至少一个板独立于板的旋转位置与上部圆弧接合，并且板中的至少第二不同的板独立于板的旋转位置与下部圆弧接合。任选地包括第一示例和/或第二示例的系统的第三示例进一步包括其中多个板中的每个板之间的角小于与上部圆弧的弧长对应的角。任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个的系统的第四示例进一步包括其中圆柱形壳体不具有除了通道的入口和出口之外的额外入口和不同出口。任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个的系统的第五示例进一步包括其中电子控制器具有在发动机操作期间响应于板的转动速度来调整发动机操作参数的指令。

需注意，包括在本文的示例控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时存储器中，并且可以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实现。本文描述的特定程序可以表示任何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、多线程和诸如此类。因此，说明的各种动作、操作和/或功能可以以说明的顺序执行、并行执行或在其他情况下被省略。同样地，处理的顺序不是实现本文所描述的示例实施例的特征和优点所必须需要的，而是为了便于说明和描述被提供的。根据使用的特定策略，可以重复地执行示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以用图表表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器内的代码，其中通过结合电子控制器在包括各种发动机硬件部件的系统中执行指令来实现描述的动作。

应该理解，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应视为限制性意义，因为许多变化是可能的。例如，以上技术可以被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其它的发动机类型。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/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

下面的权利要求特别指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能指代“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这类权利要求应该被理解为包括一个或更多这类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多这类元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而要求保护。这类权利要求，无论是更宽于、更窄于、等于或不同于原始的权利要求的范围，也被视为包括在本公开的主题之内。

Claims (20)

1.一种方法，其包括：

将排气从排气管转向至所述排气管之外的并联的排气路径，其中所述排气路径包括在固定壳体中耦接到过滤材料的可旋转板；以及

基于所述板的转动速度，调整发动机操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述转动速度与所述板的碳烟负荷相关联，并且其中响应于所述转动速度大于阈值转动速度，对所述板进行再生。

3.根据权利要求1所述的方法，其中调整发动机操作进一步基于所述板的连续的上次再生事件和当前再生事件之间的时间间隔小于阈值时间间隔。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述时间间隔从所述上次再生事件的开始到所述当前再生事件的开始测量。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述排气管经由所述排气路径的入口管和出口管流体地耦接到所述排气路径，并且其中所述入口管包括设置在所述排气管的内部之内的所述入口管的一部分上的一个或多个穿孔。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使排气流过所述板的所述固定壳体，所述壳体的入口被定位成直接在所述固定壳体的出口对面，同时所述板位于其之间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中将排气从所述排气管转向至所述排气路径进一步包括在将所述排气返回到所述排气管中的排气道之前，使所述排气流过所述固定壳体中的所述板中的至少一个板。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述板是正方形的，并且所述过滤材料包括被配置成捕获排气流中的碳烟的微粒过滤器基板。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述板是多孔的。

10.一种方法，其包括：

基于发动机排气管中的微粒过滤器的劣化调整发动机操作，基于沿着安置在所述发动机排气管之外的次级通道定位的圆柱形壳体中的旋转过滤器的第一再生和第二再生之间的时间间隔，确定所述劣化。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述次级通道包括耦接到所述微粒过滤器的下游的所述发动机排气管的入口和出口，并且其中所述入口和所述出口在相等的轴向高度处物理地耦接到所述圆柱形壳体。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述旋转过滤器是加号形状，并且其中所述旋转过滤器的侧边与所述圆柱形壳体的内表面接合。

13.根据权利要求10所述的方法，其中对所述旋转过滤器进行再生响应于所述旋转过滤器的转动速度大于阈值转动速度，并且其中所述阈值转动速度基于发动机负荷、EGR流速和空燃比中的一个或多个的组合。

14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括，

在满足微粒过滤器再生条件时的第一状况期间并且响应于所述时间间隔大于阈值时间间隔，经由延迟火花和减少空燃比中的一个或多个的组合，对所述发动机排气管中的所述微粒过滤器进行再生；以及

在第二状况期间，并且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劣化，并且调整发动机致动器以减小扭矩输出。

15.一种发动机排气系统，其包括：

排气道，其包括具有多个板的中空圆柱形壳体，所述多个板被配置成在排气流过所述圆柱形壳体时旋转，所述板具有与其耦接的碳烟捕集材料。

16.根据权利要求15所述的系统，其中排气在流出所述圆柱形壳体之前流过所述板中的至少一个板。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述圆柱形壳体包括上部圆弧和下部圆弧，并且其中所述板中的至少一个板独立于所述板的旋转位置与所述上部圆弧接合，并且所述板中的至少第二不同的板独立于所述板的所述旋转位置与所述下部圆弧接合。

18.根据权利要求17所述的系统，其进一步包括所述多个板中的每个板之间的角小于与所述上部圆弧的弧长对应的角。

19.根据权利要求15所述的系统，其中所述圆柱形壳体不具有除所述排气道的入口和出口之外的附加入口或不同出口。

20.根据权利要求15所述的系统，其进一步包括电子控制器，其具有用于在发动机操作期间响应于所述板的转动速度调整发动机操作参数的指令。