CN115492706A - 自校准发动机空气过滤器寿命监测系统 - Google Patents

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CN115492706A CN202210563303.9A CN202210563303A CN115492706A CN 115492706 A CN115492706 A CN 115492706A CN 202210563303 A CN202210563303 A CN 202210563303A CN 115492706 A CN115492706 A CN 115492706A
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Abstract

一种确定内燃机空气过滤器的剩余使用寿命的自校准方法，包括：使用在低发动机速度和升高的发动机速度下捕获的压降、气流质量流率和温度数据，建立清洁空气过滤器的压降与气流质量流率的关系。该方法还包括使用清洁过滤器关系建立在预设最大气流下的最大清洁空气过滤器压降。该方法还包括使用在低发动机速度和升高的发动机速度下捕获的压降、气流质量流率和温度数据建立使用中空气过滤器的压降与气流质量流率关系。该方法还包括使用所述使用中过滤器关系确定在预设最大气流下的最大使用中空气过滤器压降。该方法还包括比较最大清洁空气过滤器压降和使用中空气过滤器压降以确定使用中空气过滤器的剩余使用寿命。

Description

自校准发动机空气过滤器寿命监测系统
技术领域
本公开涉及内燃机(ICE)空气过滤器寿命监测系统的自校准和空气过滤器使用寿命的确定。
背景技术
空气过滤器从空气流中过滤出颗粒物质。例如，用于内燃机的空气过滤器在将空气引入燃烧室之前过滤颗粒物质。随着时间的推移，颗粒物质积聚并堵塞过滤器。堵塞的空气过滤器可能导致发动机的低效操作，并且应当更换。
这种空气过滤器在历史上以间接的方式被监测，以确定它们何时应该被更换。例如，车辆从其上次空气过滤器更换以来行驶的距离通常用作用于确定何时更换空气过滤器的手段。使用行驶距离作为进行这种确定的基础主要依赖于车辆行驶的距离和车辆的空气过滤器被颗粒堵塞的速率之间的相关性。然而，车辆行驶的距离和过滤器堵塞程度之间的实际相关性广泛地受到诸如车辆操作环境中的微粒量的因素的影响。在干旱和半干旱地区，颗粒浓度可以高几个数量级。
因此，基于车辆所行驶的距离来确定何时更换车辆的空气过滤器的方法可能是不精确的。因此，期望提供用于基于更能代表过滤器堵塞程度的因素来确定空气过滤器的剩余使用寿命的方法和系统。已经开发了各种方法来确定空气过滤器的使用寿命。然而，这些方法经常需要昂贵的校准测试以产生每个车辆发动机组合的校准关系。
发明内容
一种自校准由电子控制器调节的内燃机(ICE)空气过滤器寿命监测系统的方法，包括在低ICE速度下获取由第一清洁空气过滤器压力、第一清洁空气过滤器气流质量流率和第一清洁空气过滤器温度限定的第一清洁空气过滤器数据集。第一清洁空气过滤器数据集通过经由电子控制器调节和询问相应的ICE传感器来获取。该方法还包括在升高的ICE速度下获取由第二清洁空气过滤器压力、第二清洁空气过滤器气流质量流率和第二清洁空气过滤器温度限定的第二清洁空气过滤器数据集。第二清洁空气过滤器数据集通过经由电子控制器调节和询问相应的ICE传感器来获取。该方法还包括经由电子控制器使用所获取的清洁空气过滤器第一和第二数据集建立清洁空气过滤器压降与气流质量流率的关系。该方法还包括使用清洁空气过滤器关系确定清洁空气过滤器的在预设最大气流质量流率下的最大清洁空气过滤器压降。
所述方法还包括在低ICE速度下获取由第一使用中空气过滤器压力、第一使用中空气过滤器气流质量流率和第一使用中空气过滤器温度限定的第一使用中空气过滤器数据集。第一使用中空气过滤器数据集通过经由电子控制器调节和询问相应的ICE传感器来获取。所述方法还包括在所述升高的ICE速度下获取由第二使用中空气过滤器压力、第二使用中空气过滤器气流质量流率和第二使用中空气过滤器温度限定的第二使用中空气过滤器数据集。第二使用中空气过滤器数据集通过经由电子控制器调节和询问相应的ICE传感器来获取。该方法还包括经由电子控制器使用所获取的使用中空气过滤器的第一数据集和第二数据集建立使用中空气过滤器压降与气流质量流率的关系。所述方法还包括使用所述使用中空气过滤器关系确定所述使用中空气过滤器在所述预设最大气流质量流率下的最大使用中空气过滤器压降。
该方法还包括经由电子控制器比较使用中空气过滤器的最大空气过滤器压降与清洁空气过滤器的最大压降，以计算在预设最大气流质量流率下的使用中空气过滤器压降相比于清洁空气过滤器压降的差。此外，该方法包括经由电子控制器确定并存储与计算出的压降差相对应的使用中空气过滤器的剩余使用寿命。
该方法还可包括在ICE关闭的情况下确定清洁空气过滤器下游的大气压力。在相同的实施例中，该方法还可包括确定在低ICE速度下的清洁空气过滤器压力，并且还经由计算在ICE关闭的情况下清洁空气过滤器下游的所确定的大气压力和在低ICE速度下的所确定的清洁空气过滤器压力之间的差来确定清洁空气过滤器压降。清洁空气过滤器的压降可以被校正为参考温度和压力。建立清洁空气过滤器关系还可包括使用在第一清洁空气过滤器气流质量流率下的所确定的清洁空气过滤器压降。
建立清洁空气过滤器的关系可以在两个阶段中完成。建立清洁空气过滤器的所述关系可以特别地包括在第一阶段中使用所获取的清洁空气过滤器第一和第二数据集和清洁空气过滤器压降来建立粗略清洁空气过滤器关系，以估计在第二清洁空气过滤器气流质量流率下的第二清洁空气过滤器压降。建立所述关系还可以包括生成第一二次方程以将第二清洁空气过滤器压降和第二清洁空气过滤器气流质量流率与粗略清洁空气过滤器关系拟合。另外，建立所述关系可包括在第二阶段中使用新的第一和第二数据集和第一二次方程建立最终清洁空气过滤器关系，以估计在最终第二清洁空气过滤器气流质量流率下的最终第二清洁空气过滤器压降。建立清洁空气过滤器关系还可包括生成第二二次方程，以使最终第二清洁空气过滤器压降和最终第二清洁空气过滤器气流质量流率与最终清洁空气过滤器关系拟合。
建立粗略和最终清洁空气过滤器关系可以包括收集多个数据对以改进清洁空气过滤器压降与气流质量流率的关系。建立粗略和最终清洁空气过滤器关系还可包括将收集的多个数据对组织在预定数量的仓中。建立粗略和最终清洁空气过滤器关系还可包括对每个相应仓中的数据对求平均。建立所述粗略的和最终的清洁空气过滤器关系可以进一步包括使用所述清洁空气过滤器的平均数据对来生成所述粗略的清洁空气过滤器关系的第一二次方程和所述最终的清洁空气过滤器关系的第二二次方程中的每一个。
生成第二二次方程可以包括确定第二二次方程的多项式系数。另外，确定清洁空气过滤器的最大空气过滤器压降可以包括使用最终清洁空气过滤器关系。
该方法还可包括在ICE关闭的情况下确定使用中空气过滤器下游的大气压力，以及在低ICE速度下确定使用中空气过滤器压力。该方法还可包括经由计算在ICE关闭的情况下的使用中空气过滤器下游的所确定的大气压力和在低ICE速度的情况下的所确定的使用中空气过滤器压力之间的差来确定使用中空气过滤器的压降。可将使用中空气过滤器压降校正到参考温度和压力。此外，建立使用中空气过滤器关系还可包括使用在第一使用中空气过滤器气流质量流率下确定的使用中空气过滤器压降。
建立使用中空气过滤器关系可以在两个阶段中完成。建立所述使用中空气过滤器关系可包括在第一阶段使用所获取的使用中空气过滤器的第一数据集和第二数据集以及所述使用中空气过滤器的压降来建立粗略使用中空气过滤器关系，以估计在所述第二使用中空气过滤器气流质量流率下的所述第二使用中空气过滤器压降。建立所述关系还可包括生成第一二次方程以使所述第二使用中空气过滤器压降和所述第二使用中空气过滤器气流质量流率与所述粗略使用中空气过滤器关系拟合。建立所述关系还可包括在第二阶段中使用新的第一和第二使用中空气过滤器数据集和所述第一二次方程建立最终使用中空气过滤器关系，以估计在所述第二使用中空气过滤器气流质量流率下的新的第二使用中空气过滤器压降。建立所述使用中的空气过滤器关系还可包括生成第二二次方程，以使新的使用中的第二空气过滤器压降和第二使用中空气过滤器气流质量流率与最终的使用中空气过滤器关系拟合。
建立粗略和最终使用中空气过滤器关系可包括收集多个数据对以改进使用中空气过滤器压降与气流质量流率的关系。建立粗略和最终使用中空气过滤器关系还可包括将所收集的多个数据对组织在预定数量的仓中，并在每个相应仓中平均数据对。建立所述粗略和最终使用中空气过滤器关系还可以包括使用所述使用中空气过滤器的平均数据对来生成所述粗略使用中空气过滤器关系的所述第一二次方程和所述最终使用中空气过滤器关系的所述第二二次方程中的每一个。
根据该方法，生成第二二次方程可以包括确定第二二次方程的多项式系数。另外，根据该方法，确定使用中空气过滤器的最大空气过滤器压降可包括使用最终使用中空气过滤器关系。
该方法还可包括当所计算的压降差等于或大于预定值时设定传感信号。预定值可以在2.3-2.5kPa的范围内。
本公开的另一实施例涉及一种用于内燃机(ICE)的自校准空气过滤器寿命监测系统。空气过滤器寿命监测系统包括进气系统，该进气系统具有与ICE流体连通的空气过滤器。空气过滤器寿命监测系统还包括电子控制器，该电子控制器构造成根据上述方法确定空气过滤器的剩余使用寿命。
本公开的另一实施例涉及一种非暂时性计算机可读介质，其具有存储在其上的用于内燃机(ICE)空气过滤器寿命监测系统的自校准的可执行指令。
本发明还包括如下方案：
方案1. 一种具有电子控制器的内燃机(ICE)空气过滤器寿命监测系统的自校准的方法，所述方法包括：
在低ICE速度下经由调节和询问相应的传感器来获取由第一清洁空气过滤器压力、第一清洁空气过滤器气流质量流率和第一清洁空气过滤器温度限定的第一清洁空气过滤器数据集；
在升高的ICE速度下经由调节和询问所述相应的传感器获取由第二清洁空气过滤器压力、第二清洁空气过滤器气流质量流率和第二清洁空气过滤器温度限定的第二清洁空气过滤器数据集；
经由所述电子控制器，使用所获取的清洁空气过滤器第一数据集和第二数据集建立清洁空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
使用所述清洁空气过滤器关系来确定所述清洁空气过滤器的在预设最大气流质量流率下的最大清洁空气过滤器压降；
在所述低ICE速度下经由调节和询问所述相应的传感器来获取由第一使用中空气过滤器压力、第一使用中空气过滤器气流质量流率和第一使用中空气过滤器温度限定的第一使用中空气过滤器数据集；
在所述升高的ICE速度下经由调节和询问所述相应传感器获取由第二使用中空气过滤器压力、第二使用中空气过滤器气流质量流率和第二使用中空气过滤器温度限定的第二使用中空气过滤器数据集；
经由所述电子控制器使用所获取的使用中空气过滤器的第一数据集和第二数据集建立使用中空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
使用所述使用中空气过滤器关系确定所述使用中空气过滤器的在所述预设最大气流质量流率下的最大使用中空气过滤器压降；
经由所述电子控制器比较所述清洁空气过滤器和所述使用中空气过滤器的所述最大空气过滤器压降，以计算在所述预设最大气流质量流率下的使用中空气过滤器压降相对于清洁空气过滤器压降的差；以及
经由所述电子控制器确定并存储与所计算的压降差相对应的所述使用中空气过滤器的剩余使用寿命。
方案2. 根据方案1所述的方法，还包括：
确定在ICE关闭的情况下所述清洁空气过滤器下游的大气压力；
确定在所述低ICE速度下的清洁空气过滤器压力；以及
经由计算在ICE关闭的情况下所述清洁空气过滤器下游的所确定的大气压力与在所述低ICE速度下的所确定的清洁空气过滤器压力之间的差来确定清洁空气过滤器压降；
其中建立所述清洁空气过滤器关系还包括使用在所述第一清洁空气过滤器气流质量流率下所确定的清洁空气过滤器压降。
方案3. 根据方案2所述的方法，其中建立所述清洁空气过滤器关系在两个阶段中完成，并且包括：
在第一阶段使用所获取的清洁空气过滤器第一数据集和第二数据集以及所述清洁空气过滤器压降来建立粗略清洁空气过滤器关系，以估计在所述第二清洁空气过滤器气流质量流率下的所述第二清洁空气过滤器压降；
生成第一二次方程以将所述第二清洁空气过滤器压降和所述第二清洁空气过滤器气流质量流率与所述粗略清洁空气过滤器关系拟合；
在第二阶段中使用新的第一和第二空气过滤器数据集以及所述第一二次方程建立最终清洁空气过滤器关系，以估计在最终第二清洁空气过滤器气流质量流率下的最终第二清洁空气过滤器压降；以及
生成第二二次方程，以将所述最终第二清洁空气过滤器压降和所述最终第二清洁空气过滤器气流质量流率与所述最终清洁空气过滤器关系拟合。
方案4. 根据方案3所述的方法，其中，建立所述粗略清洁空气过滤器关系和所述最终清洁空气过滤器关系包括：
收集多个数据对以改进清洁空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
将所收集的多个数据对组织在预定数量的仓中；
对每个相应仓中的数据对求平均；以及
使用所述清洁空气过滤器的平均数据对来生成所述粗略清洁空气过滤器关系的所述第一二次方程和所述最终清洁空气过滤器关系的所述第二二次方程中的每一个。
方案5. 根据方案4所述的方法，其中：
生成所述第二二次方程包括确定所述第二二次方程的多项式系数；以及
确定所述清洁空气过滤器的最大空气过滤器压降包括使用最终清洁空气过滤器关系。
方案6. 根据方案1所述的方法，还包括：
确定在所述ICE关闭的情况下的所述使用中空气过滤器下游的大气压力；
确定在所述低ICE速度下的使用中空气过滤器压力；以及
经由计算在所述ICE关闭的情况下所确定的所述使用中空气过滤器下游的大气压力与在所述低ICE速度下所确定的使用中空气过滤器压力之间的差值来确定使用中空气过滤器压降；
其中，建立所述使用中空气过滤器关系还包括使用在所述第一使用中空气过滤器气流质量流率下所确定的使用中空气过滤器压降。
方案7. 根据方案6所述的方法，其中建立所述使用中空气过滤器关系在两个阶段中完成，并且包括：
在第一阶段中使用所获取的使用中空气过滤器第一数据集和第二数据集以及所述使用中空气过滤器压降来建立粗略使用中空气过滤器关系，以估计在所述第二使用中空气过滤器气流质量流率下的所述第二使用中空气过滤器压降；
生成第一二次方程以将所述第二使用中空气过滤器压降和所述第二使用中空气过滤器气流质量流率与所述粗略使用中空气过滤器关系拟合；
在第二阶段中使用新的第一和第二使用中空气过滤器数据集以及所述第一二次方程建立最终使用中空气过滤器关系，以估计在所述第二使用中空气过滤器气流质量流率下的新的第二使用中空气过滤器压降；以及
生成第二二次方程，以将所述新的第二使用中空气过滤器压降和所述第二使用中空气过滤器气流质量流率与所述最终使用中空气过滤器关系拟合。
方案8. 根据方案7所述的方法，其中建立所述粗略使用中空气过滤器关系和最终使用中空气过滤器关系包括：
收集多个数据对以改进所述使用中空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
将所收集的多个数据对组织在预定数量的仓中；
对每个相应仓中的数据对求平均；以及
使用所述使用中空气过滤器的平均数据对来生成所述粗略使用中空气过滤器关系的所述第一二次方程和所述最终使用中空气过滤器关系的所述第二二次方程中的每一个。
方案9. 根据方案8所述的方法，其中：
生成所述第二二次方程包括确定所述第二二次方程的多项式系数；以及
确定所述使用中空气过滤器的最大空气过滤器压降包括使用所述最终使用中空气过滤器关系。
方案10. 根据方案1所述的方法，还包括当所计算的压降差等于或大于预定值时设定传感器信号。
方案11. 一种用于内燃机(ICE)的自校准空气过滤器寿命监测系统，包括：
进气系统，所述进气系统具有与所述ICE流体连通的空气过滤器；以及
电子控制器，所述电子控制器被构造成确定所述空气过滤器的剩余使用寿命并且被编程为：
在低ICE速度下获取由第一清洁空气过滤器压力、第一清洁空气过滤器气流质量流率和第一清洁空气过滤器温度限定的第一清洁空气过滤器数据集；
在升高的ICE速度下获取由第二清洁空气过滤器压力、第二清洁空气过滤器气流质量流率和第二清洁空气过滤器温度限定的第二清洁空气过滤器数据集；
使用所获取的清洁空气过滤器第一数据集和第二数据集建立清洁空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
使用所述清洁空气过滤器关系来确定所述清洁空气过滤器在预设最大气流质量流率下的最大清洁空气过滤器压降；
在所述低ICE速度下获取由第一使用中空气过滤器压力、第一使用中空气过滤器气流质量流率和第一使用中空气过滤器温度限定的第一使用中空气过滤器数据集；
在所述升高的ICE速度下获取由第二使用中空气过滤器压力、第二使用中空气过滤器气流质量流率和第二使用中空气过滤器温度限定的第二使用中空气过滤器数据集；
使用所获取的使用中空气过滤器第一数据集和第二数据集建立使用中空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
使用所述使用中空气过滤器关系确定所述使用中空气过滤器在所述预设最大气流质量流率下的最大使用中空气过滤器压降；
比较所述使用中空气过滤器和清洁空气过滤器的最大空气过滤器压降，以计算在所述预设最大气流质量流率下的使用中空气过滤器压降相对于清洁空气过滤器压降的差；以及
确定并存储与所计算的压降差相对应的使用中空气过滤器的剩余使用寿命。
方案12. 根据方案11所述的自校准空气过滤器寿命监测系统，其中所述电子控制器还被编程为：
确定在ICE关闭的情况下所述清洁空气过滤器下游的大气压力；
确定在所述低ICE速度下的清洁空气过滤器压力；
经由计算在所述ICE关闭的情况下所述清洁空气过滤器下游的所确定的大气压力与在所述低ICE速度下的所确定的清洁空气过滤器压力之间的差来确定清洁空气过滤器压降；以及
还使用在所述第一清洁空气过滤器气流质量流率下所确定的清洁空气过滤器压降来建立所述清洁空气过滤器关系。
方案13. 根据方案12所述的自校准空气过滤器寿命监测系统，其中所述电子控制器被编程为在两个阶段中建立所述清洁空气过滤器关系，并且所述电子控制器还被编程为：
在第一阶段使用所获取的清洁空气过滤器第一数据集和第二数据集以及所述清洁空气过滤器压降来建立粗略清洁空气过滤器关系，以估计在所述第二清洁空气过滤器气流质量流率下的所述第二清洁空气过滤器压降；
生成第一二次方程以将所述第二清洁空气过滤器压降和所述第二清洁空气过滤器气流质量流率与所述粗略清洁空气过滤器关系拟合；
在第二阶段中使用新的第一和第二空气过滤器数据集和所述第一二次方程建立最终清洁空气过滤器关系，以估计在最终第二清洁空气过滤器气流质量流率下的最终第二清洁空气过滤器压降；以及
生成第二二次方程，以将所述最终第二清洁空气过滤器压降和所述最终第二清洁空气过滤器气流质量流率与所述最终清洁空气过滤器关系拟合。
方案14. 根据方案13所述的自校准空气过滤器寿命监测系统，其中，为了建立所述粗略空气过滤器关系和所述最终清洁空气过滤器关系，所述电子控制器被编程为：
收集多个数据对以改进清洁空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
将所收集的多个数据对组织在预定数量的仓中；
对每个相应仓中的数据对求平均；以及
使用所述清洁空气过滤器的平均数据对来生成所述粗略清洁空气过滤器关系的所述第一二次方程和所述最终清洁空气过滤器关系的所述第二二次方程中的每一个。
方案15. 根据方案14所述的自校准空气过滤器寿命监测系统，其中，所述电子控制器还被编程为：
确定所述第二二次方程的多项式系数以生成所述第二二次方程；以及
使用所述最终清洁空气过滤器关系来确定所述清洁空气过滤器的最大空气过滤器压降。
方案16. 根据方案11所述的自校准空气过滤器寿命监测系统，其中所述电子控制器还被编程为：
确定在所述ICE关闭的情况下的所述使用中空气过滤器下游的大气压力；
确定在所述低ICE速度下的使用中空气过滤器压力；
经由计算在所述ICE关闭的情况下所确定的所述使用中空气过滤器下游的大气压力与在所述低ICE速度下所确定的使用中空气过滤器压力之间的差值来确定使用中空气过滤器压降；以及
还使用在所述第一使用中空气过滤器气流质量流率下的所确定的使用中空气过滤器压降来建立所述使用中空气过滤器关系。
方案17. 根据方案16所述的自校准空气过滤器寿命监测系统，其中，所述电子控制器被编程为在两个阶段中建立所述使用中空气过滤器关系，并且所述电子控制器还被编程为：
在第一阶段中使用所获取的使用中空气过滤器第一数据集和第二数据集以及所述使用中空气过滤器压降来建立粗略使用中空气过滤器关系，以估计在所述第二使用中空气过滤器气流质量流率下的第二使用中空气过滤器压降；
生成第一二次方程，以将所述第二使用中空气过滤器压降和所述第二使用中空气过滤器气流质量流率与所述粗略使用中空气过滤器关系拟合；
在第二阶段中使用新的第一和第二使用中空气过滤器数据集以及所述第一二次方程来建立最终使用中空气过滤器关系，以估计在所述第二使用中空气过滤器气流质量流率下的新的第二使用中空气过滤器压降；以及
生成第二二次方程，以将所述新的第二使用中空气过滤器压降和所述第二使用中空气过滤器气流质量流率与所述最终使用中空气过滤器关系拟合。
方案18. 根据方案17所述的自校准空气过滤器寿命监测系统，其中，为了建立所述粗略使用中空气过滤器关系和所述最终使用中空气过滤器关系，所述电子控制器被编程为：
收集多个数据对以改进使用中空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
将所收集的多个数据对组织在预定数量的仓中；
对每个相应仓中的数据对求平均；以及
使用所述使用中空气过滤器的平均数据对来生成所述粗略使用中空气过滤器关系的所述第一二次方程和所述最终使用中空气过滤器关系的所述第二二次方程中的每一个。
方案19. 根据方案18所述的自校准空气过滤器寿命监测系统，其中：
确定所述第二二次方程的多项式系数以生成所述第二二次方程；以及
使用所述最终清洁空气过滤器关系来确定所述使用中空气过滤器的最大空气过滤器压降。
方案20. 一种非暂时性计算机可读介质，其具有存储在其上的用于内燃机(ICE)空气过滤器寿命监测系统的自校准的可执行指令，所述可执行指令包括：
在低ICE速度下经由调节和询问相应的传感器来获取由第一清洁空气过滤器压力、第一清洁空气过滤器气流质量流率和第一清洁空气过滤器温度限定的第一清洁空气过滤器数据集；
在升高的ICE速度下经由调节和询问相应的传感器获取由第二清洁空气过滤器压力、第二清洁空气过滤器气流质量流率和第二清洁空气过滤器温度限定的第二清洁空气过滤器数据集；
经由所述电子控制器，使用所获取的清洁空气过滤器第一数据集和第二数据集建立清洁空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
使用清洁空气过滤器关系来确定所述清洁空气过滤器在预设最大气流质量流率下的最大清洁空气过滤器压降；
在所述低ICE速度下经由调节和询问相应的传感器来获取由第一使用中空气过滤器压力、第一使用中空气过滤器气流质量流率和第一使用中空气过滤器温度限定的第一使用中空气过滤器数据集；
在所述升高的ICE速度下经由调节和询问所述相应传感器获取由第二使用中空气过滤器压力、第二使用中空气过滤器气流质量流率和第二使用中空气过滤器温度限定的第二使用中空气过滤器数据集；
经由所述电子控制器使用所获取的使用中空气过滤器的第一数据集和第二数据集建立使用中空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
使用所述使用中空气过滤器关系确定所述使用中空气过滤器在所述预设最大气流质量流率下的最大使用中空气过滤器压降；
经由所述电子控制器比较所述清洁空气过滤器和所述使用中空气过滤器的所述最大空气过滤器压降，以计算在所述预设最大气流质量流率下的使用中空气过滤器压降相对于清洁空气过滤器压降的差；
经由所述电子控制器确定并存储与所计算的压降差对应的所述使用中空气过滤器的剩余使用寿命；以及
当所计算的压降差等于或大于预定值时，设定传感器信号。
本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点从对用于实现所描述的本发明的(一个或多个)实施例和(一个或多个)最佳模式的以下详细描述结合附图和所附权利要求将是显而易见的。
附图说明
图1是根据本公开的包括内燃机的车辆的示意图，该内燃机使用具有空气过滤器的进气系统并采用由电子控制器调节的自校准空气过滤器寿命监测系统。
图2是图1所示的进气系统和空气过滤器的示意性特写局部侧视图，示出了与电子控制器通信的压力、温度和气流质量流率传感器的布置。
图3是根据本公开的压降与气流质量流率的关系的曲线图，示出了清洁空气过滤器关系和使用空气过滤器关系经由空气过滤器寿命监测系统的两阶段发展。
图4是根据本公开的压降与气流质量流率的关系的曲线图，示出了在确定与计算的压降增量相对应的使用中空气过滤器的剩余使用寿命期间，所形成的清洁空气过滤器关系与所形成的使用中空气过滤器关系的比较。
图5示出了图1-图4所示的ICE空气过滤器寿命监测系统的自校准和使用中空气过滤器的剩余使用寿命的所确定的方法。
具体实施方式
参考附图，其中在所有附图中相同的附图标记对应于相同或相似的部件，图1示出了具有内燃机(ICE) 12的车辆10。如图1中所示，ICE 12包括构造成将气流（空气流，airflow）16从周围环境引导到发动机的燃烧室(未示出)的进气系统14。进气系统14包括与ICE 12流体连通的空气入口管道18，如图1和2所示。进气系统14还包括空气过滤器20，其通常容纳在空气过滤器壳体22 (如图1和2所示)内，并且在燃烧室的上游，用于从气流16中去除颗粒物质，例如外来颗粒和其他空气传播的碎屑。空气入口管道18构造成将气流16从周围环境引导到燃烧室，诸如经由进气歧管(未示出)。进气歧管又将气流16分配到燃烧室，以与适量的燃料混合，并随后使所得到的燃料-空气混合物燃烧。
通常，空气过滤器，诸如空气过滤器20，当处于其新的或清洁的状态时，允许引入的空气通过而在空气过滤器的上游侧和下游侧之间没有显著的压力差或压降(ΔP)。因此，清洁的空气过滤器可从空气流中移除颗粒物质，而不会在空气管道中产生显著的限制并堵塞发动机的空气供应。当空气过滤器被颗粒物质阻塞时，压降增加到限制开始不利地影响发动机效率的点，过滤器被认为已经达到其使用寿命的终点并且被推荐更换。在特定发动机的气流质量流率的期望范围内，新的和寿命终止的空气过滤器两端的压力差可以凭经验确定，诸如在实验室测试期间。实际压力和气流质量流率可以经由位于各自的进气系统内并与电子数据处理器通信的各自的传感器来确定或测量。
参照图2，车辆10还包括自校准空气过滤器寿命监测系统24。空气过滤器寿命监测系统24包括进气系统14，以及位于其中的气流质量流率传感器25-1、压力传感器25-2和空气温度传感器25-3。空气过滤器寿命监测系统24还包括电子控制器26，其与气流质量流率传感器25-1、压力传感器25-2和空气温度传感器25-3通信。电子控制器26与ICE 12操作性通信。电子控制器26可以是构造成调节车辆10上的各种功能的中央处理单元(CPU)或具有微处理器的专用电子控制单元(ECU)。在各种通信、处理和管理功能中，电子控制器26被构造（即，构造和编程）为确定空气过滤器20的剩余使用寿命。
为了支持空气过滤器20的剩余使用寿命的确定，电子控制器26特别地包括处理器和有形的非暂时性存储器，该存储器包括在其中编程的用于处理数据信号和执行命令的指令。存储器可以是参与提供计算机可读数据或处理指令的适当的可记录介质。这种可记录介质可以采用许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。用于电子控制器26的非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘和其他永久存储器。易失性介质可以包括例如动态随机存取存储器(DRAM)，其可以构成主存储器。编程到电子控制器26中的指令可以通过一个或多个传输介质传输，所述传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含联接到计算机的处理器的系统总线的线缆，或者经由无线连接来传输。
电子控制器26的存储器还可以包括软盘、硬盘、磁带、另一磁介质、CD-ROM、DVD、另一种光介质等。电子控制器26可以被构造或配备有其他所需的计算机硬件，诸如高速时钟、必需的模数(A/D)和/或数模(D/A)电路、输入/输出电路和设备(I/O)，以及适当的信号调节和/或缓冲电路。通常经由数字28表示的、电子控制器26所需的或可访问的子系统和算法可以存储在控制器的存储器中，并被自动执行以便于空气过滤器寿命监测系统24的操作。特别地，子系统和算法28可以包括库存模式，该库存模式被构造为监测进气系统14和/或以预定时间间隔询问进气系统，该时间间隔经由高速时钟测量。这样，电子控制器26包括非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质具有存储在其上的指令，当由一个或多个处理器执行时，该指令使得执行下面详细描述的一组功能。
电子控制器26可被编程以调节ICE 12的速度，从而获得用于清洁和使用中空气过滤器的数据，如下面详细描述的。电子控制器26被特别编程以通过获取进气系统的两组不同的数据来开始确定空气过滤器20的剩余使用寿命，所述两组不同的数据为以g/sec为单位的气流质量流率(经由气流质量流率传感器25-1)、以kPa为单位的相应空气压力(经由压力传感器25-2)和以摄氏度为单位的空气温度(经由空气温度传感器25-3)。电子控制器26可被编程为一旦车辆10已经过预定距离就开始确定空气过滤器20的剩余使用寿命，以确保车辆经受真实世界的操作条件。电子控制器26被特别编程以在ICE 12的稳态条件下获取两组不同的数据。通常，各种方法和硬件可被用于获取空气压力、温度和气流质量流率数据集，其然后可被用于确定发动机空气过滤器的剩余的有用使用寿命。
电子控制器26特别地包括构造成监测ICE 12和车辆10功能的子系统和算法28，包括指示ICE是运行还是关闭的发动机运行模式状态30、指示ICE是否以怠速操作的发动机怠速活动状态32、和指示排气排放系统催化剂是否已经达到热阈值的催化剂预热状态34。电子控制器26还包括经过时间计数器36，其被构造为记录车辆10已经处于使用中的总的经过时间。电子控制器26还监测车辆的里程表(未示出)，该里程表可以显示在车辆10的仪表板上，被构造为记录本车辆自新驾驶以来的总距离或里程。
参照图2，电子控制器26可另外编程为在车辆的仪表板上显示与使用中空气过滤器20的百分比剩余使用寿命的编码存储记录相对应的消息38。因此，消息38旨在向车辆10的使用者或维修技术人员报告使用中空气过滤器20的百分比剩余使用寿命。电子控制器26还可被编程以在计算出的压降差等于或大于预定值42 (诸如在2.3-2.5kPa的范围内)时，或者在使用中空气过滤器20的百分比剩余使用寿命等于或小于预定百分比阈值(诸如在0%-5%的范围内)时，设定传感信号40。这样，电子控制器26可包括非暂时性计算机可读介质，该介质具有存储在其上的可执行指令，并且特别地被构造为设置传感信号40。在任一情况下，传感信号40都旨在表示空气过滤器20已经被颗粒物质堵塞。换句话说，传感信号40旨在用于警告车辆的使用者和/或维修技术人员空气过滤器20已经达到其使用寿命的终点，并且建议更换空气过滤器。
图3和图4显示了压降(从大气压到由压力传感器25-2检测到的压力值)与由气流质量流率传感器25-1检测到的气流质量流率之间的关系的曲线图，该关系的曲线图被修正为100 kPa的参考环境压力和20℃的参考温度。图3和图4示出了清洁和使用中空气过滤器寿命关系的发展和建立，该关系为压降与气流质量流率之间的关系，如在两个不同的阶段（阶段1和阶段2）中的相应曲线中所体现的，这将在下面更详细地描述。图3示出了对于给定的ICE 12和车辆10构造来说的压降与气流质量流率的关系的清洁空气过滤器的自校准关系或曲线44。清洁空气过滤器自校准关系或曲线44的建立可以从阶段1开始，包括建立清洁空气过滤器自校准关系或曲线46的初始粗略估计，其在图3中被示出为由两个曲线46A和46B界定的区域。
清洁空气过滤器自校准关系或曲线46的初始粗略估计使用来自以低发动机速度(诸如怠速)操作的暖ICE 12的空气过滤器压降数据，以及用于接近目标低发动机速度条件的操作条件48的第一清洁空气过滤器数据集
Figure 32330DEST_PATH_IMAGE002
。使得大气压力项可以在随后的计算中被消除，操作条件48被特别地建立以允许在不直接检测大气压力的情况下建立清洁空气过滤器自校准关系或曲线46的初始粗略估计。操作条件48约束被施加在用于构建清洁空气过滤器自校准关系或曲线46的初始粗略估计的数据集上，因为一个数据集将代表接近暖ICE 12低发动机速度(例如，发动机怠速)条件的操作条件，由图3中所示的相对较小的数据范围表示，在此被定义为阶段1。随后，清洁空气过滤器自校准关系或曲线46的初始粗略估计可被用于结合具有超出暖ICE 12低发动机速度操作条件的M1C项的数据集来估计大气压力，如由图3中所示的相对较大的范围表示，在此被定义为阶段2。阶段2中M1C的较大范围使得具有较大气流质量流率值的数据的可用性增加，这又可被用于提高清洁空气过滤器自校准关系或曲线44的估计的准确性。
一旦满足车辆的设定里程表阈值50，空气过滤器寿命监测系统24就可以开始建立图3所示的清洁空气过滤器自校准关系或曲线44。空气过滤器寿命监测系统24设定该阈值50以增加车辆10在校准开始期间而不是在交付前阶段处于客户手中的可能性。例如，阈值50可以被设置为100km，以确保车辆经受真实世界的操作条件。在达到设定的里程表阈值50之前，空气过滤器寿命监测系统24将报告消息38，其在特定情况下指示使用中空气过滤器20的100%剩余使用寿命。
在图3所示的阶段1中，确定从大气压力到由压力传感器25-2在暖ICE 12低速条件下检测到的值的压降。暖ICE 12低速状况可以通过发动机运行模式状态30被设定为运行、并且发动机怠速激活状态32和催化剂预热状态34中的每一个被设定为真来限定。当电子控制器26确定满足暖ICE 12低发动机速度条件时，气流质量流率
Figure 808525DEST_PATH_IMAGE004
(经由气流质量流率传感器25-1检测)、相应的空气压力
Figure 57103DEST_PATH_IMAGE006
(经由压力传感器25-2检测)和空气温度
Figure 796520DEST_PATH_IMAGE008
(经由空气温度传感器25-3检测)记录在控制器存储器中。空气过滤器寿命监测系统24然后监测发动机运行模式状态30的转变或变化。如果发动机运行模式状态30在由计数器36检测到的校准的经过时间阈值内从运行转变为关闭，则电子控制器26记录空气压力
Figure 79734DEST_PATH_IMAGE010
(经由压力传感器25-2检测到)和空气温度
Figure 495672DEST_PATH_IMAGE012
(经由空气温度传感器25-3检测到)的数据。
发动机关闭时的空气压力数据对应于在该记录时刻的大气压力。怠速时（即，在必要的低发动机速度条件下）的压降或
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
特别地定义如下：
Figure 871028DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 804348DEST_PATH_IMAGE018
可以使用以下方程将计算的
Figure DEST_PATH_IMAGE020A
校正为100kPa的参考环境压力和20℃的参考温度：
Figure 83014DEST_PATH_IMAGE022
电子控制器26重复上述步骤从而以N次确定从大气压力到由压力传感器25-2在所述暖ICE 12低速状态下检测到的压力值的压降。次数N是预先设定的经验校准值，允许压降和气流质量流率平均值由以下方程确定：
Figure 919121DEST_PATH_IMAGE024
如图3中可见，压降与气流质量流率关系或曲线44和46中的每一个将与原点相交，其中零气流质量流率出现在零压降。图3中还示出了校正后的暖ICE 12低速(例如，怠速)状况
Figure 939030DEST_PATH_IMAGE026
52。
使用数据集建立第一初始粗略清洁空气过滤器自校准关系或曲线46，其中在具有相对低的气流质量流率的暖ICE 12低速条件下获得用于操作条件48 (图3中所示)的第一清洁空气过滤器数据集
Figure 144883DEST_PATH_IMAGE028
。在确定第一清洁空气过滤器数据集的预定时间帧t1内，以升高的ICE 12速度（即基本上高于怠速）获取用于操作条件56的第二清洁空气过滤器数据集
Figure 261743DEST_PATH_IMAGE030
。预定的时间帧t1旨在提供足够的时间量以允许气流质量流率和气流压力的显著变化，但环境条件没有显著变化。换句话说，可以选择预定的时间帧t1以最小化误差，否则该误差可能由于天气条件、地理海拔或其他因素的变化而导致大气压力的变化而引起。例如，预定的时间帧t1可以在2-8秒的范围内，以便于捕获较低气流质量流率M1C和较高气流质量流率M2C之间的最大间隔。
当获得用于操作条件48的第一清洁空气过滤器集
Figure 239058DEST_PATH_IMAGE032
时，其中M1C在图3所示的阶段1的窄带内约为
Figure 949525DEST_PATH_IMAGE034
，压降在校正到100kPa的参考环境压力和20℃的参考温度之后被近似为：
Figure 552545DEST_PATH_IMAGE036
此外，在校正到100 kPa的参考环境压力和20℃的参考温度之后，对于操作条件56，第二清洁空气过滤器数据集
Figure 38758DEST_PATH_IMAGE038
处的压降由下式给出：
Figure 577187DEST_PATH_IMAGE040
将方程(6)和(7)组合以消除Patm项(如上所述)，从而得到：
Figure 899584DEST_PATH_IMAGE042
图3示出了用于操作条件56的
Figure 447240DEST_PATH_IMAGE044
数据对。电子控制器26被编程为重复在暖ICE 12低速条件下收集具有带相对低的气流质量流率的一个数据集的数据集的过程，直到收集到用于代表性操作条件56的足够数量的数据对，其中M1C在阶段1的窄带内约为
Figure 289425DEST_PATH_IMAGE046
。因此，所收集的用于操作条件56的多个数据对被组织和存储在预定数量的分立仓中。电子控制器26然后可以将按气流质量流率的数据对存储在所述仓中，其中每个分立的仓存储在预定范围的气流质量流率值上的数据对。
电子控制器26可被编程以收集每个分立仓中的最小数量的
Figure 529914DEST_PATH_IMAGE048
数据对。电子控制器26可另外编程为如下地连续地对每个相应仓中的
Figure 74028DEST_PATH_IMAGE050
数据对进行平均：
Figure 425375DEST_PATH_IMAGE052
在上述关系(9)和(10)中，因子i表示第i个仓，并且因子j表示第i个仓中的第j个数据对。仓的数量不受限制，即，可以使用尽可能多或尽可能少的仓来映射所需数量的分立
Figure 43438DEST_PATH_IMAGE054
数据对。一旦所述仓具有足够的数据，初始二次曲线可以拟合到数据
Figure 834588DEST_PATH_IMAGE056
以建立具有零截距的初始粗略清洁空气过滤器自校准关系或曲线46，如下：
Figure 741364DEST_PATH_IMAGE058
方程(11)中的系数c1和c2表示在阶段1期间收集的清洁空气过滤器数据的回归最佳拟合。
在阶段2，电子控制器26可以使用方程(11)、清洁空气过滤器自校准关系或曲线46的初始粗略估计结合用于操作条件48的第一清洁空气过滤器数据集
Figure 755457DEST_PATH_IMAGE060
来估计大气压力，其中M1C项在较大的阶段2内，如图3中所示。电子控制器26可以在确定第一清洁空气过滤器数据集的预定的时间帧t1内获取用于在升高的ICE 12速度下的操作条件56的第二清洁空气过滤器数据集
Figure 696868DEST_PATH_IMAGE062
。电子控制器26可确定用于操作条件56的第二清洁空气过滤器数据集
Figure 888946DEST_PATH_IMAGE064
处的压降，包括校正到100 kPa的参考环境压力和20℃的参考温度，如下：
Figure 283018DEST_PATH_IMAGE066
图3示出了用于操作条件56的数据对
Figure 100801DEST_PATH_IMAGE068
。电子控制器26可以重复在阶段2中收集数据集的过程，在分立的预定仓中对数据进行分组和平均，如上文关于阶段1所述。接着，电子控制器26可以根据以下方程基于来自阶段2的数据的二次回归拟合建立最终的清洁空气过滤器关系或曲线44：
Figure 631140DEST_PATH_IMAGE070
方程(13)中的系数d1和d2表示阶段2中的清洁空气过滤器数据的回归最佳拟合。电子控制器26然后可以如下计算在预设最大气流质量流率Mmax下的外推的最大清洁空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE072A
58：
Figure 86130DEST_PATH_IMAGE074
例如，对于在峰值性能(例如，200gm/sec)下操作的特定ICE 12，可根据经验建立预设最大气流质量流率M max 。
在建立清洁空气过滤器关系或曲线44之后，一旦空气过滤器20处于使用中，电子控制器26就可启动对目标空气过滤器的监测和对使用中空气过滤器关系或曲线60 (图4中所示)的构建。对使用中空气过滤器20的监测和对使用中空气过滤器关系或曲线60的构建可以与清洁空气过滤器关系或曲线44的构建相同的方式开始。换句话说，使用中空气过滤器关系或曲线60可以使用两阶段过程来构建，从确定在低发动机速度例如怠速时的暖ICE12的压降开始，随后是阶段1初始粗略使用中空气过滤器曲线确定。
类似于所述清洁曲线开发，当相应的仓具有足够的数据时，初始二次曲线可以拟合到所述数据
Figure 967498DEST_PATH_IMAGE076
以建立如下的具有零截距的初始粗略使用中空气过滤器自校准曲线(类似于清洁过滤器自校准关系或曲线46)：
Figure 339705DEST_PATH_IMAGE078
方程(15)中的系数e1和e2表示在阶段1期间收集的使用中空气过滤器数据的回归最佳拟合。然后在阶段2期间的最终使用中空气过滤器关系或曲线
Figure 990129DEST_PATH_IMAGE080
60的确定由下式给出：
Figure 773277DEST_PATH_IMAGE082
方程(16)中的系数f1和f2表示阶段2使用中空气过滤器数据的回归最佳拟合。电子控制器26还可以如下计算在最大气流质量流率Mmax时外推的使用中空气过滤器压降
Figure 141942DEST_PATH_IMAGE084
62：
Figure 550795DEST_PATH_IMAGE086
参考图4，电子控制器26进一步被编程以将
Figure DEST_PATH_IMAGE088A
58、
Figure 383622DEST_PATH_IMAGE090
62与图2中所示的在Mmax处的预定的压降极限值
Figure DEST_PATH_IMAGE092A
64进行比较。
Figure DEST_PATH_IMAGE094A
64旨在用于表示空气过滤器20已经被颗粒物质阻塞并且处于其使用寿命的终点。例如，所述值
Figure DEST_PATH_IMAGE096A
64可以被设置为2.5 kPa。图4示出了在最大气流质量流率Mmax下空气过滤器寿命终止时的压降66，其等于
Figure DEST_PATH_IMAGE098A
58和值
Figure DEST_PATH_IMAGE100A
64之和。电子控制器26计算并存储使用中空气过滤器的剩余使用寿命(RULISAF)的比例或百分比，如下：
Figure 197992DEST_PATH_IMAGE102
换句话说，电子控制器26可以被编程以基于计算的ΔP将使用中空气过滤器20的剩余使用寿命确定为清洁空气过滤器的最大寿命的百分比。
图5示出了用于内燃机(ICE)的空气过滤器寿命监测系统24的自校准的方法100，并将在下面参照图1-图4进行描述。根据该方法，电子控制器26可被编程以调节ICE 12的速度，从而获得相关的清洁和使用中空气过滤器数据集，如参照图1-图4所述的，并将在下面进一步详细描述。方法100开始于框102。该方法可以通过经由与车辆里程表通信的电子控制器26验证已经满足设定的预定经过距离阈值50来开始确定空气过滤器20的剩余使用寿命。另外，在框102中，该方法可包括经由与相应的气流质量流率传感器25-1、压力传感器25-2和空气温度传感器25-3通信的电子控制器26确定气流质量流率、空气压力和空气温度。
在框102之后，方法前进到框104，以开始清洁空气过滤器关系或曲线44的构建。在框104中，方法包括在低ICE 12速度下（例如怠速）获取由第一清洁空气过滤器压力(P1C)、第一清洁空气过滤器气流质量流率(M1C)和第一清洁空气过滤器温度(T1C)定义的第一清洁空气过滤器数据集。第一清洁空气过滤器数据集的所述获取经由电子控制器26调节和询问压力传感器25-2、气流质量流率传感器25-1和空气温度传感器25-3来执行。从框104，该方法继续进行到框106，其中，该方法包括经由电子控制器26调节和询问相应的压力、气流质量流率和空气温度传感器，在升高的ICE速度下，获取由第二清洁空气过滤器压力(P2C)、第二清洁空气过滤器气流质量流率(M2C)和第二清洁空气过滤器温度(T2C)限定的第二清洁空气过滤器数据集。在框106之后，该方法前进到框108。在框108中，该方法包括经由电子控制器26使用所获取的清洁空气过滤器第一数据集和第二数据集来建立清洁空气过滤器压降与气流质量流率的关系。
在框108中，方法还可包括经由电子控制器26确定在ICE 12关闭的情况下清洁空气过滤器下游的大气压力并确定在低ICE 12速度下的清洁空气过滤器压力。在框108中，该方法还可包括确定清洁空气过滤器压降。如上文关于图1-图4所述，清洁空气过滤器压力降值可以被校正为100 kPa的参考环境压力和20℃的参考温度。确定清洁空气过滤器压降可特别地包括：经由计算在ICE 12关闭的情况下清洁空气过滤器下游的确定大气压力与在低ICE速度下的所确定的清洁空气过滤器压力之间的平均差来确定平均清洁空气过滤器压降值
Figure 178587DEST_PATH_IMAGE104
，如上文关于数学方程(1)至(5)所述。此外，在框108中，建立清洁空气过滤器关系可包括：使用在第一清洁空气过滤器气流质量流率(M1C)下的所确定的清洁空气过滤器压降
Figure 17230DEST_PATH_IMAGE106
。
如上文关于图1-图4所述，建立清洁空气过滤器关系可以在两个阶段中完成，即，阶段1和阶段2。特别地，建立清洁空气过滤器关系可以包括：使用获取的清洁空气过滤器第一和第二数据集和清洁空气过滤器压降
Figure 986454DEST_PATH_IMAGE108
建立阶段1中的粗略清洁空气过滤器关系，以估计在第二清洁空气过滤器气流质量流率(M2C)下校正到100 kPa的参考环境压力和20℃的参考温度的第二清洁空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE110
。建立清洁空气过滤器关系可以包括：生成第一二次方程以使第二清洁空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE111
和第二清洁空气过滤器气流质量流率(M2C)与粗略清洁空气过滤器关系拟合。建立清洁空气过滤器关系还可以包括：在阶段2中使用新的第一和第二清洁空气过滤器数据集和第一二次方程建立最终清洁空气过滤器关系，以估计在最终第二清洁空气过滤器气流质量流率(M2C)下校正为100 kPa的参考环境压力和20℃的参考温度的最终第二清洁空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE112
。另外，建立清洁空气过滤器关系可以包括：产生第二二次方程以使新的第二清洁空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE113
和第二清洁空气过滤器气流质量流率(M2C)与最终清洁空气过滤器关系拟合。
如上文关于图1-图4所述，建立粗略和最终清洁空气过滤器关系可包括：收集多个数据对
Figure DEST_PATH_IMAGE115
以另外改进估计的清洁空气过滤器压降与气流质量流率的关系。该方法还可包括将收集的多个数据对
Figure 875519DEST_PATH_IMAGE115
组织在预定数量的仓中，并在每个相应仓中平均
Figure DEST_PATH_IMAGE116
数据对。并且此外，该方法可以包括基于方程(9)和(10)使用用于每个第i个仓的清洁空气过滤器的平均的
Figure DEST_PATH_IMAGE118
数据对，以生成用于粗略清洁空气过滤器关系的第一二次方程(11)和用于最终清洁空气过滤器关系的第二二次方程(13)中的每一个。根据该方法，如上在方程(12)中所引用的，确定用于操作条件56的在第二清洁空气过滤器数据集
Figure DEST_PATH_IMAGE120
处的压降可以包括校正到100 kPa的参考环境压力和20℃的参考温度。如上文关于图1-图4所述，生成第二二次方程可以包括确定第二二次方程(11)的多项式系数c1和c2，以及确定清洁空气过滤器的最大清洁空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE122
包括使用最终清洁空气过滤器关系(13)。
在框108之后，该方法进行到框110。在框110中，该方法包括经由电子控制器26使用最终清洁空气过滤器关系(13)确定在预设最大气流质量流率(Mmax)下的清洁空气过滤器的最大清洁空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE123
。最大清洁空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE124
的确定在上面关于图1-图4进行了描述并且由数学关系(14)表示。在框110之后，即，在建立清洁空气过滤器关系或曲线44之后，并且一旦空气过滤器20已经投入使用，则方法前进到框112，以开始监测所述使用中空气过滤器。从框112开始，该方法采用电子控制器26以类似于清洁空气过滤器关系或曲线44的构造来构造使用中空气过滤器关系或曲线60。框112特别地包括在低ICE速度下经由电子控制器26获取由第一使用中空气过滤器压力
Figure DEST_PATH_IMAGE126
、第一使用中空气过滤器质量流量
Figure DEST_PATH_IMAGE128
和第一使用中空气过滤器温度
Figure DEST_PATH_IMAGE130
限定的第一使用中空气过滤器数据集。在框112之后，方法进行到框114。在框114中，所述方法包括经由电子控制器26在升高的ICE速度下获取由第二使用中空气过滤器压力
Figure DEST_PATH_IMAGE132
、第二使用中空气过滤器气流质量流率
Figure DEST_PATH_IMAGE134
和第二使用中空气过滤器温度
Figure DEST_PATH_IMAGE136
限定的第二使用中空气过滤器数据集。与清洁空气过滤器数据集一样，上述第一和第二使用中空气过滤器数据集的获取是经由电子控制器26调节和查询相应的压力传感器25-2、气流质量流率传感器25-1和空气温度传感器25-3来实现的。
在框114之后，该方法继续进行到框116。在框116中，该方法包括经由电子控制器26使用所获取的使用中空气过滤器的第一数据集和第二数据集来建立使用中空气过滤器压降与气流质量流率的关系。在框116中，方法还可包括经由电子控制器26确定在所述ICE12关闭的情况下使用中空气过滤器下游的大气压力。同样在框116中，该方法还可包括经由电子控制器26确定在低ICE速度例如怠速时的使用中空气过滤器压力。另外，在框116中，该方法可包括经由电子控制器26确定使用中空气过滤器压降。如关于清洁空气过滤器压降值的确定在上文描述的，空气过滤器压降值可以被校正为标准温度和压力。确定使用中空气过滤器压降可特别地包括：经由计算在所述ICE 12关闭的情况下使用中空气过滤器下游的确定大气压力与低ICE速度时确定使用中空气过滤器压力之间的平均差来确定平均空气过滤器压降值
Figure DEST_PATH_IMAGE138
，类似于数学方程(1)至(5)。此外，在框116中，建立使用中空气过滤器关系可包括：使用在第一使用中空气过滤器气流质量流率
Figure DEST_PATH_IMAGE140
下的所确定的使用中空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE142
。
如上文关于清洁空气过滤器关系的类似发展结合图1-图4所述，在框116中，使用中空气过滤器关系可以在两个相应的阶段（阶段1和阶段2）中完成。特别地，建立使用中空气过滤器关系可以包括：使用所获取的使用中空气过滤器第一数据集和第二数据集以及使用中空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE144
来建立阶段1中的粗略使用中空气过滤器关系，以估计在第二使用中空气过滤器气流质量流率
Figure DEST_PATH_IMAGE146
下校正到100 kPa的参考环境压力和20℃的参考温度的第二使用中空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE148
。在框116中，该方法还可包括产生第一二次方程以将第二使用中空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE150
和第二使用中空气过滤器气流质量流率
Figure DEST_PATH_IMAGE152
与粗略使用中空气过滤器关系拟合。另外，在框116中，该方法可包括使用新的第一和第二使用中空气过滤器数据集以及第一二次方程来建立阶段2中的最终使用中空气过滤器关系，以估计在第二使用中空气过滤器气流质量流率
Figure DEST_PATH_IMAGE154
下被校正到100 kPa的参考环境压力和20℃的参考温度的新的第二使用中空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE156
。此外，在框116中，该方法可包括生成第二二次方程，以使新的第二使用中空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE158
和第二使用中空气过滤器气流质量流率
Figure DEST_PATH_IMAGE159
与最终使用中空气过滤器关系拟合。
在框116中建立粗略和最终使用中空气过滤器关系可以包括：收集多个数据对
Figure DEST_PATH_IMAGE161
以另外改进估计的使用中空气过滤器压降与气流质量流率的关系。此外，建立粗略和最终使用中空气过滤器关系可以包括：在预定数量的仓中组织所收集的多个数据对
Figure DEST_PATH_IMAGE163
，并且在每个相应仓中平均数据对
Figure DEST_PATH_IMAGE165
。此外，类似于清洁空气过滤器关系的相应开发，建立粗略和最终使用中空气过滤器关系可包括：使用所述使用中空气过滤器的每个第i个仓的平均数据对
Figure DEST_PATH_IMAGE167
。然后，可以使用前述平均数据对
Figure DEST_PATH_IMAGE169
来生成用于粗略的使用中空气过滤器关系的第一二次方程(15)和用于最终使用中空气过滤器关系的第二二次方程(16)中的每一个。
另外，根据该方法，在框116中，生成第二二次方程可以包括确定第二二次方程的多项式系数。此外，确定使用中空气过滤器的最大使用中空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE171
可包括使用所生成的最终使用中空气过滤器关系。如上所述，之前对使用中空气过滤器关系的建立的描述类似于在框108中描述的并且关于图1-图4详细描述的清洁空气过滤器关系的建立。在框116之后，该方法前进到框118。在框118中，该方法包括经由电子控制器26使用所述使用中空气过滤器关系确定使用中空气过滤器的处于预设的最大气流质量流率(Mmax)下的最大使用中空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE173
。
在框118之后，方法前进到框120，其中方法包括经由电子控制器26将最大使用中空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE175
与最大清洁空气过滤器压降
Figure DEST_PATH_IMAGE177
进行比较，以计算在预设的最大气流质量流率(Mmax)下的使用中空气过滤器压降相比于清洁空气过滤器压降的差。从框120，该方法进行至框122，其中该方法包括根据方程(18)确定并且经由电子控制器26来存储对应于所计算的压降ΔP差值的使用中空气过滤器的百分比剩余使用寿命(RULISAF)。在框122之后，该方法可以前进到框124。在框124中，该方法还包括设定传感信号，例如经由电子控制器26显示与车辆10内的空气过滤器20的剩余的有用使用寿命的编码存储记录对应的消息38。
在框122或框124之后，该方法可以前进到框126。在框126中，该方法包括当所计算的压降ΔP差等于或大于预定值42时，经由电子控制器26来设置传感器信号40，所述预定值可以在2.3-2.5kPa的范围内。替代地，在框126中，该方法可以包括当在方程(18)中确定的%RULISAF等于或小于被编程到电子控制器26中的预设RULISAF值(例如在0% -5%的范围内)时设置传感器信号40。另外，电子控制器26可以被编程为响应于所计算的压降ΔP差等于或大于预定值42而调节ICE 12的操作，例如发动机的扭矩输出或其最大允许速度。
堵塞的空气过滤器的及时更换是维持ICE 12的有效操作的重要因素。因此，如所设想的，方法100使得能够实现ICE空气过滤器20的自校准连续监测，以确定在过滤器从新的/清洁的状态进展到被颗粒物质堵塞时的过滤器的百分比剩余使用寿命。如上文参照图1-图4所述，清洁空气过滤器关系或曲线44和使用中空气过滤器关系或曲线60中的每一个可以在两个阶段中产生，包括通过曲线拟合和计算相应的多项式系数来产生相应的粗略和最终曲线。清洁和使用中空气过滤器曲线的两阶段生成旨在促进空气过滤器的剩余使用寿命的确定的提高的精度。另外，方法100使得能够向主车辆10的操作者或维修技术人员报告所述空气过滤器的所确定的使用寿命，以实现对空气过滤器20的及时更换。因此，在框122或124之后，方法可循环回到框112，以经由ICE 12空气过滤器寿命监测系统24继续监测空气过滤器20。替代地，方法可在框128中结束，例如在其使用寿命结束时验证空气过滤器20的更换。
总的来说，自校准空气过滤器寿命监测系统24和方法100基于实际空气过滤器数据提供了空气过滤器的剩余使用寿命以及何时应该更换过滤器的有效确定。此外，系统24和方法100便于确定空气过滤器的剩余使用寿命，而不需要对每个不同的车辆发动机组合进行昂贵的校准测试。
详细描述和附图或图形对于本公开而言是支持性和描述性的，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求保护的公开的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践在所附权利要求中限定的公开的各种替代设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或本说明书中提及的各种实施例的特性不一定被理解为彼此独立的实施例。相反，在实施例的示例之一中描述的每个特征可以与来自其他实施例的一个或多个其他期望特征组合，从而得到没有以文字或通过参考附图描述的其他实施例。因此，这种其他实施例落入所附权利要求的范围的框架内。

Claims (10)

1.一种具有电子控制器的内燃机(ICE)空气过滤器寿命监测系统的自校准的方法，所述方法包括：
在低ICE速度下经由调节和询问相应的传感器来获取由第一清洁空气过滤器压力、第一清洁空气过滤器气流质量流率和第一清洁空气过滤器温度限定的第一清洁空气过滤器数据集；
在升高的ICE速度下经由调节和询问所述相应的传感器获取由第二清洁空气过滤器压力、第二清洁空气过滤器气流质量流率和第二清洁空气过滤器温度限定的第二清洁空气过滤器数据集；
经由所述电子控制器，使用所获取的清洁空气过滤器第一数据集和第二数据集建立清洁空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
使用清洁空气过滤器关系来确定所述清洁空气过滤器的在预设最大气流质量流率下的最大清洁空气过滤器压降；
在所述低ICE速度下经由调节和询问所述相应的传感器来获取由第一使用中空气过滤器压力、第一使用中空气过滤器气流质量流率和第一使用中空气过滤器温度限定的第一使用中空气过滤器数据集；
在所述升高的ICE速度下经由调节和询问所述相应传感器获取由第二使用中空气过滤器压力、第二使用中空气过滤器气流质量流率和第二使用中空气过滤器温度限定的第二使用中空气过滤器数据集；
经由所述电子控制器使用所获取的使用中空气过滤器的第一数据集和第二数据集建立使用中空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
利用使用中空气过滤器关系确定所述使用中空气过滤器的在所述预设最大气流质量流率下的最大使用中空气过滤器压降；
经由所述电子控制器比较所述清洁空气过滤器和所述使用中空气过滤器的所述最大空气过滤器压降，以计算在所述预设最大气流质量流率下的使用中空气过滤器压降相对于清洁空气过滤器压降的差；以及
经由所述电子控制器确定并存储与所计算的压降差相对应的所述使用中空气过滤器的剩余使用寿命。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定在ICE关闭的情况下所述清洁空气过滤器下游的大气压力；
确定在所述低ICE速度下的清洁空气过滤器压力；以及
经由计算在ICE关闭的情况下所述清洁空气过滤器下游的所确定的大气压力与在所述低ICE速度下的所确定的清洁空气过滤器压力之间的差来确定清洁空气过滤器压降；
其中建立所述清洁空气过滤器关系还包括使用在所述第一清洁空气过滤器气流质量流率下所确定的清洁空气过滤器压降。
3.根据权利要求2所述的方法，其中建立所述清洁空气过滤器关系在两个阶段中完成，并且包括：
在第一阶段使用所获取的清洁空气过滤器第一数据集和第二数据集以及所述清洁空气过滤器压降来建立粗略清洁空气过滤器关系，以估计在所述第二清洁空气过滤器气流质量流率下的所述第二清洁空气过滤器压降；
生成第一二次方程以将所述第二清洁空气过滤器压降和所述第二清洁空气过滤器气流质量流率与所述粗略清洁空气过滤器关系拟合；
在第二阶段中使用新的第一和第二空气过滤器数据集以及所述第一二次方程建立最终清洁空气过滤器关系，以估计在最终第二清洁空气过滤器气流质量流率下的最终第二清洁空气过滤器压降；以及
生成第二二次方程，以将所述最终第二清洁空气过滤器压降和所述最终第二清洁空气过滤器气流质量流率与所述最终清洁空气过滤器关系拟合。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，建立所述粗略清洁空气过滤器关系和所述最终清洁空气过滤器关系包括：
收集多个数据对以改进清洁空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
将所收集的多个数据对组织在预定数量的仓中；
对每个相应仓中的数据对求平均；以及
使用所述清洁空气过滤器的平均数据对来生成所述粗略清洁空气过滤器关系的所述第一二次方程和所述最终清洁空气过滤器关系的所述第二二次方程中的每一个。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：
生成所述第二二次方程包括确定所述第二二次方程的多项式系数；以及
确定所述清洁空气过滤器的最大空气过滤器压降包括使用最终清洁空气过滤器关系。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定在所述ICE关闭的情况下的所述使用中空气过滤器下游的大气压力；
确定在所述低ICE速度下的使用中空气过滤器压力；以及
经由计算在所述ICE关闭的情况下所确定的所述使用中空气过滤器下游的大气压力与在所述低ICE速度下所确定的使用中空气过滤器压力之间的差值来确定使用中空气过滤器压降；
其中，建立所述使用中空气过滤器关系还包括使用在所述第一使用中空气过滤器气流质量流率下所确定的使用中空气过滤器压降。
7.根据权利要求6所述的方法，其中建立所述使用中空气过滤器关系在两个阶段中完成，并且包括：
在第一阶段中使用所获取的使用中空气过滤器第一数据集和第二数据集以及所述使用中空气过滤器压降来建立粗略使用中空气过滤器关系，以估计在所述第二使用中空气过滤器气流质量流率下的所述第二使用中空气过滤器压降；
生成第一二次方程以将所述第二使用中空气过滤器压降和所述第二使用中空气过滤器气流质量流率与所述粗略使用中空气过滤器关系拟合；
在第二阶段中使用新的第一和第二使用中空气过滤器数据集以及所述第一二次方程建立最终使用中空气过滤器关系，以估计在所述第二使用中空气过滤器气流质量流率下的新的第二使用中空气过滤器压降；以及
生成第二二次方程，以将所述新的第二使用中空气过滤器压降和所述第二使用中空气过滤器气流质量流率与所述最终使用中空气过滤器关系拟合。
8.根据权利要求7所述的方法，其中建立所述粗略使用中空气过滤器关系和最终使用中空气过滤器关系包括：
收集多个数据对以改进所述使用中空气过滤器压降与气流质量流率的关系；
将所收集的多个数据对组织在预定数量的仓中；
对每个相应仓中的数据对求平均；以及
使用所述使用中空气过滤器的平均数据对来生成所述粗略使用中空气过滤器关系的所述第一二次方程和所述最终使用中空气过滤器关系的所述第二二次方程中的每一个。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：
生成所述第二二次方程包括确定所述第二二次方程的多项式系数；以及
确定所述使用中空气过滤器的最大空气过滤器压降包括使用所述最终使用中空气过滤器关系。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括当所计算的压降差等于或大于预定值时设定传感器信号。
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