阅读说明：本技术 用于微粒过滤器处的泄漏检测的方法和系统 (Method and system for leak detection at a particulate filter ) 是由 埃里克·比瑟姆 米希尔·J·范尼乌斯塔特 艾伦·莱曼 道格拉斯·马丁 雷蒙德·亨利·伯格 于 2020-03-16 设计创作，主要内容包括：本公开提供了“用于微粒过滤器处的泄漏检测的方法和系统”。提供了用于诊断发动机排气道中的汽油微粒过滤器的方法和系统。在低发动机转速和高发动机转速范围内学习所述过滤器的压力-流量关系。基于在所述高速和低速范围的曲线拟合之间的实质分离来识别所述过滤器的劣化。(The present disclosure provides "methods and systems for leak detection at a particulate filter. Methods and systems for diagnosing a gasoline particulate filter in an exhaust passage of an engine are provided. The pressure-flow relationship of the filter is learned in a low engine speed and a high engine speed range. Identifying degradation of the filter based on a substantial separation between curve fits of the high and low speed ranges.)

用于微粒过滤器处的泄漏检测的方法和系统

技术领域

本公开涉及用于在诸如以汽油为燃料的发动机的内燃发动机中联接的微粒过滤器处的泄漏检测的系统和方法。

背景技术

微粒(例如碳烟)可能在内燃发动机中作为某些燃烧过程的副产物而形成。例如，在高发动机转速或高发动机负载下，排气中可能形成微粒。微粒的形成也可能与将燃料直接喷射到发动机气缸中有关。可以使用排气管路中的微粒过滤器，以保留微粒并减少碳烟排放。随着时间的流逝，微粒积聚在过滤器内，从而降低通过排气系统的排气流率并产生发动机背压，这可能会降低发动机效率和燃料经济性。为了降低背压，可以间歇地使过滤器再生，以燃烧掉积聚的碳烟。但是，即使间歇性再生，微粒过滤器也可能劣化，并通过排气尾管将微粒泄漏到大气中。

确定微粒过滤器是否泄漏的一种方法是通过使用压力传感器，如Nieuwstadt等人在US 9,664,095中所示的。其中，通过上游和下游排气氧传感器跨排气微粒过滤器测量压降。然后，在跨过滤器的排气氧浓度基本恒定时的状态期间，该压降用于推断过滤器的泄漏。

然而，本文的发明人已经认识到这种方法的潜在问题。作为一个示例，尽管在高排气流率时针对正常运行的汽油微粒过滤器(GPF)对比泄漏的(或缺失的)GPF存在压力-流量关系的实质变化，但是在低排气流率时(诸如低于300m³/h时)在正常运行的情况和故障情况的压力-流量关系之间可能存在明显的重叠。具体来说，与柴油微粒过滤器(DPF)诊断相比，灰分负载的较低标称压降混杂作用可能会导致GPF诊断中的分离较低。因此，可能难以准确可靠地诊断GPF泄漏。此外，由于在GPF之后急剧的排气管弯曲所产生的压力以及空腔中的谐振，在某些情况下，甚至可能难以检测出完全缺失的GPF。

发明内容

本文的发明人已经认识到跨GPF的压力-流量关系可能随发动机转速而变化。具体来说，在低发动机转速，如果GPF缺失或泄漏，则会在排气管中形成谐振，这会导致较高的压降。在较高速度，频率可能太高而无法形成驻波，并且压降可能更低。因此，在一个示例中，上述问题可以通过一种用于确定发动机排气中的汽油微粒过滤器(GPF)泄漏或劣化的方法来解决，该方法包括：对在第一发动机转速范围内排气流率和跨排气微粒过滤器的压差之间的第一关系与在第二发动机转速范围内在排气流率和跨微粒过滤器的压差之间的第二关系进行比较；以及基于所述比较，指示微粒过滤器劣化。以这种方式，改善了泄漏或缺失的GPF的可检测性。

作为一个示例，排气系统可以包括位于排气汽油微粒过滤器(GPF)上游的第一排气传感器(例如，第一氧传感器)和位于GPF下游的第二排气传感器(例如，第二氧传感器)。控制器可以生成第一曲线图，该第一曲线图绘制了在第一发动机转速范围内(诸如当发动机转速高于阈值速度时)跨过滤器的压降与排气流率之间的关系。控制器还可以生成第二曲线图，该第二曲线图绘制了在第二发动机转速范围内(诸如当发动机转速低于阈值速度时)跨过滤器的压降与排气流率之间的关系。如果第一曲线图的曲线拟合与第二曲线图的曲线拟合之间的分离大于阈值差，则指示GPF劣化。例如，可以设置诊断码。

以这种方式，现有的排气传感器和基于压力的GPF监测器可以有利地用于推断微粒过滤器的泄漏，而无需其他专用传感器。通过在不同的发动机转速监测跨GPF联接的排气氧传感器的输出，可以使在高发动机转速和低发动机转速跨GPF的压降和跨GPF的排气流量之间的关系与过滤器的健康状况相关联。使在较高发动机转速捕获的跨GPF的排气压力与流量关系与在较低发动机转速下捕获的跨GPF的排气压力与流量关系相关联的技术效果是，即使在较低的流率，也可以实现较高的曲线拟合分离。通过改善该分离，减少了灰分负载对GPF诊断的混杂作用，从而提高了GPF监测器结果的可靠性。通过改善对微粒过滤器健康状况的监测，可以改善车辆排放。

应当理解，提供以上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系列概念。这不意味着标识所要求保护的主题的关键或基本特征，所述主题的范围由随附于具体实施方式的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或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示意地示出了具有排气系统的发动机。

图2A至图2C示意地示出了联接到排气微粒过滤器的压力传感器布置的示例实施例。

图3示出了基于压力/流量数据和发动机转速的GPF诊断程序的示例实施例。

图4示出了GPF诊断程序的另一示例实施例。

图5示出了GPF诊断程序的又一示例实施例。

图6示出了现有技术中已知的GPF诊断程序的示例压力-流量曲线。

图7示出了根据本公开的GPF诊断程序的示例压力-流量曲线。

具体实施方式

本说明书涉及用于诊断来自与发动机排气系统(诸如图1至图2的排气系统)联接的汽油微粒过滤器(GPF)的微粒物质的降解的方法和系统。发动机控制器可以被配置为执行诊断程序(诸如图3至图5中所描绘的那些)，以使跨微粒过滤器的压降与在不同的发动机转速范围中通过过滤器的排气流相关联。控制器可以对在高发动机转速情况期间捕获的压力-流量数据的曲线拟合与在低发动机转速情况期间捕获的压力-流量数据的另一曲线拟合(诸如图7的曲线拟合)进行比较。然后，控制器可以使随变化的发动机转速的曲线拟合变化与GPF健康状况相关联，从而即使在低流率时，也能实现比不考虑发动机转速的方法(诸如图6中使用的方法)改善的GPF诊断。以这种方式，可以改善过滤器诊断，从而改善排放合规性。

转到图1，示出了可以包括在车辆5的推进系统中的多缸发动机10的一个气缸的示意图。车辆5可以被配置用于道路上推进。发动机10可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统和通过由车辆驾驶员132经由输入装置130进行的输入来控制。在此示例中，输入装置130包括加速踏板和用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室30(也称为气缸30)可以包括燃烧室壁32，活塞36定位在其中。活塞36可以联接到曲轴40，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统(未示出)联接到车辆的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可经由飞轮(未示出)联接到曲轴40以实现发动机10的起动操作。

燃烧室30可以经由进气道42从进气歧管44接收进气，并且可以经由排气歧管48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管48可以经由相应的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

燃料喷射器66被示出为以一种配置布置在进气歧管44中，所述配置提供所谓的燃料到燃烧室30上游的进气道中的进气道喷射。燃料喷射器66与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号脉冲宽度FPW成比例地喷射燃料。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)递送到燃料喷射器66。在一些实施例中，燃烧室30可以可替代地或另外地包括燃料喷射器，该燃料喷射器直接联接到燃烧室30，以被称为直接喷射的方式直接在其中喷射燃料。

进气道42可以包括具有节流板64的节气门62。在这个特定示例中，节流板64的位置可以通过控制器12经由提供到与节气门62包括在一起的电动马达或致动器的信号来改变，即通常被称为电子节气门控制(ETC)的配置。以此方式，可以操作节气门62以改变提供到燃烧室30以及其他发动机气缸的进气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号TP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，其联接在节气门62的上游，用于测量通过节气门62进入气缸的空气充气的流率。进气道42还可以包括歧管空气压力传感器122，其联接在节气门62的下游，用于测量歧管空气压力MAP。

在一些实施例中，至少包括压缩机(未示出)的压缩装置(诸如涡轮增压器或机械增压器)可以沿着进气歧管44布置。对于涡轮增压器，压缩机可以至少部分地由涡轮(未示出)例如经由轴来驱动，该涡轮沿着排气歧管48布置。对于机械增压器，压缩机可以至少部分地由发动机和/或电机驱动，并且可以不包括涡轮。

在选定操作模式下，点火系统88可以响应于来自控制器12的火花提前信号SA而经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。尽管示出了火花点火部件，但在一些实施例中，燃烧室30或发动机10的一个或多个其他燃烧室可以在具有点火火花或不具有点火火花的情况下以压缩点火模式来操作。

排气传感器126被示出为在排放控制装置70的上游联接到排气道58。传感器126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、窄带(较旧系统视为双态装置)氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置71和70被示出为沿排气道58布置在排气传感器126的下游。第一排放控制装置71在第二排放控制装置70的上游。第一排放控制装置71可以是三元催化剂(TWC)、SCR催化剂、NOx捕集器、或各种其他排放控制装置中的一者。在所描绘的示例中，第二排放控制装置70是汽油微粒过滤器(GPF)。在其他实施例中，排放控制装置71和70可以被组合成具有两个分开的体积的单个装置，并且中置传感器可以位于排放控制装置内的两个体积之间，以检测催化剂中间的空燃比。

此外，发动机10可以包括排气再循环(EGR)系统(未示出)以帮助降低NOx和其他排放物。EGR系统可以被配置为使一部分排气从发动机排气再循环到发动机进气。在一个示例中，EGR系统可以是低压EGR系统，其中排气从汽油微粒过滤器70的下游再循环到发动机进气。

第一排放控制装置71例如可以处理发动机排气以氧化排气成分。例如，排放控制装置71可以以紧密联接的位置放置在排气道58中。汽油微粒过滤器(GPF)70(在本文中也称为微粒过滤器或过滤器70)在发动机排气道58中位于第一排放控制装置71的下游，被配置为保留残留的灰分和从发动机10排出的其他碳氢化合物，以降低微粒排放。保留的微粒可以在发动机操作期间执行的再生过程中被氧化以产生二氧化碳，从而降低GPF的碳烟负载。在再生期间，GPF的温度以及进入GPF的排气的温度可以升高，以燃烧掉所储存的碳烟。这样，GPF再生可以在高排气温度(例如，600℃及以上)进行，使得所保留的微粒以快速的方式燃烧并且不释放到大气中。为了加速再生过程并以有效的方式氧化碳烟，可以暂时稀释进入微粒过滤器的排气。在一些实施例中，GPF 70可以包括涂层以进一步降低排放。例如，涂层可包括贫NOx捕集器(LNT)、选择性催化还原剂(SCR)或催化氧化剂(CO)中的一者或多者。此外，当涂敷到过滤器上时，涂层负载可以变化。

排气道58可以包括至少两个排气传感器。在所示的实施例中，示出了三个排气传感器126、72和76联接在排气中。排气传感器72可以位于GPF 70的上游，而排气传感器76可以位于GPF 70的下游。在一个示例中，排气传感器126、72和71中的至少一个或多个可以是氧传感器，其可以从各种合适的传感器中选择以用于提供排气空燃比的指示。在另一个示例中，至少传感器72、71可以是用于测量跨过滤器的压降的压力传感器。压力传感器可以是表压传感器或差压传感器。参考图2A至图2C示出了可以用于测量跨GPF的压降的示例压力传感器配置。

氧传感器可以是线性氧传感器或开关氧传感器。作为一个示例，氧传感器可以是UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO传感器、或HEGO(加热型EGO)传感器中的一者。排气氧传感器126(以及传感器76、72，如果这样配置的话)可以评估排气中存在的氧浓度并感测GPF 70周围的排气尾管排气氧浓度。排气传感器126可以是位于排放控制装置71上游的进给气氧传感器，被配置为感测进给气排气氧浓度。当如此配置时，压力传感器76、72可以用于估计跨GPF 70的压降。

其他传感器(诸如空气质量流量(AM)传感器73)和/或温度传感器可以设置在第一排放控制装置71的上游，以监测进入排放控制装置的排气的质量流量和温度。图1中所示的传感器位置仅仅是各种可能配置的示例。例如，排放控制系统可以包括一个排放控制装置，其中部分体积设置有紧密联接催化剂。

从气缸30释放的排气的空燃比可以通过位于发动机的排气流中的一个或多个氧传感器来确定。基于所估计的排气空燃比，可以调节向发动机气缸的燃料喷射，以控制气缸燃烧的空燃比。例如，向气缸的燃料喷射量可以基于排气空燃比的偏差来调节，基于排气传感器126、72和76中的一个或多个的输出和期望的空燃比(诸如与化学计量比的偏差)来估计。

为了实现排放合规性，可以间歇性地诊断GPF，诸如诊断泄漏或移除。如在图3至图5中详细说明的，控制器可以在不同的排气流量水平测量跨GPF的压力变化，以产生压力-流量曲线。本文的发明人已经认识到尽管在高排气流率时针对正常运行的GPF对比泄漏的(或缺失的)GPF存在压力-流量关系的实质变化，但是在低排气流率时(诸如低于300m³/h时)在正常运行的情况和故障情况的压力-流量关系之间存在明显的重叠。这在图6示出。映射图600示出了针对正常运行的GPF收集的压力-流量数据(形成曲线拟合602的黑点)，并将其与针对泄漏或缺失的GPF收集的数据(形成曲线拟合604的灰点)进行比较。该映射图描绘了沿着x轴线的通过GPF的排气流量(以m³/h为单位)和沿着y轴线的跨GPF的压降(以hPa为单位)。通过比较曲线拟合可以看出，在较低流率，曲线拟合之间的分离较小。这可能是由于GPF中灰分负载的混杂作用导致较低的标称压降。具体地，灰分负载具有使劣化的GPF的曲线(参见图6的曲线拟合604)在向上方向上移动的效果，从而即使在存在泄漏的情况下也减小了分离。因此，在低流率，可能难以准确可靠地将正常运行的GPF与泄漏的GPF区分开。如果GPF在泄漏时被错误诊断为可以正常运行，则排放会降级。如果GPF正常运行时被错误诊断为劣化，则可能会导致保修问题。此外，由于在GPF之后急剧的排气管弯曲所产生的压力以及空腔中的谐振，在某些情况下，甚至可能难以检测出完全缺失的GPF。通过在两个不同的发动机转速范围生成压力-流量曲线，如图3所详细说明的，诸如高于阈值速度范围和低于阈值速度范围，并且比较在两种情况的曲线拟合，增加了曲线拟合之间的变化，从而提高了诊断结果的可靠性。

返回图1，车辆5可以是具有可供一个或多个车轮55使用的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆或仅具有一个或多个电机的电动车辆。在所示示例中，车辆5包括发动机10和电机53。电机53可以是马达或马达/发电机。当一个或多个离合器56接合时，发动机10的曲轴140和电机53经由变速器57连接到车轮55。在所描绘的示例中，第一离合器56设置在曲轴140与电机53之间，并且第二离合器56设置在电机53与变速器57之间。控制器12可向每个离合器56的致动器发送使离合器接合或脱离接合的信号，以便使曲轴140与电机53和与其连接的部件连接或断开连接，和/或使电机53与变速器57和与其连接的部件连接或断开连接。变速器57可以是齿轮箱、行星齿轮系统或另一类型的变速器。动力传动系统可以各种方式配置，包括作为并联、串联或串并联混合动力车辆进行配置。

电机53从牵引电池58接收电力以向车轮55提供扭矩。电机53也可作为发电机操作，以例如在制动操作期间提供电力以给电池58充电。

控制器12在图1中被示出为微计算机，所述微计算机包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在此特定示例中，被示出为只读存储器106)、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。除了先前讨论的那些信号之外，控制器12还可以从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)的测量值；来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自联接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；来自传感器73的进入催化器的排气的空气质量和/或温度；来自传感器76的GPF后排气压力；来自传感器72的GPF前排气压力；和来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号RPM可由控制器12根据信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。应注意，可以使用上述传感器的各种组合，诸如使用MAF传感器而不使用MAP传感器，或反之亦然。在化学计量操作期间，MAP传感器可给出发动机扭矩的指示。另外，这个传感器连同检测到的发动机转速一起可以提供对引入气缸中的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，传感器118(也用作发动机转速传感器)可在曲轴的每转中产生预定数量的等距脉冲。另外，控制器12可以与集群显示装置通信，例如以向驾驶员警告发动机或排气后处理系统中的故障。

存储介质只读存储器106可以用表示可由处理器102执行的指令的计算机可读数据来编程，这些指令用于执行下面描述的方法以及预期但未具体列出的其他变型。

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所接收信号和存储在控制器的存储器上的指令来调节发动机运转。例如，调节燃料喷射可以包括调节到电子驱动器68的脉冲宽度信号FPW，以调节经由燃料喷射器66喷射到气缸的燃料量。

现在转到图2A至图2C,示出了联接到排气GPF的压力传感器的示例性配置和架构。这些配置使得能够在跨GPF不同的排气流率下测量跨GPF的压降。在图2A至图2C中的每者中，GPF是GPF 70，其可以与图1的GPF 70相同。

图2A示出了第一实施例200，其中单个压力传感器202联接在GPF 70的上游。在此，传感器202是表压传感器。例如，单个压力传感器202可以联接在GPF 70的上游和排气催化剂的下游。由于此配置仅使用一个压力传感器和单根软管，因此具有成本效益的优势。

图2B示出了第二实施例210，其中一对压力传感器202、204联接在GPF 70两端。具体来说，传感器202联接在GPF 70的上游(如图2A的配置那样)，而传感器204联接在GPF 70的下游。在此，传感器202、204是表压传感器。通过比较压力传感器的输出，可以估计出跨GPF 70的压降。两个传感器配置具有更准确的优点，因为它可以明确补偿冷端上的压降漂移。

图2C示出了第三实施例220，其中单个传感器206跨GPF 70联接。在此，传感器206是差压传感器，其被配置为估计跨GPF 70的压力差，而不是绝对压力测量值。增量压力传感器配置的优势是，在成本和功能上都介于单个和2个压力表传感器解决方案之间。

现在转到图3，示出了示例方法300，该方法用于通过使如在高发动机转速范围和低发动机转速范围内测得的GPF的压力-流量关系相关联来诊断排气GPF。该方法即使在较低流率下也能改善曲线拟合的分离。在图4示出了图3的方法的附加实施例。用于执行方法300和本文所包括的其余方法的指令可由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器接收的信号来执行，所述传感器诸如以上参考图1和图2A至图2C描述的传感器。根据下文所述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调节发动机操作。

在302处，方法可以确定发动机操作参数。例如，该方法可以确定操作员扭矩需求、发动机转速-负载状况、发动机温度、排气温度、排气流率、增压水平等。

在304处，可以确认排气流率高于阈值。例如，可以确认排气流率高于200m³/hr。由于在较高的排气流率改善了在劣化的GPF和正常运行的GPF的曲线拟合之间的分离，因此，当排气流量高于阈值时，将选择性地执行GPF监测器。如果排气流率不高于阈值，则在306处，该方法包括禁用GPF监测器并且不收集任何与GPF有关的数据。

在确认高于阈值排气流率之后，在308处，该方法包括确认发动机转速(Ne)低于第一阈值(Thr1)，诸如低于2000rpm。在此，低于阈值发动机转速范围可以是第一发动机转速范围，在第一发动机转速范围中收集用于GPF的压力和流量数据。如果发动机转速不低于第一阈值，则该方法移至314以确定发动机转速是否在第二发动机范围内。

在确认发动机在第一速度范围内运行时，在310处，该方法包括在发动机在第一速度范围内运行时收集用于GPF的压力和流量数据。作为一个示例，可以基于发动机工况或基于进气或排气流量传感器(例如，图1的MAF传感器120或AM传感器73)的输出来估计排气流率。作为另一个示例，压力数据可以通过压力传感器(诸如图1的传感器72和/或76)或图2A至图2C的任何压力传感器配置来收集。压力数据可以包括跨GPF感测到的压力变化或压降。压力传感器可以是表压传感器或差压传感器。在收集压力和流量数据之后，控制器可以将直线或二次曲线拟合到所收集的数据。在较低的发动机转速范围内所收集的压力和流量数据的示例由灰色数据点示出并在图6的映射图600中相应示出。

在312处，该方法包括估计在较低的发动机转速范围内针对GPF所收集的压力-流量数据的曲线拟合的第一斜率(斜率_1)。

在314处，可以确认发动机转速(Ne)高于第二阈值(Thr2)，该第二阈值(Thr2)高于第一阈值(Thr1)。例如，可以确认发动机转速高于3000rpm。在此，低于阈值发动机转速范围可以是第二发动机转速范围，在第二发动机转速范围中收集用于GPF的压力和流量数据。如果未确认高于第二阈值发动机转速范围，则该方法返回到308以继续在第一发动机转速范围内收集数据。此外，在第一阈值速度和第二阈值速度之间，诸如在2000rpm和3000rpm之间，控制器可以等待发动机转速上升，然后在高于第二阈值速度时开始收集数据。

在确认发动机在第二速度范围内运行时，在316处，该方法包括在发动机在第二速度范围内运行时收集用于GPF的压力和流量数据。作为一个示例，可以基于发动机工况或基于进气或排气流量传感器(例如，图1的MAF传感器120或AM传感器73)的输出来估计排气流率。作为另一个示例，压力数据可以通过压力传感器(诸如图1的传感器72和/或76)或图2A至图2C的任何压力传感器配置来收集。压力数据可以包括跨GPF感测到的压力变化或压降。压力传感器可以是表压传感器或差压传感器。在收集压力和流量数据之后，控制器可以将直线或二次曲线拟合到所收集的数据。在318处，该方法包括估计在较高的发动机转速范围内针对GPF所收集的压力-流量数据的曲线拟合的第二斜率(斜率_2)。

在320处，确定在较低速度范围内所收集的压力-流量数据的曲线拟合的斜率是否与在较高速度范围内所收集的压力-流量数据的曲线拟合的斜率明显不同。例如，计算斜率_1和斜率_2之间的绝对差值并与非零阈值进行比较(例如，差值大于5hPa/(m3/h))。在一些示例中，可以根据大气压力或海拔高度进一步调节阈值。

如果曲线拟合斜率被确定为相差大于阈值，则在322处，可以指示GPF劣化。例如，可能指示GPF泄漏或GPF缺失。例如，控制器可能能够将某些中间泄漏大小与缺失的GPF区分开。可以通过设置诊断码或标志和/或点亮故障指示灯来指示劣化。如果曲线拟合斜率被确定为相差小于阈值(诸如当曲线拟合斜率基本相同时)，则在324处，可以指示GPF未劣化。

在图4和图5描绘了图3的方法的替代实施例。首先转到图4，方法400通过如在302处那样在402处估计和/或测量发动机工况而开始。在404处，可以确认排气流率高于阈值。例如，可以确认排气流率高于200m³/hr。通过确认排气流量高于阈值，改善了曲线拟合的分离，从而提高了监测器的可靠性。如果排气流率不高于阈值，则在406处，该方法包括禁用GPF监测器并且不收集任何与GPF有关的数据。

在确认高于阈值排气流率之后，在408处，该方法包括确认发动机转速(Ne)高于第二阈值，诸如在图3的诊断中应用的第二阈值。第二阈值高于第一阈值，并且可以包括高于3000rpm的发动机转速，诸如图3的方法的较高发动机转速范围。如果发动机转速不高于第二阈值，则该方法移至407，其中控制器等待发动机转速上升到第二阈值速度或高于第二阈值速度。

在确认发动机转速在较高速度范围内时，该方法移至410以收集用于GPF的压力和流量数据。作为一个示例，可以基于发动机工况或基于进气或排气流量传感器的输出来估计排气流率，而压力数据可以由诸如呈图2A至图2C的任何压力传感器配置的压力传感器收集。压力数据可以包括跨GPF感测到的压力变化或压降。压力传感器可以是表压传感器或差压传感器。

在412处，该方法包括将压力与阈值压力进行比较，该阈值压力诸如具有介于对应于完整GPF的压力值和对应于劣化GPF的压力值之间的值(诸如图6中的曲线拟合602和604之间的压力值)的阈值压力。如果压力值高于阈值压力(Thr_P)，则在414处，可以指示GPF未劣化。否则，如果压力值低于阈值压力，则在416处，可以指示GPF劣化。例如，可以基于与阈值压力的差指示GPF具有中间大小的泄漏，或者GPF缺失。可以通过设置诊断码或标志和/或点亮故障指示灯来指示劣化。

在图4的方法的另一个变型中，在404处确认高于阈值的排气流量之后，该方法可以移至408以根据排气流率和发动机转速估计用于诊断的阈值压力(Thr_P)。例如，随着排气流率超过阈值流率，阈值压力增加。作为另一个示例，随着当前发动机转速增加，阈值压力减小。具体来说，在较高的发动机转速(例如，高于阈值速度)，阈值压力减小，和/或在较低的发动机转速(例如，低于阈值速度)，阈值压力增加。然后该方法返回到410以收集压力和流量数据并基于相对于阈值压力的压力来诊断GPF。

在又一个变型中，根据GPF流量、发动机转速和海拔高度确定GPF泄漏监测器的压力阈值，以解决所有依赖性。例如，阈值压力可以根据等式(1)确定为：

Gpf_泄漏_thr＝f1(p_baro)*g_海平面(RPM,GPF流量)+(1-f1(p_baro))*g_高_alt(RPM,GPF流量) (1)

其中f1是大气压力的函数，说明海拔高度，g_海平面是海平面的阈值，并且g_高_alt是8000英尺海拔高度的阈值。如果GPF压力低于此阈值，则控制器可以设置故障；如果GPF压力高于此阈值压力，则可以修复(或消除)故障。

现在转到图5，方法500通过如在302和402处那样在502处估计和/或测量发动机工况而开始。在504处，如在404处那样，可以确认排气流率高于阈值。例如，可以确认排气流率高于200m³/hr。通过确认排气流量高于阈值，改善了在劣化的过滤器和未劣化的过滤器的曲线之间的分离效率。如果排气流率不高于阈值，则在506处，该方法包括禁用GPF监测器并且不收集任何与GPF有关的数据。

在确认高于阈值排气流率之后，在508处，该方法包括确认已经满足一个或多个其他GPF监测器启用条件。这些启用条件包括例如确认环境压力和温度在目标范围内。其他启用条件可以包括发动机冷却剂温度、排气温度、发动机转速和负载在目标范围内。可以对这些条件进行校准，以改善诊断的稳定性。例如，排气温度介于300-700℃可以指示稳定的发动机运行，使得温度梯度小且不会破坏流量测量。如果不满足任何其他启用条件，则该方法返回到506以禁用GPF监测器。否则，如果满足其他启用条件，则启动监测器，并且在510处，启动监测器完成计时器。

接下来，在512处，该方法确定将用于诊断的阈值压力(Thr_P)。可以根据排气流率和发动机转速确定阈值压力。控制器可以参考查找表，该查找表根据发动机转速和排气流率进行填充。作为一个示例，随着排气流率超过阈值流率，查找表中的阈值压力增加。作为另一个示例，随着当前发动机转速增加，查找表中的阈值压力增加。此外，阈值压力可以经由模型或算法来确定。

接下来，在514处，该方法包括收集用于GPF的压力和流量数据。作为一个示例，可以基于发动机工况或基于进气或排气流量传感器的输出来估计排气流率，而压力数据可以由诸如呈图2A至图2C的任何压力传感器配置的压力传感器收集。压力数据可以包括跨GPF感测到的压力变化或压降。压力传感器可以是表压传感器或差压传感器。

在516处，该方法包括将压力与较早确定的阈值压力进行比较。此后，故障计数器可以递增或递减一定量，该量是所观察压力和阈值压力之间的差的函数。故障计数器可以是存储在控制器的存储器中的软件或算法，并且可以被配置为在满足特定标准时递增或递减一定值。具体来说，如果压力值高于阈值压力(Thr_P)，则在预期没有GPF劣化的情况下，可以在518处递减控制器的存储器中的故障计数器。故障计数器可以递减一定量，该量是基于阈值压力和所观察压力之间的差。因此，随着压力差增加，故障计数器递减较大的量，从而指示GPF劣化的可能性较低。

否则，如果压力值低于阈值压力(Thr_P)，则在预期GPF劣化的情况下，可以在520处递增控制器的存储器中的故障计数器。故障计数器可以递增一定量，该量是基于阈值压力和所观察压力之间的差。因此，随着压力差增加，故障计数器递增较大的量，从而指示GPF劣化的可能性较高。

在522处，可以确定在监测器完成定时器上经过的时间是否已经超过阈值持续时间。例如，可以确定计时器值是否已经超过阈值持续时间，该阈值持续时间可以在5秒和30秒之间。如果不是，则该方法返回到514以继续在GPF处收集压力和流量数据，并根据所观察到的压力相对于阈值压力来递增或递减故障计数器。如果定时器持续时间已经过去，则在524处，检索计数器值。例如，故障计数器上的当前值是从控制器的存储器中检索的。在526处，将检索到的计数器值与非零阈值计数进行比较。例如，阈值计数可以是10个计数，并且可以指示正常运行的GPF。如果计数器值超过阈值计数，则在530处，可以指示GPF劣化。例如，可以指示GPF泄漏或GPF缺失。此外，有可能基于相对于阈值计数的计数器值，将中间大小的泄漏与缺失的GPF区分开。可以通过设置诊断码或标志和/或点亮故障指示灯来指示劣化。如果计数器值不超过阈值计数，则在528处，可以指示GPF未劣化。

在另一个变型中，根据GPF流量、发动机转速和海拔高度确定GPF泄漏监测器的压力阈值，以解决所有依赖性。例如，阈值压力可以根据等式(1)确定为：

Gpf_泄漏_thr＝f1(p_baro)*g_海平面(RPM,GPF流量)+(1-f1(p_baro))*g_高_alt(RPM,GPF流量) (1)

其中f1是大气压力的函数，说明海拔高度，g_海平面是海平面的阈值，并且g_高_alt是8000英尺海拔高度的阈值。如果GPF压力低于此阈值，则控制器可以递增故障计数器，并且如果GPF压力高于此阈值压力，则控制器可以递减故障计数器。

在一个示例中，可以响应于第一条件而选择图3的方法，可以响应于第二条件而选择图4的方法，并且可以响应于第三条件而选择图5的方法，第一条件、第二条件和第三条件彼此不同。此外，可以针对不同的排气配置(诸如单排或双排发动机、弯管的不同角度等)优化不同的算法。

现在转到图7，示出了使用已经解析的压力-流量数据同时考虑发动机转速来诊断GPF的示例。具体地，图7描绘了第一映射图700，其示出了在正常运行的GPF处在一系列发动机转速上所收集的压力-流量数据。相比之下，映射图702示出了在劣化的GPF处在一系列发动机转速上所收集的压力-流量数据。在正常运行的GPF的情况下，在正常运行的GPF的低速范围(参见曲线拟合704)和高速范围(参见曲线拟合706)中所收集的数据的曲线拟合基本重叠。在劣化的GPF的情况下，在正常运行的GPF的低速范围(参见曲线拟合714)和高速范围(参见曲线拟合716)中所收集的数据的曲线拟合示出了明显发散。在此，当GPF劣化(例如，缺失)时，排气道中可能形成谐振，该谐振由发动机点火引起的流动脉动驱动。较高的谐振导致较高的压降。在较高的发动机转速，谐振频率可能太高而无法形成驻波，从而导致压降小得多。因此，通过考虑压力-流量关系随着发动机转速的变化，与较高的发动机转速相比，在较低的发动机转速的较大的压降可以与降级的GPF健康状况有关。

因此，控制器可以对在第一发动机转速范围内测得的排气流率和GPF压差之间的第一关系与在第二非重叠发动机速范围内测得的排气流率和GPF压差之间的第二关系进行比较。控制器执行第一流量和压力范围内的第一关系与相同的第一流量和压力范围内的第二关系的比较，然后基于该比较来指示GPF的劣化。其中，当第一关系和第二关系在阈值内彼此对准(如映射图700所示)时，控制器可以指示未劣化，并且当第一关系和第二关系彼此错位大于阈值(如映射图710所示)时，控制器可以指示劣化。

以这种方式，通过考虑发动机转速对跨GPF压力-流量关系的变化的影响，减少了灰分负载对GPF的混杂作用，从而实现了使用现有压力传感器更可靠地诊断GPF。在不同的发动机转速范围学习跨GPF的压力和流量之间的关系的技术效果是即使在较低流率也可以识别压力-流量曲线拟合之间的较大分离。此外，在较高发动机转速和较低发动机转速的较大分离可以用于关联GPF健康状况。具体来说，相对于较高的发动机转速，在较低的发动机转速的较大的压降可以用于识别泄漏或缺失的过滤器。总体而言，基于压力的GPF监测器的功能得到了改善。

一种用于发动机排气的示例方法包括：对在第一发动机转速范围内测得的排气流率和跨排气微粒过滤器的压差之间的第一关系与在第二发动机转速范围内测得的排气流率和跨所述微粒过滤器的压差之间的第二关系进行比较；以及基于所述比较，指示微粒过滤器劣化。在前述示例中，附加地或任选地，所述指示包括点亮警告灯。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，在排气流率高于阈值流率时执行所述比较。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述第一发动机转速范围包括低于阈值速度的发动机转速，所述第二发动机转速范围包括高于所述阈值速度的发动机转速，并且其中所述第一发动机转速范围与所述第二发动机转速范围不重叠。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述比较包括将第一流量和压力范围内的所述第一关系与相同的第一流量和压力范围内的所述第二关系进行比较，并且其中基于所述比较的所述指示包括当所述第一关系和所述第二关系在阈值内彼此对准时指示未劣化，并且包括当所述第一关系和所述第二关系彼此错位大于所述阈值时指示劣化。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述压差通过以下中的一者来估计：联接在所述发动机排气中的所述微粒过滤器上游的单个表压传感器、跨所述过滤器联接的差压传感器和联接在所述发动机排气中的所述过滤器的上游和下游的一对表压传感器。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述指示包括响应于高于所述第一关系和所述第二关系之间的阈值差而指示劣化，所述阈值差根据大气压力而调节。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述第一关系包括在所述第一速度范围内测得的所述排气流率和所述压差的第一曲线拟合，并且所述第二关系包括在所述第二速度范围内测得的所述排气流率和所述压差的第二曲线拟合。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述指示包括响应于在给定排气流率的情况下在所述第一发动机转速范围内高于跨所述过滤器的阈值压差和在所述第二发动机转速范围内低于跨所述过滤器的阈值压差而指示劣化。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述指示劣化包括指示所述过滤器泄漏或缺失。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述排气微粒过滤器是汽油微粒过滤器。

另一种示例发动机方法包括：响应于排气流量高于阈值速率而启动监测器；基于感测到的跨汽油微粒过滤器的压差相对于阈值压力来递增或递减计数器，所述阈值压力基于发动机转速；自启动所述监测器以来的一段持续时间之后，检索所述计数器的输出；以及响应于所述输出高于阈值，指示所述过滤器的劣化。在任何前述示例或所有前述示例中，附加地或可选地，所述阈值压力还基于大气压力，并且所述递增或递减包括响应于感测到的压差下降到所述阈值压力以下而递增所述计数器；并且响应于感测到的压差超过所述阈值压力而递减所述计数器。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述递增包括基于所述感测到的压差和所述阈值压力之间的差将所述计数器的所述输出递增一定量，并且其中所述递减包括基于所述感测到的压差和所述阈值压力之间的差将所述计数器的所述输出递减一定量。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述持续时间是基于在平均行驶周期内排气流量的积分值和发动机转速的积分值中的每一个。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述感测到的压差经由以下中的一者来感测：联接在所述发动机排气中的所述微粒过滤器上游的单个表压传感器、跨所述过滤器联接的差压传感器和联接在所述发动机排气中的所述过滤器的上游和下游的一对表压传感器。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，基于所述排气流量和所述感测到的压差之间的测得的关系来区分过滤器泄漏和过滤器不存在。

另一种示例发动机系统包括：包括排气道的发动机；联接在所述排气道中的汽油微粒过滤器；联接到所述过滤器的一个或多个表压传感器，用于估计跨所述过滤器的压差；在所述排气道中的所述过滤器上游联接的流量传感器，用于估计通过所述过滤器的排气流率；以及具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令在执行时使所述控制器在所述排气流率高于阈值速率时经由所述一个或多个压力传感器测量压力数据；并且响应于所述压力数据的曲线拟合低于阈值，指示所述过滤器劣化，所述阈值基于所述排气流率和发动机转速。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述发动机还包括发动机进气道，所述发动机进气道包括进气节气门，并且其中所述控制器包括进一步指令以响应于所述指示劣化而限制所述进气节气门的开度以限制发动机输出扭矩。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，所述指示劣化包括：响应于所述压力数据的所述曲线拟合低于所述阈值，递增存储在所述控制器的所述存储器中的计数器；并响应于在测量所述压力数据的持续时间之后检索到的所述计数器的输出高于阈值而指示所述过滤器的劣化。在任何或全部前述示例中，附加地或任选地，在发动机转速高于空转速度时测量所述压力数据。

在另一表示中，所述发动机系统联接在混合动力车辆或自主车辆中。

在另一表示中，一种用于联接在直接喷射的发动机中的汽油微粒过滤器的方法包括：估计在第一发动机转速范围内排气流率和跨排气微粒过滤器的压差之间的第一曲线拟合与在第二发动机转速范围内排气流率和跨所述微粒过滤器的压差之间的第二曲线拟合之间的差；以及基于相对于阈值的所述差来指示微粒过滤器劣化，所述阈值根据海拔高度或大气压力而调节。

应注意，本文包括的示例性控制和估计例程可以用于各种发动机和/或车辆系统配置。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。本文所描述的具体例程可以表示任何数量的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的处理策略等)中的一种或多种。因此，所示出的各种动作、操作和/或功能可以按照所示出的顺序执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。同样地，处理次序不一定是实现本文所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。所说明的动作、操作和/或功能中的一者或多者可根据所使用的特定策略重复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可图形地表示将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中的代码，其中所描述的动作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而实行。

将了解，本文所公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为许多变型是可能的。例如，以上技术可应用于V型6缸、直列4缸、直列6缸、V型12缸、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

如本文所用，除非另有指定，否则术语“约”被解释为意味着范围的±5％。

所附权利要求特别指出被视为新颖和非明显的特定组合和子组合。这些权利要求可能提及“一个”要素或“第一”要素或其等效物。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类要素的引入，从而既不要求也不排除两个或更多个此类要素。通过修正本权利要求或者通过在此申请或相关申请中呈现新的权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合。此类权利要求，无论与原始权利要求相比在范围上更广、更窄、相等或不同，也都被视为包括在本公开的主题内。

根据本发明，提供了一种用于发动机排气的方法，其具有：对在第一发动机转速范围内排气流率和跨排气微粒过滤器的压差之间的第一关系与在第二发动机转速范围内排气流率和跨所述微粒过滤器的压差之间的第二关系进行比较；以及基于所述比较，指示微粒过滤器劣化。

根据一个实施例，所述指示包括点亮警告灯。

根据一个实施例，在排气流率高于阈值流率时执行所述比较。

根据一个实施例，所述第一发动机转速范围包括低于阈值速度的发动机转速，并且所述第二发动机转速范围包括高于所述阈值速度的发动机转速，并且其中所述第一发动机转速范围与所述第二发动机转速范围不重叠。

根据一个实施例，所述比较包括将第一流量和压力范围内的所述第一关系与相同的第一流量和压力范围内的所述第二关系进行比较，并且其中基于所述比较的所述指示包括当所述第一关系和所述第二关系在阈值内彼此对准时指示未劣化，并且包括当所述第一关系和所述第二关系彼此错位大于所述阈值时指示劣化。

根据一个实施例，所述压差通过以下中的一者来估计：联接在所述发动机排气中的所述微粒过滤器上游的单个表压传感器、跨所述过滤器联接的差压传感器和联接在所述发动机排气中的所述过滤器的上游和下游的一对表压传感器。

根据一个实施例，所述指示包括响应于高于在所述第一关系和所述第二关系之间的阈值差而指示劣化，所述阈值差根据大气压力而调节。

根据一个实施例，所述第一关系包括在所述第一速度范围内测得的所述排气流率和所述压差的第一曲线拟合，并且所述第二关系包括在所述第二速度范围内测得的所述排气流率和所述压差的第二曲线拟合。

根据一个实施例，所述指示包括响应于在给定排气流率的情况下在所述第一发动机转速范围内高于跨所述过滤器的阈值压差和在所述第二发动机转速范围内低于跨所述过滤器的阈值压差而指示劣化。

根据一个实施例，所述指示劣化包括指示所述过滤器泄漏或缺失，并且其中所述排气微粒过滤器是汽油微粒过滤器。

根据本发明，提供了一种发动机方法，其具有：响应于排气流量高于阈值速率而启动监测器；基于感测到的跨汽油微粒过滤器的压差相对于阈值压力来递增或递减计数器，所述阈值压力基于发动机转速；自启动所述监测器以来的一段持续时间之后，检索所述计数器的输出；以及响应于所述输出高于阈值，指示所述过滤器的劣化。

根据一个实施例，所述阈值压力还基于大气压力，并且所述递增或递减包括响应于感测到的压差下降到所述阈值压力以下而递增所述计数器；并且响应于感测到的压差超过所述阈值压力而递减所述计数器。

根据一个实施例，所述递增包括基于在所述感测到的压差和所述阈值压力之间的差将所述计数器的所述输出递增一定量，并且其中所述递减包括基于在所述感测到的压差和所述阈值压力之间的差将所述计数器的所述输出递减一定量。

根据一个实施例，所述持续时间是基于在平均行驶周期内在相应目标范围内的流量和发动机转速所花费的总时间。

根据一个实施例，所述感测到的压差经由以下中的一者来感测：联接在发动机排气中的所述微粒过滤器上游的单个表压传感器、跨所述过滤器联接的差压传感器和联接在所述发动机排气中的所述过滤器的上游和下游的一对表压传感器。

根据一个实施例，指示所述过滤器的劣化包括基于所述排气流量和所述感测到的压差之间的测得的关系来区分过滤器泄漏和过滤器不存在。

根据本发明，提供了一种发动机系统，其具有：包括排气道的发动机；联接在所述排气道中的汽油微粒过滤器；联接到所述过滤器的一个或多个表压传感器，用于估计跨所述过滤器的压差；在所述排气道中的所述过滤器上游联接的流量传感器，用于估计通过所述过滤器的排气流率；以及具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令在执行时使所述控制器在所述排气流率高于阈值速率时经由所述一个或多个压力传感器测量压力数据；并且响应于所述压力数据的曲线拟合低于阈值，指示所述过滤器劣化，所述阈值基于所述排气流率和发动机转速。

根据一个实施例，所述发动机还包括发动机进气道，所述发动机进气道包括进气节气门，并且其中所述控制器包括进一步指令以响应于所述指示劣化而限制所述进气节气门的开度以限制发动机输出扭矩。

根据一个实施例，所述指示劣化包括：响应于所述压力数据的所述曲线拟合低于所述阈值，递增存储在所述控制器的所述存储器中的计数器；并响应于在测量所述压力数据的持续时间之后检索到的所述计数器的输出高于阈值而指示所述过滤器的劣化。

根据一个实施例，在发动机转速高于空转速度时测量所述压力数据。