用于排气微粒物质感测的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于排气微粒物质感测的方法和系统，提供了用于通过在排气系统中定位在柴油微粒过滤器下游的微粒物质传感器来感测微粒物质的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括通过向所述微粒物质传感器的第一捕集器施加高偏置来积聚进入的微粒物质，且进一步对所述微粒物质充电并形成高度带电的枝晶。所述方法进一步包括通过向容纳在同一微粒物质传感器内的第二捕集器施加低偏置来捕获排出所述第一捕集器的所述枝晶，从而减少排气流率对所述微粒物质传感器的影响，且进一步增加所述微粒物质传感器的灵敏度。

Method and system for exhaust particulate matter sensing

The invention relates to a method and system for exhaust particulate matter sensor, provides for positioning in particulate matter sensor downstream of a diesel particulate filter to sense a method and system for measuring particulate matter in the exhaust system by. In one example, a method can include through to the particulate matter sensor first collector applied to high bias accumulation into the particulate matter, and further to the particulate matter and the formation of highly charged charged dendrite. The method further includes applying a low bias through a trap to capture the discharge of the first collector of the dendrite to accommodate the same particles inside the sensor second, thus reducing the impact on the flow rate of exhaust particulate matter sensor, and further increase the sensitivity of the micro particle material sensor.

【技术实现步骤摘要】
用于排气微粒物质感测的方法和系统
本专利技术整体涉及排气流中的微粒物质(PM)传感器的设计和使用。
技术介绍
柴油机燃烧可产生包括微粒物质(PM)的排放物。微粒物质可以包括柴油机碳烟和悬浮微粒，诸如灰烬微粒、金属磨损微粒、硫酸盐以及硅酸盐。当被释放到大气中时，PM可以呈独立的微粒或链聚集体的形式，其中大部分PM在100纳米的不可见次微米范围中。已经研发出用于在排气释放到大气之前识别并过滤掉排气PM的各种技术。作为一个示例，PM或碳烟传感器可以用于具有内燃发动机的车辆中。PM传感器可以位于柴油微粒过滤器(DPF)的上游和/或下游，并且可以用于感测过滤器上的PM负载并诊断DPF的操作。电阻式PM传感器可以包括叉指形电极，其基于放置于传感器的平面衬底表面上的一对电极之间的所测量的电导率(或电阻率)的变化与沉积在测量电极之间的PM的量之间的相关性来感测微粒物质或碳烟负载。具体地，所测量的电导率提供对碳烟积聚的测量。然而，电阻式传感器可能不能传送碳烟的实时测量，因为在传感器刚积聚碳烟时可能存在延长的时间，在此期间，传感器可能根本不提供任何实时信号。试图解决此问题的示例在US8,713,991中示出，其中使用实时传感器，诸如高电压PM传感器。其中，高电压PM传感器包括单一对电极，且由于静电捕获而积聚类似于电阻式碳烟的碳烟；然而，在此情况下，由于施加在电极之间的强电场，碳烟开始聚集。当碳烟聚集体排出电极时，所述碳烟聚集体携带电极的部分电荷，并在碳烟聚集体接触传感器或排气系统的接地部分时沉积这些电荷。在传感器的接地部分上的此电荷沉积可以被检测为在电极与地面之间流动的电流脉冲。然而，本文的专利技术人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，当在排气流率中存在导致所测量的电流的瞬变的任何突然改变时，高电压传感器的灵敏度可突然改变。碳烟聚集体朝向传感器的接地部分的流动可取决于例如排气流率。由此，增加的排气流可引起落到地面上的聚集体的量的减少，从而导致所测量的电流的下降。同样地，减小的排气流率可增加到达地面的聚集体的量，从而导致所测量的电流的峰值。由于传感器输出中的这些电流瞬变，捕获排出DPF的碳烟的传感器可能不能真实地反映出DPF过滤能力。
技术实现思路
在一个示例中，上文描述的问题可部分通过包括以下操作的方法解决：通过仅对容纳在微粒物质(PM)传感器内的第一组电极施加第一电压来收集进入PM传感器的排气中的PM并对其充电，并且通过仅对容纳在PM传感器中与第一组电极以一定距离进一步分隔开的第二组电极施加第二电压来测量带电(charged)PM，所述第一电压高于所述第二电压。以此方式，通过将两组电极并置在同一PM传感器外壳内，可以将第二组电极用于检测排气中的PM。排出第一组电极的聚集体可以被第二组电极捕获，从而减少第二组电极中的电流瞬变。因此，可以减小传感器输出关于排气流率的灵敏度，并且传感器输出可以开始更精密地并且更准确且可靠地实时测量DPF过滤能力。作为一个示例，通过将第一组电极主要用于对碳烟充电且将第二组电极主要用于测量高度带电碳烟，可以减少第二组电极中的所测量电流的任何瞬变。以此方式，通过并置第二组电极与第一组电极，排出第一组电极的带电碳烟可以被第二组电极捕获，从而致使传感器更加独立于排气流率。总之，传感器的这些特性可以使得PM传感器的输出更加准确，从而增加估计微粒过滤器上的微粒负载的准确度。应当理解，提供以上
技术实现思路
是为了以简化形式引入在具体实施方式中进一步描述的所选概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，这些特征的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上文或本公开任何部分中提及的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出了发动机和定位在排气流中的相关联的微粒物质(PM)传感器的示意图。图2示出了包括两个捕集器的PM传感器的第一示例性实施例，所述捕集器中的每个包括彼此以一定间隙分隔开的一对圆柱形电极。图3示出了PM传感器的第二示例性实施例，其中两个捕集器中的每个均包括进一步彼此分隔开的一对平面连续电极。图4示出了描绘根据本专利技术的用于对在第一捕集器处的PM充电并进一步通过第二捕集器测量排气中的PM的方法的流程图。图5示出了描绘用于执行PM传感器的再生的方法的流程图。图6示出了描绘用于诊断定位在PM传感器的上游的微粒过滤器中的泄漏的方法的流程图。图7示出了施加到捕集器的电压与在PM传感器下游喷出的PM的量之间的示例关系。具体实施方式以下说明涉及感测发动机系统诸如图1中示出的发动机系统的排气流中的微粒物质(PM)。置于发动机系统的排气通道中的PM传感器可以包括以一定间隙彼此分隔开的两个捕集器。进入PM传感器的PM可以积聚并通过在较高电压下操作的第一捕集器充电，并且可以形成聚集体。聚集体可以与第一捕集器分离并排出第一捕集器，并且随后进入第二捕集器，其中所述聚集体可被在较低电压下操作的第二捕集器捕获。PM传感器的示例实施例在图2和图3中示出。控制器可以经配置以执行控制例程，诸如图3的例程，以基于跨第二捕集器测量的电流来测量传感器上的PM负载。另外，控制器可以间歇地清洁捕集器(如在图5呈现的方法中示出的)，以允许继续的PM检测，并基于PM传感器的输出对定位在PM传感器上游的微粒过滤器执行诊断(如在图6呈现的方法中示出的)。参考图7描绘施加到捕集器的电压与PM传感器的下游喷出的PM的量之间的示例关系。以此方式，通过将两个捕集器并置在PM传感器外壳内，排出第一捕集器的带电PM可被第二组电极捕获(在一个示例中，排出第一捕集器的带电PM几乎立刻被第二组电极捕获)。因此，传感器输出可以变得更加独立于(例如，完全无关)排气流率。总之，随着可以更加准确且可靠地检测排气中的PM，可以改进PM传感器估计DPF的过滤能力(且由此检测DPF泄漏)的能力，并且可以改进排气排放合规性。现在转到图1，示出了车辆系统6的示意图。车辆系统6包括发动机系统8。发动机系统8可以包括具有多个汽缸30的发动机10。发动机10包括发动机进气道23和发动机排气道25。发动机进气道23包括节气门62，其经由进气通道42流体地耦接到发动机进气歧管44。发动机排气道25包括最终通向排气通道35的排气歧管48，所述排气通道35将排气引至大气。节气门62可以在进气通道42中位于例如涡轮增压器(未示出)等增压装置的下游和后置冷却器(未示出)的上游。当包括后置冷却器时，该后置冷却器可以经配置以降低通过增压装置压缩的进气的温度。发动机排气道25可以包括一个或多个排放控制装置70，其可以安装在排气道中的紧密耦接的位置中。一个或多个排放控制装置可以包括三元催化剂、稀NOx过滤器、SCR催化剂等。发动机排气道25还可以包括柴油微粒过滤器(DPF)102，其过滤来自进入气体的PM，并且定位在排放控制装置70的上游。在一个示例中，如所描绘的，DPF102是柴油微粒物质保留系统。DPF102可以具有由例如堇青石或碳化硅制成的单块结构，其内部具有多个通路以过滤来自柴油机排气的微粒物质。在穿过DPF102的通道之后被滤除PM的尾管排气可以在PM传感器106中被测量，并且在排放控制装置70中被进一步处理，并经由排气通道35被排放到大气。在所描绘的示例中，PM传感器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：通过仅向容纳在微粒物质传感器即PM传感器内的第一组电极施加第一电压来收集进入所述PM传感器的排气中的PM并对所述PM充电；以及通过仅向容纳在所述PM传感器内的与所述第一组电极以一定距离进一步分隔开的第二组电极施加第二电压来测量带电PM，所述第一电压高于所述第二电压。

【技术特征摘要】
2015.11.10 US 14/937,6321.一种方法，其包括：通过仅向容纳在微粒物质传感器即PM传感器内的第一组电极施加第一电压来收集进入所述PM传感器的排气中的PM并对所述PM充电；以及通过仅向容纳在所述PM传感器内的与所述第一组电极以一定距离进一步分隔开的第二组电极施加第二电压来测量带电PM，所述第一电压高于所述第二电压。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述充电包括将电荷从所述第一组电极转移到在所述第一组电极之间收集的PM。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量包括将排出所述第一组电极的所述带电PM吸引至所述第二组电极，并且将所述带电PM沉积在所述第二组电极之间，以及基于沉积在所述第二组电极之间的带电PM的量来确定所述PM传感器的碳烟负载。4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括在所述PM传感器的所述碳烟负载高于阈值碳烟负载时，再生所述第二组电极。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一组电极进一步包括连接到第一电压源的正端子的第一正电极，以及连接到所述第一电压源的负端子的第一负电极，所述第一正电极与所述第一负电极以第一间隙分隔开，所述第一电压源供应所述第一电压。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二组电极进一步包括连接到第二电压源的正端子的第二正电极，以及连接到第二电压源的负端子的第二负电极，所述第一正电极与所述第一负电极以第二间隙分隔开，所述第二电压源供应所述第二电压。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一正电极、所述第一负电极、所述第二正电极以及所述第二负电极中的每一个均包括圆柱形电极。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一负电极围绕所述第一正电极，并且其中所述第二负电极围绕所述第二正电极。9.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一正电极、所述第一负电极、所述第二正电极以及所述第二负电极中的每一个均包括平面电极。10.一种用于微粒物质传感器即PM传感器的方法，所述方法包括：在所述PM传感器的第一捕集器的第一对电极之间施加第一电场，以积聚进入所述第一捕集器的PM，从而形成枝晶；对所述枝晶充电；以及在第二捕集器的第二对电极之间施加第二电场，以捕获脱离并...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·比尔比，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US