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。提供了用于被设置在排气系统中的柴油微粒过滤器下游的微粒物质传感器的方法和系统。在一个示例中，一种微粒物质传感器可以包括外部、无穿孔的管和引导管，所述外部、无穿孔的管包括沿着内表面被形成的多个负电极，所述引导管包括穿孔中心元件和内部管，所述中心元件包括沿着外表面被形成的多个正电极。通过在不同的圆柱形表面上形成电极并且将电极分开一间隙，更均匀的电场可以在电极之间的间隙中被产生，由此提高碳烟捕获并且增加微粒物质传感器灵敏性。

Method and system for exhaust particulate matter sensing

The present invention relates to methods and systems for exhaust particulate matter sensing. Methods and systems are provided for particulate matter sensors downstream of a diesel particulate filter disposed in an exhaust system. In one example, a particulate matter sensor may include an outer tube, no perforation and the guide tube, the outer, perforated tube comprises a plurality of negative electrode is formed along the inner surface of the guide tube includes a perforated central element and an inner tube, wherein the center element comprises a plurality of along the outer surface of the positive electrode is formed. The electrode formed on the cylindrical surface of different and separate electrode gap, gap is more uniform electric field in between the electrodes, thereby improving carbon capture and increasing particulate matter sensor sensitivity.

【技术实现步骤摘要】
用于排气微粒物质感测的方法和系统
本专利技术大体涉及排气流中的电阻型微粒物质(PM)传感器的设计和使用。
技术介绍
柴油燃烧可以产生排放，包括微粒物质(PM)。微粒物质可以包括柴油碳烟和诸如灰烬微粒、金属腐蚀颗粒、硫酸盐和硅酸盐的气雾。当被释放到大气中时，PM能够呈以个体颗粒或链聚集物，其中大部分在100纳米的不可见亚微米范围内。各种技术已经被研发用于在排气被释放到大气之前识别并过滤出排气PM。作为一示例，PM或碳烟传感器可以被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，并且可以被用来感测过滤器上的PM负荷并诊断DPF的运转。电阻式PM传感器通常包括基于一对电极之间的测得的电导率的变化与被沉积在测量电极之间的PM量之间的关系感测PM或碳烟负荷的平坦交叉指状电极。具体地，交叉指状电极被形成在共同的基板上，并且测得的跨过电极的电导率提供碳烟积聚的测量。因此，平坦电极中的静电场在电极的表面附近更强，并且相切于电极表面发生。此外，静电场在远离电极表面的距离处迅速衰减。因此，靠近电极的表面流动的碳烟微粒经历足够的静电力以被捕集到电极表面上，而其他碳烟微粒可以逸出。这能够导致差的碳烟捕获和分布。另外，由于感测电极的平坦几何形状，碳烟可以只沿着一个表面(例如，包括电极的表面)被积聚。因此，排气流中的大部分碳烟不会被检测到，从而导致降低的传感器灵敏性。Heimann等人在WO2006027287中示出了一种示例PM传感器设计。在该设计中，交叉指状电极被径向地分布在圆柱形表面周围，由此增加用于碳烟吸附的表面积，并且进一步增加传感器灵敏性。然而，专利技术人在此已经认识到这种方案的潜在问题。Heinmann等人描述的被形成在圆柱形表面上的交叉指状电极会由于位于远离传感器表面的碳烟微粒所经历的差的静电吸引而继续具有降低的碳烟捕获。具体地，即使在圆柱形表面的情况下，在电极之间产生的静电场依然相切于传感器的表面。因此，当碳烟微粒更靠近传感器表面时，碳烟微粒会经历更强的静电吸引，而其他碳烟微粒会继续逸出而不被传感器检测到。另外，传感器输出会受冲击传感器表面的污染物和/或水滴的存在影响。
技术实现思路
专利技术人已经识别了至少部分地解决这些问题同时改善PM传感器的灵敏性的方案。在一个示例方案中，PM传感器可靠性可以通过一种微粒物质传感器来增加，所述微粒物质传感器包括具有沿着内表面的多个负电极的外部、无穿孔的管；中心、穿孔的元件，其具有沿着所述中心元件的外表面的多个正电极，所述中心元件被设置在所述外部管内；以及内部管，其被附加至所述中心元件。所述外部管、所述中心元件和所述内部管中的每一个具有共同的轴线。以此方式，通过在不同的表面上形成分开一间隙的正电极和负电极，垂直于表面中的每一个的静电场可以被产生，并且该静电场可以在电极表面之间的间隙中更均匀。因此，跨过传感器的电极的碳烟分布和积聚可以更均匀。作为一个示例，一种排气PM传感器可以被配置有传感器电极，并且可以被设置在排气管中微粒过滤器的下游。PM传感器可以包括外圆柱形保护管和内引导管。外部管可以保护传感器电极，而引导管可以朝向被设置在外部管内的传感器电极引导排气。引导管可以包括被耦接至较大中空中心元件的较小内圆柱形无穿孔的管。内部管可以进一步将排气流中的较大微粒和水滴捕集在内部管的进口处，由此阻止它们冲击传感器电极。中心元件可以包括多个穿孔，排气可以通过所述多个穿孔从内部管被释放到被形成在中心元件与外部管之间的间隙内。在一个示例中，中心元件可以是内部管的朝向外部管的中心延伸的延伸部，并且可以被中心地设置在外部管内。传感器电极可以包括被形成在中心元件和外部管的不同表面上的多个正电极和多个负电极，并且可以彼此分开所述间隙。具体地，负电极可以被形成在外部管的内表面上，而正电极可以被形成在中心元件的外表面上。经由进口进入PM传感器的排气可以朝向穿孔中心元件被引导。排气然后可以流过中心元件的穿孔进入将传感器电极分开的间隙。由于多个正电极与多个负电极的分开，排气中的碳烟微粒可以经历间隙中的均匀的电场。因此，颗粒可以被均匀地沉积在被形成在传感器电极之间的间隙中。一旦足够量的碳烟已经被积聚在间隙中，传感器再生就可以被开始。以此方式，通过将PM传感器的正电极和负电极设置在传感器组件的不同的构件的表面上，并且通过将正电极和负电极分开所述间隙，垂直于电极表面中的每一个的静电场可以跨过间隙被产生。将电极分开并且在电极之间的间隙中产生法向的静电场的技术效果是，可以使得在间隙中产生的静电场更均匀。因此，排气流中的碳烟可以跨过电极表面被更均匀地沉积。此外，通过跨过间隙产生静电场，静电场不在传感器电极之间的间隙中衰减，并且因此在间隙中的所有碳烟微粒都经历大体上类似的静电场。总的来说，传感器组件的这些特性可以改善PM传感器的准确性和可靠性。因此，这增加了微粒物质过滤器上的微粒物质负荷估计的准确性。此外，由于大微粒在感测电极上的冲击的PM传感器灵敏性波动可以被减少。通过实现排气DPF的更准确诊断，排气排放合规性可以被提高。应当理解，提供以上概述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的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示出了发动机和被设置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PM传感器的示意图。图3A-3C示出了PM传感器的外部管、引导管的穿孔区域和无穿孔区域的剖视图。图4示出了PM传感器的示意图，其示出了流入引导管并且从PM传感器的外部管中流出的排气。图5示出了描绘用于在跨过被设置在PM传感器内的传感器电极的排气流中积聚微粒的方法的流程图，所述传感器电极由间隙分开。图6是描绘用于再生PM传感器的传感器电极的示例方法的流程图。图7示出了描绘用于诊断被设置在PM传感器上游的微粒过滤器中的泄漏的示例方法的流程图。图8示出了PM传感器上的碳烟负荷与被设置在PM传感器上游的微粒过滤器上的碳烟负荷之间的示例关系。具体实施方式以下描述涉及用于测量被存储在诸如图1的车辆系统中的发动机排气微粒过滤器上的微粒物质的量的系统和方法。被配置有正电极和负电极的圆柱形微粒物质(PM)传感器可以位于排气微粒过滤器的下游，所述正电极和负电极被分布在不同的传感器元件的不同表面上并且被进一步分开一间隙(图2)。负电极可以被形成在PM传感器的外部、无穿孔的管的内表面上，而正电极可以被形成在PM传感器的引导管的穿孔区域的外表面上。因此，电极被形成在分开的圆柱形表面上，并且被所述间隙进一步分开。引导管可以进一步包括被耦接至穿孔区域的较小无穿孔区域，穿孔区域与无穿孔区域两者都被同轴地设置在外部管内。在图3A-3C中示出了外部管、引导管的穿孔区域和无穿孔区域的剖视图。引导管和外部管可以包括分别被配置为将排气引导到PM传感器内和将排气从PM传感器中引导出来的进口孔和出口孔，如在图4中示出的。引导管上的多个穿孔可以将排气引导到电极之间的间隙内，排气中的微粒可以被捕集并且被积聚在所述间隙中。控制器可以被配置为执行控制程序本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微粒物质传感器，其包含：外部、无穿孔的管，其具有沿着内表面的多个负电极；中心、穿孔的元件，其具有沿着所述中心元件的外表面的多个正电极，所述中心元件被设置在所述外部管内；以及内部管，其被附加至所述中心元件，所述外部管、所述中心元件和所述内部管中的每一个具有共同的轴线。

【技术特征摘要】
2016.03.08 US 15/063,7031.一种微粒物质传感器，其包含：外部、无穿孔的管，其具有沿着内表面的多个负电极；中心、穿孔的元件，其具有沿着所述中心元件的外表面的多个正电极，所述中心元件被设置在所述外部管内；以及内部管，其被附加至所述中心元件，所述外部管、所述中心元件和所述内部管中的每一个具有共同的轴线。2.根据权利要求1所述的微粒物质传感器，其中所述中心元件包含被耦接至所述中心元件的内表面的用于加热所述中心元件的再生电路，并且其中所述中心元件包含多个穿孔，所述多个穿孔延伸通过所述中心元件的所述外表面和所述内表面中的每一个。3.根据权利要求1所述的微粒物质传感器，其中所述内部管的直径小于所述外部管的直径和所述中心元件的直径中的每一个。4.根据权利要求2所述的微粒物质传感器，其中所述多个正电极面向所述多个负电极，并且所述多个正电极与所述多个负电极分开一间隙。5.根据权利要求2所述的微粒物质传感器，其中所述多个负电极沿着所述外部管的所述内表面以第一间距被分布，并且其中所述多个正电极沿着所述中心元件的所述外表面以第二间距被分布，所述中心元件的所述多个穿孔穿插在所述多个正电极之间。6.根据权利要求5所述的微粒物质传感器，其中所述第一间距实质上等于所述第二间距。7.根据权利要求5所述的微粒物质传感器，其中所述第一间距不同于所述第二间距。8.根据权利要求4所述的微粒物质传感器，其中所述内部管包含第一区域和第二区域，并且其中第一区域被设置在所述外部管内，并且所述第二区域从所述外部管延伸出来进入排气管，所述中心元件在所述内部管的所述第一区域处被附加至所述内部管。9.根据权利要求8所述的微粒物质传感器，其中所述第二区域包含进口，所述进口被配置为允许所述排气管中的排气经由所述进口沿与所述排气管中的排气流的方向相反的方向进入所述微粒物质传感器并且从所述第二区域流向所述第一区域、所述中心元件和所述间隙中的每一个，所述排气通过所述多个穿孔从所述中心元件流至所述间隙。10.根据权利要求9所述的微粒物质传感器，其中所述外部管包括出口孔，所述出口孔沿正交于所述排气管中的排气流的所述方向和所述排气经由所述进口进入所述微粒物质传感器的方向中的每一个的方向将所述排气从所述微粒物质传感器引导到所述排气管内。11.一种方法，其包含：使一部分排气经由内部管的进口，沿着与排气管中的排气的流动相反的方向从微粒过滤器的下游流入传感器；通过所述内部管的多个穿孔，朝向传感器电极之间的空间引导所述部分排气，所述多个穿孔位于所述内部管的所述进口的远侧；将所述部分排气中的微粒积聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小钢，
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