[发明专利]用于排气微粒物质感测的方法和系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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，发明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。

发明内容

发明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。