[发明专利]用于排气微粒物质感测的方法与系统

说明书

本申请公开用于排气微粒物质感测的方法与系统。提供了用于通过位于排气系统中的柴油微粒过滤器的上游或下游的微粒物质(PM)传感器感测微粒物质的方法和系统。PM传感器可以包括每个均具有三维形状的第一导电基体和第二导电基体。第一基体用作正电极，并且第二基体用作负电极。每个基体限定分别通过和/或接近彼此的延伸部和/或通道，以形成多个碳烟捕集间隙。多个碳烟捕集间隙中的第一个被取向为正交于多个碳烟捕集间隙中的第二个。

技术领域

本描述大体涉及排气流中的电阻型微粒物质(particle matter)(PM)传感器的设计和使用。

背景技术

柴油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碳烟和悬浮微粒，例如灰分微粒、金属磨损微粒、硫酸盐和硅酸盐。当释放到大气中时，PM能够呈以单个微粒或链聚集体的形式，并且大部分在100纳米的不可见亚微米范围内。已经开发了用于在排气被排放到大气之前识别和过滤排气PM的各种技术。

例如，也被已知为PM传感器的碳烟传感器可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，并且可用于感测过滤器上的PM负载并诊断DPF的操作。通常，PM传感器可以基于放置在传感器的平面基板(substrate)表面上的一对薄电极间的测得的电导率(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，测得的电导率提供碳烟积聚的程度。

Goulette等人在US 2015/0153249 A1中示出了一个示例PM传感器。其中，设置在基板上的导电材料被图案化以形成PM传感器的相互交叉的(interdigitated)“梳状”电极。当在电极两端施加电压时，碳烟微粒在电极之间的基板的表面处或附近积聚。

本发明人已经认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，在这样的PM传感器中，在进入的排气中只有一小部分的PM经受施加在电极之间的静电力，并横跨在形成在传感器表面上的电极被收集，从而导致传感器的低灵敏度。此外，由于横跨传感器的表面的流量分布的偏差，甚至在表面上积聚的PM的部分也可能不均匀。PM可能倾向于或者严密地在传感器的入口侧积聚，并且获得低的和/或不均匀的碳烟负载。PM在传感器表面上的不均匀沉积可进一步加剧传感器的低灵敏度问题。

发明内容

发明人已经认识到上述问题，并且以及确定了至少部分地解决上述问题的方法。在一个示例中，上述问题可以由一种微粒物质传感器来解决，该微粒物质传感器包括：第一导电基体，其具有由在x维度、y维度和z维度中不可忽略的尺寸限定的三维形状，所述第一导电基体被充电到第一电压以用作正电极；以及第二导电基体，其具有由在x维度、y维度和z维度中不可忽略的尺寸限定的三维形状，所述第二导电基体被充电到第二电压以用作负电极。第一基体和第二基体中的一个可以限定延伸部和/或通道，并且第一基体和第二基体中的另一个可以限定延伸部和/或通道。延伸部和/或通道可分别通过和/或接近彼此，从而形成由从第一基体到第二基体的局部最短距离限定的多个碳烟捕集间隙。多个碳烟捕集间隙中的第一个可以取向为正交于多个碳烟捕集间隙中的第二个。第一基体和/或第二基质的电压的变化可以通过碳烟形成在碳烟捕集桥中来实现，并且可以确定为来自发动机的排气流中的碳烟浓度水平。以这种方式，碳烟捕集可以更好地分布并且更均匀，并且可以提高传感器的灵敏度和可靠性。

作为一个示例，排气PM传感器组件可以位于排气通道中的排气微粒过滤器的下游。PM传感器组件可以是箱式传感器，并且可以包括密封的底部、顶部和侧表面，并且还可以包括用于将排气引导到组件内部和外部的开放的前表面和后表面。

总之，传感器组件的这些特征可使得传感器组件的输出更精确，从而提高了估计微粒过滤器上的微粒含量的精度。

应当理解，提供上面的发明内容是为以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的所选概念。并非旨在识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由随附权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分提到的任何缺点的实施方式。