[發明專利]用于排氣微粒物質感測的方法和系統

有效

• 申請號: 201710130385.7
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN107167402B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 張小鋼
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/06;G01N27/04
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙志剛;趙蓉民

本發明涉及用于排氣微粒物質感測的方法和系統。提供了用于被設置在排氣系統中的柴油微粒過濾器下游的微粒物質傳感器的方法和系統。在一個示例中，一種微粒物質傳感器可以包括外部、無穿孔的管和引導管，所述外部、無穿孔的管包括沿著內表面被形成的多個負電極，所述引導管包括穿孔中心元件和內部管，所述中心元件包括沿著外表面被形成的多個正電極。通過在不同的圓柱形表面上形成電極并且將電極分開一間隙，更均勻的電場可以在電極之間的間隙中被產生，由此提高碳煙捕獲并且增加微粒物質傳感器靈敏性。

技術領域

本發明大體涉及排氣流中的電阻型微粒物質(PM)傳感器的設計和使用。

背景技術

柴油燃燒可以產生排放，包括微粒物質(PM)。微粒物質可以包括柴油碳煙和諸如灰燼微粒、金屬腐蝕顆粒、硫酸鹽和硅酸鹽的氣霧。當被釋放到大氣中時，PM能夠呈以個體顆粒或鏈聚集物，其中大部分在100納米的不可見亞微米范圍內。各種技術已經被研發用于在排氣被釋放到大氣之前識別并過濾出排氣PM。

作為一示例，PM或碳煙傳感器可以被用于具有內燃發動機的車輛中。PM傳感器可以位于柴油微粒過濾器(DPF)的上游和/或下游，并且可以被用來感測過濾器上的PM負荷并診斷DPF的運轉。電阻式PM傳感器通常包括基于一對電極之間的測得的電導率的變化與被沉積在測量電極之間的PM量之間的關系感測PM或碳煙負荷的平坦交叉指狀電極。具體地，交叉指狀電極被形成在共同的基板上，并且測得的跨過電極的電導率提供碳煙積聚的測量。因此，平坦電極中的靜電場在電極的表面附近更強，并且相切于電極表面發生。此外，靜電場在遠離電極表面的距離處迅速衰減。因此，靠近電極的表面流動的碳煙微粒經歷足夠的靜電力以被捕集到電極表面上，而其他碳煙微粒可以逸出。這能夠導致差的碳煙捕獲和分布。另外，由于感測電極的平坦幾何形狀，碳煙可以只沿著一個表面(例如，包括電極的表面)被積聚。因此，排氣流中的大部分碳煙不會被檢測到，從而導致降低的傳感器靈敏性。

Heimann等人在WO2006027287中示出了一種示例PM傳感器設計。在該設計中，交叉指狀電極被徑向地分布在圓柱形表面周圍，由此增加用于碳煙吸附的表面積，并且進一步增加傳感器靈敏性。

然而，發明人在此已經認識到這種方案的潛在問題。Heinmann等人描述的被形成在圓柱形表面上的交叉指狀電極會由于位于遠離傳感器表面的碳煙微粒所經歷的差的靜電吸引而繼續具有降低的碳煙捕獲。具體地，即使在圓柱形表面的情況下，在電極之間產生的靜電場依然相切于傳感器的表面。因此，當碳煙微粒更靠近傳感器表面時，碳煙微粒會經歷更強的靜電吸引，而其他碳煙微粒會繼續逸出而不被傳感器檢測到。另外，傳感器輸出會受沖擊傳感器表面的污染物和/或水滴的存在影響。

發明內容

發明人已經識別了至少部分地解決這些問題同時改善PM傳感器的靈敏性的方案。在一個示例方案中，PM傳感器可靠性可以通過一種微粒物質傳感器來增加，所述微粒物質傳感器包括具有沿著內表面的多個負電極的外部、無穿孔的管；中心、穿孔的元件，其具有沿著所述中心元件的外表面的多個正電極，所述中心元件被設置在所述外部管內；以及內部管，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內部管中的每一個具有共同的軸線。以此方式，通過在不同的表面上形成分開一間隙的正電極和負電極，垂直于表面中的每一個的靜電場可以被產生，并且該靜電場可以在電極表面之間的間隙中更均勻。因此，跨過傳感器的電極的碳煙分布和積聚可以更均勻。

作為一個示例，一種排氣PM傳感器可以被配置有傳感器電極，并且可以被設置在排氣管中微粒過濾器的下游。PM傳感器可以包括外圓柱形保護管和內引導管。外部管可以保護傳感器電極，而引導管可以朝向被設置在外部管內的傳感器電極引導排氣。引導管可以包括被耦接至較大中空中心元件的較小內圓柱形無穿孔的管。內部管可以進一步將排氣流中的較大微粒和水滴捕集在內部管的進口處，由此阻止它們沖擊傳感器電極。中心元件可以包括多個穿孔，排氣可以通過所述多個穿孔從內部管被釋放到被形成在中心元件與外部管之間的間隙內。在一個示例中，中心元件可以是內部管的朝向外部管的中心延伸的延伸部，并且可以被中心地設置在外部管內。