用于感测颗粒物质的系统和方法
【专利说明】用于感测颗粒物质的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年11月7日提交的题目为“颗粒物质传感器(ParticulateMatter Sensor) ”美国临时专利申请N0.62/077, 140的优先权，其全部内容通过引用被并入本文以用于所有目的。
技术领域
[0003]本申请涉及感测排气系统中的颗粒物质。
【背景技术】
[0004]发动机排放控制系统可利用各种排气传感器。一种示例传感器可以为指示在排气中的颗粒物质质量和/或浓度的颗粒物质传感器。在一个示例中，颗粒物质传感器可通过随时间积聚颗粒物质并且提供积聚度的指示进行操作，其中积聚度作为排气颗粒物质水平的测量。
[0005]颗粒物质传感器可遇到由于穿过传感器表面的流动分布的偏斜导致碳烟在传感器上非均匀沉积的问题。进一步地，颗粒物质传感器可易于受到来自存在于排气中的水滴和/或较大颗粒的撞击的污染。这种污染可导致传感器输出误差。此外，当大数量的排气流穿过颗粒物质传感器时，传感器的再生会不充分。
【发明内容】
[0006]发明人在此已经认识到以上问题并且确定了至少部分地解决该问题的方法。在一个示例方法中，系统包括在上游表面上具有多个进气孔的管和定位在管内部的颗粒物质传感器，所述管具有在下游表面上带圆形凹槽的马蹄形和沿着圆形凹槽的长度定位的多个出气孔。
[0007]该系统可进一步包括隔热屏，其在隔热屏的第一侧处联接到颗粒物质传感器，其中相对第一侧的隔热屏的第二侧面向管的上游表面。因此，隔热屏可被定位在颗粒物质传感器与多个进气孔之间以阻挡来自排气的颗粒物质进入管。管的底表面可包括至少一个排水(drainage)孔，排水孔邻近管的下游表面定位用于将水滴和大于阈值尺寸的颗粒从管中排出。在一些示例中，颗粒物质传感器可包括设置在颗粒物质传感器的第一表面上的电路，用于测量沉积在电路上的碳烟量，其中第一表面面向管的下游表面。多个出气孔可以非均匀布置方式沿着凹槽的长度被定位，使得邻近管的底部比邻近管的顶部有更多的孔。
[0008]这样，颗粒物质传感器可暴露于穿过其表面的更均匀的流动分布，并且水滴和/或较大颗粒不可以达到传感器元件。因此，颗粒物质传感器的功能可得到改善并且可以更加可靠。
[0009]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由随附于【具体实施方式】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】
[0010]图1示出包括碳烟传感器的车辆系统的示意性描述，该碳烟传感器位于颗粒过滤器的下游。
[0011]图2示出碳烟传感器的透视图。
[0012]图3示出图2的碳烟传感器的截面图。
[0013]图4示出一种用于在图2的碳烟传感器上收集碳烟的方法流程图。
[0014]图5示出图2的碳烟传感器的可替代实施例的透视图。
[0015]图6示出图5的碳烟传感器的截面图。
[0016]图7示出一种用于在图5的碳烟传感器上收集碳烟的方法流程图。
【具体实施方式】
[0017]以下描述涉及用于通过排气传感器输送排气并且测量在排气中的颗粒物质的质量和/或浓度的系统和方法。如图1所示的车辆系统可包括具有进气通道和排气通道的发动机。在排气通道中，柴油颗粒过滤器可过滤来自排气的颗粒物质。颗粒物质传感器可位于柴油颗粒过滤器下游，以估计颗粒物质流动并且监测柴油颗粒过滤器的效率。来自传感器的测量可受到在传感器表面上的大颗粒或水的聚集的破坏。另外，排气在传感器表面上的不均衡分布可增加传感器测量的误差。因此，颗粒物质传感器可被并入颗粒物质组件，该颗粒物质组件可将传感器与大颗粒和水分子屏蔽开来。图2和图5示出颗粒物质组件的两个示例，该颗粒物质组件可利用保护管来使颗粒物质传感器与即将到来的排气屏蔽开来。排气可流入颗粒物质组件，使得大颗粒收集在组件的下游侧上，如在图3和图6中的组件的截面图中所描绘的。因此，颗粒物质组件的形状、取向和布置可使得排气流过该组件、均衡地撞击在传感器表面上，并且如图4和图7所描绘离开组件。沉积在传感器表面上的颗粒物质然后可用于估计在排气中的颗粒物质的量。
[0018]图1示出车辆系统6的示意性描绘。车辆系统6包括发动机系统8。发动机系统8可包括具有多个汽缸30的发动机10。在一些示例中，发动机10可以为柴油发动机并且可经配置以燃烧柴油燃料。然而，在另一些示例中，发动机10可经配置以燃烧汽油燃料。在又一些示例中，发动机10可经配置以燃烧乙醇或者其他醇类燃料。在一些示例中，发动机10可经配置以燃烧前述燃料类型中的任意组合。发动机10包括发动机进气装置23和发动机排气装置25。发动机进气装置23包括节气门62，该节气门62经由进气通道42被流体地联接到发动机进气歧管44。发动机排气装置25包括最终通向排气通道35的排气歧管48，该排气通道35将排气传送到大气。节气门62可位于升压设备(诸如涡轮增压器(未示出))下游和后冷却器(未示出)上游的进气通道42中。当包括后冷却器时，该后冷却器可经配置以降低通过升压设备压缩的进气空气的温度。
[0019]车辆系统6可进一步包括控制系统14。控制系统14被示为接收来自多个传感器16 (本文描述传感器16的各种示例)的信息并且发送控制信号到多个致动器81 (本文描述致动器81的各种示例)。作为一个示例，传感器16可包括(位于排气歧管48中的)排气传感器126、温度传感器128和(位于排放控制设备70的下游的)压力传感器129。其他传感器，诸如附加压力传感器、温度传感器、空气/燃料比传感器和组分传感器可被联接到车辆系统6中的各个位置。作为另一个示例，致动器可包括燃料喷射器66、节气门62、控制过滤器再生的DPF(柴油颗粒过滤器)阀(未示出)等。控制系统14可包括控制器12。控制器可接收来自各种传感器的输入数据，处理输入数据，并且基于在其中编程的对应一种或多种例程的指令或代码响应于所处理的输入数据触发致动器。例如，用于实施各种控制例程的指令可被储存在控制器12的存储器中。
[0020]发动机排气装置25可包括一个或多个排放控制设备70，排放控制设备70可被安装在排气装置中的紧密联接位置。一个或多个排放控制设备可包括三元催化剂、稀NOx过滤器、SCR催化剂等。发动机排气装置25还可包括定位在排放控制设备70上游的柴油颗粒过滤器(DPF) 102，柴油颗粒过滤器(DPF) 102临时过滤来自进气的颗粒物质(PM)。如图所描绘，在一个示例中，DPF 102为柴油颗粒物质保持系统。已经沿着通过DPF 102的通道过滤掉PM的尾管排气可在颗粒物质传感器106和排放控制设备70中进行进一步处理，并且经由排气通道35排到大气。如关于图2更详细地描述，传感器106可以为颗粒物质传感器，其测量在DPF 102下游的颗粒物质的质量或浓度。例如，传感器106可以为碳烟传感器。传感器106可以被可操作地联接到控制器12并且可与控制器12通信，以指示在离开DPF 102并且流过排气通道35的排气内的颗粒物质的浓度。这样，传感器106可检测来自DPF 102的泄漏。DPF 102可具有由例如堇青石或碳化硅制成的整体结构，在其内部具有多个通路用于过滤来自柴油机排气的颗粒物质。
[0021]—些颗粒物质传感器可利用电路来测量在排气流内的颗粒物质的质量或浓度。颗粒物质可撞击在电路上并且在电路中产生电桥/短路，从而改变传感器的电流输出和/或电压输出。在一些传统的电路颗粒物质传感器中，排气从电路的一端被导向另一端，这可导致不均衡的碳烟分布。具体地，大部分碳烟可沉积在排气首先接触传感器的电路的流入端，而大多数电路仅经受有限的碳烟颗粒沉积。另外，传感器可经受来自传感器表面上的大颗粒或水滴撞击的污染。如以下将关于图2-图7所进一步描述，颗粒物质传感器组件可以这样的方式配置，即允许在颗粒传感器上的更均衡的碳烟分布，并且减少在传感器表面上的大颗粒撞击。
[0022]图2-图7示出和/或描绘颗粒物质传感器组件的操作，该颗粒物质传感器组件包括容纳在一个或多个保护管内部的颗粒物质传感器。颗粒物质传感器的感测表面可背离到来的排气流。多个孔可在传感器组件上隔开，以允许排气均衡地撞击在颗粒物质传感器的表面上。传感器组件可经进一步配置使得大颗粒(例如，超过阈值尺寸的颗粒物质)和水蒸气撞击在保护管的表面上而非传感器上(例如，未撞击在颗粒物质传感器元件的感测表面上)。图2-图4示出包括单个保护管的颗粒物质传感器的第一实施例。图5-图7示出颗粒物质传感器的第二实施例，其中传感器组件包括不止一个保护管。
[0023]现在转向图2-图3，它们示出颗粒物质(PM)传感器组件200的示意图。图2_图3示出在PM传感器组件200内的部件的相对尺寸和位置。图2-图3可大约按比例绘制。因此，在一些示例中，在图2-图3中所示的部件的相对尺寸和定位可表示颗粒物质传感器组件200的部件的实际尺寸和定位。然而，在另一些示例中，部件的相对尺寸和位置可与图2-图3中所示的不同。
[0024]现在转向图2，其示出颗粒物质(PM)传感器组件200的示例实施例的示意图。PM传感器组件200可以为图1的颗粒物质传感器106并且，因此可具有与PM传感器106的那些已经描述特征和/或配置共同的特征和/或配置。PM传感器组件200可经配置以测量排气中的PM质量和/或浓度，并且因此，可被联接到排气通道235，排气通道235可与以上关于图1所示的排气通道35相同。应该理解，PM传感器组件200借助于示例