用于排气微粒物质感测的方法和系统与流程

本发明涉及感测排气系统中的微粒物质。

背景技术：

发动机排放控制系统可利用各种排气传感器。一个示例传感器可以是微粒物质传感器，其指示排气中的微粒物质质量和/或浓度。在一个示例中，所述微粒物质传感器可通过以下操作来操作：随时间蓄积微粒物质，并提供蓄积程度的指示作为排气微粒物质水平的量度。微粒物质传感器可以位于柴油微粒过滤器的上游和/或下游，且可用于感测加载在微粒过滤器上的微粒物质并诊断所述微粒过滤器的操作。

pm传感器的一个示例由梅达(maeda)等人在us20120085146a1中示出。其中，微粒物质传感器被附接到排气管的顶部且被容纳在柱形保护管内。pm传感器另外包含定位成更靠近排气管的中心的传感器元件，使得传感器输出更合理地表示排气管中的平均烟粒浓度。另外，pm传感器包含入口洞，其被配置为将排气引导到传感器中且朝向传感器元件。在本文中，传感器元件定位成更靠近入口孔以允许传感器元件捕获更多的进入微粒。

然而，本发明人已经认识到此类传感器配置的潜在问题。作为一个示例，此布置可使传感器元件更易于被排气中在入口孔处或其附近冷凝的水滴污染。在此类传感器配置中，可需要另外的保护涂层来保护烟粒传感器元件不受较大微粒和水滴的直接冲击。添加另外的保护层可能降低带电烟粒微粒与传感器元件的电极之间的静电吸引，且可能引起降低的烟粒传感器灵敏性。在降低的灵敏性的情况下，烟粒传感器可能不能够以可靠的方式确定微粒过滤器的泄漏。因此，传感器中的误差可能引起对dpf退化的错误指示以及对功能过滤器的不必要的替换。

另一方面，如果传感器安装在排气管的底部处，如通过帕特森(paterson)在us8310249b2中示出，那么在排气管的底部处冷凝的水可溢出到传感器元件中，由此污染传感器元件。传感器元件的此类污染可能引起传感器的输出中的波动，由此降低估计微粒加载在微粒过滤器上的准确性。

技术实现要素：

本文的发明人已经认识到上述问题，且识别出至少部分解决所述问题的方法。在一个示例方法中，提供用于感测发动机的排气道中的微粒物质的微粒物质传感器。该微粒物质传感器包括球形组件、支撑杆、多个流管和传感器元件，其中支撑杆耦接到球形组件的底端，多个流管耦接到球形组件的顶端，并且传感器元件定位在球形组件内，远离多个流管。以此方式，通过使多个流管与传感器元件分离，可减少与冲击传感器元件并导致传感器输出中的波动的水滴和较大污染物相关的问题。

作为一个示例，排气微粒物质传感器组件可定位在排气管中的排气微粒过滤器的下游。微粒物质传感器可包含球形组件，该球形组件包含附接到该组件的顶端的多个流管和定位成更靠近该组件的底端的传感器元件。具体地说，球形组件可包含以某一间隙间隔开的中空球形同心外部装置和内部装置。中空支撑杆可安装在组件的底端处，该中空支撑杆将组件耦接到排气管的底部。通过将组件安装在支撑杆上，传感器元件可定位成更靠近排气管的中心。

耦接到组件的顶部的多个流管可包含中空柱形内部管和外部管。由此，外部管可为安装在外部装置的顶部上的入口管，且内部管可为安装在内部装置的顶部上并定位在外部管内的出口管。另外，外部管可包含沿着曲面的多个穿孔，所述穿孔经配置以将排气引导到外部装置与内部装置之间的间隙中。随后，排气可被分成两部分；所述间隙内的排气的较大部分可经由位于内部装置的底部处的孔而被朝向定位在内部装置内的传感器元件引导，且较小部分可受重力作用移向外部装置的底部。在本文中，较小部分可包含具有大于阈值大小的微粒，因此可受重力作用移向外部装置的底部。然而，中空杆流体地耦接到外部装置。因此，排气的较小部分中的较重微粒可流动到中空杆中，且进一步被排出组件。然而，排气的较大部分中的较轻烟粒微粒可进入内部装置并可在传感器元件处蓄积。由此，传感器元件可继而用于诊断微粒过滤器的功能。在本文中，传感器元件定位成远离入口管，因此通过使传感器元件远离入口管且另外为较重微粒提供替代路径，可保护传感器元件且可增加传感器可靠性。

以此方式，可改进传感器元件的功能且可使传感器更可靠。另外，通过实现对排气微粒过滤器的更加准确的诊断，可改进排气排放达标率。这减少替换功能性微粒过滤器的高保修成本。排气可经由定位在组件的顶部上的出口管离开传感器。入口管和出口管的对称设计消除针对在安装时的具体传感器定向的制造过程并增强传感器可重复性。

应理解，提供以上发明内容是为了以简化形式引入一系列概念，具体实施方式中进一步描述这些概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键特征或本质特征，其范围由具体实施方式之后的权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出发动机和定位在排气流中的相关联的微粒物质(pm)传感器的示意图。

图2a示出pm传感器的示意图，所述pm传感器包含具有多个流管的球形组件，以及经由中空支撑杆安装在排气管内的传感器元件。

图2b示出pm传感器的示意图，其示出排气经由附连到球形组件的顶部的流管流动到pm传感器中。

图3a至3c示出形成于传感器元件的第一表面上的圆形叉指形电极的示例布局。

图4示出形成于传感器元件的相反的第二表面上的加热元件。

图5示出描绘用于蓄积穿过传感器元件的排气流中的微粒的示例方法的流程图，所述传感器元件定位在pm传感器的球形组件的内部装置内。

图6是描绘用于使pm传感器的传感器电极再生的示例方法的流程图。

图7示出描绘用于诊断定位在pm传感器的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pm传感器上的烟粒负载与定位在pm传感器的上游的微粒过滤器上的烟粒负载之间的示例关系。

具体实施方式

以下描述涉及用于感测发动机系统(例如图1中示出的发动机系统)的排气流中的微粒物质(pm)的系统和方法。pm传感器可置于发动机系统的排气道中。pm传感器可包含球形组件，该组件包含附连到球形组件的直径上对置端的多个流管和支撑杆。球形组件可在支撑杆的帮助下安装到排气道的底部。具体地说，球形组件包含内部球形装置，其定位在外部球形装置内并以某一间隙间隔开，且多个流管包含内部管，所述内部管定位在外部管内并以某一间距间隔开，如图2a中示出。另外，圆形的球形元件可定位在内部装置内，且排气可在形成于外部管和内部装置上的穿孔和孔的帮助下朝向传感器元件被引导，如图2b中示出。传感器元件可包含形成于传感器元件的第一表面上的同心叉指形电极，如图3a至3c中示出。另外，传感器元件可包含形成于相反的第二表面上的加热元件，如图4中示出。控制器可经配置以执行控制程序，例如执行图5的示例程序以蓄积穿过传感器元件的电极的排气中的微粒。另外，控制器可间歇地清洁pm传感器(图6)以实现持续的pm监视。此外，控制器可以经配置以执行程序，例如图7的示例程序以基于pm传感器再生之间的时间而使排气微粒过滤器再生。过滤器诊断的示例在图8中示出。以此方式，可增加pm传感器的估计dpf的过滤能力(且由此检测dpf泄漏)的功能。

图1示出车辆系统6的示意性描绘。车辆系统6包含发动机系统8。发动机系统8可以包含具有多个汽缸30的发动机10。发动机10包含发动机进气端23和发动机排气端25。发动机进气端23包含节流阀62，其经由进气道42流体地耦接到发动机进气歧管44。发动机排气端25包含最终通向排气道35的排气歧管48，所述排气道将排气引至大气。节流阀62可以在进气道42中位于如涡轮增压器(未示出)等增压装置的下游和后冷却器(未示出)的上游。当包含后冷却器时，后冷却器可以经配置以降低通过增压装置压缩的进气的温度。

发动机排气端25可以包含一个或多个排放控制装置70，其可以在排气端在紧密耦接位置安装。一个或多个排放控制装置可以包含三效催化剂、稀nox过滤器、scr催化剂等。发动机排气端25还可以包含柴油微粒过滤器(dpf)102，其暂时地过滤来自进入气体的pm，且定位在排放控制装置70的上游。在一个示例中，如所描绘，dpf102是柴油微粒物质保留系统。dpf102可以具有由例如堇青石或碳化硅制成的单块型结构，其内部有多个通道以过滤来自柴油排气的微粒物质。在通过dpf102之后已经滤除pm的排气管排气可以在pm传感器106中被测量，且在排放控制装置70中被进一步处理，并经由排气道35被排出到大气。在所描绘的示例中，pm传感器106是电阻式传感器，其基于所测量的pm传感器的电极两端的导电率变化来估计dpf102的过滤效率。图2示出了pm传感器106的示意性视图200，如下文进一步详细描述。

车辆系统6可以进一步包含控制系统14。控制系统14示出为从多个传感器16(其各种示例在本文中描述)接收信息，并将控制信号发送到多个致动器81(其各种示例在本文中描述)。作为一个示例，传感器16可包含：经配置以测量通过排气道35的排气的流速的排气流速传感器126、排气传感器(位于排气歧管48中)、温度传感器128、压力传感器129(位于排放控制装置70的下游)、和pm传感器106。诸如附加的压力传感器、温度传感器、空气/燃料比传感器、排气流速和成分传感器的其他传感器可耦接到车辆系统6中的各种位置。作为另一示例，致动器可以包含燃料喷射器66、节流阀62、控制过滤器再生的dpf阀(未示出)、电子电路的开关等。控制系统14可包含控制器12。控制器12可以配置有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令。控制器12从图1的各种传感器接收信号，处理所述信号，并利用图1的各种致动器以基于接收到的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整发动机操作。作为一个示例，在操作pm传感器以蓄积烟粒微粒时，控制器可将控制信号发送到电子电路以对pm传感器的传感器电极施加电压，以将带电微粒捕集到传感器电极的表面上。作为另一示例，在pm传感器再生期间，控制器可将控制信号发送到再生电路以将再生电路中的开关闭合达某一阈值时间，以对耦接到传感器电极的加热元件施加电压以加热传感器电极。以此方式，传感器电极经加热以烧掉沉积在传感器电极的表面上的烟粒微粒。在本文中参考图5至图7描述示例程序。

现在转到图2a，示出微粒物质(pm)传感器组件202(例如图1的pm传感器106)的示例实施例的示意性视图200。pm传感器组件202可经配置以测量排气中的pm质量和/或浓度，且由此，可以在柴油微粒过滤器(例如图1中示出的dpf102)的上游或下游耦接到排气道210(例如，图1中示出的排气道35)。

在示意性视图200中，pm传感器组件202安置在排气道210内，其中排气(沿着x轴)从柴油微粒过滤器的下游向排气管流动，如由箭头258指示。pm传感器组件202包含球形组件204(在下文可交换地称为组件204)，且经由中空支撑杆208(在下文所述中空支撑杆可交换地称为支撑杆、安装杆或中空杆)安装在排气道210内。另外，球形组件204经由组件204的顶部部分262耦接到多个流管206，并包含定位在组件204内的传感器元件234。在本文中，组件204是球形形状。作为另一示例，组件可为定位在排气道内的中空椭圆形结构。

中空支撑杆208可在正交于排气道210的长轴线的方向上沿着y轴延伸。支撑杆208的长度l可比支撑杆208的直径d大得多。另外，支撑杆208可包含顶端260和底端270，且由此，长度l可包含支撑杆208的顶端260与底端270之间的距离。底端270的一部分可耦接到排气道210的底部212(而非例如耦接到排气道210的顶部214)。作为一示例，支撑杆208的底端270的延伸到排气道210的底部212中的部分可比支撑杆208的仍在排气道210内的部分254小得多。支撑杆208的底端270可以多种方式安装在排气道210的底部212中。例如，支撑杆208的底端270可经由额外的螺钉(未示出)插入、旋拧或固持到底部212。支撑杆208可包含排泄孔252，其定位成比支撑杆的顶端260更靠近支撑杆的底端270。尽管描绘为单一孔252，但在一些示例实施例中排泄孔可包含多个孔。排泄孔252的目的是将具有比阈值大小更大的微粒从pm传感器组件202排出，这将在稍后详细描述。

在车辆的冷启动期间，排气可能不足够温暖以将排气管内的水转化成蒸汽(气态)，且因此水可继续保持处于液态并在排气道210的底部212处聚集。通过如下文所描述将组件安装在支撑杆208上，pm传感器组件202可定位成更靠近排气道的中心，且可保护传感器不受在排气道的底部处冷凝并聚集的水的影响。

支撑杆208的顶端260可耦接到球形组件204的底部部分。由此，支撑杆208的顶端260可为开放的(通过图2a中的虚线指示)，以便允许支撑杆208与球形组件204之间的流体耦接。具体地说，球形组件204包含中空外部球形装置216(此后称为外部装置216)和中空内部球形装置218(此后称为内部装置218)，所述内部装置同心地定位在外部装置216内。支撑杆208的顶端260可耦接到外部装置216的底部部分或端部261。因此，支撑杆208流体地耦接到外部装置216，具体地说在形成于外部装置216的底部部分261和支撑杆208的顶端260中的开口处。应了解，支撑杆208并不耦接到内部装置218，而是仅耦接到外部装置216。

外部装置216是半径为r1的球形保护装置。同样地，内部装置218是半径为r2的球形保护装置。内部装置218同心地定位在外部装置216内，使得在内部装置与外部装置之间存在间隙226。在本文中，内部装置218小于外部装置216(例如，r2<r1)，且外部装置216与内部装置218之间的间隙226等于两个球形装置的半径差(例如，r1-r2)。由此，内部装置218可通过例如沿着外部装置216的圆周定位的螺钉(未示出)固持到外部装置216。外部装置216和内部装置218可共享共同的中心c，且包含共同的中心轴线y-y’，所述中心轴线y-y’垂直于排气道210内的排气流的方向(箭头258)。内部装置218和外部装置216可相对于彼此对称地定位。内部装置218和外部装置216一起形成pm传感器组件202的球形组件204。

作为一个示例，可选定支撑杆208的长度l以及球形组件204的外部装置和内部装置的半径r1和r2，使得球形组件204可定位成更靠近排气道210的中心。以此方式，通过将传感器组件定位成靠近排气道210的中心，排气道210中的平均烟粒微粒浓度可在传感器组件中合理地表示。因此，可增加pm传感器组件202的灵敏性，且可使得传感器更加可靠。另外，通过实现对排气微粒过滤器的更加准确的诊断，可改进排气排放达标率。由此，这降低了替换功能性微粒过滤器的高保修成本，改进了排气排放，并延长了排气组件使用寿命。

如先前所提及，球形组件204包含多个流管206，其附接到组件的顶部部分262。具体地说，流管206包含外部管246和内部管248。外部管246是经配置以从排气道210接收排气的入口管，而内部管248是经配置以将排气从pm传感器组件202释放回到排气道210中的出口或离开管。在本文中，外部管246是长度为l1且半径为r3的中空圆柱体。同样地，内部出口或离开管248是长度为l2且半径为r4的中空圆柱体，其同轴地置于外部管246内并以间距228与外部管246分隔开。在本文中，内部管248小于外部管246(例如，r4<r3)，且内部管248与外部管246之间的间距228等于两个管的半径差(例如，r3-r4)。由此，内部管248可通过例如沿着外部管246的侧表面定位的螺钉(未示出)而固持到外部管246。外部管246和内部管248可共享共同的中心轴线y-y’，该中心轴线y-y’与球形组件204的中心轴线是同一轴线。中心轴线y-y’垂直于排气道210内的排气流的方向(箭头258)，如先前所描述。

内部管248的长度l2可长于外部管246的长度l1(例如，l2>l1)。因此，内部管248穿过形成于内部装置218与外部装置216之间的间隙226。外部管246包含顶部表面272和底部表面276，且从顶部表面272到底部表面276的距离对应于外部管246的长度l1。同样地，内部管248包含顶部表面274和底部表面278，且从顶部表面274到底部表面278的距离对应于内部管248的长度l2。在本文中，外部管246的底部表面276耦接到球形组件204的顶部部分或顶端262。具体地说，外部管246的底部表面276与外部装置216的顶部部分262之间的耦接允许间距228与间隙226之间的流体连通。应了解，球形组件204的顶部部分262对应于外部装置216的顶部部分。因此，外部管246耦接到外部装置216，而非耦接到球形组件204的内部装置218。也就是说，外部装置216包含耦接到外部装置216的直径上对置端或部分的外部管246和支撑杆208。

另外，外部管246的顶部表面272与内部管248的顶部表面274共面。然而，外部管246的底部表面276不与内部管248的底部表面278共面。由此，内部管248的底部表面278在外部管246的底部表面276下方的某一距离(例如等于间隙226)处，且另外耦接到内部装置218的顶部部分268。总而言之，外部管和内部管的顶部表面是共面的，但不耦接到球形组件的外部装置或内部装置，并位于球形组件外。然而，外部管246的底部表面276耦接到外部装置216的顶部部分，而内部管248的底部表面278耦接到内部装置218的顶部部分。内部装置218的顶部部分268更靠近外部装置216的顶部部分262并更远离外部装置216的底部部分261。内部装置218的顶部部分268可与外部装置216的顶部部分262分隔开某一距离，例如，所述某一距离等于外部装置与内部装置之间的间隙226。在本文中，间隙226可等于外部管与内部管之间的长度差(例如，l2-l1)。

外部管246的顶部表面272可密封，而外部管246的底部表面276可为开放的(或不密封)，因此流体地耦接外部管246与外部装置216。在本文中，形成于外部管246与内部管248之间的间距228流体地耦接到形成于外部装置216与内部装置218之间的间隙226。然而，内部管248的顶部表面274与底部表面278都可为开放的。因此，内部装置218经由底部表面278流体地耦接到内部管248，并经由例如顶部表面274耦接到排气道210。

内部装置218在顶部部分268处耦接到内部管248的底部表面278，如先前所解释。另外，内部装置218的底部部分266包含孔(或孔洞或孔口)244。在本文中，孔244形成于内部装置218上，与内部装置218的耦接到内部管248的顶部部分268在直径上对置。因此，孔244更靠近外部装置216的底部部分261，且更远离外部装置216的顶部部分262和内部装置218的顶部部分268中的每一个。

由此，多个流管206经配置以将排气引导进出球形组件204。具体地说，外部管246包含沿着外部管246的曲面形成的多个孔洞或孔250，排气通过所述孔洞或孔进入组件204。球形组件内的排气经由内部管248离开组件，如参考图2b详细解释。

由此，外部装置216可制造为中空球形装置，其具有形成于直径上两个对置端上(沿着中心y-y’轴线)的切口。在一个示例中，切口可为圆形形状。在顶端上，切口的半径可基本上等于外部管246的半径r3。在底端处，切口可较小且基本上等于中空支撑杆208的直径。外部入口管可制造为具有半径r3和长度l1的中空圆柱体，且可例如在外部装置的顶端上的切口处插入到外部装置216的顶端中。同样地，支撑杆208可制造为直径d且长度l的中空圆柱形杆，且可在底部切口处插入到外部装置216的底端中。中空支撑杆的相反端可安装在排气道212的底部212上，如先前所描述。

类似于外部装置，内部装置218可制造为中空球形装置，其具有形成于直径上两个对置端上(沿着中心y-y’轴线)的切口。在顶端上，切口的半径可基本上等于内部管248的半径r4。在底端处，切口可形成孔244。内部出口管可制造为具有半径r4和长度l2的中空圆柱体，且可首先插入到外部管246中，并随后经由形成于内部装置218上的顶部切口插入到内部装置218的顶端中。另外，内部装置218可包含可悬置地耦接在内部装置218内的传感器元件234，如下文所解释。

传感器元件234可在支腿242的帮助下悬置成更靠近孔244。作为一示例，三个支腿242(三个腿中的两个在视图200中示出)可沿着内部装置218的圆周(例如，沿着内表面)均匀地分布并耦接。由此，支腿242中的每一个的一端可耦接到内部装置218的内表面，且支腿242中的每一个的相反端可耦接到传感器元件234。在本文中，支腿242的长度和弹性常数可经调整以便将传感器元件234悬置在与形成于内部装置218上的孔244相距距离d处。

传感器元件234包含衬底240，其具有形成于第一表面上的叉指形电极236，和形成于相反的第二表面上的加热元件238。也就是说，叉指形电极236和加热元件238形成在衬底的两个相反侧上，因此通过衬底240的厚度分隔开。由此，传感器元件234可为利用组件204的球形设计的圆形元件。然而，在不偏离本发明的范围的情况下，传感器元件可为矩形、正方形、三角形等。对于圆形元件234，叉指形电极236可另外为圆形的，使得形成于圆形传感器元件234上的电极存在增加的表面积覆盖范围。在不偏离本发明的范围的情况下，各种其它几何形状可替代地为有可能的。示例几何形状包含叉指形“梳状”电极结构。排气中的烟粒微粒可沉积在叉指形电极之间，如参考图3a至图3c解释。传感器元件234可定位在内部装置218内，使得叉指形电极236面对孔244，而形成于相反表面上的加热元件238更远离孔244。传感器元件234定位成远离球形组件204的流管206。因此，通过使多个流管与传感器元件分离，可减少水滴和较大污染物冲击传感器元件并导致传感器输出中的波动的问题。圆形叉指形电极的三种示例图案在图3a至图3c中示出。由此，对电子电路和传感器元件的组成以及衬底的描述对于图3a至图3c是一样的。

现在转到图3a，其示出图2a的传感器元件234的底部和随附的电子电路314的示意性视图300。具体地说，其示出形成于圆形衬底240上的圆形叉指形电极。因为保护组件为球形形状，所以可能有利的是，包含用于传感器元件的圆形衬底以增加可用于烟粒微粒吸收的表面积。然而，在不偏离本发明的范围的情况下，衬底和电极布局的各种其它几何形状可为可能的。一些示例布局包含具有叉指形梳状电极的矩形或方形衬底。

在视图300中，传感器元件234的衬底240为具有半径r的圆形。传感器元件234的衬底240可由电绝缘的材料制造。可能的电绝缘材料的一些示例可包含氧化物，例如氧化铝、氧化锆、氧化钇、氧化镧、二氧化硅以及包括前述氧化物中的至少一个的组合，或能够阻止电通信并提供对电极306和308的物理保护的任何类似的材料。在一些示例中，衬底240可由多孔陶瓷材料(例如，约60％的孔隙率)构成。圆形衬底240的半径r可基于内部装置218的半径r2确定，并另外基于传感器元件234悬置在孔244上方的距离d来调整，如图2a中示出。

传感器电极236包含形成于传感器元件234的一个表面上的一对圆形叉指形电极306和308。在本文中，这对平面叉指形电极306和308可形成由视图300中的黑线和灰线指示的圆形叉指形尖齿(tine)。这些电极通常可由例如铂、金、锇、铑、铱、钌、铝、钛、锆等金属以及氧化物、水泥、合金及包括前述金属中的至少一个的组合制造。叉指形对中的每一电极可由与所述对中的另一电极相同或不同的材料构成。例如，电极306可由与电极308相同的材料构成。在另一示例中，电极306和电极308可由不同材料构成。两个电极的圆形“尖齿”之间的间距通常可在从30微米到50微米的范围内，其中每一个单独的“尖齿”的线宽为约相同值，但后者并不是必须的。

电极306和308可经由电气连接而连接到电子电路314。传感器元件234的电极308用连接导线312连接到电子电路314的电压源316的正极端。因此，电极308可被称为正电极。类似地，传感器元件234的电极306经由连接导线310连接到测量装置318，并另外连接到电子电路314的电压源316的负极端。因此，电极306可被称为负电极。互连导线310和312、电压源316以及测量装置318可为电子电路314的部分且可容纳在排气道210外(作为一个示例，相距<1米)。另外，电子电路314的电压源316和测量装置318可通过控制器控制，例如图1的控制器12，使得例如在pm传感器组件202处收集的微粒物质可用于诊断dpf中的泄漏。由此，测量装置318可为能够读取电极两端的电阻(或电流)变化的任何装置，例如，电压表(或电流表)。当pm或烟粒微粒沉积在电极306与308之间时，所测量的电极306与308之间的电流可开始增加，该电流由测量装置318测量。控制器12可以能够确定电流，并推断出pm传感器组件202的传感器元件234的电极306和308上的对应的pm或烟粒负载。通过监视传感器元件234上的负载，可确定dpf的下游的排气烟粒负载，且由此将排气烟粒负载用于诊断并监视dpf的健康和功能。

在图3a中，电极306包含从衬底240的中心起直径增加的多个圆形尖齿。电极306(可互换地称为负电极)包含基本上笔直的部分320，其将电极306连接到互连导线310。在本文中，笔直的部分320可从衬底240的边缘(例如，位于圆周上)朝向衬底240的中心向内延伸。作为一示例，笔直的部分320的长度可等于衬底240的半径r。电极306可另外包含多个离散的弯曲部分324，其在沿着笔直的部分320的特定位置处开始，沿着衬底240的表面顺时针延伸，并在距笔直的部分320某一距离处结束。在本文中，每一弯曲部分324对应于某一半径的圆的优弧，所述圆的中心例如与衬底240的中心重合。作为一示例，负电极306的最内弯曲部分可在衬底240的中心处形成。负电极306的最内弯曲部分可包含半径r1的优弧(majorarc)。第二弯曲部分可形成于距最内弯曲部分某一间距w1处，且可包含半径r2的优弧，其中r2＝r1+w。同样地，第三弯曲部分可形成于距第二弯曲部分某一间距w处，且可另外包含半径r3的优弧，其中r3＝r2+w＝r1+2w。以类似方式，连续的弯曲部分可以间距w并以增加的半径形成。在数学上，负电极306的第n个弯曲部分324的半径可通过等式(1)给出：

(1)rn＝r1+(n-1)*w

形成于衬底240上的负电极306的弯曲部分324的数目n可取决于衬底240的半径r。因此，负电极306可包含周长增加的一系列弯曲部分(例如，从衬底的中心起)。负电极306的第一最内弯曲部分可具有比第二弯曲部分更小的周长，等等。

类似于负电极306，电极308可包含从衬底240的中心起直径增加的多个圆形尖齿。电极308(可互换地称为正电极)包含基本上笔直的部分322，其将电极308连接到互连导线312。在本文中，笔直的部分322可平行于负电极306的笔直的部分320，且可从衬底240的边缘(从圆周)朝向衬底240的中心向内延伸。作为一示例，正电极308的笔直的部分322的长度可等于或小于或大于负电极306的笔直的部分320的长度。正电极308可另外包含多个离散的弯曲部分326，其在沿着笔直的部分322的特定位置处开始，沿着衬底240的表面逆时针延伸(远离负电极306的笔直的部分320)，并在距笔直的部分322某一距离处结束。在本文中，正电极308的每一弯曲部分326对应于某一半径的圆的优弧，所述圆的中心例如与衬底240的中心以及负电极306的弯曲部分324的中心重合。作为一示例，正电极308的最内弯曲部分324可在衬底240的中心处形成，且可另外包含半径r1’的优弧。由此，半径r1’可大于负电极306的最内弯曲部分的半径r1，且可与负电极306的最内弯曲部分相距间距x。正电极308的第二弯曲部分可形成于距正电极308的最内弯曲部分某一间距w’处，且可包含半径r2’的优弧，其中r2’＝r1’+w’。实际上，半径r2＝(r1+w+x)。同样地，正电极308的第三弯曲部分形成于距正电极308的第二弯曲部分某一间距w’处，且另外包含半径r3’的优弧，其中r3’＝r2’+w’＝r1’+2w’。以类似方式，正电极308的连续的弯曲部分可以间距w’并以增加的半径形成。在数学上，正电极308的第m个弯曲部分326的半径可通过等式(2)给出：

(2)r(m)’＝r1’+(m-1)*w’

形成于衬底240上的正电极308的弯曲部分326的数目m可例如取决于衬底240的半径r。以此方式，正电极308可与负电极306互相交叉。在一个示例中，负电极之间的间距w可等于正电极之间的间距w’。在另一示例中，间距w可与间距w’不同。如先前所提及，叉指形电极的各种几何形状都可为可能的。图3b示出圆形叉指形电极的示例设计。

转到图3b，其示出图2a的传感器元件234的第一表面和随附的电子电路314的示意性视图350。如先前所提及，衬底240、电子电路314以及电气互连导线310和312的细节参考图3a被类似地解释。简单地说，衬底240由多孔电绝缘材料制造且可为圆形形状。传感器元件234包含形成于传感器元件234的表面上的一对圆形叉指形电极352和356。在本文中，这对平面叉指形电极352和356可形成由视图350中的黑线和灰线指示的圆形叉指形尖齿。电极352和354的细节可类似于先前参考图3a论述的电极306和308。简单地说，电极352和354可如先前所描述由例如铂、金等金属构成，且可另外经由电气连接而连接到电子电路314。传感器元件234的电极354是正电极，其经由连接导线312连接到电子电路314的电压源316的正极端。同样地，传感器元件234的电极352是负电极，其经由连接导线310连接到电子电路314的电压源316的正极端。如先前所解释，电子电路314和互连导线310和312被容纳在排气道210外(作为一个示例，相距<1米)。如先前所解释，电子电路314的电压源316和测量装置318可通过控制器控制，例如图1的控制器12，使得在pm传感器组件202处聚集的微粒物质可用于诊断dpf中的泄漏。

类似于图3a中示出的负电极306，负电极352包含从衬底240的中心起直径增加的多个圆形尖齿。负电极352包含基本上笔直的部分358，其将负电极352连接到互连导线310。在本文中，笔直的部分358源于沿着衬底240的圆周的点，并朝向衬底240的中心水平向内延伸。负电极352另外包含沿着衬底形成的多个离散的弯曲部分360。在本文中，每一弯曲部分360对应于某一半径的圆的优弧，所述圆的中心与衬底240的中心重合。另外，笔直的部分358可例如在沿着优弧的中点处与负电极352的弯曲部分360中的每一个相交。类似于图3a中示出的负电极306，通过等式(1)，第n个弯曲部分的半径可在数学上表示为r(n)＝r1+(n-1)*w，其中r1是最内弯曲部分360的半径，且w是负电极352的连续弯曲部分360之间的间距。

类似于图3a中示出的正电极308，正电极354包含从衬底240的中心起直径增加的多个圆形尖齿。与图3a中示出的正电极308相比，正电极354包含基本上笔直的部分356，其将正电极354连接到互连导线312。在本文中，笔直的部分356源于沿着衬底240的圆周的点，所述点定位成与负电极352的笔直的部分358的源点在直径上对置。另外，笔直的部分356可朝向衬底240的中心水平地向内延伸。负电极352可另外包含沿着衬底形成的多个离散的弯曲部分362。在本文中，每一弯曲部分362对应于某一半径的圆的优弧，所述圆的中心例如与衬底240的中心重合。另外，笔直的部分356可例如在沿着优弧的中点处与弯曲部分362中的每一个相交。在本文中，正电极354的优弧可与负电极352的优弧相对。因此，正电极354的优弧的末端可与负电极352的优弧的末端直径上对置。类似于图3a的正电极308，第m个弯曲部分的半径可在数学上表示为r(m)’＝r1’+(m-1)*w’，其中r1’是最内弯曲部分362的半径，且w’是连续弯曲部分362之间的间距。以此方式，一对同心的叉指形电极形成于圆形衬底240上。在一个示例中，负电极之间的间距w可等于正电极之间的间距w’。在另一示例中，间距w可与间距w’不同。在图3a和3b中，电极由离散的优弧构成，所述优弧经布置以便形成叉指形图案。然而，有可能使用连续的电极来形成叉指形电极，如图3c中示出。

转到图3c，其示出图2a的传感器元件234的第一表面和随附的电子电路314的示意性视图375。如先前所提及，衬底240、电子电路314以及电气互连导线310和312的细节参考图3a和图3b类似地解释。简单地说，传感器元件234可形成于由多孔电绝缘材料制造的圆形衬底240上。传感器元件234包含形成于传感器元件234的第一表面上的一对螺旋形叉指形电极376和378。在本文中，所述对螺旋形叉指形电极376和378通过视图375中的黑线和灰线指示。电极376和378的细节可类似于先前相应地参考图3a和3b论述的电极352和354以及电极306和308。简单地说，电极376和378可如先前所描述由例如铂、金等金属构成，且可另外经由电气连接而连接到电子电路314。传感器元件234的电极376是正电极，其经由连接导线312连接到电子电路314的电压源316的正极端。同样地，传感器元件234的电极378是负电极，其经由连接导线310连接到电子电路314的电压源316的正极端。如之前所解释，电子电路314和互连导线310和312被容纳在排气道210外(作为一个示例，相距<1米)。如先前所解释，电子电路314的电压源316和测量装置318可通过控制器控制，例如图1的控制器12，使得在pm传感器组件202处聚集的微粒物质可用于诊断dpf中的泄漏。

正电极376包含笔直的部分380和弯曲部分384，所述弯曲部分源于笔直的部分380的一端，并以朝向衬底240的中心减小的曲率沿着衬底的圆周向内螺旋行进。同样地，负电极378包含笔直的部分382，其与正电极376的笔直的部分380相距距离w。另外，负电极378包含弯曲部分386，所述弯曲部分源于笔直的部分380的一端，并以朝向衬底240的中心降低的曲率沿着衬底的圆周向内螺旋行进。在本文中，正电极376的弯曲部分384与负电极378的弯曲部分386之间的间距等于正电极的笔直的部分380与负电极的笔直的部分382之间的间距w。

作为一个示例，在操作pm传感器以积聚烟粒微粒时，控制器可将控制信号发送到电子电路314以对传感器元件234的电极376和378施加电压。带电烟粒微粒随后可被捕集在螺旋形正电极376与螺旋形负电极378之间。同样地，如果传感器元件的叉指形电极具有类似于图3a或图3b中示出的布局的布局，那么带电烟粒微粒可被捕集在电极306与308或电极352与354之间。如先前所解释，当烟粒微粒沉积在电极之间时，所测量的电极之间的电流可开始增加，所述电流通过测量装置318测量。控制器12可以能够确定电流，并推断出传感器元件234的电极上的对应的pm或烟粒负载。通过监视传感器元件234上的负载，可确定dpf的下游的排气烟粒负载，且由此将排气烟粒负载用于诊断并监视dpf的健康和功能。然而，当传感器的烟粒负载高于阈值时，传感器元件234可需要再生。在本文中，耦接到第二表面传感器元件234的加热元件可以被操作以燃烧来自传感器元件234的表面的积聚的烟粒微粒，如图4中示出。例如，如果包含叉指形电极的第一表面是底部表面，那么包含加热元件的传感器元件的第二表面是顶部表面。传感器元件可经安装使得底部表面更靠近图2a的孔244。然而，如果包含叉指形电极的第一表面是顶部表面，那么包含加热元件的第二表面是底部表面，且传感器元件可翻转，使得顶部表面更靠近图2a的孔244。

现在转到图4，其示出图2a的传感器元件234的包含加热元件402的第二表面的示意性视图400。在本文中，第二表面与包含叉指形电极的第一表面相反，如参考例如图3a至图3c所解释。因此，电极和加热元件形成于传感器元件的相反表面上，因此通过例如传感器元件的衬底的厚度彼此分隔开。

加热元件402可包含但不限于温度传感器和加热器。用于形成加热元件的加热器和温度传感器的可能的材料可包含铂、金、钯等；以及合金、氧化物，以及包括前述材料中的至少一个与铂/铝、铂/钯、铂以及钯的组合。在视图400中，加热元件402是例如具有小于传感器元件234的半径的半径的圆形元件。在不偏离本发明的范围的情况下，各种其它几何形状可为有可能的。示例几何形状包含矩形、三角形、方形、叉指形电极等。加热元件402可用于使传感器元件234再生。具体地说，在传感器元件234的微粒物质负载或烟粒负载高于阈值的条件期间，加热元件402可被操作来燃烧来自传感器元件的表面的积聚的烟粒微粒。

在pm传感器再生期间，控制器12可将控制信号发送到再生电路404以对加热元件施加某一电压。例如，再生电路可为图3a至3c的电子电路314的部分，且可包含另外的电压源406、开关408以及连接导线410和412，所述连接导线将电压源406连接到加热元件402。作为一示例，控制器可发送控制信号以将再生电路404中的开关408闭合达某一阈值时间，以对加热元件402施加电压以便升高加热元件402的温度。随后，当传感器元件234足够干净时，控制器12可发送控制信号以打开再生电路404中的开关408以停止加热加热元件402。通过间歇地使传感器元件234再生，可返回到更适合于收集排气烟粒的条件(例如，无负载或仅部分加载条件)。另外，可从传感器再生推断出关于排气烟粒水平的准确信息，且此信息可被控制器用于诊断微粒过滤器中的泄漏，如图8中解释。

因此，示例微粒物质传感器组件包含球形组件；支撑杆，其耦接到球形组件的底端；多个流管，其耦接到球形组件的顶端；以及传感器元件，其定位在球形组件内，远离多个流管。另外或替代地，其中球形组件包括同心地定位在中空外部装置内的中空内部装置，所述内部装置与所述外部装置以某一间隙间隔开。另外或替代地，其中多个流管包括外部圆柱形管和同轴地定位在所述外部管内的内部圆柱形管，所述外部管的长度小于所述内部管的长度。另外或替代地，外部管可经由中空外部装置安装到球形组件的顶端。另外或替代地，外部管可包含多个穿孔，所述穿孔经配置以从排气道接收排气，所述排气在正交于传感器元件的平面的方向上被接收在外部装置与内部装置之间的间隙中，随后排气可朝向沿着内部装置的底部部分形成的孔被引导通过间隙，所述孔经配置以在与通过间隙的排气流的方向相反的方向上朝向传感器元件将排气从间隙引导到内部装置中。另外或替代地，传感器元件可包含形成于第一表面上的一对圆形叉指形电极，以及形成于第二相反表面上的加热元件，其中传感器元件经由附接到内部装置的支腿可悬置地耦接在内部装置内，使得所述对圆形叉指形电极面对内部装置上的孔，并且其中所述对圆形叉指形电极包含叉指形的螺旋形正电极和负电极。另外或替代地，内部管可经由中空内部装置安装到球形组件的顶端，使得内部管穿过球形组件中的间隙，其中经由外部管接收并被引导到内部装置中的排气可经由内部管释放到排气道中。另外或替代地，其中支撑杆可为中空的并可将球形组件耦接到排气道的底部，并且其中支撑杆可经配置以经由支撑杆的排泄孔来将间隙中接收的排气的一部分引导到排气道中，所述排泄孔定位成接近于排气道的底部，其中排气的所述部分包含具有大于阈值的大小的排气微粒。

现在转到图2b，示意性视图290示出通过pm传感器组件202的排气流。具体地说，视图290描绘排气经由沿着外部管246的曲面形成的多个穿孔250流动到pm传感器组件202中。在本文中，形成于外部管246上的多个穿孔经配置以从排气道接收排气，并将排气引导到形成于内部装置与外部装置之间的间隙226。将排气引导到间隙226中包含首先将排气引导到外部管246与内部管248之间的间距228中，如通过箭头279所指示，且随后将排气引导到间隙226中，如通过箭头280所指示。确切地说，排气在平行于排气道210内的排气流的方向(通过箭头258指示)的方向上经由多个孔250进入间距228。

如先前参考图2a所解释，顶部表面272被密封。因此，迫使间距228内的排气向下行进(沿着y轴，如通过箭头280指示)到间隙226中。具体地说，排气在垂直于排气道210内的排气流的方向(如通过箭头258指示)和排气流动到间距228的方向(如通过箭头279指示)中的每一个的方向(如通过箭头280指示)上流动。排气随后在间隙226内、在围封在所述间隙226内的区域232内螺旋行进，如通过箭头280指示。在示意性视图290中，间隙226是形成于内部装置与外部装置之间的环，且因此，区域232包含间隙226中的环形区域。间隙226内的排气朝向球形组件204的底部部分流动。

具体地说，间隙226内的排气分成两个流动路径：较大部分朝向形成于内部装置218的底部部分上的孔244流动，且较小部分朝向内部装置218的底部部分261流动。由此，排气中的较大或较重污染物和/或水滴281(例如具有大于阈值的大小或重量的微粒)可受重力作用移向外部装置216的底部并流动到中空支撑杆208中(如通过箭头283指示)。在本文中，区域232流体地耦接到通过中空杆208的在排气道210内的部分254围封的区域256。在本文中，区域256是圆柱形区域。另外，中空杆208包含定位成更靠近中空杆208的底部的排泄孔252，且较大/较重污染物281可经由排泄孔252被引导出球形组件204，如通过箭头285指示。

当较大或较重污染物281被朝向中空杆208引导时，间隙226内的排气的较大部分被朝向形成于内部装置218的底部处的孔244引导。具体地说，排气中的较轻烟粒微粒被朝向悬置在内部装置218内的传感器元件234引导，如通过箭头282指示。孔244相对于传感器元件234的定位具有若干优点。首先，孔244定位成远离流管206的多个穿孔250。因此，在穿孔250处或附近的水滴和较大污染物的问题可不会冲击传感器元件。其次，传感器元件234定位在孔244上方，使得排气在存在的较大/较重污染物281被引导远离传感器元件234。因此，保护传感器表面不受较大污染物影响，且可减少传感器输出中的波动。

由此，排气经由孔244从围封在间隙226内的区域232流动到围封在内部装置218内的区域230中。区域230包含被包围在内部装置218内的球形区域。在本文中，传感器元件234定位在区域230内(和例如不在例如区域232内)，且排气首先被朝向传感器元件234引导，如通过箭头282指示。具体地说，排气中的较轻烟粒微粒被法相地朝向传感器元件234的表面向上(沿着y轴)引导。也就是说，在垂直于传感器元件234的平面(所述平面例如沿着x轴)的方向上引导排气。应了解，朝向包含电极的第一表面引导排气，而非朝向传感器元件234的包含加热元件238的第二表面引导排气。排气中的烟粒微粒积聚在传感器元件234的叉指形电极236之间，如先前所描述。随后朝向耦接在内部装置218的顶部处的内部管248向上(沿着y轴，如通过箭头284指示)引导区域230内的排气。应了解，区域230中的排气的流动方向与区域232中的排气的流动方向相反。另外，区域230中的排气的流动方向垂直于排气道210内的排气的流动方向(箭头258)。此外，区域230中的排气的流动方向垂直于排气流动到球形组件204中的方向(如通过箭头279指示)。

围封在内部装置218内的区域230中的排气经由内部管248的底部表面278向上流动(例如，平行于中心轴线y-y’)到内部管248中。具体地说，排气经由底部表面278从区域230流动到围封在内部管248内的圆柱形区域287中。排气随后经由内部管248的顶部表面274流动到排气道210中。在本文中，排气流出内部管248的方向正交于排气道210内的排气流的方向(如通过箭头258指示)和排气流动到球形组件204中的方向(如通过箭头279指示)中的每一个。以此方式，通过使用配置有外部管和内部管的圆柱形流管206，可相应地将排气引导进出球形组件204。入口管和出口管的对称设计消除针对在安装时的具体传感器定向的制造过程并增强传感器可重复性。

总而言之，排气经由穿孔流动到围封在入口管和出口管之间的第一区域中，且随后被引导到围封在内部装置与外部装置之间的间隙中的第二区域中。同样地，朝向围封在内部装置内的球形第三区域，并另外朝向围封在支撑杆内的圆柱形第四区域引导通过间隙围封的第二区域中的排气。在本文中，围封在内部装置内的第三区域内的排气在传感器元件的叉指形电极之间积聚，且随后被朝向围封在内部管内的圆柱形第五区域引导，且随后被引导出并进入到排气道中。应了解，尽管参考各区域描述排气流动路径，但也可另外参考容积来解释排气流动路径。在本文中，上文描述的区域中的每一个围绕具体的容积；第一区域包含第一容积，等等。因此，排气流可互换地参考容积来解释。

因此，示例微粒物质传感器包括形成于圆形传感器元件的第一表面上的一对同心的叉指形电极；形成于圆形传感器元件的第二表面上的加热元件，第二表面与第一表面相反；将圆形传感器元件悬置在内部中空球形保护装置内的支腿；以及外部中空球形保护装置，其用于从排气管接收排气并朝向圆形传感器元件引导排气流，所述内部保护装置同心地定位在外部保护装置内。另外或替代地，外部保护装置可包含耦接到外部保护装置的直径上对置的部分的安装杆和外部圆柱形管，所述安装杆另外将外部保护装置耦接到排气管的底部。另外或替代地，可在间隙内引导排气的较大部分，所述较大部分朝向形成于内部保护装置上的孔口转移，而排气的较小部分可受重力作用移到安装杆，较小部分中的排气微粒的大小大于较大部分中的排气微粒的大小。另外或替代地，排气的接收在孔口处的被转移到内部保护装置中的较大部分被朝向圆形传感器元件的所述对同心叉指形电极引导；且在经过传感器元件后，排气的较大部分可被引导到内部圆柱形管中，所述内部圆柱形管耦接到内部保护装置的顶部部分。另外或替代地，内部圆柱形管可同轴地定位在外部圆柱形管内，且可经配置以将排气的较大部分引导出微粒物质传感器并引导到排气管中。另外或替代地，安装杆可包含排泄孔，所述排泄孔耦接到排气管道的底部以将排气的较小部分中的微粒引导出微粒物质传感器并引导到排气管中。另外或替代地，安装杆可包含排泄孔，所述排泄孔定位成更靠近排气管的底部以将排气的较小部分中的微粒引导出微粒物质传感器并引导到排气管中。另外或替代地，微粒物质传感器可另外包括控制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，所述指令用于：对所述对同心的叉指形电极施加正电压和负电压，以在所述对同心的叉指形电极之间聚集排气的较大部分中的微粒；基于在圆形传感器元件的所述对同心的叉指形电极之间产生的电流来估计传感器上的负载。响应于负载高于阈值，控制器可对加热元件施加电压以使传感器再生。

图2a至图4示出具有各种组件的相对定位的示例配置。如果示出为彼此直接接触或直接耦接，那么至少在一个示例中，此类元件可以相应地被称为直接接触或直接耦接。类似地，示出为彼此邻近或相邻的元件至少在一个示例中可相应地为彼此邻近或相邻的。作为一个示例，放置成彼此面共用接触的组件可以被称为面共用接触。作为另一示例，定位成仅以其间的某一间距彼此分开且其间没有其它组件的元件在至少一个示例中可以按此称呼。作为又一示例，示出为在彼此上方/下方、在彼此相反侧或在彼此左边/右边的元件可相对于彼此如此称呼。另外，如图中示出，在至少一个示例中，最上方的元件或元件的点可被称为组件的“顶部”，且最下方元件或元件的点可被称为组件的“底部”。如本文中所使用，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于图式的竖直轴线，且用于描述图中的元件相对于彼此的定位。由此，在一个示例中，示出为在其它元件上方的元件竖直地定位在其它元件上方。作为又一示例，在图式内描绘的元件的形状可被称为具有那些形状(例如，诸如为圆形的、笔直的、平面的、弯曲的、磨圆的、倒角的、成角度的等)。另外，在至少一个示例中，示出为彼此相交的元件可被称为相交元件或彼此相交。另外，在一个示例中，示出为在另一元件内的元件或示出为在另一元件外的元件可如此称呼。

现在转到图5，其示出用于聚集跨越定位在pm传感器(例如，在图1处示出的pm传感器106、和/或图2a和2b的pm传感器组件202等)内的传感器电极的排气流中的微粒的方法500。具体地说，排气流中的微粒可跨越形成于圆形衬底上且定位在pm传感器的球形保护组件内的叉指形电极聚集。在本文中，球形组件包含定位在外部球形装置内并以某一间隙间隔开的内部球形装置。另外，球形组件包含流管，其附接到顶部以将排气引导进出球形组件。

用于实施方法500和本文中包含的其余方法600和700的指令可通过控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(例如上文参考图1描述的传感器)接收到的信号来执行。根据下文描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。

在502处，方法500包含确定和/或估计发动机工况。所确定的发动机工况可包含例如发动机速度、排气流率、发动机温度、排气空气燃料比、排气温度、从dpf的上一次再生后经过的持续时间(或距离)、pm传感器上的pm负载、增压水平、环境条件，例如大气压力和环境温度等。

方法500前进到504，其中从微粒过滤器(例如图1的dpf102)的下游流动的排气的一部分经由形成于入口管上的穿孔而被引导到pm传感器中。在本文中，入口管是具有沿着曲面形成的多个穿孔的外部圆柱形管。另外，圆柱形外部管可同轴地定位在入口管内并以某一间距间隔开。如先前所解释，入口管具有比出口管更大的直径，然而，入口管的长度小于出口管的长度。经由入口管的穿孔流动的排气的部分流动到形成于入口管和出口管之间的第一区域中。在本文中，第一区域是指内部管与外部管之间的间距。第一区域将第一容积围封在其间，第一容积是围封在入口管与出口管之间的间距中的容积。例如，排气流动到入口管中的方向平行于排气管道内的排气的流动方向。

接着，方法500前进到506。在506处，方法500包含在正交于排气管中的排气的流动方向的方向上朝向第二区域从第一容积引导排气的部分。在本文中，第二区域是指形成于内部装置与外部装置之间的间隙。例如，第一区域经由入口管的底部表面流体地耦接到第二区域。

方法500前进到508。在508处，方法500包含经由形成于内部装置的底部处的孔将第二区域中的排气的较大部分引导到第三区域中。在本文中，第三区域是形成于内部装置内的包含传感器元件的区域。传感器元件在例如支腿的帮助下悬置在内部装置内。由此，排气从第二区域流动到第三区域中的方向是在与第二区域内的排气的流动方向相反的方向上。另外，排气的较大部分包含具有小于阈值的大小的微粒(例如，较小微粒)的微粒。方法500前进到510。

在510处，方法500包含聚集穿过传感器元件的电极的排气的较大部分中的微粒。具体地说，在510处，朝向传感器元件的电极引导排气的较大部分中的较小微粒，且所述较小微粒沉积在电极两侧。在本文中，法向地朝向传感器元件引导排气的较大部分。由此，从第二区域朝向第三区域的排气流动的方向正交于排气道内的排气流动的方向。如先前所描述，包含叉指形电极的传感器元件定位成更靠近孔。因此，经由孔进入第三区域的排气的部分中的较小烟粒微粒被捕获，并在传感器元件的同心的叉指形电极两侧聚集。如先前所解释，传感器电极可包含叉指形优弧或叉指形螺旋电极。正电极连接到电源的正极端，且负电极连接到测量装置且随后连接到电源的负极端。当控制器对传感器电极施加电压时，第三区域内的微粒可经受强电场，使得所述微粒能够被聚集在电极之间。另外，基于在传感器电极中产生的电流来估计传感器电极上的负载。当微粒积聚在传感器电极的表面上时，电极的电阻开始降低且通过测量装置测得的电流开始增加。控制器可以能够基于所测量的通过电极的电流来推断传感器电极上的负载。方法500随后前进到512。

方法500前进到512。在512处，方法500包含朝向第四区域引导第二区域内的排气的较小部分，所述第四区域形成于中空杆内。当朝向孔向上且随后朝向传感器元件(例如，在方法500的508和510处)引导排气中的较小微粒时，排气中的较大微粒(例如具有大于阈值的大小的微粒)可在512处受重力作用移向外部装置的底部。因此，排气的较小部分和排气的较大部分在相反方向上流动，进一步正交于排气管中的排气的流动方向流动。如先前所描述，中空杆流体地耦接到外部装置的底部。因此，聚集在外部装置的底部处的较大微粒行进到通过中空杆围封的第四区域中。另外，中空杆排泄孔定位成更靠近中空杆的底部。因此，朝向中空杆上的排泄孔引导第四区域内的排气的较小部分中的较大微粒，且由此将其排出组件。以此方式，通过分离微粒并引导较大微粒远离传感器元件，且另外朝向中空杆中的排泄孔引导较大微粒和水滴，较大微粒可能不能够沉积在传感器元件上。因此，由于这些微粒沉积在敏感的电极表面上导致的传感器误差可得到减少。方法前进到514。

在514处，方法500包含在正交于排气管中的排气的流动方向的方向上，朝向形成于出口管内的第五区域引导形成于内部装置内的第三区域内的排气的较大部分。将排气的较大部分引导到第五区域中包含经由耦接到内部装置的顶部部分的出口管的底部，将排气的较大部分从内部装置的第三区域引导到形成于出口管内的第五区域中。在本文中，出口管例如在与内部装置的孔直径上对置的一端处流体地耦接到内部装置的顶部。另外，在正交于排气管内的排气的流动方向上，经由出口管的顶部将排气的较大部分引导出第五区域并引导到排气管中。方法500随后前进到516。

在516处，方法500包含间歇地检查传感器电极是否满足再生条件。具体地说，当pm传感器上的烟粒负载大于阈值时，或当pm传感器的电阻(针对温度调整)下降到阈值电阻时，或当pm传感器的电流大于阈值电流时，可认为满足pm传感器再生条件。在一些示例中，如果从上一次传感器再生后已经过阈值时间，那么可认为满足再生条件。pm传感器可需要再生以实现另外的pm检测。

如果满足再生条件(例如，在516处为“是”)，那么方法500前进到520，其中pm传感器可通过执行图6中描述的方法再生。简单地说，pm传感器的再生可通过使传感器升温而开始。pm传感器可例如通过致动形成于传感器元件的与包含电极的表面相反的不同表面上的加热元件来加热。在本文中，控制器可闭合再生电路中的开关，由此对加热元件施加电压，从而使得加热元件升温。另外，控制器在使传感器再生时可不对传感器电极施加电压。因此，传感器电极可不在传感器再生期间聚集烟粒。由此，可致动加热元件，直到传感器的烟粒负载已通过电极之间的碳微粒的氧化而充分减少。然而，如果不满足pm传感器再生条件(例如，在516处的“否”)，那么方法前进到518，其中微粒可继续被收集在传感器电极上且所述方法结束。

因此，一种示例方法可包含使排气在平行于排气管中的排气流的方向上，朝向形成于入口管与出口管之间的第一区域，经由形成于入口管上的穿孔而从微粒过滤器的下游流动到排气传感器组件中。在本文中入口管可耦接到外部中空装置的顶部，且所述方法可包含在正交于排气管中的排气流的方向上，从第一区域朝向形成于外部装置与内部中空装置之间的第二区域引导排气。内部装置可同心地定位在外部装置内。另外或替代地，所述方法可另外包括在与第二区域内的排气流的方向相反的方向上，经由位于内部装置的底部处的孔，朝向形成于内部装置内的第三区域引导第二区域内的排气的较大部分。第三区域可包含悬置在内部装置内的传感器元件。另外或替代地，所述方法可包含将第二区域中的排气的较小部分引导到第四区域中，所述第四区域被围封在传感器组件的中空杆内，其中中空杆可耦接到外部装置的底部部分。另外或替代地，所述方法可另外包括对传感器元件的同心叉指形电极施加电压以在电极之间聚集排气的较大部分中的微粒；并将排气的较大部分首先引导到通过耦接到内部装置的顶端的出口管形成的第五区域中，且随后引导出传感器组件。另外或替代地，所述方法可另外包括使第四区域内的排气的较小部分中的微粒朝向排泄孔流动，所述排泄孔位于中空杆的底端处；并在排泄孔处排出所述微粒，所述中空杆将排气传感器组件耦接到排气管的底部。

现在转到图6，其示出用于使pm传感器(例如，在图1处示出的pm传感器106、和/或图2的pm传感器组件201等)再生的方法600。具体地说，当pm传感器上的烟粒负载大于阈值时，或当针对温度调整的pm传感器的电阻降低至阈值电阻时，可以认为满足pm传感器再生条件，且pm传感器可能需要再生以实现另外的pm检测。在602处，可启动pm传感器的再生，且pm传感器可以通过在604处使传感器升温而再生。pm传感器可通过致动加热元件直到传感器的烟粒负载已通过电极之间的碳微粒的氧化而充分减少来加热。pm传感器再生通常通过使用定时器来控制，且定时器可以在602处针对阈值持续时间设定。替代地，传感器再生可使用传感器尖端的温度测量，或通过控制加热器的功率或这些方法中的任何或全部来控制。当将定时器用于pm传感器再生时，则方法600包含在606处检查是否已经过阈值持续时间。如果尚未经过阈值持续时间(例如，在606处的“否”)，那么方法600前进到608，其中再生电路可保持接通以继续再生且方法结束。如果已经过阈值持续时间(例如，在606处的“是”)，那么方法600前进到610，其中可以终止pm传感器再生，且可在612处断开电子电路。另外，传感器电极可被冷却至例如排气温度。方法600前进到614，其中pm传感器负载和再生历史可更新并存储在存储器中。例如，可更新pm传感器再生的频率和/或传感器再生之间的平均持续时间且方法结束。

发动机排气道可包含一个或多个pm传感器，其定位在dpf的上游和/或下游以用于确定dpf的烟粒负载。当pm传感器定位在dpf的上游时，基于在沉积在pm传感器的多个电极上的烟粒之后的电阻变化，可推断出传感器上的烟粒负载。因此确定的烟粒负载可例如用于更新dpf上的烟粒负载。如果dpf上的烟粒负载大于dpf再生的阈值，那么控制器可调整发动机操作参数以使dpf再生。具体地说，响应于满足过滤器再生条件，过滤器的(或在过滤器附近的)温度可充分地升高以烧掉所储存的烟粒。这可包含操作耦接到dpf的加热器，或升高流动到dpf中的发动机排气的温度(例如，通过浓操作)。

现在转到图7，其示出用于基于pm传感器的再生时间来诊断dpf功能的示例方法700。在702处，控制器可通过校准计算出pm传感器的再生时间t(i)_regen，其为所测量的从前一再生的结束到pm传感器的当前再生的开始的时间。在704处，比较t(i)_regen与t(i-1)_regen，所述t(i-1)_regen是pm传感器的先前校准的再生时间。通过此，可推断出，烟粒传感器可循环经过再生多次，以便诊断dpf。如果t(i)_regen小于t(i-1)_regen的值的一半，那么在708处，指示dpf在泄漏，且发出dpf退化信号。替代地，或除上文提及的过程外，dpf可使用其它参数来诊断，所述参数例如排气温度、发动机速度/负载等。退化信号可以通过例如诊断代码上的故障指示灯来发出。另外，方法700包含基于在710处指示dpf中的泄漏来调整发动机操作。调整发动机操作可包含例如在712处限制发动机扭矩。在一个示例中，响应于检测到dpf中的泄漏，可减少发动机功率和扭矩。减少发动机功率和扭矩可减少排气中的pm排放的量。例如，调整发动机操作可包含在重负载条件下减少柴油机中喷射的燃料，由此减少扭矩。另外或替代地，响应于检测到dpf中的泄漏，可降低egr使用。另外或替代地，发动机警告标志将出现在仪表板上以指示车辆在dpf服务检查之前可行驶的最大距离。

小于前一再生时间的一半的当前再生时间可指示电子电路达到r_regen阈值所用的时间大大缩短，且因此再生的频率较高。pm传感器中的较高再生频率可以指示流出的排气由相比于用正常功能的dpf所实现的更高的量的微粒物质构成。因此，如果烟粒传感器中的再生时间的变化达到阈值t_regen，其中pm传感器的当前再生时间小于前一再生时间的一半，则例如经由向操作人员显示和/或经由设定存储在耦接到处理器的非暂时性存储器中的标志来指示dpf退化或泄漏，所述标志可以被发送到耦接到处理器的诊断工具。如果烟粒传感器的再生时间的变化未达到阈值t_regen，那么在706处，不指示dpf泄漏。以此方式，可以基于微粒在微粒物质传感器电极上的沉积率来检测到定位在微粒物质传感器的上游的微粒过滤器中的泄漏。

现在转到图8，标绘图800示出pm传感器上的烟粒负载与微粒过滤器上的烟粒负载之间的示例关系。具体地说，标绘图800示出pm传感器再生与dpf的烟粒负载之间的关系的图形描绘，具体地说为pm传感器可如何指示dpf退化。竖直标记t0、t1、t2、t3、t4、t5以及t6标识pm传感器和dpf的操作和系统中的重要时间。

图8的第一曲线示出pm传感器上的烟粒负载。如先前所描述，pm在形成于圆形衬底上的圆形正电极和负电极两端被沉积，所述圆形衬底例如在内部装置内定位成更靠近形成于内部装置的底部处的孔。当烟粒积聚时，所测量的电极两端的电流开始增加(或电极的电阻开始降低)。控制器可以能够基于所测量的电流/电阻来确定烟粒负载(曲线802)。由此，烟粒负载在曲线的底部处处于其最低值，并在竖直方向上朝向曲线的顶部增加幅值。水平方向表示时间，且时间从曲线的左侧向右侧增加。水平标记806表示顶部曲线中的pm传感器的再生的阈值负载。曲线804表示dpf上的烟粒负载，且水平标记808表示第二曲线中的dpf的阈值烟粒负载。

在t0与t1之间，示出pm传感器再生循环。在时间t0处，pm传感器处于相对较干净的条件，如通过低pm负载来测量(曲线802)。耦接到pm传感器的控制器基于例如所测量的跨域传感器电极的电流/电阻来确定pm传感器的烟粒负载。当控制器确定烟粒负载小时，所述控制器可将指令发送到再生电路以结束供热，使得检测电路可开始检测pm负载积聚。pm负载在传感器上增加，烟粒积聚在传感器电极之间的间隙中。

在t0与t1之间，当pm继续积聚时，烟粒负载(曲线802)相应地增加，且另外在dpf上的烟粒负载也增加(曲线804)。在一些示例中，例如当pm传感器位于dpf的上游时，dpf上的烟粒负载可以是基于pm传感器负载。

在t1处，pm传感器上的烟粒负载(曲线802)达到pm传感器的再生的阈值负载(标记806)。阈值负载可为传感器在其处可需要再生的负载。在t1处，pm传感器再生可如先前所解释来开始。简单地说，控制器可闭合电子电路中的开关，以例如对沿着中心元件的内表面形成的加热元件施加电压。另外，pm传感器可不在pm积聚模式下操作，因此控制器可不对传感器电极施加任何电压。

因此，在t1与t2之间，pm传感器可通过接通用于再生的电子电路来再生。在t2处，pm传感器可充分冷却，且例如可开始积聚烟粒并继续在t2与t3之间积聚(dpf再生循环)。在t2与t3之间的时间期间，dpf烟粒负载继续增加(曲线804)。然而，在t3处，dpf上的烟粒负载(曲线804)达到dpf再生的阈值烟粒负载(标记808)。在t3与t4之间，dpf可再生以烧掉沉积在dpf上的烟粒。另外在t4处，pm传感器再生频率可与先前估计的pm传感器再生频率比较。基于pm传感器再生频率仍类似于先前循环，可确定dpf未泄漏。以此方式，基于pm传感器输出，可监视dpf健康并针对泄漏进行诊断。

在t5与t6之间，示出另一dpf循环。在本文中，在t5与t6之间，dpf上的烟粒负载逐渐增加(曲线804)。在此时间期间，可监视pm传感器上的烟粒负载(曲线802)。曲线802示出pm传感器经过多个再生循环，如先前所描述。然而，pm传感器的再生频率已近似加倍(曲线802)。pm传感器中的较高再生频率可以指示流出的排气由相比于用正常功能的dpf所实现的更高的量的微粒物质构成。因此在t6处，可指示dpf泄漏。

以此方式，可确定排气pm负载的更准确的量度，且由此可确定dpf烟粒负载。由此，这增加过滤器再生操作的效率。另外，通过实现对排气dpf的更准确的诊断，可增加排气排放达标率。由此，这减少替换功能性微粒过滤器的高保修成本，并延长排气组件使用寿命。

以此方式，可通过另外增强均匀的烟粒沉积的两个球形保护管来保护传感器元件。排气可经由形成于外部入口管上的穿孔进入传感器组件。由此，排气可经历流动方向的变化，这有助于降低流率。另外，可经由形成于内部装置的底部上的孔，朝向定位在内部装置内的传感器元件引导排气。在本文中，所述孔可远离入口管，以便将入口管与传感器元件分开。以此方式，通过使入口管与传感器元件分开，可减少冲击传感器元件并导致传感器输出中的波动的水滴和较大污染物的问题。另外，内部装置上的孔可经设定大小、经设定形状并经定位以产生到传感器表面上的均匀的排气流。

微粒物质传感器上的样本气体的较大均匀流冲击的技术效果可通过降低排气的流速来实现。通过中断排气的流动路径并降低其速度，可增加微粒物质传感器上的流的均匀性。另外，通过将传感器元件定位成远离入口管并另外将组件安装在中空杆上，可保护微粒物质传感器不受较大微粒和水滴的污染。另外，形成于中空杆的底部处的排泄孔可将污染物排出传感器组件。

上文描述的系统和方法提供一种微粒物质传感器组件，其包括球形组件；支撑杆，其耦接到球形组件的底端；多个流管，其耦接到球形组件的顶端；以及传感器元件，其定位在球形组件内，远离多个流管。在微粒物质传感器组件的第一示例中，所述传感器可另外或替代地包含，其中球形组件包括同心地定位在中空外部装置内的中空内部装置，所述内部装置与所述外部装置以某一间隙间隔开。微粒物质传感器组件的第二示例可选地包含第一示例并另外包含，其中多个流管包括外部圆柱形管和同轴地定位在所述外部管内的内部圆柱形管，所述外部管的长度小于所述内部管的长度。微粒物质传感器组件的第三示例可选地包含第一示例和第二示例中的一个或多个，并另外包含，其中外部管经由中空外部装置安装到球形组件的顶端。微粒物质传感器组件的第四示例可选地包含第一示例到第三示例中的一个或多个，并另外包含，其中外部管包含多个穿孔，所述穿孔经配置以从排气道接收排气，所述排气在正交于传感器元件的平面的方向上被接收在外部装置与内部装置之间的间隙中，随后排气朝向沿着内部装置的底部部分形成的孔被引导通过间隙，所述孔经配置以在与通过间隙的排气流的方向相反的方向上朝向传感器元件将排气从间隙引导到内部装置中。微粒物质传感器组件的第五示例可选地包含第一示例到第四示例中的一个或多个，并另外包含，其中传感器元件包含形成于第一表面上的一对圆形叉指形电极，以及形成于相反的第二表面上的加热元件，其中传感器元件经由附接到内部装置的支腿可悬置地耦接在内部装置内，使得所述对圆形叉指形电极面对内部装置上的孔，并且其中所述对圆形叉指形电极包含叉指形的螺旋形正电极和负电极。微粒物质传感器组件的第六示例可选地包含第一示例到第五示例中的一个或多个，并另外包含，其中内部管经由中空内部装置安装到球形组件的顶端，使得内部装置穿过球形组件中的间隙，其中经由外部管接收并被引导到内部装置中的排气经由内部管释放到排气道中。微粒物质传感器组件的第七示例可选地包含第一示例到第五示例中的一个或多个，并另外包含，其中支撑杆为中空的并将球形组件耦接到排气道的底部，并且其中支撑杆经配置以经由支撑杆的排泄孔来将间隙中接收的排气的一部分引导到排气道中，所述排泄孔定位成接近于排气道的底部，其中排气的所述部分包含具有大于阈值的大小的排气微粒。

上文描述的系统和方法提供一种系统，其包括位于排气道中的微粒过滤器下游的微粒物质(pm)传感器，所述pm传感器包括形成于圆形传感器元件的第一表面上的一对同心的叉指形电极；形成于圆形传感器元件的第二表面上的加热元件，第二表面与第一表面相反；将圆形传感器元件悬置在内部中空球形保护装置内的支腿；以及外部中空球形保护装置，其用于从排气管接收排气流并朝向圆形传感器元件引导排气流，所述内部保护装置同心地定位在外部保护装置内。在微粒物质传感器的第一示例中，传感器可另外或替代地包含，其中外部保护装置包含耦接到外部保护装置的直径上对置的部分的安装杆和外部圆柱形管，所述安装杆另外将外部保护装置耦接到排气管的底部。微粒物质传感器的第二示例可选地包含第一示例并另外包含，其中外部圆柱形管包括多个孔，其经配置以将排气从排气管首先引导到内部保护装置与外部保护装置之间的间隙中。微粒物质传感器的第三示例可选地包含第一示例和第二示例中的一个或多个，并另外包含，其中引导在间隙内的排气的较大部分朝向形成于内部保护装置上的孔口转移，而排气的较小部分受重力作用移到安装杆，所述较小部分中的排气微粒的大小大于所述较大部分中的排气微粒的大小。微粒物质传感器的第四示例可选地包含第一示例到第三示例中的一个或多个，并另外包含，其中排气的接收在孔口处的被转移到内部保护装置中的较大部分被朝向圆形传感器元件的所述对同心叉指形电极引导；且在经过传感器元件后，排气的较大部分被引导到内部圆柱形管中，所述内部圆柱形管耦接到内部保护装置的顶部部分。微粒物质传感器的第五示例可选地包含第一示例到第四示例中的一个或多个，并另外包含，其中内部圆柱形管同轴地定位在外部圆柱形管内，且经配置以将排气的较大部分引导出微粒物质传感器并引导到排气管中。微粒物质传感器的第六示例可选地包含第一示例到第五示例中的一个或多个，并另外包含，其中安装杆包含排泄孔，其耦接到排气管的底部以将排气的较小部分中的微粒引导出微粒物质传感器并引导到排气管中。微粒物质传感器的第七示例可选地包含第一示例到第六示例中的一个或多个，并另外包括控制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，所述指令用于：对所述对同心的叉指形电极施加正电压和负电压，以在所述对同心的叉指形电极之间积聚排气的较大部分中的微粒；基于在圆形传感器元件的所述对同心的叉指形电极之间产生的电流来估计传感器上的负载；且响应于所述负载高于阈值，对加热元件施加电压以使传感器再生。

上文描述的系统和方法还提供一种方法，所述方法包括使排气在平行于排气管中的排气流的方向上，朝向形成于入口管与出口管之间的第一区域，经由形成于入口管上的穿孔而从微粒过滤器的下游流动到排气传感器组件中，所述入口管耦接到外部中空装置的顶部；并在正交于排气管中的排气流的方向上，朝向形成于外部装置与内部中空装置之间的第二区域引导排气，所述内部装置同心地定位在所述外部装置内。在所述方法的第一示例中，所述方法可另外或替代地包含在与第二区域内的排气流的方向相反的方向上，经由位于内部装置的底部处的孔，朝向形成于内部装置内的第三区域引导第二区域内的排气的较大部分，所述第三区域包含悬置在内部装置内的传感器元件；并将第二区域中的排气的较小部分引导到第四区域中，所述第四区域被围封在传感器组件的中空杆内，所述中空杆耦接到外部装置的底部部分。所述方法的第二示例可选地包含第一示例，并另外包含对传感器元件的同心叉指形电极施加电压以在电极之间积聚排气的较大部分中的微粒；并将排气的较大部分首先引导到通过耦接到内部装置的顶端的出口管形成的第五区域中，且随后引导出传感器组件。所述方法的第三示例可选地包含第一示例和第二示例中的一个或多个，并另外包含使第四区域内的排气的较小部分中的微粒朝向排泄孔流动，所述排泄孔位于中空杆的底端处；并在排泄孔处排出微粒，所述中空杆将排气传感器组件耦接到排气管的底部。

注意，本文中包含的示例控制和估计程序可以在各种发动机和/或车辆系统配置下使用。本文中揭示的控制方法和程序可以在非暂时性存储器中存储为可执行指令，且可以由包含控制器的控制系统结合各种传感器、致动器以及其它发动机硬件来实施。本文中描述的具体程序可以表示例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等任何数目的处理策略中的一个或多个。由此，所说明的各种动作、操作和/或功能可以所说明的顺序执行、同时执行或在一些情况下省略。同样地，处理的次序并非是实现本文中所描述的示例实施例的特征和优点所必须的，而是提供用于说明和描述的容易性。取决于所使用的特定策略，可以重复地执行所说明的动作、操作和/或功能中的一个或多个。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以直观地表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储媒体的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包含各种引擎硬件组件的系统中结合电子控制器执行指令来实施。

应了解，本文中揭示的配置和程序本质上是示例性的，且这些具体实施例不被认为是限制性意义，因为众多的变体是可能的。例如，以上技术可以被应用到v-6、i-4、i-6、v-12、对置4以及其它发动机类型。本发明的标的物包含本文中揭示的各种系统和配置以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合以及子组合。

以下权利要求书特别指出被认为新颖且非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可以指代“一个”元件或“第一”元件或其等效物。此类权利要求应被理解为包含一个或多个此类元件的合并，既不需要也不排除两个或多于两个此类元件。所揭示的特征、功能、元件和/或特性的其它组合以及子组合可以通过当前权利要求书的修正或通过在此或相关申请案中的新权利要求书的呈现来要求。此类权利要求书，无论其范围是比原始权利要求书的范围更广、更窄还是与之不同，都也被认为包含在本发明的标的物内。