用于感測(cè)顆粒物質(zhì)的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于感測(cè)顆粒物質(zhì)的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年11月7日提交的題目為“顆粒物質(zhì)傳感器(ParticulateMatter Sensor) ”美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.62/077, 140的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用被并入本文以用于所有目的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請(qǐng)涉及感測(cè)排氣系統(tǒng)中的顆粒物質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0004]發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制系統(tǒng)可利用各種排氣傳感器。一種示例傳感器可以為指示在排氣中的顆粒物質(zhì)質(zhì)量和/或濃度的顆粒物質(zhì)傳感器。在一個(gè)示例中，顆粒物質(zhì)傳感器可通過(guò)隨時(shí)間積聚顆粒物質(zhì)并且提供積聚度的指示進(jìn)行操作，其中積聚度作為排氣顆粒物質(zhì)水平的測(cè)量。
[0005]顆粒物質(zhì)傳感器可遇到由于穿過(guò)傳感器表面的流動(dòng)分布的偏斜導(dǎo)致碳煙在傳感器上非均勻沉積的問(wèn)題。進(jìn)一步地，顆粒物質(zhì)傳感器可易于受到來(lái)自存在于排氣中的水滴和/或較大顆粒的撞擊的污染。這種污染可導(dǎo)致傳感器輸出誤差。此外，當(dāng)大數(shù)量的排氣流穿過(guò)顆粒物質(zhì)傳感器時(shí)，傳感器的再生會(huì)不充分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明人在此已經(jīng)認(rèn)識(shí)到以上問(wèn)題并且確定了至少部分地解決該問(wèn)題的方法。在一個(gè)示例方法中，系統(tǒng)包括在上游表面上具有多個(gè)進(jìn)氣孔的管和定位在管內(nèi)部的顆粒物質(zhì)傳感器，所述管具有在下游表面上帶圓形凹槽的馬蹄形和沿著圓形凹槽的長(zhǎng)度定位的多個(gè)出氣孔。
[0007]該系統(tǒng)可進(jìn)一步包括隔熱屏，其在隔熱屏的第一側(cè)處聯(lián)接到顆粒物質(zhì)傳感器，其中相對(duì)第一側(cè)的隔熱屏的第二側(cè)面向管的上游表面。因此，隔熱屏可被定位在顆粒物質(zhì)傳感器與多個(gè)進(jìn)氣孔之間以阻擋來(lái)自排氣的顆粒物質(zhì)進(jìn)入管。管的底表面可包括至少一個(gè)排水(drainage)孔，排水孔鄰近管的下游表面定位用于將水滴和大于閾值尺寸的顆粒從管中排出。在一些示例中，顆粒物質(zhì)傳感器可包括設(shè)置在顆粒物質(zhì)傳感器的第一表面上的電路，用于測(cè)量沉積在電路上的碳煙量，其中第一表面面向管的下游表面。多個(gè)出氣孔可以非均勻布置方式沿著凹槽的長(zhǎng)度被定位，使得鄰近管的底部比鄰近管的頂部有更多的孔。
[0008]這樣，顆粒物質(zhì)傳感器可暴露于穿過(guò)其表面的更均勻的流動(dòng)分布，并且水滴和/或較大顆粒不可以達(dá)到傳感器元件。因此，顆粒物質(zhì)傳感器的功能可得到改善并且可以更加可靠。
[0009]應(yīng)當(dāng)理解，提供以上概述是為了以簡(jiǎn)化的形式介紹一些概念，這些概念在【具體實(shí)施方式】中被進(jìn)一步描述。這并不意味著確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，要求保護(hù)的主題的范圍由隨附于【具體實(shí)施方式】的權(quán)利要求唯一地限定。此外，要求保護(hù)的主題不限于解決在上面或在本公開(kāi)的任何部分中提及的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1示出包括碳煙傳感器的車(chē)輛系統(tǒng)的示意性描述，該碳煙傳感器位于顆粒過(guò)濾器的下游。
[0011]圖2示出碳煙傳感器的透視圖。
[0012]圖3示出圖2的碳煙傳感器的截面圖。
[0013]圖4示出一種用于在圖2的碳煙傳感器上收集碳煙的方法流程圖。
[0014]圖5示出圖2的碳煙傳感器的可替代實(shí)施例的透視圖。
[0015]圖6示出圖5的碳煙傳感器的截面圖。
[0016]圖7示出一種用于在圖5的碳煙傳感器上收集碳煙的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下描述涉及用于通過(guò)排氣傳感器輸送排氣并且測(cè)量在排氣中的顆粒物質(zhì)的質(zhì)量和/或濃度的系統(tǒng)和方法。如圖1所示的車(chē)輛系統(tǒng)可包括具有進(jìn)氣通道和排氣通道的發(fā)動(dòng)機(jī)。在排氣通道中，柴油顆粒過(guò)濾器可過(guò)濾來(lái)自排氣的顆粒物質(zhì)。顆粒物質(zhì)傳感器可位于柴油顆粒過(guò)濾器下游，以估計(jì)顆粒物質(zhì)流動(dòng)并且監(jiān)測(cè)柴油顆粒過(guò)濾器的效率。來(lái)自傳感器的測(cè)量可受到在傳感器表面上的大顆粒或水的聚集的破壞。另外，排氣在傳感器表面上的不均衡分布可增加傳感器測(cè)量的誤差。因此，顆粒物質(zhì)傳感器可被并入顆粒物質(zhì)組件，該顆粒物質(zhì)組件可將傳感器與大顆粒和水分子屏蔽開(kāi)來(lái)。圖2和圖5示出顆粒物質(zhì)組件的兩個(gè)示例，該顆粒物質(zhì)組件可利用保護(hù)管來(lái)使顆粒物質(zhì)傳感器與即將到來(lái)的排氣屏蔽開(kāi)來(lái)。排氣可流入顆粒物質(zhì)組件，使得大顆粒收集在組件的下游側(cè)上，如在圖3和圖6中的組件的截面圖中所描繪的。因此，顆粒物質(zhì)組件的形狀、取向和布置可使得排氣流過(guò)該組件、均衡地撞擊在傳感器表面上，并且如圖4和圖7所描繪離開(kāi)組件。沉積在傳感器表面上的顆粒物質(zhì)然后可用于估計(jì)在排氣中的顆粒物質(zhì)的量。
[0018]圖1示出車(chē)輛系統(tǒng)6的示意性描繪。車(chē)輛系統(tǒng)6包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)8。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)8可包括具有多個(gè)汽缸30的發(fā)動(dòng)機(jī)10。在一些示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10可以為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)并且可經(jīng)配置以燃燒柴油燃料。然而，在另一些示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10可經(jīng)配置以燃燒汽油燃料。在又一些示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10可經(jīng)配置以燃燒乙醇或者其他醇類(lèi)燃料。在一些示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10可經(jīng)配置以燃燒前述燃料類(lèi)型中的任意組合。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣裝置23和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置25。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣裝置23包括節(jié)氣門(mén)62，該節(jié)氣門(mén)62經(jīng)由進(jìn)氣通道42被流體地聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管44。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置25包括最終通向排氣通道35的排氣歧管48，該排氣通道35將排氣傳送到大氣。節(jié)氣門(mén)62可位于升壓設(shè)備(諸如渦輪增壓器(未示出))下游和后冷卻器(未示出)上游的進(jìn)氣通道42中。當(dāng)包括后冷卻器時(shí)，該后冷卻器可經(jīng)配置以降低通過(guò)升壓設(shè)備壓縮的進(jìn)氣空氣的溫度。
[0019]車(chē)輛系統(tǒng)6可進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)14?？刂葡到y(tǒng)14被示為接收來(lái)自多個(gè)傳感器16 (本文描述傳感器16的各種示例)的信息并且發(fā)送控制信號(hào)到多個(gè)致動(dòng)器81 (本文描述致動(dòng)器81的各種示例)。作為一個(gè)示例，傳感器16可包括(位于排氣歧管48中的)排氣傳感器126、溫度傳感器128和(位于排放控制設(shè)備70的下游的)壓力傳感器129。其他傳感器，諸如附加壓力傳感器、溫度傳感器、空氣/燃料比傳感器和組分傳感器可被聯(lián)接到車(chē)輛系統(tǒng)6中的各個(gè)位置。作為另一個(gè)示例，致動(dòng)器可包括燃料噴射器66、節(jié)氣門(mén)62、控制過(guò)濾器再生的DPF(柴油顆粒過(guò)濾器)閥(未示出)等?？刂葡到y(tǒng)14可包括控制器12?？刂破骺山邮諄?lái)自各種傳感器的輸入數(shù)據(jù)，處理輸入數(shù)據(jù)，并且基于在其中編程的對(duì)應(yīng)一種或多種例程的指令或代碼響應(yīng)于所處理的輸入數(shù)據(jù)觸發(fā)致動(dòng)器。例如，用于實(shí)施各種控制例程的指令可被儲(chǔ)存在控制器12的存儲(chǔ)器中。
[0020]發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置25可包括一個(gè)或多個(gè)排放控制設(shè)備70，排放控制設(shè)備70可被安裝在排氣裝置中的緊密聯(lián)接位置。一個(gè)或多個(gè)排放控制設(shè)備可包括三元催化劑、稀NOx過(guò)濾器、SCR催化劑等。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置25還可包括定位在排放控制設(shè)備70上游的柴油顆粒過(guò)濾器(DPF) 102，柴油顆粒過(guò)濾器(DPF) 102臨時(shí)過(guò)濾來(lái)自進(jìn)氣的顆粒物質(zhì)(PM)。如圖所描繪，在一個(gè)示例中，DPF 102為柴油顆粒物質(zhì)保持系統(tǒng)。已經(jīng)沿著通過(guò)DPF 102的通道過(guò)濾掉PM的尾管排氣可在顆粒物質(zhì)傳感器106和排放控制設(shè)備70中進(jìn)行進(jìn)一步處理，并且經(jīng)由排氣通道35排到大氣。如關(guān)于圖2更詳細(xì)地描述，傳感器106可以為顆粒物質(zhì)傳感器，其測(cè)量在DPF 102下游的顆粒物質(zhì)的質(zhì)量或濃度。例如，傳感器106可以為碳煙傳感器。傳感器106可以被可操作地聯(lián)接到控制器12并且可與控制器12通信，以指示在離開(kāi)DPF 102并且流過(guò)排氣通道35的排氣內(nèi)的顆粒物質(zhì)的濃度。這樣，傳感器106可檢測(cè)來(lái)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體結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)部具有多個(gè)通路用于過(guò)濾來(lái)自柴油機(jī)排氣的顆粒物質(zhì)。
[0021]—些顆粒物質(zhì)傳感器可利用電路來(lái)測(cè)量在排氣流內(nèi)的顆粒物質(zhì)的質(zhì)量或濃度。顆粒物質(zhì)可撞擊在電路上并且在電路中產(chǎn)生電橋/短路，從而改變傳感器的電流輸出和/或電壓輸出。在一些傳統(tǒng)的電路顆粒物質(zhì)傳感器中，排氣從電路的一端被導(dǎo)向另一端，這可導(dǎo)致不均衡的碳煙分布。具體地，大部分碳煙可沉積在排氣首先接觸傳感器的電路的流入端，而大多數(shù)電路僅經(jīng)受有限的碳煙顆粒沉積。另外，傳感器可經(jīng)受來(lái)自傳感器表面上的大顆?；蛩巫矒舻奈廴?。如以下將關(guān)于圖2-圖7所進(jìn)一步描述，顆粒物質(zhì)傳感器組件可以這樣的方式配置，即允許在顆粒傳感器上的更均衡的碳煙分布，并且減少在傳感器表面上的大顆粒撞擊。
[0022]圖2-圖7示出和/或描繪顆粒物質(zhì)傳感器組件的操作，該顆粒物質(zhì)傳感器組件包括容納在一個(gè)或多個(gè)保護(hù)管內(nèi)部的顆粒物質(zhì)傳感器。顆粒物質(zhì)傳感器的感測(cè)表面可背離到來(lái)的排氣流。多個(gè)孔可在傳感器組件上隔開(kāi)，以允許排氣均衡地撞擊在顆粒物質(zhì)傳感器的表面上。傳感器組件可經(jīng)進(jìn)一步配置使得大顆粒(例如，超過(guò)閾值尺寸的顆粒物質(zhì))和水蒸氣撞擊在保護(hù)管的表面上而非傳感器上(例如，未撞擊在顆粒物質(zhì)傳感器元件的感測(cè)表面上)。圖2-圖4示出包括單個(gè)保護(hù)管的顆粒物質(zhì)傳感器的第一實(shí)施例。圖5-圖7示出顆粒物質(zhì)傳感器的第二實(shí)施例，其中傳感器組件包括不止一個(gè)保護(hù)管。
[0023]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2-圖3，它們示出顆粒物質(zhì)(PM)傳感器組件200的示意圖。圖2_圖3示出在PM傳感器組件200內(nèi)的部件的相對(duì)尺寸和位置。圖2-圖3可大約按比例繪制。因此，在一些示例中，在圖2-圖3中所示的部件的相對(duì)尺寸和定位可表示顆粒物質(zhì)傳感器組件200的部件的實(shí)際尺寸和定位。然而，在另一些示例中，部件的相對(duì)尺寸和位置可與圖2-圖3中所示的不同。
[0024]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2，其示出顆粒物質(zhì)(PM)傳感器組件200的示例實(shí)施例的示意圖。PM傳感器組件200可以為圖1的顆粒物質(zhì)傳感器106并且，因此可具有與PM傳感器106的那些已經(jīng)描述特征和/或配置共同的特征和/或配置。PM傳感器組件200可經(jīng)配置以測(cè)量排氣中的PM質(zhì)量和/或濃度，并且因此，可被聯(lián)接到排氣通道235，排氣通道235可與以上關(guān)于圖1所示的排氣通道35相同。應(yīng)該理解，PM傳感器組件200借助于示例