CN105587390B - 用于感测颗粒物质的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于感测颗粒物质的系统和方法。提供用于感测在车辆的排气系统中的颗粒物质的系统和方法。在一个示例中，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。在另一个示例中，用于感测颗粒物质的系统包括在上游表面上具有多个进气孔的第一外管，定位在第一外管内的第二内管，和定位在第二内管内的颗粒物质传感器，第二内管包括在下游表面上的多个进气孔和在底表面处的开口，用于将排气排放到排气通道。

Description

用于感测颗粒物质的系统和方法

相关申请的交叉引用

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No.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

本申请涉及感测排气系统中的颗粒物质。

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。

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

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。

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。

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。

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

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。

图2示出碳烟传感器的透视图。

图3示出图2的碳烟传感器的截面图。

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。

图5示出图2的碳烟传感器的可替代实施例的透视图。

图6示出图5的碳烟传感器的截面图。

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

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。

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。

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。

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DPF102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。

一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。

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。

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。

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借助于示例以简化的方式示出，并且其他配置是可能的。

PM传感器组件200从在排气通道235内部的下游视角示出，使得排气从图2的右手侧流到图2的左手侧，如箭头272所示。PM传感器组件200可包括单个马蹄形圆柱保护管202。换言之，圆柱保护管202可具有马蹄形横截面。因此，保护管可呈现为具有凸上游表面204和凹下游表面206的半环形圆柱，凸上游表面204面向排气通道35中的排气流，凹下游表面206限定背离到来的排气流面向相对方向的凹槽246。因此，保护管202可以为圆柱形，因为其可具有两个平面且相对平坦的端部，顶端208和底端210。顶端208的表面和底端210的表面垂直于保护管202(本文也称为管202)的中心轴线X-X′。另外，顶端208和底端210位于保护管202的相对端处。顶端208和底端210(它们也可被称为顶表面208和底表面210)可通过相对平滑的竖直表面、上游表面204和下游表面206被结合，使得保护管202限定封闭的容积，其中上游表面204和下游表面206平行于中心轴线X-X′。因此，上游表面204、下游表面206、顶端208和底端210可沿着它们的边缘彼此密封接触，使得它们限定从排气通道密封的封闭的内部容积。这样，排气通道可仅通过进气孔236、排水孔212和出口孔240进入和/或离开保护管202。

上游表面204和下游表面206可以为管202的壁，每个表面均包括内表面和外表面。因此，此后，上游表面204和下游表面206还可被称为上游壁204和下游壁206。因此，上游表面204的外表面可面向在排气通道235中即将到来的排气流，而上游表面204的内表面可背离即将到来的排气流。关于中心轴线X-X′正交截取的保护管202的任意横截面可具有与顶表面208和底表面210相对相同的形状和表面区域。凸上游表面204和凹下游表面206的端部可与圆形端部242结合，使得保护管202形成圆柱体，该圆柱体的形状像具有圆形拐角的一半环形。圆形端部242可相对于中心轴线X-X′从凹槽表面246向外突出。换言之，保护管的形状可以像在文本块中写出的字母“C”。

保护管202可通过其顶表面208被附接到排气通道235。因此，顶表面208和排气通道235彼此可物理联接。因此，顶表面208可封锁排气通道235，使得排气不可经由顶表面208进入和/或离开保护管202。底表面210可包括位于邻近下游表面206的一个或多个排水孔212，以允许大颗粒和水滴离开保护管202。如图2所示，排水孔212被定位在底表面210的圆形端部242处，其中凸上游表面204和凹下游表面206在圆形端部242接触。排水孔212的尺寸、数目和准确位置可基于PM传感器组件的设计参数。在PM传感器组件200的示例中，描绘了两个排水孔212。在可替代的实施例中，排水孔212的数目可多于或少于两个。进一步地，排水孔212的尺寸和位置可不同于所给出的示例中所描述的尺寸和位置。因此，在一些示例中，排水孔212可被成形为矩形、正方形、三角形或其它几何形状或不规则形状。进一步地，在一些示例中，排水孔212的分布可以是均匀的。然而，在另一些示例中，排水孔212的分布可以是随机的。在进一步的示例中，排水孔212的分布可基于数学函数或分布(诸如高斯分布)来分配。

PM传感器组件200可进一步包括隔热屏214和颗粒物质(PM)传感器216，它们均位于保护管202内(例如，在保护管202内部)。例如，PM传感器216和隔热屏214可被完全地包括在保护管202内。颗粒物质传感器216可以被成形为限定两个表面(第一表面220和第二表面222(未示出))的长薄矩形板，两个表面被联接在两个端面之间。PM传感器216可包括两个较长的边缘230和两个较短的边缘232。因此，PM传感器216的宽度可被限定为较短边缘232的长度，而PM传感器216的长度可限定为较长边缘230的长度。类似地，PM传感器216的两个端面可限定PM传感器216的厚度。PM传感器216可被定位在保护管202的内部，使得较长边缘230与中心轴线X-X′平行。PM传感器的宽度可足够小，使得当围绕中心轴线X-X′居中时，在两个较长边缘230与保护管202的上游表面204和下游表面206之间存在空间。PM传感器216可包括位于第一表面220上的电路218。撞击在电路218上的排气颗粒可在电路218内产生电桥或短路，并且改变PM传感器216的输出，例如，电流或电压。因此，来自PM传感器216的输出可指示PM传感器216测量的在排气样本中积聚的颗粒物质。在一个示例中，如图2所示，电路218可仅被定位在第一表面220的一部分上。在另一些示例中，电路218可沿着第一表面220的整个长度进行定位。

隔热屏214可被成形为具有平坦的第一表面224和弯曲的凸第二表面226的半圆形圆柱。进一步地，隔热屏214可包括两个平坦的半圆形端面228。隔热屏214可经定位使得第一表面224面向保护管202的下游表面206，凸表面(也被称为上游表面)226面向保护管202的上游表面204，而端面228位于垂直于中心轴线X-X′处，使得它们分别平行于并且面向保护管202的上表面208和底表面210。另外，隔热屏214的尺寸可经设定使得其端面228的表面区域分别小于保护管202的顶表面208和底表面210。因此，隔热屏214可贴合在保护管202的内部，并且与保护管202的上游表面204和下游表面206间隔一定的距离。因此，在隔热屏214的凸面226与保护管202的上游壁204之间存在封闭的中空环形空间238。隔热屏214的端面228中的一个可在保护管的顶表面208处被附接到保护管202。PM传感器216可被附接到隔热屏214，使得PM传感器216的第二表面222(在图3中示出)与隔热屏214的平面第一表面224共面接触。因此，包括电路218的PM传感器216的第一表面220可面向保护管202的下游表面206。

PM传感器216和隔热屏214可被定位在保护管202内部，使得它们关于中心轴线X-X′基本上对称，并且使得隔热屏214面向保护管202的上游壁204的内表面且PM传感器216面向保护管202的下游壁206的内表面。因此，隔热屏214可被定位在PM传感器216与保护管202的上游壁204之间，并且PM传感器216可被定位在隔热屏214与保护管202的下游壁206之间。进一步地，PM传感器216和隔热屏214的尺寸可设定成使得它们从保护管202的顶表面208延伸到底表面210。因此，在物理联接的隔热屏214和PM传感器216与保护管202之间可限定封闭的中空环形空间238。

保护管202的上游表面204可包括多个进气孔236，进气孔236可用作用于对排气颗粒物质进行取样的进气孔。上游表面204基本上正交于并且面向在图1的排气通道235中即将到来的排气流(如箭头272所示)。因此，上游表面204可与排气流和离开柴油颗粒过滤器(诸如以上关于图1所示的DPF 102)的排气直接接触。这样，排气可以畅通无阻的方式流向PM传感器组件200的保护管202的上游表面204。进气孔236可以为允许排气进入保护管202的基本上圆形的开口。在可替代的实施例中，进气孔236可具有另外的形状，诸如椭圆形或正方形。在可替代的实施例中，进气孔236的数目可多于或少于两个。进一步地，进气孔236的尺寸和位置可与在给定示例中所描绘的不同。因此，在一些示例中，进气孔236可被成形为矩形、正方形、三角形或其他几何形状，或不规则形状。进一步地，在一些示例中，进气孔236的分布可以是均匀的。然而，在另一些示例中，进气孔236的在上游表面204上的分布可以是随机的。在进一步的示例中，进气孔236在上游表面204上的分布可基于数学函数或分布(诸如高斯分布)来分配。

因此，排气可通过在上游表面204中的进气孔236进入在保护管202与隔热屏214之间的中空环形空间238。因此，隔热屏214可充当在进入保护管202的进气孔236的到来的排气与PM传感器216之间的缓冲器。排气在撞击到PM传感器216的第一表面220上之前必须围绕隔热屏214行进。

保护管202还可包括位于保护管202的下游表面206上的多个排气出口孔240。具体地，出口孔240可位于朝向保护管202的中心轴线X-X′最向内延伸的凹下游表面206的一部分上，并且因此最靠近PM传感器216的第一表面220(例如，凹槽246)。因此，出口孔可沿着凹槽246的长度进行定位。因此，出口孔240可面向PM传感器216的第一表面220，其中，排气可在围绕隔热屏214行进之后撞击在第一表面220上。可沿着保护管202的长度分布出口孔240，其中该长度可被限定为在顶表面204与底表面206之间的距离。另外，出口孔240的分布可偏向保护管202的底表面206，使得比位于邻近顶表面204处更多数目的出口孔240可位于邻近底表面206处。出口孔240可关于在排气通道235中的排气流正交，并且因此可关于PM传感器216和保护管202的进气孔236平行。出口孔240可以为允许排气离开保护管202的基本上圆形的开口。在可替代的实施例中，出口孔240可具有另外的形状，诸如椭圆形或正方形。进一步地，出口孔240的尺寸和位置可与在给定示例中所描绘的不同。因此，在一些示例中，出口孔240可被成形为矩形、正方形、三角形或其他几何形状，或不规则形状。进一步地，在一些示例中，出口孔240的分布可以是均匀的。然而，在另一些示例中，出口孔240在下游表面206的凹槽246上的分布可以是随机的。在又进一步的示例中，出口孔240在下游表面206上的分布可基于数学函数或分布(诸如高斯分布)来分配。

在一个实施例中，PM传感器216可被联接到加热器(未示出)以烧掉积聚的颗粒例(如碳烟)，并且因此可被再生。这样，PM传感器可返回到更适合于传播与排气有关的准确信息的条件。

PM传感器组件200可被定位在排气通道235内，并且经配置对在排气通道235内流动的排气进行取样。排气的一部分可经由保护管202的上游表面204上的进气孔236流入PM传感器组件200和保护管202。在循环通过在隔热屏214与保护管202之间形成的中空环形空间238之前，这部分排气可撞击在隔热屏214的上游表面226的外部上。然后，排气可撞击在PM传感器216的第一表面220上。最终，这部分排气可经由出口孔240离开保护管202(和PM传感器组件200)，并且与排气通道235中的其余排气流汇合。

转向图3，其示出在图2中所描述的PM传感器组件200的实施例的截面图。PM传感器组件200从根据图1的排气通道235内部的下游视角示出，使得排气从图3的右手侧流向图3的左手侧，如箭头272所指示。因此，PM传感器组件200可包括单个马蹄形圆柱保护管202，如在图2中更详细描述。

如关于图2所述，在保护管202与隔热屏214之间存在中空环形空间238。在排气通道235中的排气的一部分可流过保护管202的进气孔236，流入环形空间238，并且围绕隔热屏214流动，如由排气流箭头274所描绘。

隔热屏214的凸第二表面可面向通过进气孔236进入保护管202的到来的排气。因此，如关于图2所描述，隔热屏214可充当在到来的排气与PM传感器216之间的缓冲器。PM传感器被示为经由隔热屏214的平坦第一表面224附接到隔热屏214。电路218可位于面向排气出口孔240的PM传感器的第一表面220上。因此，在围绕隔热屏214流动之后，排气可倒转方向，并且撞击在面向PM传感器216的第一表面220的下游上。具体地，排气可撞击在电路218上。当排气撞击在电路218上时，电路218的电压和/或电流可变化，并且在电路218中的电流和/或电压的变化可用于估计积聚在传感器216上的碳烟的量。在撞击在传感器216上之后，排气可通过出口孔240离开保护管202。

出口孔240可位于朝向PM传感器216最向内延伸的凹槽246的一部分上。因此，出口孔240可位于最邻近PM传感器216内的保护管202的一部分上。

现在转向图4，其呈现一种用于感测颗粒物质并通过单管PM传感器组件(诸如以上关于图2-3所示的PM传感器组件200)输送排气的方法的流程图。以上关于图2和图3所描述的PM传感器组件200的实施例可用于检测在离开柴油颗粒过滤器(诸如以上关于图1所示的DPF 102)的排气内的颗粒物质。例如，PM传感器组件可基于所感测到的在排气内的颗粒物质的浓度检测DPF泄漏。

方法400在402处通过经由排气通道(例如，在图1中所示的排气通道35)输送(例如，流动)排气来开始。随后，在404处，准许一部分排气通过在保护管(例如，在图2-图3中所示的保护管202)的上游表面(例如，图2-图3中所述示的上游表面204)上的进气孔(例如，在图2-图3中所示的进气孔236)进入保护管。在406处，排气首先撞击在隔热屏(例如，在图2-图3中所示的隔热屏214)的上游表面上。在一些示例中，仅一部分排气可撞击在隔热屏上。具体地，大颗粒和水分子可经偏置撞击在隔热屏上。然后，通过引导排气经由在隔热屏与保护管之间的中空环形空间(例如，在图2-图3中所示的中空环形空间238)围绕隔热屏，到保护管的下游表面(例如，在图2-图3中所示的下游表面206)，越过PM传感器(例如，在图2-图3中所示的PM传感器216)，方法400继续进行到408。大颗粒(例如，大于阈值尺寸的颗粒，阈值尺寸为颗粒可从大量排气流中分离出来的尺寸)可撞击在保护管的下游内表面上，并且通过在保护管底部上的排水孔(例如，在图2-图3中所示的排水孔212)离开。然后，在412处，排气可被重新定向，使得其可相对于在排气通道中的排气流动方向流动。因此，在412处，在流过PM传感器之后，排气的流动方向可被倒转，或转动约180度，使得排气流回到PM传感器216，远离保护管的下游表面。随后，在414处，排气可撞击在PM传感器的第一表面220上。在414处，来自排气的颗粒沉积可在PM传感器的电路(在图2-图3中所示的电路218)内产生电桥或短路，并且改变PM传感器的输出，例如电流或电压。因此，来自PM传感器的输出可指示在传感器测量的排气样本中的积聚颗粒物质。在416处，排气可通过保护管上的出口孔(例如，在图2-图3中所示的出口孔240)离开PM传感器组件。离开的排气可重新加入在排气通道中的排气流。

图5-图6描绘在图2-图4中所示的PM传感器组件200的可替代实施例的示意图。本实施例可具有不止一个围绕感测元件的保护管，而不是具有单个保护管202。在图5-图6中所示的颗粒物质(PM)传感器组件500可大约按比例绘制。图5-图6示出在PM传感器组件500内的部件的相对尺寸和位置。因此，在一些示例中，在图5-图6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500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5-图6所示的不同。

关注图5，PM传感器组件500可包括第一外管510和第二内管520。外管510可包括分布在第一外管510的上游表面554上的多个孔544(也被称为穿孔544)。孔544(或进气孔544)可用作用于对排气颗粒物质取样的进气孔。第一外管510的上游表面554基本上正交于并且面向在排气通道(诸如图1的排气通道35)中的即将到来的排气流(箭头272)。因此，上游表面554可与排气流直接接触。因此，离开柴油颗粒过滤器(例如，在图1中所示的DPF 102)的排气可以畅通无阻的方式流向PM传感器组件500的第一外管510的上游表面554。进一步地，任何部件均不会阻挡或偏转从DPF 102到PM传感器组件200的排气流。因此，用于取样的一部分排气可经由孔544被输送到PM传感器组件500。第一外管510在其下游表面558上可以不包括任何孔。

孔544可被定位在第一外管510的上游表面554上，并且允许排气进入PM传感器组件500的外管510。在一些示例中，孔544可以为圆形，如在图5的示例中所描绘。然而，在可替代的实施例中，孔544可具有另外的形状，诸如椭圆形或正方形。在可替代的实施例中，孔544的尺寸和位置可与在给定示例中所描绘的不同。因此，在一些示例中，孔544可被成形为矩形、正方形、三角形或其他几何形状，或不规则形状。进一步地，在一些示例中，孔544的分布可以是均匀的。然而，在另一些示例中，孔544在上游表面554上的分布可以是随机的。在又进一步的示例中，孔544在外管510的上游表面554上的分布可基于数学函数或分布(诸如高斯分布)来分配。

PM传感器组件500进一步包括完全封闭在第一外管510内的第二内管520。第二内管520可经定位使得第二内管的中心轴线平行于第一外管510的中心轴线。在图5所示的示例中，第二内管520的中心轴线X-X′与第一外管510的对应中心轴线X-X′一致或可与其相同，从而导致第二内管520在第一外管510内的对称布置。因此，在第一外管510与第二内管520之间可形成环形空间(未在图5中示出)。具体地，在第二内管520的外表面与第一外管510的内表面之间可形成环形空间。在可替代的实施例中，第一外管510的中心轴线可与第二内管520的中心轴线不一致，但可与其平行。然而，在第一外管与第二内管之间的环形空间可被维持。

第二内管520的特征还在于在第二内管520的下游表面552上具有多个孔546(或进气孔546)。孔546可作为吸入第一外管510的用于PM取样的一部分排气的进气孔。进一步地，第二内管520在其上游表面560上可以不包括进气孔。

孔546可以为允许排气进入内管520的基本上圆形的开口。在可替代的实施例中，孔546的尺寸和位置可与在给定示例中所描绘的不同。因此，在一些示例中，孔546可成形为矩形、正方形、三角形或其他几何形状，或不规则形状。进一步地，在一些示例中，孔546的分布可以是均匀的。在另一些示例中，更多数目的孔546可被定位成更靠近底表面564。换言之，孔546的密度可随着远离顶表面550朝底表面564的位移增加而增加。然而，在另一些示例中，孔546在内管520上的分布可以是随机的。在又进一步的示例中，孔546在内管520上的分布可基于数学函数或分布(诸如高斯分布)来分配。

第二内管520的下游表面552包括基本上正交于排气流并且背离在排气通道中的排气流的表面。进一步地，第二内管520的下游表面552位于第一外管510内，并且因此，与在排气通道中的排气流不直接接触。然而，下游表面552可与经由第一外管520的孔544输送的一部分排气直接接触。因此，经由第一外管510的孔544输送到PM传感器组件500的一部分排气可经由第二内管520的孔546被导向在第二内管520内的内部空间中(未示出)。因此，第二内管520可将中空内部空间包括在其内。

PM传感器组件500可进一步包括来自图2的PM传感器216。PM传感器216可被安置在第二内管520内的内部空间中。因此，PM传感器216可被完全地封闭在第二内管520内，第二内管520进而可被第一外管510围绕。因此，第一外管510和第二内管520可用作PM传感器216的遮蔽或保护。

PM传感器216可包括位于第一表面220上的电路218。进一步地，PM传感器216可被安置在第二内管520内，使得第一表面220面向在第二内管520的下游表面552上的多个孔546。因此，导入在第二内管520内的内部中空空间的一部分排气可撞击在PM传感器216的第一表面220上。来自该部分排气的在第一表面220上的颗粒沉积可在电路218内产生电桥或短路，并且改变PM传感器216的输出，例如，电流或电压。因此，来自PM传感器216的输出可指示在传感器测量的排气样本中的积聚颗粒物质。

第二内管520可包括位于内管520的底表面564上的出口通路或开口542。通路542可基本上正切于在排气通道中的排气流的方向。进一步地，通路542仅可将在第二内管520内的内部空间流体地联接到排气通道，从而单独允许在第二内管520内的一部分排气离开PM传感器组件500。因此，内管520的底表面564和外管510的底表面562可彼此密封接触，使得开口542将内管520流体地连接到排气通道535，并且未将外管510流体地连接到排气通道535。通路542可由内管520的带壁的通道形成，使得壁阻挡到在第一外管510与第二内管520之间的环形空间的入口。因此，通道542可从第一外管510被封锁。因此，吸入第一外管510的一部分排气可单独流入第二内管520，并且可以不从第一外管510直接离开PM传感器组件500。因此，在第二内管520的中空内部空间内的一部分排气可经由布置在PM传感器组件500的底表面564上的通路542离开。

在图5的示例中，第一外管510和第二内管520中的每个可具有圆形横截面。在可替代的实施例中，可使用不同的横截面。在一个示例中，第一外管510和第二内管520可以为由金属制成的中空管，金属能够在排气通道中承受较高的温度。在另一个示例中，可使用可替代的材料。更进一步地，第一外管510和第二内管520中的每个可由不同的材料制成。另外，选择用于制造第一外管和第二内管的材料可使得它们能够忍受暴露于从柴油颗粒过滤器中释放的水滴。

PM传感器组件500可以适当的方式被联接到排气通道535，使得PM传感器组件的顶表面550被密封到排气通道535的壁(未示出)。排气通道535可与以上关于图1所示的排气通道35相同。

第一外管510可包括分散在底表面562上的一个或多个排水孔548，以允许水滴和较大颗粒从PM传感器组件500排出。排水孔548的尺寸、数目和位置可基于PM传感器组件500的设计参数。在PM传感器组件500的示例中，描绘了两个排水孔548。在可替代的实施例中，排水孔的数目可更多或更少。进一步地，它们的尺寸和位置可与在给定示例中所描绘的不同。

第二内管520可在未包括通路542的一部分底表面564处被完全密封和关闭，在通路542处，排气可离开PM传感器组件500。因此，如图5的示例所描绘，通路542可包括在内管520的底表面564中的半圆形中空开口。第二内管520与第一外管510在底表面564处的密封可在PM传感器组件500的生产期间完成。进一步地，未包括通路542的一部分底表面564的闭合可确保在第二内管520内的一部分排气仅经由通路542离开。

PM传感器组件500可被定位在排气通道535内并且经配置对在其中流动的排气取样。排气的一部分可经由在第一外管510的上游表面554上的孔544流入PM传感器组件500和第一外管510。这部分排气可在循环通过在第一外管510与第二内管520之间形成的环形空间之前撞击在第二内管520的上游表面560的外部上。然后，这部分排气可经由在第二内管520的下游表面552上的孔546进入第二内管520，并且可撞击在PM传感器216的第一表面536上。最后，这部分排气可经由通路542离开第二内管520(和PM传感器组件)，并且与在排气通道535中的其余排气流汇合。

PM传感器216可被联接到加热器(未示出)以烧掉积聚的颗粒，例如碳烟，并且因此可被再生。这样，PM传感器216就可返回到更适合于传播关于排气的准确信息的条件。此类信息可包括涉及柴油颗粒过滤器状态的诊断，并且因此可至少部分确定DPF泄漏是否存在。

现在转向图6，其示出在图5所述的PM传感器组件500的实施例的截面图600。进一步地，在所描绘的图5的示例中，排气从右侧流向左侧，如由流动箭头272所指示。先前在图5中介绍的部件在图6中进行类似编号，并且不再重新介绍。

排气在穿过外部第一保护管510上的孔544之后可进入在外管510与内管520之间的环形空间602，如流动箭头604所示。因此，内管520和外管510可被成形为可限定中空环形空间602的同心圆柱体，排气可通过中空环形空间602从上游表面554流到外管510的下游表面558。在进入外管510之后，排气可流过中空环形空间602，围绕内管520流动，流到外管510的下游表面558的内部。孔546可被定位在内管520的下游表面552上，以允许排气进入内部第二管520的中空区域560并且撞击在PM传感器216上。然后，排气可向下流向如早前在图5中所述的通路542(未示出)。

图7示出一种用于感测颗粒物质和通过双管PM传感器组件(诸如在图5和图6中所示的PM传感器组件500)输送排气的方法700的流程图。PM传感器组件可用于检测在离开柴油颗粒过滤器(例如，在图1中所示的DPF 102)的排气中的颗粒物质。例如，PM传感器组件可基于感测到的在排气内的颗粒物质浓度检测DPF泄漏。

方法700在702处通过经由排气通道(例如，在图1中所示的排气通道35)输送排气来开始。在704处，准许一部分排气通过定位在外管上游表面(例如，在图5-图6中所示的上游表面554)上的进气孔(例如，在图5-图6中所示的孔544)进入PM传感器组件的外管(例如，在图5-图6中所示的外管510)。随后，在706处，进入外管510的排气可撞击在定位在外管内的内管(例如，在图5-图6中所示的内管520)的上游表面(例如，在图5中所示的上游表面560)上。具体地，大颗粒(例如，大于阈值尺寸的颗粒，阈值尺寸为颗粒可从大量排气中分离出来的尺寸)和水可优先撞击在内管的上游表面上。接下来，在708处，通过将内管与外管分离的中空环形空间(例如，在图6中所示的中空环形空间602)引导排气围绕内管，并且到管的下游表面。在710处，当排气到达管的下游表面(例如，在图5-图6中所示的下游表面558)时，大颗粒可撞击在外管的下游表面的内部上。方法700可继续到712，并且排气可通过在内管的下游表面(例如，在图5-图6中所示的下游表面552)上的孔(例如，在图5-图6中所示的孔546)进入内管。在714处，一旦在内管510内部，排气就可撞击在PM传感器(例如，在图2-图3中所示的PM传感器216)的电路(例如，在图2-图3和图5-图6中所示的电路218)上。在714处，在PM传感器上的来自一部分排气的颗粒沉积可在电路内产生电桥或短路，并且改变PM传感器的输出，例如电流或电压。因此，来自PM传感器的输出可指示在传感器测量的排气样本中的积聚颗粒物质。然后，排气可通过在内管底部的出口通路(例如，在图5中所示的通路542)离开，并且重新加入在排气通道中的排气流。

这样，提供了一种用于测量柴油颗粒过滤器的下游的排气中的颗粒物质的系统。该系统可包括管，排气可通过该管经由管上游侧上的多个孔流动。然后，引导排气围绕大颗粒和水分子可沉积的管的下游侧。

更具体地，该系统可包括马蹄形单个保护管，其中隔热屏同心地位于保护管内。隔热屏和保护管的内壁可限定中空空间，排气可通过该中空空间从系统的上游侧流到下游侧。因此，隔热屏和保护管的布置允许大颗粒和水在达到PM传感器之前沉积在隔热屏的上游表面和保护管的下游表面两者上。沉积在PM传感器上的大颗粒和水可破坏来自传感器的测量。因此，通过减少撞击在PM传感器表面上的大颗粒和水分子的量，实现了减少PM传感器破坏的技术效果。

进一步地，进气孔可在保护管的上游表面上均衡分布，从而允许排气在系统中相对均匀地流动。排气出口孔还均衡分布在管的上游表面、面向PM传感器。在这种配置中，由孔的布置产生的压力梯度的流体动力学允许排气在PM传感器上方均衡分布。因此，通过提供颗粒物质在PM传感器上的均衡分布来改善PM传感器的准确性，实现了另一种技术效果。

因此，在一种表述中，一种系统可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，该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气体出口孔。在系统的第一示例中，上游表面可关于管的中心轴线与下游表面相对，并且其中上游表面和下游表面可基本上正交于排气流的方向，上游表面面向到来的排气流，而下游表面背离排气流。在第二示例中，该系统可进一步包括隔热屏，隔热屏可在隔热屏的第一侧处被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。在系统的第三示例中，隔热屏可被定位在颗粒物质传感器与多个进气孔之间。在系统的第四示例中，隔热屏和颗粒物质传感器可围绕管的中心轴线在管内居中。在系统的第五示例中，颗粒物质传感器可被联接在管的顶表面与底表面之间。在系统的第六示例中，管的底表面可包括邻近管的下游表面定位的至少一个排水孔。在系统的第七示例中，圆形凹槽可包括凹面，而管的上游表面可包括凸面。管的圆形端部可在管的凸面和凹面接触的地方形成，其中圆形端部可相对于管的中心轴线从凹槽向外突出。在系统的第八示例中，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，用于测量沉积在该电路上的碳烟量，其中第一表面面向管的下游表面。在系统的第九示例中，颗粒物质传感器可与管隔开，使得在颗粒物质传感器与管之间存在中空环形空间。在系统的第十示例中，多个气体出口孔可以非均匀布置方式沿着凹槽的长度进行设置，使得邻近管底部比邻近管顶部有更多的孔。

在另一种表述中，一种用于感测在气流中的颗粒物质的方法可包括：通过在管上游表面上的多个进气孔将排气导入管；使排气流过定位在管内并且面向管上游表面的隔热屏；通过由管的马蹄形形成的中空环形空间，使排气围绕隔热屏流动，并且流到联接到隔热屏且面向管下游表面的颗粒物质传感器；以及经由沿着管的下游表面上的圆形凹槽定位的多个出口孔，使排气流出管。在该方法的第一示例中，使排气围绕隔热屏流动并且流到颗粒物质传感器上可包括，使排气的流动方向倒转。在方法的第二示例中，该方法可进一步包括，将水和超过阈值尺寸的颗粒物质中的一种或多种引导到管的下游表面的内部，并且经由定位在管的底表面中的一个或多个排水孔离开管，而不是将水和超过阈值尺寸的颗粒物质中的一种或多种引导到颗粒物质传感器。

在另一种表述中，一种用于感测在排气通道中的颗粒物质的系统可包括：在上游表面上具有多个进气孔的第一外管；定位在第一外管内的第二内管；和安置在第二内管内的颗粒物质传感器，其中该内管包括在下游表面上的多个进气孔和在底表面处的开口，用于将排气排放到排气通道，该颗粒物质传感器用于感测在排气通道的排气中的颗粒物质的量。在系统的第一示例中，颗粒物质传感器可包括在第一表面上的电路用于感测颗粒物质，其中第一表面可面向第二内管的下游表面。在系统的第二示例中，在第二内管的底表面处的开口可将第二内管流体地连接到排气通道，但并未将第一外管流体地连接到排气通道。在系统的第三示例中，第二内管可与第一外管隔开，使得在第一外管与第二内管之间存在中空环形空间，并且其中第一外管的中心轴线可平行于第二内管的中心轴线。在系统的第四示例中，第一外管和第二内管可被密封，并且在顶表面处联接到排气通道。

在另一种表述中，一种系统可包括具有c形横截面的管，该c形横截面由管的凸面和凹面形成，凸面被定位在管的上游端并且包括多个进气孔，而凹面被定位在管的下游端并且包括圆形凹槽，其中多个出口孔沿着圆形凹槽的一部分定位，颗粒物质传感器被定位在管内部，并且隔热屏被联接到颗粒物质传感器的上游侧。在系统的第一示例中，管可在柴油颗粒过滤器的下游包括在排气通道内，其中管可在管的顶表面处被物理地联接到排气通道。在系统的第二示例中，上游端可关于管的中心轴线与下端相对，并且其中上游表面和下游表面可基本上正交于排气流的方向，上游表面面向到来的排气流，而下游表面背离排气流。在系统的第三示例中，隔热屏可包括面向多个进气孔的凸面和联接到颗粒物质传感器的第二表面。在系统的第四示例中，隔热屏和颗粒物质传感器可从管的顶表面延伸到底表面，并且可远离管的内表面定位。在系统的第五示例中，管的底表面可包括位于邻近管的下游端处的一个或多个排水孔，其中管的凸面和凹面在管的下游端接触。

注意，本文包括的示例性控制和估计例程能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和例程可作为可执行指令储存在非暂时性存储器中，并且可由包括控制器的控制系统与各种传感器、致动器和其他发动机硬件结合实施。本文所描述的特定例程可表示任何数目的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所说明的各种动作、操作和/或功能可按说明的顺序执行、并行执行，或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现在此所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为易于说明和描述提供。根据所使用的具体策略，可重复执行所说明的动作、操作和/或功能中的一种或多种。进一步地，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码，其中通过结合电子控制器执行包括各种发动机硬件部件的系统中的指令而使所描述的动作得以实现。

应当理解，本文所公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些具体实施例不是以限制的意义来考虑的，因为许多变化是可以的。例如，以上技术可以施加于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸，以及其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统与配置，和其它特征、功能和/或属性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

以下权利要求书特别指出某些组合和子组合被认为是新颖的和非显而易见的。这些权利要求可涉及“一种”元件或“第一”元件或其等同形式。此类权利要求应当理解为包括一个或多个此类元件的结合，既不需要也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其它组合和子组合可以通过本权利要求书的修正或通过在该或相关申请中新的权利要求的提出以要求保护。此类权利要求，无论是更宽、更窄、等于或不同于原始权利要求的范围，也被认为包括在本公开的主题之内。

Claims (15)

1.一种用于感测排气通道中的颗粒物质的系统，其包括：

在上游表面上具有多个进气孔的管，所述管具有在下游表面上带圆形凹槽的马蹄形和沿着所述圆形凹槽的长度定位的多个出气孔；以及

定位在所述管的内部的颗粒物质传感器。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述上游表面关于所述管的中心轴线与所述下游表面相对，并且其中所述上游表面和下游表面基本正交于排气流的方向，所述上游表面面向到来的排气流，而所述下游表面背离排气流。

3.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括隔热屏，所述隔热屏在所述隔热屏的上游第一侧处联接到所述颗粒物质传感器，其中相对于所述第一侧的所述隔热屏的第二侧面向所述管的所述上游表面。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述隔热屏被定位在所述颗粒物质传感器与所述多个进气孔之间。

5.根据权利要求3所述的系统，其中所述隔热屏和所述颗粒物质传感器围绕所述管的中心轴线在所述管内居中。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述管被包括在柴油颗粒过滤器下游的发动机排气通道内，并且其中所述管在所述管的顶表面处被物理联接到所述排气通道。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述颗粒物质传感器被联接到所述管的顶表面和底表面。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述管的底表面包括至少一个排水孔，所述排水孔邻近所述管的所述下游表面被定位。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述圆形凹槽具有凹面，并且所述管的所述上游表面为凸面，并且其中所述管的圆形端部在所述管的所述凸面与凹面接触的地方形成，其中所述圆形端部相对于所述管的中心轴线从所述凹槽向外突出。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述颗粒物质传感器包括设置在所述颗粒物质传感器的第一表面上的电路，用于测量沉积在所述电路上的碳烟的量，其中所述第一表面面向所述管的所述下游表面。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述颗粒物质传感器与所述管隔开，使得在所述颗粒物质传感器与所述管之间存在中空环形空间。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个出气孔以非均匀布置方式沿着所述凹槽的长度被定位，使得邻近所述管的底表面比邻近所述管的顶表面有更多的孔。

13.一种用于感测在气流中的颗粒物质的方法，其包括：

通过管的上游表面上的多个进气孔将排气导向所述管；

使所述排气流到隔热屏上，所述隔热屏被定位在所述管内并且面向所述管的所述上游表面；

使所述排气围绕所述隔热屏流动，通过由所述管的马蹄形形成的中空环形空间，并且流到颗粒物质传感器上，所述颗粒物质传感器被联接到所述隔热屏并且面向所述管的下游表面；以及

经由多个出气孔使所述排气流出所述管，所述多个出气孔沿着在所述管的所述下游表面上的圆形凹槽进行定位。

14.根据权利要求13所述的方法，其中使所述排气围绕所述隔热屏流动并且流到所述颗粒物质传感器上包括使所述排气的流动方向倒转。

15.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括引导水和超过阈值尺寸的颗粒物质中的一者或多者到所述管的所述下游表面的内部，并且经由定位在所述管的底表面中的一个或多个排水孔离开所述管，但并不引导水和超过所述阈值尺寸的颗粒物质中的所述一者或多者到所述颗粒物质传感器。