CN107167405B

CN107167405B - 用于排气微粒物质感测的方法和系统

Info

Publication number: CN107167405B
Application number: CN201710116115.0A
Authority: CN
Inventors: 张小钢
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2037-03-01
Also published as: CN107167405A; RU2703134C2; US20170254251A1; RU2017104733A3; RU2017104733A; US10267204B2; DE102017102962A1

Abstract

本申请涉及用于排气微粒物质感测的方法和系统。提供了用于被设置在排气系统中的柴油微粒过滤器下游的微粒物质传感器的方法和系统。在一个示例中，一种微粒物质传感器组件可以包括外台阶形管、被设置在所述外管内的内台阶形管、以及设置在所述内管内部的具有传感器元件的板，所述内管和外管在所述组件中产生台阶。所述台阶可以阻挡较大污染物和水滴，并且由此阻止它们冲击被设置在所述组件内的所述传感器元件。

Description

用于排气微粒物质感测的方法和系统

技术领域

本申请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以使用各种排气传感器。一种示例传感器可以是指示排气中的微粒物质质量和/或浓度的微粒物质传感器。在一个示例中，微粒物质传感器可以通过随着时间积聚微粒物质并且提供积聚的程度的指示作为排气微粒物质水平的测量来运转。

微粒物质传感器的准确性会受由于跨过传感器的表面的流动分布的偏斜的碳烟在传感器上的不均匀沉积影响。另外，微粒物质传感器会易于受存在于排气中的水滴和/或较大微粒的冲击的污染。这种污染可以导致传感器输出中的误差。此外，当大量排气流过微粒物质传感器时，传感器再生会不足。

发明内容

发明人在此已经认识到以上问题并且已经识别了一种方案来至少部分地解决所述问题。在一个示例方案中，提供了一种用于感测发动机的排气通道中的微粒物质的微粒物质组件。所述微粒物质组件包含，外台阶形(stepped)管，其具有第一半圆形区域和第二半圆形区域，所述第一区域长于所述第二区域；与所述外台阶形管同轴的内台阶形管，其具有第三半圆形区域和第四半圆形区域，所述第三区域长于所述第四区域；以及被设置在所述内台阶形管内部的板，其具有传感器元件。以此方式，通过耦接外台阶形管和内台阶形管，台阶形结构(在下文中称为台阶)可以在PM传感器组件中被产生。此外，进口可以被形成在台阶上以将排气引导到PM传感器组件内。作为一示例，沿着台阶被设置的进口可以沿与排气通道中的排气流的方向相反的方向引导排气通道中的排气。因此，排气中的较大微粒会不能充分使流动方向反向并经由台阶进入PM传感器组件。因此，台阶用来实质上(substantially)阻止排气中的较大微粒冲击被形成在被设置在该组件内的板上的传感器元件，由此减少由于大微粒沉积在传感器元件上而造成的的传感器处的波动。

作为一个示例，排气微粒物质传感器组件可以在微粒过滤器的下游被设置在排气管中。微粒物质传感器组件可以包括保护管，所述保护管包含由不相等长度的半圆形区域组成的外不对称管。同样地，内管可以包括被完全设置在外管内的不对称半圆形区域。当耦接在一起时，外管和内管中的每一个的不对称半圆形区域的长度的差可以导致在传感器组件的一个面上产生的台阶结构。因此，台阶可以包括进口以将排气引导到形成在内台阶形管与外台阶形管之间的环形区域内。因此，排气可以能够通过经历流动方向的反向而经由狭缝中的进口进入PM传感器。然而，较大微粒和水滴会不能充分使流动方向反向以便能够进入台阶上的进口。因此，更大微粒和/或水滴可以被台阶阻挡，从而减少传感器误差。另外，通过电极的表面上的直接流动冲击，被设置在内管内的传感器元件可以经历更均匀的碳烟沉积。

以此方式，由于保护管设计的不对称而被形成的台阶可以阻止较大微粒和/或水滴进入微粒物质传感器组件。微粒物质传感器组件的设计中包括不对称保护管和台阶形结构的技术效果是，可以更好地保护被设置在内的传感器元件不受较大微粒和污染物的冲击而不向微粒物质传感器组件添加额外的部件和/或过滤器。总的来说，可以改善传感器元件的功能，并且可以使传感器变得更可靠。

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被随附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示出了发动机和被设置在排气流中的相关联的微粒物质(PM)传感器组件的示意图。

图2示出了包括外台阶形管、内台阶形管、以及包括传感器元件的板的PM传感器组件的示意图。

图3A-3C示出了外管和内管、板、以及被形成在PM传感器组件中的台阶沿着三个不同横截面平面的剖视图。

图4示出了PM传感器组件的示意图，示出了经由台阶流入PM传感器组件的排气。

图5示出了描绘用于跨过被形成在板上并且被设置在PM传感器组件的内管内的传感器元件积聚排气流中的微粒的示例方法的流程图。

图6是描绘用于使PM传感器组件的传感器电极再生的示例方法的流程图。

图7示出了描绘用于诊断被设置在PM传感器组件上游的微粒过滤器中的泄露的示例方法的流程图。

图8示出了PM传感器组件上的碳烟负荷与被设置在PM传感器组件上游的微粒过滤器上的碳烟负荷之间的示例关系。

具体实施方式

以下描述涉及用于感测发动机系统(诸如在图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传感器组件可以被放置在发动机系统的排气通道中。PM传感器组件可以包括外台阶形管、被设置在所述外管内的内台阶形管、以及包括被设置在所述组件内的传感器元件的板，如在图2中示出的。因此，外管和内管可以包括由于外管和内管的固有不对称而被形成的台阶。例如，外管和内管均可以包括两个不相等长度的半圆形区域。当外管和内管中的每一个的半圆形区域被耦接在一起时，所述区域的长度的差可以导致台阶。在图3A-图3C中示出了内管和外管的剖视图。通过在台阶中包括进口，排气通道中的排气流可以经由进口沿与排气通道中的排气流的方向相反的方向朝向被设置在该组件内的传感器元件被引导到PM传感器组件内，如在图4中示出的。控制器可以被配置为执行控制程序(诸如图5示例程序)，以将排气中的微粒积聚在传感器元件上。另外，控制器可以间歇地清洁PM传感器组件(图6)以实现连续的PM监测。此外，控制器可以被配置为执行程序(诸如图7的示例程序)，以基于PM传感器再生之间的时间使排气微粒过滤器再生。在图8中示出了过滤器诊断的示例。以此方式，PM传感器估计DPF的过滤能力(并且由此检测DPF泄露)的功能被增加。

图1示出了车辆系统6的示意描绘。车辆系统6包括发动机系统8。发动机系统8可以包括具有多个汽缸30的发动机10。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，所述节气门62经由进气通道42被流体地耦接至发动机进气歧管44。发动机排气装置25包括排气歧管48，所述排气歧管48最终通向将排气送至大气的排气通道35。节气门62可以在升压装置(诸如涡轮增压器(未示出))的下游且在后冷却器(未示出)的上游位于进气通道42中。当包括后冷却器时，后冷却器可以被配置为降低由升压装置压缩的进气的温度。

发动机排气装置25可以包括一个或更多个排放控制装置70，所述一个或更多个排放控制装置70可以以紧密耦接定位的方式被安装在排气装置中。一个或更多个排放控制装置可以包括三元催化剂、稀NOx过滤器、SCR催化剂等。发动机排气装置25还可以包括被设置在排放控制装置70上游的柴油微粒过滤器(DPF)102，所述柴油微粒过滤器(DPF)102从进入的气体中临时过滤出PMs。在一个示例中，如所描绘的，DPF102是柴油微粒物质保持系统。DPF102可以具有由由例如堇青石或碳化硅制作的整体结构，其中内部具有多个通道用于从柴油排气中过滤出微粒物质。在经过DPF102后已经过滤出PM的尾管排气可以在PM传感器106中被测量，并在排放控制装置70中被进一步处理，并且经由排气通道35被排放到大气。在所描绘的示例中，PM传感器106是基于跨过PM传感器的电极测量的导电率的改变而估计DPF102的过滤效率的电阻式传感器。在图2处示出了PM传感器106的示意图200，这将在下面进一步详细地进行描述。

车辆系统6可以进一步包括控制系统14。控制系统14被示为从多个传感器16(在本文中描述的传感器的各种示例)接收信息，并向多个致动器81(在本文中描述的致动器的各种示例)发送控制信号。作为一个示例，传感器16可以包括被配置为测量通过排气通道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328、压力传感器129(位于排放控制装置70的下游)和PM传感器106。诸如额外的压力、温度、空燃比、排气流速和成分传感器的其他传感器可以被耦接到车辆系统6中的各种位置。作为另一示例，致动器可以包括燃料喷射器66、节气门62、控制过滤器再生的DPF阀(未示出)、电路的开关等。控制系统14可以包括控制器12。控制器12可以被配置为具有存储在非临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，处理信号，并基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令采用图1的各种致动器来调整发动机运转。作为一示例，当使PM传感器运转为积聚碳烟微粒时，控制器向电路发送将电压应用于PM传感器组件的传感器电极的控制信号，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，控制器可以向再生电路发送闭合再生电路中的开关达阈值时间的控制信号，以将电压应用于被耦接至传感器电极的加热元件来加热传感器电极。以此方式，传感器电极被加热以烧掉被沉积在传感器电极的表面上的碳烟颗粒。示例程序在本文中参照图5-7进行描述。

现在转向图2，示出了微粒物质(PM)传感器组件201(诸如图1的PM传感器106)的示例实施例的示意图200。PM传感器组件201可以被配置为测量排气中的PM质量和/或浓度，并且因此，可以在柴油微粒过滤器(诸如在图1中示出的DPF102)的上游或下游被耦接至排气通道278(例如，在图1中示出的排气通道35)。

在示意图200中，PM传感器组件201被设置在排气通道278内部，其中排气(沿着X轴)从柴油微粒过滤器的下游流向排气尾管，如通过箭头274指示的。PM传感器组件201包括外台阶形管202、被设置在外管202内部的内台阶形管204。PM传感器组件201进一步包括被设置在内管204内的板214，所述板214具有传感器元件237。外管202和内管204均可以均是不对称管。例如，外管202和内管204一起形成PM传感器组件201的不对称保护管。

外管202可以是半径R₁的中空圆柱形管，所述外管202经由传感器凸台(未示出)被安装到排气通道278的顶端。内管204可以是半径R₂的中空圆柱形管，所述内管204被同轴地设置在外管202内，并且与外管202分开空间/间隙215。在本文中，内管204小于外管202(例如，R₂<R₁)，并且外管202与内管204之间的间隙215等于两个管的半径的差(例如，R₂-R₁)。因此，内管204可以例如通过沿着外管202的侧表面设置的螺钉(未示出)被保持到外管202。外管202和内管204可以共有垂直于排气通道278内部的排气流的方向(箭头274)的共同中心轴线Y-Y’。然而，内管204和外管202可以不是对称的。

例如，外管202可以包括形成不对称台阶形外管的两个不相等长度的半圆形区域。在本文中，外管202包括长度L₁的第一半圆形区域或节段206，所述第一半圆形区域或节段206被流体地耦接至长度L₂的第二半圆形区域或节段210，其中L₁大于L₂。第一区域206和第二区域210包括共同的顶部表面242。第一区域与第二区域之间的差(L₁-L₂)造成外管202中的不对称。外管202中的不对称形成台阶280。因此，较长的第一区域206被设置为更靠近被设置在PM传感器组件201上游的微粒过滤器，并且进一步远离排气尾管。此外，更短的第二区域210被流体地耦接至第一区域206，并且被设置为更靠近排气尾管并且进一步远离微粒过滤器。

类似地，内管204可以包括形成不对称台阶形内管204的两个不相等长度的半圆形区域。在本文中，内管204包括长度L₁的第一半圆形区域或节段208，所述第一半圆形区域或节段208被耦接至长度L₂的第二半圆形区域或节段212，其中L₁大于L₂。在一个示例中，内管204的第一区域208的长度实质上等于外管202的第一区域206的长度。在另一示例中，内管204的第一区域208的长度可以不等于外管202的第一区域206的长度。另外，内管204的第一区域208被设置在外管202的第一区域206内。因此，内管204的第一区域208更靠近被设置在PM传感器组件201上游的微粒过滤器，并且进一步远离排气尾管。同样地，内管204的第二区域212的长度实质上等于外管202的第二区域210的长度。在示例实施例中，内管204的第二区域212的长度可以不等于外管202的第二区域210的长度。内管204的第二区域212可以被设置在外管202的第二区域210内。类似于外管202，内管204的第一区域208和第二区域212的长度的差形成台阶280。

内管204包括被设置在其内的板214。在一个示例中，板214可以被居中地设置在内管204内，并且可以被进一步配置为是台阶280的延伸部分。因此，板214的边缘可以被耦接至台阶280的边缘，使得板214与台阶280接邻。在本文中，板214可以包括与中心轴线Y-Y’一致(同轴)的长轴线。例如，板214将内管204的第一区域208和第二区域212分开。

板214被设置在内管204内，使得板214正交于排气通道278内部的排气流的方向(箭头274)。此外，板214被设置为正交于排气通道278的长轴线。板214将内管204分成第一体积218和第二体积220。在本文中，第一体积218是被包围在内管204的第一区域208内的体积。第二体积220是被包围在内管204的第二区域212内的体积。第一体积218大于第二体积220(例如，因为L₁>L₂)。

转向图3A，示出了PM传感器组件201在沿着图2的线A-A’的平面中的剖视图300。在本文中，示出了外管202、内管204和板214的横截面。简言之，内管204是被设置在外管202内部的较小中空圆柱形管。在一个示例中，板214被居中地设置在内管204内，使得板214将内管204分成第一较大体积218和第二较小体积220。应认识到，内管204的第一体积218通过板214与内管204的第二体积220流体地分开。

视图300中的轴线Z-Z’可以将外管202分成两个体积；第一体积216和第二体积224。在本文中，外管202的第一体积216可以是被包围在外管202的第一区域206与内管204的第一区域208之间的间隙中的体积。同样地，第二体积224可以是被包围在外管202的第二区域210与内管204的第二区域212之间的间隙中的体积。类似于内管204，外管202的第一体积216可以大于外管202的第二体积224。与内管204相反，外管202的第一体积216可以被流体地耦接至外管202的第二体积224。例如，第一体积216和第二体积224一起构成被包围在内管与外管之间的间隙中的体积。因此，被包围在外管202的第一区域206内的第一体积216内部的排气可以盘旋(spiral)进入第二体积224。在本文中，第二体积224被包围在外管202的第二区域210与内管204的第二区域212之间。外管202的第二体积224内部的排气可以经由狭缝252进入内管204的第二区域212。在本文中，狭缝252被形成在内管204的第二区域212的表面上，使得排气沿与排气通道中的排气流相反的方向从外管202的第二区域210流入内管204的第二区域212。因此，被捕集在外管与内管之间的间隙内的排气经由狭缝252被释放到内管204内。具体地，来自外管202的第二体积224的排气例如经由狭缝252朝向板214流入内管的第二体积220。PM传感器组件内的排气的路径将会在图4中更详细地进行描述。

在本文中，被设置在内管204内的板214包括传感器元件237，所述传感器元件237被配置为积聚经由狭缝252进入内管204的排气中的碳烟微粒。因此，传感器元件237包括形成在基板310上的电极312。基板310与板214共面接触，并且进一步垂直于排气通道中的排气流的方向(箭头274)和排气通道的长轴线中的每一个。传感器元件237的基板310通常可以由高电绝缘材料制造。可能的电绝缘材料可以包括诸如氧化铝、氧化锆、氧化钇、氧化镧、二氧化硅的氧化物、以及包含前述氧化物中的至少一种的组合、或能够阻止电性连通并且为电极312提供物理保护的的任何类似材料。用于电极312的布局的各种设计是可能的。在图2中示出了电极312的示例布局。

返回到图2，示出了传感器元件237的一对指状(interdigitated)电极。在本文中，一对平坦指状电极250和248可以包含形成通过视图200中的黑色和灰色线指示的“梳子”结构的个体电极。这些电极通常可以由诸如铂、金、锇、铑、铱、钌、铝、钛、锆等的金属、以及氧化物、水泥、合金、和包含前述金属中的至少一种的组合制造。指状对中的每个电极可以由与该对中的其他电极相同或不同的材料组成。例如，电极248可以由与电极250相同的材料组成。在另一示例中，电极248和电极250可以由不同的材料组成。两个电极的梳子“尖齿”之间的间距通常可以在从10微米到100微米的范围内，其中每个个体“尖齿”的线宽为大约相同值，但后者不是必要的。电极248和250可以经由电连接件被连接至电路264。传感器元件237的电极248利用连接导线268被连接至电路264的电压源266的正端子。因此，电极248可以被称为正电极。类似地，传感器元件237的电极250经由连接导线270被连接至测量装置272，并且被进一步连接至电路264的电压源266的负端子。因此，电极250可以被称为负电极。互相连接的导线268和270、电压源266以及测量装置272是电路264的一部分，并且被容纳在排气通道278外部(作为一个示例，<1米远)。另外，电路264的电压源266和测量装置272可以由控制器(诸如图1的控制器12)来进行控制，使得被收集在PM传感器处的微粒物质可以被用于例如诊断DPF中的泄露。因此，测量装置272可以是能够读取跨过电极的电阻(或电流)变化的任何装置，诸如电压表(或电流表)。随着PM或碳烟颗粒被沉积在电极248与250之间，在电极248与250之间测得的电流可以开始增加，电流通过测量装置272来进行测量。控制器12可以能够确定电流，并且推测PM传感器组件201的传感器元件237的平坦电极248和250上的对应的PM或碳烟负荷。通过监测传感器元件237上的负荷，DPF下游的排气碳烟负荷可以被确定，并且由此被用来诊断并监测DPF的健康状况和功能。

传感器元件237额外地包括被集成在传感器基板内的加热元件(未示出)。在替代实施例中，传感器元件237可以不包括加热元件。加热元件可以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材料可以包括铂、金、钯等；以及合金、氧化物、和包含前述材料中的至少一种的组合，有铂/氧化铝、铂/钯、铂和钯。加热元件可以被用于使传感器元件237再生。具体地，在当传感器元件237的微粒物质负荷或碳烟负荷高于阈值时的状况下，加热元件可以被运转为从传感器的表面烧掉积聚的碳烟微粒。在PM传感器再生期间，控制器12可以向再生电路发送将一定的电压应用于加热元件的控制信号。例如，再生电路可以是电路264的一部分，并且可以包括额外的电压源、开关、和将电压源连接至加热元件的连接导线。作为一示例，控制器可以发送闭合再生电路中的开关达阈值时间以将电压应用于加热元件的控制信号，以便升高加热元件的温度。随后，当传感器电极足够清洁时，控制器可以发送断开再生电路中的开关以停止对加热元件进行加热的控制信号。通过间歇地使传感器元件237再生，它可以被返回到更适于收集排气碳烟的状况(例如，无负载或仅部分负载的状况)。此外，关于排气碳烟水平的准确信息可以根据传感器再生来推测，并且该信息可以被控制器用于诊断微粒过滤器中的泄露。

本身，排气中的污染物(诸如大微粒和水滴)可以冲击传感器电极，从而导致传感器输出的突然改变。这可以导致传感器灵敏性的波动，并且因此通过传感器监测的微粒过滤器泄露会不再可靠。发明人已经认识到，通过利用较大微粒对流动方向的反向的较高抵抗而在被形成在内管和外管中的台阶280处过滤出较大微粒和水滴可以是可能的。

因此，传感器元件237可以被形成在板214上，比台阶280更靠近排气通道278的顶部。此外，板可以包括被设置在传感器元件237下方的狭缝254。在本文中，狭缝254传感器元件237与台阶280之间，并且比台阶280更靠近传感器元件237。转向图3B，示出了PM传感器组件201在沿着图2的线B-B’的平面中的剖视图325。在本文中，示出了外管202、内管204和包括狭缝254的板214的横截面。一般来说，板214将第一区域208的第一体积218与被包围在内管204的第二区域212内的第二体积220分开，使得两个体积之间在板处可以不存在流体连通。然而，第二体积220在狭缝254处被流体地耦接至内管204的第一体积218。因此，已经进入第二体积220(经由如在图3A中描述的狭缝252)的排气例如可以能够仅经由狭缝254流入第一体积218。

形成在板214上的狭缝254沿着正交于中心轴线Y-Y’的Z-Z’被设置。另外，狭缝254正交于排气通道中的排气流的方向(箭头274)。在本文中，排气从第二体积220流入内管204的第一体积218的方向与排气通道中的排气流的方向(箭头274)相反。以此方式，一旦碳烟微粒被沉积在被形成在板214上的传感器电极上，排气就可以经由狭缝254被释放到被包围在内管204内的第一体积218内。因此，排气可以如在下面解释的那样经由内管204的底部表面从第一体积218被释放到排气通道内。

返回到图2，内管204包括从内管204的顶部表面244延伸内管的第一底部表面236的第一区域208。在本文中，内管204的第一区域208例如包围第一体积218。第一底部表面236可以不被密封，因此允许内管204的第一区域208内部的排气经由第一底部表面236被释放到排气通道内。因此，排气可以沿正交于排气通道278中的排气流的方向(箭头274)的方向离开。然而，排气不可以经由表面236进入PM传感器组件201。排气仅经由台阶280进入PM传感器组件201，如在下面描述的。

外管202包括延伸多达从外管202的顶部表面242到第一底部表面234的长度L₁的第一区域206。外管202的第二区域210具有从顶部表面242延伸到第二底部表面240的长度L₂。此外，第一底部表面234不与外管202的第二底部表面240共面。外管202的第一区域206和第二区域210的长度的差形成等于L₁-L₂的高度H₁的台阶280。因此，外管202的第一底部表面234与外管202的第二底部表面240分开等于台阶280的高度H₁的距离。

在本文中，外管202的第一底部表面234和第二底部表面240是环形区域。环形区域包括实质上等于外管202与内管204之间的间隙215的宽度。另外，外管202的第一底部表面234和第二底部表面240被密封。因此，排气既不可以经由外管202的第一底部表面和第二底部表面中的每一个进入PM传感器组件201，也不可以经由外管202的第一底部表面和第二底部表面中的每一个离开PM传感器组件201。

类似于外管202，内管204包括两个不同长度的区域。内管204包括延伸多达从内管204的顶部表面244到第一底部表面236的长度L₁的第一区域208。内管204的第二区域212具有从顶部表面244延伸到第二底部表面238的长度L₂。此外，第一底部表面236不与内管204的第二底部表面238共面。内管204的第一区域208和第二区域212的长度的差形成等于L₁-L₂的高度H₁的台阶280。因此，内管204的第一底部表面236与内管204的第二底部表面238分开等于台阶280的高度H₁的距离。

总的来说，第一底部表面236不与内管204的第二底部表面238共面。然而，内管204的第一底部表面236与外管202的第一底部表面234共面。同样地，内管204的第二底部表面238与外管202的第二底部表面240共面。因此，外管和内管的该组共面的第一底部表面234和236不与外管和内管的该组共面的第二底部表面238和240共面。

另外，内管204的第一底部表面236和第二底部表面238均可以是半径R₂的半圆形区域。第二底部表面238可以被密封，使得排气既不经由内管204的第二底部表面238进入PM传感器组件201，也不经由内管204的第二底部表面238离开PM传感器组件201。如之前描述的，内管204的第一底部表面236可以不被密封。因此，PM传感器组件201内部的排气可以经由内管204的第一底部表面236离开该组件。因此，排气可以经由内管204的第一底部表面236沿正交于排气通道278中的排气流的方向(箭头274)的方向从PM传感器组件201被释放。

转向图3C，示出了PM传感器组件201在沿着图2的线C-C’的平面中的剖视图350。在本文中，示出了内管204和外管202中的每一个的第一底部表面以及台阶280的横截面。简言之，内管204的第一底部表面236具有半径R₂的半圆形横截面，并且与外管202的第一底部表面234共面。外管202的第一底部表面234是具有等于外管和内管的半径的差的宽度的环形(或圆环)。因此，外管202的第一底部表面234和内管204的第一底部表面236均可以被耦接至台阶280的底端。台阶280的顶端可以被耦接至内管和外管的第二底部表面。在本文中，台阶280的长度L₃实质上等于外管202的半径R₁。如之前描述的，PM传感器组件内部的排气经由内管204的第一底部表面236离开。在视图350中，排气可以沿着Y轴从该组件中流出(并且例如进入纸张平面)，所述Y轴正交于排气通道中的排气的流动方向(箭头274)(例如，排气沿着X轴流动)。

然而，排气可以仅经由台阶280进入PM传感器组件201。发明人已经认识到，由于外管和内管中的每一个的不对称而被形成的台阶280可以被有利地用来例如阻止污染物进入PM传感器组件201。另外，台阶280可以是额外地包括的进口以如在下面描述的那样将排气引导到PM传感器组件201内。

返回到图2，台阶280可以沿着垂直于排气通道中的排气流的方向(箭头274)的表面被形成。此外，台阶280可以正交于排气通道278。在本文中，台阶280包括密封的表面232以及被设置在密封的表面232的任一侧上的两个进口228和230。

进口228和230可以被形成在台阶280的相对侧上，使得排气可以经由进口沿与排气通道278中的排气流的方向(箭头274)相反的方向被引导到PM传感器组件201内。此外，进口228和230例如可以将排气流引导到内管与外管之间的间隙215内。在一个示例中实施例，进口228和230可以是实质上等于台阶280的高度H₁(例如，L₁-L₂)的高度的矩形开口。在本文中，进口228和230的宽度可以等于PM传感器组件201的外管与内管之间的间隙215(例如，R₂-R₁)。台阶280的密封的表面232可以在任一侧上被夹在进口228和230中间。因此，密封的表面232的宽度等于内管204的半径R₂。另外，密封的表面的高度等于台阶280的高度H₁，并且额外地等于进口228和230的高度。

密封的表面232阻止排气流进入PM传感器组件201。然而，进口228和230允许排气通道278中的排气进入PM传感器组件201。

因此，一种示例微粒物质传感器组件包括，外台阶形管，其具有第一半圆形区域和第二半圆形区域，所述第一区域长于所述第二区域；内台阶形管，其与所述外台阶形管同轴，具有第三半圆形区域和第四半圆形区域，所述第三区域长于所述第四区域；以及板，其被设置在所述内台阶形管内部，具有传感器元件。额外地或替代地，所述内台阶形管可以被同轴地设置在所述外台阶形管内，并且与所述外台阶形管分开一间隙，并且其中所述内台阶形管的顶部表面与所述外台阶形管的顶部表面共面。额外地或替代地，所述第一区域可以包括第一密封的底部表面，并且所述第二区域包括第二密封的底部表面，所述第一底部表面不与所述第二底部表面共面。额外地或替代地，所述第三区域可以包括第三未密封的底部表面，并且所述第四区域包括第四密封的底部表面，所述第三底部表面不与所述第四底部表面共面。额外地或替代地，所述第一底部表面可以与所述第三底部表面共面，并且所述第二底部表面可以与所述第四底部表面共面。额外地或替代地，所述第三区域可以被同轴地设置在所述第一区域内，所述第一区域和所述第三区域中的每一个在排气管中可以延伸达第一距离。额外地或替代地，所述第四区域可以被同轴地设置在所述第二区域内，所述第二区域和所述第四区域中的每一个在所述排气管中延伸达第二距离。额外地或替代地，所述第一距离与所述第二距离之间的差可以形成台阶，所述台阶的高度实质上等于所述差。额外地或替代地，所述台阶的长度可以实质上等于所述第一区域和所述第二区域的直径。额外地或替代地，所述台阶包括可以进口，所述进口允许在所述排气管中流动的排气使流动方向反向并且经由所述进口进入并进入到所述内台阶形管与所述外台阶形管之间的所述环形空间。额外地或替代地，所述第三区域可以包括第一狭缝，所述第一狭缝用于使所述排气从所述环形空间流入由所述板与所述第四区域形成的第一空间，并且流向被同轴地设置在所述内管内的所述传感器元件。额外地或替代地，所述板包括第二狭缝，所述第二狭缝用于将所述排气从所述第一空间引导到由所述板与所述第三区域形成的第二空间内，并且进一步朝向所述第三底部表面中的出口引导。

因此，通过如在图4中示出的那样使流动方向反向，排气可以进入进口228和230。转向图4，示意图400示出了通过PM传感器组件201的排气流。具体地，视图400描绘来了经由被形成在台阶280上的进口228和230流入PM传感器组件201的排气。因此，台阶280由于如之前解释的那样耦接不对称内管和外管而被形成。

例如，排气沿着排气通道278内部的X轴如通过箭头274指示的那样从上游微粒过滤器流向PM传感器组件201。排气可以包括污染物402，诸如较大微粒和水滴。被形成在台阶280上的进口228和230允许排气沿由箭头222和226指示的与排气通道278中的排气流的方向(274)相反的方向进入该组件。进口228和230在PM传感器组件201的更靠近排气尾管的端部并且进一步远离PM传感器组件201上游的微粒过滤器的一侧上。当排气在排气通道278中、在进口228和230周围的区域中流动时，静压力梯度被产生。在本文中，在进口228和230处和附近存在比在远离进口228和230的区域处更高的静压力。因此，排气经由进口228和230被引导到PM传感器组件201内。经由进口228和230进入的该部分排气在进入传感器之前经历流动方向的反向。污染物402可以是大尺寸的，并且因此可以不受在进口228和230处和附近产生的静压力梯度影响。污染物402可以继续流经排气通道中的PM传感器组件201，并且从排气管中被排出。由此，可以保护被设置在内管204内的PM传感器组件201的传感器元件237不受水滴和较大微粒的冲击。以此方式，通过在进口处产生静压力梯度并且经由进口沿反向方向将排气引导到PM传感器组件内，过滤出较大微粒和水滴由此减少进入PM传感器组件201的污染物的量可以是可能的。另外，PM传感器组件的台阶上的进口可以被定尺寸、被成形并且被设置为产生排气到传感器表面上的均匀流动。因此，可以保护传感器电极不受水滴和较大微粒的冲击，并且可以使PM传感器更可靠。总的来说，PM传感器估计DPF的过滤能力(并且由此检测DPF泄露)的功能可以被增加，并且排气排放符合性可以被提高，因为排气中的微粒可以被更准确地且更可靠地检测。

经由台阶280的进口228进入PM传感器组件201的该部分排气流入外管202与内管204之间的间隙215。具体地，如之前描述的那样，由于压力梯度而经由进口228进入的该部分排气(箭头222)沿与排气通道278中的排气流的方向(箭头274)相反的方向进入PM传感器组件201。类似地，如通过箭头226指示的那样经由台阶280的进口230进入该组件的该部分排气沿与排气流的方向274相反的方向进入。

作为一示例，该部分排气流入第一体积216，并且在间隙215中盘旋，并且流入外管202的第二体积224。在本文中，第一体积216被包围在外管202的第一半圆形区域206与内管204的第一半圆形区域208之间。同样地，第二体积224被包围在外管202的第二区域210与内管204的第二区域212之间。应注意，第一体积216被流体地耦接至第二体积224。另外，第一底部表面234、第二底部表面240和顶部表面242中的每一个是密封的表面。因此，如通过404和412指示的，该部分排气可以在内管与外管之前的间隙中涡旋，并且可以被捕集在间隙内。因此，间隙内部的排气的盘旋或涡旋动作可以降低排气的流速。

然而，内管204的第二区域212包括狭缝252。在一个示例中，狭缝252可以被配置为具有平行于中心轴线Y-Y’的长轴线的矩形缺口。因此，狭缝252的高度可以大于狭缝252的长度。在不偏离本公开的范围的情况下，狭缝252的各种其他几何形状可以是可能的。其他示例几何形状包括孔口、孔等。

因此，狭缝252允许外管202的第二体积224中的该部分排气进入第二体积220。在本文中，第二体积220包括被包围在内管204的第二区域212与被设置在内管204内的板214之间的体积。排气流的方向通过箭头箭头406和414来指示。进入第二体积220的该部分排气沿与排气通道278中的排气流的方向(箭头274)相反的方向流动。另外，该部分排气沿平行于经由台阶的进口228和230进入PM传感器组件201的排气的流动的方向流过狭缝252。因此，流入第二体积220的排气朝向板214被引导，如通过箭头406和414指示的。具体地，排气朝向被形成在板214上的传感器元件237被引导。如在图2中示出的，传感器元件237包括被配置为跨过电极积聚排气中的碳烟微粒的一对平坦指状电极250和248。因此，第二体积220内的排气中的碳烟微粒跨过传感器元件237的电极248和250被积聚。

在一个示例中，狭缝252的长度可以实质上等于被形成在板214上的传感器元件237的长度。因此，通过电极的表面上的直接流动冲击，传感器元件237可以经历更均匀的碳烟沉积。

板214包括被设置在传感器元件237下方的狭缝254。作为一示例，狭缝254可以被配置为具有正交于中心轴线Y-Y’的长轴线的矩形缺口。在本文中，狭缝254的长轴线正交于狭缝252的长轴线。作为一示例，狭缝254的长度可以大于狭缝254的高度。在不偏离本公开的范围的情况下，狭缝254的各种其他几何形状可以是可能的。其他示例几何形状包括孔口、孔等。

狭缝254可以被配置为将排气从内管的第二体积220引导到第一体积218内(如通过箭头408和416指示的)。对于绝大部分来说，第一体积218通过板214与第二体积220分开。然而，被形成在板214上的狭缝254允许第一体积218被流体地耦接至第二体积220。因此，排气经由狭缝254沿与排气通道278中的排气流的方向(箭头274)相反的方向(如通过箭头408和416指示的)从第二体积220流入第一体积218。

第一体积218内部的排气然后经由内管204的第一底部表面236被释放到排气通道内。如之前描述的，内管204的第一底部表面236不被密封。因此，排气经由第一底部表面236沿如通过箭头418和410指示的方向被释放到排气通道278内。在本文中，排气经由内管204的底部表面沿正交于排气通道278内部的排气流的方向(箭头274)的方向离开PM传感器组件201。此外，排气进入PM传感器组件201，并且沿正交方向离开PM传感器组件。

以此方式，PM传感器组件可以被配置有利用不对称内管和外管形成的台阶结构。此外，由内管和外管的不对称导致的台阶可以被配置为沿与排气通道中的排气流的方向相反的方向引导排气通道中的排气。因此，排气中的较大微粒会不能使流动方向反向并经由台阶进入PM传感器组件。因此，台阶用来阻止排气中的较大微粒冲击形成在被设置在该组件内的板上的传感器元件，由此减少由于大微粒沉积在传感器元件上而导致的传感器灵敏性波动。

如之前描述的，台阶形组件可以由于耦接不相等长度的半圆形区域而被形成。作为另一示例，台阶形组件可以通过在中空圆柱形管中形成缺口而被产生。为了进一步说明，外台阶形管可以由在管的端部处具有区段缺口的半径R和长度L(例如，R可以是外管202的半径R₁，并且长度L可以是图2的外管202的长度L₁)的外圆柱形中空管制造。在本文中，为缺口的区段可以是在相距外管的顶部的长度l(例如，l可以是图2的外管202的第二区域210的长度L₂)处从外管切掉的长度L₄和半径R₁的节段。因此，L₄等于L₁-L₂。同样地，内台阶形管可以由在管的端部处具有区段缺口的半径r(其中r<R)的圆柱形中空管制造(例如，r可以是图2的内管204的半径R₂)。在本文中，为缺口的区段可以是在内管的顶部的长度l处从内管切掉的长度L₄和半径r的节段。因此，L₄等于L-l(并且例如进一步等于L₁-L₂)。PM传感器组件的保护管可以通过将较小内管居中地布置在较大外管内并且利用螺钉被保持到外管而被形成。因此，内管的顶部表面可以与外管的顶部表面齐平。另外，内管的缺口区段可以被设置在外管的缺口区段内。在本文中，内管和外管中的每一个的缺口区段导致台阶。如之前描述的，台阶可以被配置为阻止较大微粒，并且进一步将排气引导到PM传感器组件内，以确保被设置在该组件内部的传感器元件上的更均匀的碳烟积聚。

因此，一种示例系统包括在微粒过滤器的下游位于排气通道中的微粒物质(PM)传感器，所述PM传感器具有包括台阶的不对称保护管，其中所述不对称保护管包括被耦接至第二节段的第一节段，所述第一节段长于所述第二节段，并且进一步的，其中所述第一节段与所述第二节段之间的长度的差产生所述台阶。作为一示例，所述内管和外管的第一区域可以一起形成第一节段。类似地，所述内管和外管的第二区域可以形成第二节段。额外地或替代地，所述第一节段可以包括第一体积和第二体积，并且其中所述第二节段包括第三体积和第四体积，所述第一体积被流体地耦接至所述第三体积。额外地或替代地，所述系统可以包括在所述台阶上将所述排气通道中的排气引导到所述第一体积内并且随后引导到所述第三体积内的第一进口；将所述排气从所述第三体积引导到所述第四体积内的第二进口，所述第四体积包括被设置在板上的传感器元件，所述板将所述第三体积和所述第二体积分开；在所述板上使所述排气从所述第四体积流入所述第二体积的第三进口；以及在所述第一节段上将所述排气从所述第二体积引导到所述排气通道内的出口。额外地或替代地，所述系统进一步包含控制器，所述控制器具有被存储正在非临时性存储器上的计算机可读指令用于：将所述排气中的微粒积聚在所述传感器元件上；基于在所述传感器元件之间产生的电流确定所述PM传感器上的负荷；以及响应于所述负荷高于阈值，使所述PM传感器再生(如在图5-6中描述的)。

图2-图4示出了具有各种部件的相对定位的示例构造。至少在一个示例中，如果被示为彼此直接接触或直接耦接，那么此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，被示为彼此邻近或相邻的元件可以分别是彼此邻近或相邻的。作为一示例，彼此共面接触放置的部件可以被称为共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，被设置为彼此分开、在其之间仅有空间而没有其他部件的元件可以被称为如此。尽管图2-图4按比例绘制，但是可以使用其他相对尺寸。

现在转向图5，示出了用于跨过被设置在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)内的传感器电极积聚排气流中的微粒的方法500。具体地，排气流中的微粒可以跨过被形成在板上并且被设置在PM传感器的不对称保护管内的传感器电极被积聚。在本文中，不对称保护管可以包括被设置在外不对称管内的内不对称管。因此，内管和外管可以包括当被耦接在一起时导致台阶形管组件的的不相等节段。

用于执行方法500以及本文中包括的其余的方法600和700的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器(诸如在上面参照图1描述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以根据在下面描述的方法采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机运转。

在502处，方法500包括确定和/或估计发动机工况。被确定的发动机工况可以包括例如发动机转速、排气流速、发动机温度、排气空燃比、排气温度、自DPF的上一次再生以后逝去的持续时间(或距离)、PM传感器上的PM负荷、升压水平、环境状况(诸如大气压力和环境温度)等。

方法500进入到504，其中从微粒过滤器(诸如图1的DPF102)的下游流动的一部分排气经由被形成在PM传感器的台阶上的进口被引导到PM传感器内。在本文中，该部分排气被引导到PM传感器的第一区域内。因此，PM传感器包括内不对称管，所述内不对称管被设置在外不对称管内并且进一步与外管分开一间隙。第一区域被包含在外管内，并不被包含在内管内。作为一示例，外管可以包括被流体地耦接至第二区域的第一区域。第一区域可以是长度L₁的半圆形区域或节段。同样地，第二区域可以是长度L₂的半圆形区域或节段。在本文中，例如，L₁大于L₂，从而导致外管的不对称台阶形形式。类似地，内管可以包括被耦接至第四半圆形区域或节段的第三半圆形区域或节段。在本文中，第三区域可以长于第四区域，由此形成内台阶形管。如之前描述的，内管和外管可以被耦接一起以在PM传感器中形成台阶。此外，台阶包括被配置为沿与排气通道内部的排气流的方向相反的方向引导排气的进口。具体地，一部分排气使流动方向反向，以便由于在台阶的进口处和附近形成的压力梯度而经由台阶的进口进入PM传感器。较高的静压力在台阶中的进口中和周围产生。因此，较大部分的排气经由台阶的进口流入PM传感器。此外，排气中的较大微粒和水滴保持不受较高的静压力影响。因此，较大微粒和水滴不经由进口进入PM传感器，由此减少例如由于沉积在灵敏电极表面上的这些微粒的传感器导致的误差。应认识到，台阶的进口将该部分排气引导到第一区域内，而不引导到例如第二、第三和第四区域中的任一个中。

因此，在504处，该部分排气经由台阶的进口进入PM传感器的第一区域。接下来，方法500进入到506。在506处，方法500包括使该部分排气从外管的第一区域盘旋到第二区域内。例如，第一区域被流体地耦接至第二区域。因此，第一区域内部的排气在外管与内管之间形成的间隙内部涡旋，并且朝向外管的第二区域被引导。

方法500进入到508。在508处，方法500包括使该部分排气流入内管的第三区域。在本文中，第三区域包括被形成在表面上的第一狭缝，使得从第二区域流入第三区域的该部分排气沿与排气通道中的排气的流动相反的方向流动。例如，第一狭缝包括正交于排气通道内部的排气流的方向的第一较长轴线。

此外，使排气经由第一狭缝流入第三区域包括，使排气流向形成在被设置在内管内部的板上的传感器电极。因此，板包括传感器电极。如之前描述的，例如，传感器电极包括被形成在基板上的指状正电极和负电极，所述基板被耦接至所述板并且被设置为面向第一狭缝。方法500然后进入到510。

在510处，在第三区域内部流动的该部分排气中的微粒被保持/被积聚在传感器电极之间。正电极被连接电压源的正端子，并且负电极被连接至测量装置且然后被连接至电压源的负端子。当控制器将电压施加于传感器电极时，第三区域内部的微粒可以经历强电场，从而使得它们能够被积聚在电极之间。此外，传感器电极上的负荷基于在传感器电极中产生的电流来估计。当微粒积聚在传感器电极的表面上时，电极的电阻开始减小，并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跨过电极测得的电流推断传感器电极上的负荷。方法500然后进入到512。

在512处，方法500包括使该部分排气经由形成在板上的第二狭缝从第三区域流入第四区域。在本文中，例如，板将第三区域和第四区域分开。此外，板包括被设置在传感器电极下方的第二狭缝，该部分排气通过所述第二狭缝进入第四区域。因此，第二狭缝包括正交于排气通道中的排气流的方向的第二较长轴线。在一个示例中，例如，被形成在板上的第二狭缝的第二轴线正交于第三区域上的第一狭缝的第一轴线。方法500然后进入到514。

在514处，方法500包括经由第四区域的底部表面将该部分排气从第四区域引导到排气通道内。因此，排气离开PM传感器的方向例如正交于排气通道中的排气流的方向。如之前描述的，第一、第二和第三区域中的每一个的底部表面被密封。第四区域的底部表面不被密封，并且由此允许排气经由第四区域的底部表面被释放到排气通道内。方法500然后进入到516。

在516处，方法500包括确定传感器电极再生条件是否满足。具体地，当PM传感器上的碳烟负荷大于阈值时，或当PM传感器的电阻(针对温度进行调整)降至阈值电阻时，或当PM传感器的电流大于阈值电流时，PM传感器再生条件可以被认为满足。在一些示例中，如果自紧邻地之前的传感器再生以后已经逝去阈值时间，再生条件可以被认为满足。PM传感器会需要再生以实现进一步的PM检测。

如果再生条件满足(例如，在516处“是”)，那么方法500进入到520，其中PM传感器可以通过执行在图6中描述的方法而被再生。简言之，PM传感器的再生可以通过加热传感器而被开始。例如，PM传感器可以通过致动被热耦接至传感器电极的基板的加热元件来加热。在本文中，控制器可以闭合再生电路中的开关，由此将电压应用于加热元件，从而引起加热元件加热。另外，当使传感器再生时，控制器可以不将电压应用于传感器电极。因此，传感器电极可以在传感器再生期间不积聚碳烟。因此，加热元件可以被致动，直至传感器的碳烟负荷通过电极之间的碳颗粒的氧化而已经被充分降低。然而，如果PM传感器再生条件不满足(例如，在516处“否”)，那么该方法进入到518，其中微粒可以继续被收集在传感器电极上。

因此，一种示例方法包括，经由台阶中的进口沿与排气通道中的排气流相反的方向将所述排气通道中的一部分排气引导到微粒物质传感器内；将所述部分排气引导到第一区域内；以及使所述部分排气从所述第一区域盘旋到第二区域内，所述第二区域被流体地耦接至所述第一区域。所述方法可以进一步包括使所述部分排气经由所述第三区域上的第一狭缝朝向板上的传感器电极沿与所述排气通道中的所述排气流相反的方向从所述第二区域流入第三区域；使所述部分排气经由被设置在所述板上的第二狭缝流入第四区域，所述板将所述第三区域和所述第四区域分开；以及经由所述第四区域的底部表面朝向所述排气通道沿正交于所述排气通道中的所述排气流的方向引导所述部分排气。额外地或替代地，所述第一区域和所述第二区域可以一起形成外不对称管，并且其中所述第三区域和所述第四区域可以一起形成内不对称管，所述内不对称管被同轴地设置在所述外不对称管内。额外地或替代地，所述进口可以将所述部分排气引导到所述第一区域内且不引导到所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域中的任一个。额外地或替代地，所述第一狭缝的第一较长轴线可以正交于所述第二狭缝的第二较长轴线，所述第一较长轴线和所述第二较长轴线中的每一个正交于所述排气通道中的所述排气流的所述方向。

现在转向图6，示出了用于使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)再生的方法600。具体地，当PM传感器上的碳烟负荷大于阈值时，或当针对温度调整的PM传感器的电阻降至阈值电阻时，PM传感器再生条件可以被认为满足，并且PM传感器会需要再生以实现进一步的PM检测。在602处，PM传感器的再生可以被开始，并且在604处，PM传感器可以通过加热传感器而被再生。PM传感器可以通过致动加热元件而被加热，直至传感器的碳烟负荷通过电极之间的碳颗粒的氧化而已经被充分降低。PM传感器再生通常通过利用计时器来进行控制，并且计时器可以在602处针对阈值持续时间被设定。替代地，传感器再生可以利用传感器尖端的温度测量、或通过控制到加热器的功率、或这些中的任一个或全部来进行控制。当计时器被用于PM传感器再生时，那么在606处，方法600包括检查阈值持续时间是否已经逝去。如果阈值持续时间还未逝去(例如，在606处“否”)，那么方法600进入到608，其中再生电路可以被保持开启以继续再生。如果阈值持续时间已经逝去(例如，在606处“是”)，那么方法600进入到610，其中PM传感器再生可以被终止，并且在612处，电路可以被关掉。另外，传感器电极可以例如被冷却至排气温度。方法600进入到614，其中PM传感器负荷和再生历史可以被更新并且被存储在存储器中。例如，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可以被更新，并且该方法结束。

发动机排气通道可以包括被设置在DPF的上游和/或下游用于确定DPF的碳烟负荷的一个或更多个PM传感器。当PM传感器被设置在DPF的上游时，基于在碳烟被沉积在传感器的多个电极上后的电阻变化，传感器上的碳烟负荷可以被推测。因此被确定的碳烟负荷可以被用来例如更新DPF上的碳烟负荷。如果DPF上的碳烟负荷大于用于DPF再生的阈值，那么控制器可以调整发动机运转参数以使DPF再生。具体地，响应于过滤器再生条件满足，过滤器(或过滤器附近)的温度可以被充分升高以烧掉存储的碳烟。这可以包括使被耦接至DPF的加热器运转、或升高流入DPF的发动机排气的温度(例如，通过富运转)。

现在转向图7，示出了用于基于PM传感器的再生时间诊断DPF功能的示例方法700。在702处，可以由控制器通过校准来计算用于PM传感器的再生时间t(i)_再生，t(i)_再生是从之前再生的结束到PM传感器的当前再生的开始测得的时间。在704处，比较t(i)_再生与t(i-1)_再生，t(i-1)_再生是之前校准的PM传感器的再生时间。据此，可以推测碳烟传感器可以通过再生多次而循环，以便诊断DPF。如果t(i)_再生小于t(i-l)_再生的值的一半，那么在708处指示DPF正在泄露，并且DPF退化信号被开始。替代或加之上面提到的过程，DPF可以利用诸如排气温度、发动机转速/负荷等的其他参数来诊断。退化信号可以通过例如诊断代码上的故障指示灯而被开始。此外，在710处，方法700包括基于指示DPF中的泄露而调整发动机运转。在712处，调整发动机运转可以包括例如限制发动机扭矩。在一个示例中，响应于检测到DPF中的泄露，发动机功率和扭矩可以被降低。降低发动机功率和扭矩可以减少排气中的PM排放量。例如，调整发动机运转可以包括在重负荷状况下减少在柴油发动机中喷射的燃料而由此降低扭矩。额外地或替代地，响应于检测到DPF中的泄露，EGR使用可以被减少。额外地或替代地，发动机警告标志将会出现在仪表盘上，以指示车辆能够在DPF维修检查之前行驶的最大距离。

小于之前再生时间的一半的当前再生时间可以指示电路到达R_再生阈值的时间显著更短，并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比以正常工作的DPF实现的更高量的微粒物质组成。因此，如果碳烟传感器中的再生时间的变化到达阈值t_再生，其中PM传感器的当前再生时间小于之前再生时间的一半，例如经由显示器向操作者和/或经由设定被存储在被耦接至处理器的非临时性存储器中的标志指示DPF退化或泄露，所述标志可以被发送给被耦接至处理器的诊断工具。如果碳烟传感器的再生时间的变化未到达阈值t_再生，那么在706处不指示DPF泄露。以此方式，被设置在微粒物质传感器上游的微粒过滤器中的泄露可以基于微粒物质传感器电极上的微粒的沉积速率来检测。

现在转向图8，映射图800示出了PM传感器上的碳烟负荷与微粒过滤器上的碳烟负荷之间的示例关系。具体地，映射图800示出了PM传感器再生与DPF的碳烟负荷之间的关系的图形描绘，具体地示出了PM传感器再生可以如何指示DPF退化。竖直标记t0、t1、t2、t3、t4、t5和t6识别PM传感器和DPF的运转和系统中的有意义时间。

图8的第一曲线示出了PM传感器上的碳烟负荷。如之前描述的，PM跨过形成在被设置在台阶形组件内部的板上的正和负电极被沉积。随着碳烟被积聚，跨过电极测得的电流开始增加(或电极的电阻开始减小)。控制器可以能够基于测得的电流/电阻确定碳烟负荷(曲线802)。因此，碳烟负荷在曲线的底部处处于其最低值，并且在量值上沿竖直方向朝向曲线的顶部增加。水平方向表示时间，并且时间从曲线的左侧向右侧增加。水平标记806表示顶部曲线中的用于PM传感器的再生的阈值负荷。曲线804表示DPF上的碳烟负荷，并且水平标记808表示第二曲线中的DPF的阈值碳烟负荷。

在t0与t1之间，示出了PM传感器再生循环。在时间t0处，PM传感器在相对清洁的状况下，如通过低PM负荷测得的(曲线802)。例如，被耦接至PM传感器的控制器基于跨过传感器电极测得的电流/电阻确定PM传感器的碳烟负荷。当控制器确定碳烟负荷为少时，它可以向再生电路发送结束供应热的指令，使得检测电路可以开始检测PM负荷积聚。随着传感器上的PM负荷增加，碳烟被积聚在传感器电极之间的间隙中。

在t0与t1之间，随着PM继续积聚，碳烟负荷(曲线802)相应地增加，并且进一步的，DPF上的碳烟负荷也增加(曲线804)。在一些示例中，当PM传感器例如位于DPF的上游时，DPF上的碳烟负荷可以是基于PM传感器负荷。

在t1处，PM传感器上的碳烟负荷(曲线802)到达用于PM传感器的再生的阈值负荷(标记806)。阈值负荷可以是传感器可以需要再生的负荷。在t1处，PM传感器再生可以如之前解释的那样被开始。简言之，控制器可以闭合电路中的开关，以将电压应用于例如沿着中心元件的内表面形成的加热元件。此外，PM传感器可以在PM积聚模式下不进行运转，因此控制器可以不将任何电压应用于传感器电极。

因此，在t1与t2之间，PM传感器可以通过开启用于再生的电路而被再生。在t2处，例如，PM传感器可以足够凉，并且可以开始积聚碳烟并继续在t2与t3之间积聚(DPF再生循环)。在t2与t3之间的时间期间，DPF碳烟负荷继续增加(曲线804)。然而，在t3处，DPF上的碳烟负荷(曲线804)到达用于DPF再生的阈值碳烟负荷(标记808)。在t3与t4之间，DPF可以被再生以烧掉被沉积在DPF上的碳烟。进一步的，在t4处，PM传感器再生频率可以与之前估计的PM传感器的再生频率进行比较。基于PM传感器再生频率保持类似于之前的循环，可以确定DPF未正在泄露。以此方式，基于PM传感器输出，DPF健康状况可以针对泄露进行监测和诊断。

在t5与t6之间，示出了另一DPF循环。在本文中，在t5与t6之间，DPF上的碳烟负荷逐渐增加(曲线804)。在该时间期间，PM传感器上的碳烟负荷(曲线802)可以被监测。曲线802示出了PM传感器如之前描述的那样经历多个再生循环。然而，PM传感器的再生频率已经几乎加倍(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比以正常工作的DPF实现的更高量的微粒物质组成。因此在t6处，可以指示DPF泄露。

以此方式，排气PM负荷并且由此DPF碳烟负荷的更准确测量能够被确定。因此，这增加了过滤器再生运转的效率。此外，通过实现排气DPF的更准确诊断，排气排放符合性可以被增加。因此，这降低了更换功能微粒过滤器的高保修成本，并且排气部件寿命被延长。

以此方式，传感器元件可以被进一步提高均匀碳烟沉积的两个不对称保护管屏蔽。排气可以经由形成在保护管上的台阶进入传感器组件。因此，排气可以经历帮助降低流速的流动方向的改变。另外，PM传感器组件的管上的进口可以被定尺寸、被成形并且被设置为产生排气到传感器表面上的均匀流动。采样气体在微粒物质传感器上的更均匀流动冲击的技术效果可以通过降低排气的流速来实现。在进入第一外管后，排气可以在进入进气孔之前改变方向并且被迫向上朝向传感器组件的顶部，并且然后可以向下流动并流出传感器组件的底部处的离开通道。因此，通过中断排气的流动路径并且降低其速度，微粒物质传感器表面上的流动的均匀性可以被增加。此外，通过利用台阶来强迫气体流动方向的改变，可以保护微粒物质传感器免受较大微粒和水滴的污染。因此，由于内管和外管的不对称而被形成的台阶可以充当用于排气流中的污染物的过滤器。因此，污染物会不能进入PM传感器组件。因此，在不向PM传感器组件添加额外部件的情况下，可以保护被设置在该组件内的传感器电极不受水滴和较大大微粒的冲击。

上述的系统和方法提供了一种微粒物质传感器，所述微粒物质传感器包含外台阶形管，其具有第一半圆形区域和第二半圆形区域，所述第一区域长于所述第二区域；与所述外台阶形管同轴的内台阶形管，其具有第三半圆形区域和第四半圆形区域，所述第三区域长于所述第四区域；以及被设置在所述内台阶形管内部板，其具有传感器元件。在所述微粒物质传感器的第一示例中，传感器可以额外地或替代地包括，其中所述内台阶形管被同轴地设置在所述外台阶形管内，并且与所述外台阶形管分开一间隙，并且其中所述内台阶形管的顶部表面与所述外台阶形管的顶部表面共面。所述微粒物质传感器的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括，其中所述第一区域包括第一密封的底部表面，并且所述第二区域包括第二密封的底部表面，所述第一底部表面不与所述第二底部表面共面。所述微粒物质传感器的第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或更多个，并且进一步包括，其中所述第三区域包括第三未密封的底部表面，并且所述第四区域包括第四密封的底部表面，所述第三底部表面不与所述第四底部表面共面。所述微粒物质传感器的第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或更多个，并且进一步包括，其中所述第一底部表面与所述第三底部表面共面，并且所述第二底部表面与所述第四底部表面共面。所述微粒物质传感器的第五示例可选地包括第一示例至第四示例中的一个或更多个，并且进一步包括，其中所述第三区域被同轴地设置在所述第一区域内，所述第一区域和所述第三区域中的每一个在排气管中延伸达第一距离。所述微粒物质传感器的第六示例可选地包括第一示例至第五示例中的一个或更多个，并且进一步包括，其中所述第四区域被同轴地设置在所述第二区域内，所述第二区域和所述第四区域中的每一个在所述排气管中延伸达第二距离。所述微粒物质传感器的第七示例可选地包括第一示例至第五示例中的一个或更多个，并且进一步包括，其中所述第一距离与所述第二距离之间的差形成台阶，所述台阶的高度实质上等于所述差。所述微粒物质传感器的第八示例可选地包括第一示例至第七示例中的一个或更多个，并且进一步包括，其中所述台阶的长度实质上等于所述第一区域和所述第二区域的直径。所述微粒物质传感器的第九示例可选地包括第一示例至第八示例中的一个或更多个，并且进一步包括，其中所述台阶包括进口，所述进口允许在所述排气管中流动的排气使流动方向反向并且经由所述进口进入并进入到所述内台阶形管与所述外台阶形管之间的所述间隙中。所述微粒物质传感器的第十示例可选地包括第一示例至第九示例中的一个或更多个，并且进一步包括，其中所述第三区域包括第一狭缝，所述第一狭缝用于使所述排气从所述间隙流入被包围在所述板与所述第四区域之间的第一空间，所述第一空间包括所述传感器元件。所述微粒物质传感器的第十一示例可选地包括第一示例至第十示例中的一个或更多个，并且进一步包括，其中所述板包括第二狭缝，所述第二狭缝用于将所述排气从所述第一空间引导到被包围在所述板与所述第三区域之间的第二空间内，并且进一步朝向所述第三底部表面中的出口引导。

上述的系统和方法还提供了一种微粒物质传感器系统中的微粒物质感测的方法，所述方法包含经由台阶中的进口沿与排气通道中的排气流相反的方向将所述排气通道中的一部分排气引导到微粒物质传感器内；将所述部分排气引导到第一区域内；使所述部分排气从所述第一区域盘旋到第二区域内，所述第二区域被流体地耦接至所述第一区域；使所述部分排气经由所述第三区域上的第一狭缝朝向板上的传感器电极沿与所述排气通道中的所述排气流相反的方向从所述第二区域流入第三区域；使所述部分排气经由被设置在所述板上的第二狭缝流入第四区域，所述板将所述第三区域和所述第四区域分开；以及经由所述第四区域的底部表面朝向所述排气通道沿正交于所述排气通道中的所述排气流的方向引导所述部分排气。在所述方法的第一示例中，所述方法可以额外地或替代地包括，其中所述第一区域和所述第二区域一起形成外不对称管，并且其中所述第三区域和所述第四区域一起形成内不对称管，所述内不对称管被同轴地设置在所述外不对称管内。所述方法的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括，其中所述进口将所述部分排气引导到所述第一区域内且不引导到所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域中的任一个。所述方法的第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或更多个，并且进一步包括，其中所述第一狭缝的第一较长轴线正交于所述第二狭缝的第二较长轴线，所述第一较长轴线和所述第二较长轴线中的每一个均正交于所述排气通道中的所述排气流的所述方向。

上述的系统和方法提供了一种系统，所述系统包含在微粒过滤器的下游位于排气通道中的微粒物质(PM)传感器，所述PM传感器具有包括台阶的不对称保护管，其中所述不对称保护管包括被耦接至第二节段的第一节段，所述第一节段长于所述第二节段，并且进一步的，其中所述第一节段与所述第二节段之间的长度的差产生所述台阶。在所述微粒物质传感器的第一示例中，传感器可以额外地或替代地包括，其中所述第一节段包括第一体积和第二体积，并且其中所述第二节段包括第三体积和第四体积，所述第一体积被流体地耦接至所述第三体积。所述微粒物质传感器的第二示例可选地包括第一示例并且进一步地包含，在所述台阶上将所述排气通道中的排气引导到所述第一体积内并且随后引导到所述第三体积内的第一进口；将所述排气从所述第三体积引导到所述第四体积内的第二进口，所述第四体积包括被设置在板上的传感器元件，所述板将所述第三体积和所述第二体积分开；在所述板上使所述排气从所述第四体积流入所述第二体积的第三进口；以及在所述第一节段上将所述排气从所述第二体积引导到所述排气通道内的出口。所述微粒物质传感器的第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或更多个，并且进一步包含控制器，所述控制器具有被存储在非临时性存储器上计算机可读指令用于：将所述排气中的微粒积聚在所述传感器元件上；基于在所述传感器元件之间产生的电流确定所述PM传感器上的负荷；以及响应于所述负荷高于阈值，使所述PM传感器再生。

在又一表示中，一种示例方法可以包括，使排气流动方向反向，并且使一部分排气经由PM传感器组件上的第一表面上的进口狭缝从微粒过滤器流入所述微粒物质(PM)传感器组件，所述第一表面是下游表面；使所述部分排气盘旋到所述PM传感器组件的环形区域内，所述环形区域被形成在所述PM传感器组件的外不对称管与内不对称管之间；经由所述内不对称管的下游表面上的矩形狭缝朝向形成在被居中地设置在所述PM传感器组件内的板上的传感器元件引导所述部分排气；通过所述板上的穿孔使所述部分排气流至所述内不对称管的内节段；以及引导所述部分排气通过所述内不对称管的所述内节段的底部表面。额外地或替代地，所述第一表面可以包括正交于排气流动方向的台阶。额外地或替代地，所述方法可以包括将PM积聚在所述传感器元件上，并且进一步包括基于所述传感器元件上的PM负荷使所述传感器元件再生。

在又一表示中，一种微粒物质传感器可以包括外保护管，其包括被形成在所述外管的第一部分上的第一缺口；被同轴地设置在所述外管内内管，其具有在所述内管的第二部分上的第二缺口，所述第二部分邻近所述第一部分；以及中心板，其具有传感器元件，所述中心板将所述内管分成两个节段。

注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件相结合的控制器的控制系统执行。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作和/或功能可以以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中所描述的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图释和说明而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，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，其中通过配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。

应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造以及其他的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

以下权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。此类权利要求应当被理解为包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求而得要求保护。此类权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims

1.一种微粒物质传感器组件，其包含：

外台阶形管，其具有第一半圆形区域和第二半圆形区域，所述第一半圆形区域长于所述第二半圆形区域；

与所述外台阶形管同轴的内台阶形管，所述内台阶形管具有第三半圆形区域和第四半圆形区域，所述第三半圆形区域长于所述第四半圆形区域；以及

被设置在所述内台阶形管内部的板，所述板具有传感器元件。

2.根据权利要求1所述的微粒物质传感器组件，其中所述内台阶形管被同轴地设置在所述外台阶形管内，并且与所述外台阶形管分开一间隙，并且其中所述内台阶形管的顶部表面与所述外台阶形管的顶部表面共面。

3.根据权利要求2所述的微粒物质传感器组件，其中所述第一半圆形区域包括第一密封的底部表面，并且所述第二半圆形区域包括第二密封的底部表面，所述第一密封的底部表面不与所述第二密封的底部表面共面。

4.根据权利要求3所述的微粒物质传感器组件，其中所述第三半圆形区域包括第三未密封的底部表面，并且所述第四半圆形区域包括第四密封的底部表面，所述第三未密封的底部表面不与所述第四密封的底部表面共面。

5.根据权利要求4所述的微粒物质传感器组件，其中所述第一密封的底部表面与所述第三未密封的底部表面共面，并且所述第二密封的底部表面与所述第四密封的底部表面共面。

6.根据权利要求4所述的微粒物质传感器组件，其中所述第三半圆形区域被同轴地设置在所述第一半圆形区域内，所述第一半圆形区域和所述第三半圆形区域中的每一个均在排气管中延伸达第一距离。

7.根据权利要求6所述的微粒物质传感器组件，其中所述第四半圆形区域被同轴地设置在所述第二半圆形区域内，所述第二半圆形区域和所述第四半圆形区域中的每一个均在所述排气管中延伸达第二距离。

8.根据权利要求7所述的微粒物质传感器组件，其中所述第一距离与所述第二距离之间的差形成台阶，所述台阶的高度实质上等于所述差。

9.根据权利要求8所述的微粒物质传感器组件，其中所述台阶的长度实质上等于所述第一半圆形区域和所述第二半圆形区域的直径。

10.根据权利要求8所述的微粒物质传感器组件，其中所述台阶包括进口，所述进口允许在所述排气管中流动的排气使流动方向反向并且经由所述进口进入且进入到所述内台阶形管与所述外台阶形管之间的所述间隙内。

11.根据权利要求10所述的微粒物质传感器组件，其中所述第三半圆形区域包括第一狭缝，所述第一狭缝用于使所述排气从所述间隙流入被包围在所述板与所述第四半圆形区域之间的第一空间内，所述第一空间包括所述传感器元件。

12.根据权利要求11所述的微粒物质传感器组件，其中所述板包括第二狭缝，所述第二狭缝用于将所述排气从所述第一空间引导到被包围在所述板与所述第三半圆形区域之间的第二空间内，并且进一步朝向所述第三未密封的底部表面中的出口。

13.一种方法，其包含：

经由台阶中的进口沿与排气通道中的排气流相反的方向将所述排气通道中的一部分排气引导到微粒物质传感器内；

将所述部分排气引导到第一区域内；

使所述部分排气从所述第一区域盘旋到第二区域内，所述第二区域被流体地耦接至所述第一区域；

使所述部分排气经由所述第三区域上的第一狭缝朝向板上的传感器电极沿与所述排气通道中的所述排气流相反的方向从所述第二区域流入第三区域；

使所述部分排气经由被设置在所述板上的第二狭缝流入第四区域，所述板将所述第三区域和所述第四区域分开；以及

经由所述第四区域的底部表面朝向所述排气通道沿正交于所述排气通道中的所述排气流的方向引导所述部分排气；

其中所述第一区域和所述第二区域一起形成外不对称管，并且其中所述第三区域和所述第四区域一起形成内不对称管。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述内不对称管被同轴地设置在所述外不对称管内。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述进口将所述部分排气引导到所述第一区域内且不引导到所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域中的任一个。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一狭缝的第一较长轴线正交于所述第二狭缝的第二较长轴线，所述第一较长轴线和所述第二较长轴线中的每一个均正交于所述排气通道中的所述排气流的所述方向。

17.一种系统，其包含：

微粒物质传感器，即PM传感器，其在微粒过滤器的下游位于排气通道中，所述PM传感器具有包括台阶的不对称保护管，其中所述不对称保护管包括第一节段和第二节段，所述第一节段通过板与第二节段分隔，所述板包括板狭缝，所述第一节段长于所述第二节段，并且进一步地，所述第一节段包括第一体积和第二体积，所述第二节段包括第三体积和第四体积，所述第一节段与所述第二节段之间的长度的差产生所述台阶，并且所述PM传感器还包括位于所述板上的传感器元件。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述第一体积被流体地耦接至所述第三体积。

19.根据权利要求18所述的系统，其进一步包含在所述台阶上将所述排气通道中的排气引导到所述第一体积内并且随后引导到所述第三体积内的第一进口；

将所述排气从所述第三体积引导到所述第四体积内的第二进口，所述第四体积包括所述传感器元件，所述板将所述第三体积和所述第二体积分开；

在所述板上使所述排气从所述第四体积流入所述第二体积的第三进口；以及

在所述第一节段上将所述排气从所述第二体积引导到所述排气通道内的出口。

20.根据权利要求19所述的系统，其进一步包含控制器，所述控制器具有被存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，用于：

将所述排气中的微粒积聚在所述传感器元件上；

基于在所述传感器元件之间产生的电流确定所述PM传感器上的负荷；以及

响应于所述负荷高于阈值，再生所述PM传感器。