CN107762598A - 用于排气微粒物质感测的方法与系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开用于排气微粒物质感测的方法与系统。提供了用于通过位于排气系统中的柴油微粒过滤器的上游或下游的微粒物质(PM)传感器感测微粒物质的方法和系统。PM传感器可以包括每个均具有三维形状的第一导电基体和第二导电基体。第一基体用作正电极，并且第二基体用作负电极。每个基体限定分别通过和/或接近彼此的延伸部和/或通道，以形成多个碳烟捕集间隙。多个碳烟捕集间隙中的第一个被取向为正交于多个碳烟捕集间隙中的第二个。

Description

用于排气微粒物质感测的方法与系统

技术领域

本描述大体涉及排气流中的电阻型微粒物质(particle matter)(PM)传感器的设计和使用。

背景技术

柴油燃烧可产生包括微粒物质(PM)的排放物。微粒物质可以包括柴油碳烟和悬浮微粒，例如灰分微粒、金属磨损微粒、硫酸盐和硅酸盐。当释放到大气中时，PM能够呈以单个微粒或链聚集体的形式，并且大部分在100纳米的不可见亚微米范围内。已经开发了用于在排气被排放到大气之前识别和过滤排气PM的各种技术。

例如，也被已知为PM传感器的碳烟传感器可用于具有内燃发动机的车辆中。PM传感器可以位于柴油微粒过滤器(DPF)的上游和/或下游，并且可用于感测过滤器上的PM负载并诊断DPF的操作。通常，PM传感器可以基于放置在传感器的平面基板(substrate)表面上的一对薄电极间的测得的电导率(或电阻率)的变化与沉积在测量电极之间的PM的量之间的相关性来感测微粒物质或碳烟负载。具体地，测得的电导率提供碳烟积聚的程度。

Goulette等人在US 2015/0153249 A1中示出了一个示例PM传感器。其中，设置在基板上的导电材料被图案化以形成PM传感器的相互交叉的(interdigitated)“梳状”电极。当在电极两端施加电压时，碳烟微粒在电极之间的基板的表面处或附近积聚。

本发明人已经认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，在这样的PM传感器中，在进入的排气中只有一小部分的PM经受施加在电极之间的静电力，并横跨在形成在传感器表面上的电极被收集，从而导致传感器的低灵敏度。此外，由于横跨传感器的表面的流量分布的偏差，甚至在表面上积聚的PM的部分也可能不均匀。PM可能倾向于或者严密地在传感器的入口侧积聚，并且获得低的和/或不均匀的碳烟负载。PM在传感器表面上的不均匀沉积可进一步加剧传感器的低灵敏度问题。

发明内容

发明人已经认识到上述问题，并且以及确定了至少部分地解决上述问题的方法。在一个示例中，上述问题可以由一种微粒物质传感器来解决，该微粒物质传感器包括：第一导电基体，其具有由在x维度、y维度和z维度中不可忽略的尺寸限定的三维形状，所述第一导电基体被充电到第一电压以用作正电极；以及第二导电基体，其具有由在x维度、y维度和z维度中不可忽略的尺寸限定的三维形状，所述第二导电基体被充电到第二电压以用作负电极。第一基体和第二基体中的一个可以限定延伸部和/或通道，并且第一基体和第二基体中的另一个可以限定延伸部和/或通道。延伸部和/或通道可分别通过和/或接近彼此，从而形成由从第一基体到第二基体的局部最短距离限定的多个碳烟捕集间隙。多个碳烟捕集间隙中的第一个可以取向为正交于多个碳烟捕集间隙中的第二个。第一基体和/或第二基质的电压的变化可以通过碳烟形成在碳烟捕集桥中来实现，并且可以确定为来自发动机的排气流中的碳烟浓度水平。以这种方式，碳烟捕集可以更好地分布并且更均匀，并且可以提高传感器的灵敏度和可靠性。

作为一个示例，排气PM传感器组件可以位于排气通道中的排气微粒过滤器的下游。PM传感器组件可以是箱式传感器，并且可以包括密封的底部、顶部和侧表面，并且还可以包括用于将排气引导到组件内部和外部的开放的前表面和后表面。

总之，传感器组件的这些特征可使得传感器组件的输出更精确，从而提高了估计微粒过滤器上的微粒含量的精度。

应当理解，提供上面的发明内容是为以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的所选概念。并非旨在识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由随附权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了发动机和位于排气流中的相关联的微粒物质(PM)传感器的示意图。

图2A是PM传感器的局部示意性透视图，其示出了呈以相互交叉的梳状齿的下游组(set)的形式的导电元件。

图2B是图2A所示出的PM传感器的更完整的示意性透视图。

图2C是图2B所示出的传感器的主视图。

图2D是图2A所示出的传感器的主视图。

图3A是根据本公开的PM传感器的另一示例实施例的示意图。

图3B是根据本公开的PM传感器的示例部分的示意图。

图4是图示说明根据本公开的包括在PM传感器中的导电材料的另一示例基体的一部分的透视图。

具体实施方式

以下描述涉及包括用于感测发动机系统(诸如图1所示出的发动机系统)的排气流中的微粒物质(PM)的系统和方法的微粒物质传感器的实施例。实施例可以包括控制器12，其可以被配置为执行一个或多个控制程序，以帮助或完成各种发动机操作，所述一个或多个控制程序可以包括用以使排气PM横跨根据本公开形成的电极积聚的一个或多个程序。通过本文公开的实施例的PM的有效且分布良好的积聚可使得PM传感器的输出更精确，从而提高了估计微粒过滤器上的微粒含量的精度。另外，通过实现对微粒过滤器更准确的诊断，可以提高排气排放合规性。因此，这可降低与更换功能性微粒过滤器相关联的保修成本。此外，可以改善排气排放，并且可以延长排气部件寿命。

图1示出了车辆系统6的示意图。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包括经由进气通道42流体地耦接到发动机进气歧管44的节气门62。发动机排气装置25包括最终通向将排气输送到大气的排气通道35的排气歧管48。节气门62可以位于升压装置(例如涡轮增压器(未示出))下游且在后冷却器(未示出)的上游的进气通道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空气的温度。

发动机排气装置25可以包括一个或多个排放控制装置70，其可以安装在排气装置中的紧密耦接的位置。一个或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还可以包括位于排放控制装置70的上游的柴油微粒过滤器(DPF)102，其临时过滤来自进入的气体的PM。在一个示例中，如所描绘的，DPF 102是柴油微粒物质保留系统(retaining system)。DPF 102可以具有由例如堇青石或碳化硅制成的整体结构，其内部具有多个通道以用于过滤来自柴油排气中的微粒物质。在通过DPF102之后的已过滤过PM的排气管排气可以在微粒物质(PM)传感器106中测量，并且可以在排放控制装置70中被进一步处理，并经由排气通道35排出到大气。在所描绘的示例中，PM传感器106可以是电阻传感器，其可以被配置为基于在PM传感器106的电极两端测得的电导率的变化来估计DPF102的过滤效率。

车辆系统6还可以包括控制系统14。控制系统14被示出为从多个传感器16接收信息并向多个致动器81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的排气的流率的排气流率传感器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。其它传感器，例如附加的压力传感器、温度传感器、空气/燃料比传感器、排气流率传感器和组分传感器可以耦接到车辆系统6中的各个位置。作为另一个示例，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)、控制PM传感器开度(例如，控制PM传感器的入口中的阀或板的开度)的马达致动器等。作为又一示例，致动器可包括耦接到PM测量电路的开关。控制系统14可以包括控制器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可以接收来自各种传感器的信号，可以处理所述信号，并且可以使用各种致动器基于接收到的信号和存储在控制器12的存储器上的指令来调整发动机操作。作为一个示例，当操作PM传感器106积聚碳烟微粒时，控制器12可以向电路发送一个或多个控制信号，以向PM传感器106组件的传感器元件的电极施加电压，以将带电微粒捕集到传感元件的传感器电极的表面上。作为另一示例，在PM传感器106再生期间，控制器12可以向再生电路发送控制信号，以关闭再生电路中的开关达一阈值时间内，以向耦接到电极的加热元件(未示出)施加电压，从而加热传感器元件的电极。以这种方式，电极被加热以烧掉沉积在电极表面上的碳烟微粒。

现在转到图2A-图2D，示出了微粒物质(PM)传感器106的示例实施例的部分的示意图。具体地，图2A是PM传感器106的局部示意性透视图，其示出了呈以在所示出的具有侧壁206的示例盒状结构204中的相互交叉的梳状齿或耙齿202的下游组200的形式的导电元件。相互交叉的梳状齿或耙齿202可以是导电材料的基体(matrix)203或可以是导电材料的基体203的一部分。图2D是图2A中所示出的传感器106的主视图。

图2B是图2A中所示出的PM传感器106的更完整的示意性透视图，并且图2C是图2B的主视图。图2B和图2C还包括呈以在示例盒状结构204中的相互交叉的梳状齿或耙齿202的上游组210的形式的更多导电元件。箭头图示说明了排气流流动方向212。

图3A-图3B是根据本公开的微粒物质(PM)传感器106的另一示例实施例的示意图。还示出了根据本公开的导电材料的基体203的另一示例。导电元件可以采用多个插入或交织的细长元件214的形式。图3A示出了位于基板216或其它支撑机构上或与其耦接的交织的细长元件214。图3B示出了根据本公开的交织的细长元件214的示例，其可以与相同或相似的基板耦接，或者可以是更大的电极基体的一部分，例如以逐步方式任何数量次数重复以形成导电材料的更大基体203。

图4是图示说明导电材料的另一示例基体203的一部分的透视图。第一导电元件220可以限定穿过其中的一个或多个孔222。第二导电元件224可以被设置成穿入或穿过(一个或多个)孔222。如图4所示，元件是平面的、平坦的并且具有大致恒定的厚度。穿过孔222的端部305这么做不接触孔的内壁。

再次参照图2A-图2D和图3A-图3B，特别是图2B和图3A-图3B，示例实施例可以包括微粒物质传感器106，所述微粒物质传感器106可以包括第一导电基体300。第一导电基体300可以具有由在x维度、y维度和z维度中不可忽略的尺寸限定的三维形状，第一导电基体300被充电到第一电压以用作正电极。实施例还可以包括第二导电基体302，所述第二导电基体302具有由在x维度、y维度和z维度中不可忽略的尺寸限定的三维形状，第二导电基体302被充电到第二电压以用作负电极。第一导电基体300可以包括上面讨论的上游基体210的一部分以及下游基体200的一部分。类似地，第二导电基体302可以包括上面讨论的上游基体210的一部分和下游基体200的一部分。应当理解，第一基体300可以被保持到与第二基体302不同的电位。基体300、302中的每一个可以被形成为各种几何形状。

不可忽略的尺寸可以被定义为例如可以在所公开的基体的合理可区分特征的尺寸的一个数量级内的尺寸(例如方向的改变或可区分的宽度或长度)。例如，不可忽略的尺寸可以是横向于大于体元件的厚度的体元件的尺寸。

排气中的碳烟或PM通常是带电的。由于在带电的PM和相互交叉的电极之间的静电吸引，PM沉积在电极上并形成横跨相互交叉的电极的碳烟桥。

第一基体300和第二基体302之一可以限定延伸部304和/或通道306。第一基体300和第二基体302中的另一个还可以或者替代地限定延伸部304和/或通道306。延伸部304和/或通道306可以分别通过和/或靠近彼此，从而形成多个碳烟捕集间隙308。延伸部304可以以形成通道306的方式成形。例如，图3B示出了改变方向以限定另一延伸部304可以穿过其中从而形成通道306的形状的延伸部304。

单独的碳烟捕集间隙308可以被限定为例如从第一基体300到第二基体302的局部最短距离。一个或多个间隙还可以被认为是由耙齿202(即，在彼此附近但彼此间隔开的延伸部304)形成。如图2B所示，多个碳烟捕集间隙308的由第一维度表示的第一间隙310可以取向为正交于多个碳烟捕集间隙308的由第二维度表示的第二间隙312。第一基体300和/或第二基体302的电压的变化可以通过碳烟形成在碳烟捕集桥308中来实现，并且可以确定为来自发动机8(图1)的排气流中的碳烟浓度水平。

在各种实施例中，第一碳烟捕集间隙310的取向可以实质上横向于排气流的流动方向212，并且第二碳烟捕集间隙312的取向可以实质上平行于排气流的总流动方向212。第一导电基体300的延伸部304可以包括第一组导电梳状耙齿202，并且第二导电基体302的延伸部304可以包括与第一组导电梳状耙齿202相互交叉的第二组导电梳状耙齿202。

第一组相互交叉的梳状耙齿202可以以交替顺序从第一基体300和第二基体302中选择，并且被布置为实质上与排气流的总流动方向212正交。第二组相互交叉的梳状耙齿202可以以交替顺序从第二基体302和第一基体300中选择，并且被布置为实质上平行于第一组交叉梳状耙齿202。

第一碳烟捕集间隙310可以取向为实质上横向于在第一组相互交叉的梳状齿(即，相互交叉的耙齿202的上游组210)内的从第一基体300到第二基体302的总流动方向212。第二碳烟捕集间隙312可以取向为实质上与从第一基体300到第二基体302以及从第一组相互交叉的梳状耙齿到第二组相互交叉的梳状耙齿202(即从相互交叉的耙齿202的上游组210到相互交叉的耙齿202的下游组200)的总流动方向212一致(in line)。

再次参考图4，微粒物质传感器106的各种实施例可以包括来自第一导电基体300的一个或多个通道，所述第一导电基体300可以包括一个或多个孔222。来自第二导电基体302的一个或多个延伸部304可以延伸到一个或多个孔222中。一个或多个延伸部304可以在与孔222大致轴向的方向上或者在成角度的方向上朝向孔延伸。延伸部304可以延伸穿过孔222，或者延伸部的端部305可以位于孔222的水平处，即与第二电接触对的材料平齐。在一些情况下，延伸部304的端部305可以与孔222隔开一定距离，而不通过孔222。

现在再次参考图3A和图3B，在一些实施例中，来自第一导电基体300的延伸部304和来自第二导电基体302的延伸部304可以各自限定波形轮廓。相应的波形轮廓可以插入和/或交织以形成多个碳烟捕集间隙308或桥。多个碳烟捕集间隙308可以在不同的和各个方向上取向。例如，第一间隙310可以在第一方向上取向，例如与排气流的流动方向212正交。第二间隙312可以取向为与第一间隙310正交。第三间隙314可以正交于第一间隙310和第二间隙312两者。可以使用另外的间隙方向。

各种实施例可以提供用于发动机排气中的微粒物质(PM)传感器106。PM传感器106可以包括具有多个延伸部和/或多个通道的正电极400，和具有多个导体延伸部304和/或多个通道的负电极402。延伸部304和通道306可分别穿过和/或接近彼此，从而在正电极400和负电极402之间形成多个碳烟捕集间隙308。每个碳烟捕集间隙308可具有由正电极400和负电极402之间的局部最短距离限定的取向，其中碳烟捕集间隙308的第一部分可以取向为实质上正交于碳烟捕集间隙308的第二部分。

正电极300可以与主正电极316电耦接(图3A)。主正电极316可以固定到基板216。负电极302可以与主负电极318电耦接，主负电极318也可以与基板216耦接或固定到基板216。正电极300和负电极302可以位于盒状壳体中，或者位于管状壳体中，或者位于另一形状的壳体中。

在一些情况下，来自碳烟捕集间隙308的第一部分的每个间隙310可以取向为实质上横向于发动机排气的流动方向212。另外地或替代地，来自碳烟捕集间隙308的第二部分的每个间隙312可以取向为实质上与发动机排气一致。正电极400可以包括第一组延伸部304，并且负电极可以包括与第一组延伸部304互相交叉的第二组延伸部304。

实施例可以提供一种PM传感器106，其中来自正电极400的延伸部以及来自负电极402的延伸部可以各自限定波形轮廓。相应的波形轮廓可以插入或交织以形成多个碳烟捕集间隙308。碳烟捕集间隙314的第三部分可以取向为实质上正交于碳烟捕集电极的第一部分且实质上正交于碳烟捕集电极的第二部分。

根据本公开的实施例可以提供各种方法。一个示例方法可以包括在第一方向上取向第一组电接触对以沿着第一方向积聚第一组碳烟桥。该方法可以包括在与第一方向正交的第二方向上取向第二组电接触对，以沿着第二方向积聚第二组碳烟桥。该方法还可以包括向第一组和第二组电接触对中的每一个赋予电气特性，并且基于测量在将来自排气流的碳烟积聚在所述第一和第二组碳烟桥处后的电气特性的变化来感测柴油排气流中的碳烟水平。电气特性的变化可以通过控制器12现实或结合控制器12实现。测量电气特性的变化可以包括测量第一和第二电接触对的每个的负电极部分和第一和第二电接触对中的每个的正电极部分之间的导电率的总体变化。

取向第一和第二组电接触对可以包括使第一组导电梳状耙齿与第二组梳状耙齿相互交叉，并且将第一组和第二组电接触对限定为第一和第二组梳状耙齿之间的局部最小距离。取向第一和第二组电接触对可以包括延伸作为第一电接触对的延伸元件通过或邻近至限定在第二电接触对中的孔。延伸元件可以例如沿大致轴向的方向朝向孔延伸，但是端部可以例如延伸到孔的平面，即延伸到第二电接触对的材料的水平。

各种实施例可以包括一种方法，其包括在第三方向上取向第三组电接触对以沿着与第一方向和第二方向中的每一个正交的第三方向积聚第三组碳烟桥。感测可以包括测量电气特性的变化以包括第三组碳烟桥。取向第三组电接触对的电接触对可以包括交织第一组波形导电延伸部与第二组波形导电延伸部，并且将第一、第二和第三组电接触对限定为在第一和第二波形导电延伸部之间的局部最小距离。各种方法可以包括将每个电接触对的第一部分电耦接到主正电极，并且将每个电接触对的第二部分电耦接到主负电极。

PM传感器106可以被配置为测量排气中的PM质量和/或浓度，并且因此可以耦接到在柴油微粒过滤器(例如，如图1所示出的DPF 102)上游或下游的排气通道(例如，如图1所示出的排气通道35)。

具有电极的PM传感器106可以定位在保护管(未示出)的内部，并且可以包括在所述管内的导管(未示出)，所述导管可朝向电极引导排气。电极可以由诸如铂、金、锇、铑、铱、钌、铝、钛、锆等金属以及包含至少一种上述金属的氧化物、水泥、合金和组合制成。电极可以形成在PM传感器106的可以由高度电绝缘材料制造的基板上。可能的电绝缘材料可以包括例如氧化铝、氧化锆、氧化钇、氧化镧、二氧化硅的氧化物以及包含前述的至少一种的组合，或能够抑制电连通并为该对相互交叉的电极提供物理保护的任何类似材料。

PM传感器106基板可以包括加热元件(未示出)，并且PM传感器可以通过经由加热元件加热传感器基板以从PM传感器106的表面燃烧积聚的碳烟微粒来再生。通过间歇地再生PM传感器106的表面，其可以恢复到更适合于收集排气碳烟的状态。此外，可以从传感器再生推断与排气碳烟水平有关的精确信息并将其传递给控制器。

此外，电路的电压源和测量装置可以由诸如图1的控制器12的控制器来控制，使得在PM传感器处收集到的微粒物质可用于例如诊断DPF中的泄漏。因此，测量装置可以是能够读取电极两端的电阻变化的任何装置，例如电压表。随着PM或碳烟微粒沉积在电极之间，电极对之间的电阻可开始降低，这可以通过由测量装置测量的电压的降低来指示。控制器12可以能够根据测量装置218测得的电压来确定电极之间的电阻，并推断在PM传感器106的电极上的对应的PM或碳烟负载。通过监测PM传感器106上的负载可以确定DPF下游的排气碳烟负载，从而用于诊断和监测DPF的健康和功能。在一些示例中，控制器12可以调整电压源以向PM传感器的电极供应一定电压。当开关设置在电路中时，控制器12可以基于PM传感器的状况来确定开关的闭合和断开。例如，当PM传感器收集PM时，可以调整电路中的开关，使得电压被施加到传感器的电极。然而，当PM传感器正在再生时，可以断开将电极连接到电压源的开关。此外，加热电路可以由控制器接通。

以这种方式，能够确定排气PM负载的更精确的测量，从而确定DPF碳烟负载。因此，这提高了过滤器再生操作的效率，并且减少了对广泛算法的需要。此外，通过实现排气DPF更准确的诊断，可以提高排气排放合规性。因此，这减少了更换功能性微粒过滤器的高保修成本，并且改善了排气排放，并延长了排气部件寿命。

用于执行根据本公开的方法的指令可以由控制器12执行，并且可以基于存储在控制器12的存储器上的指令，并且可以结合从发动机系统的传感器(例如上面参考图1描述的传感器)接收的信号来实现。根据下面描述的方法，控制器12可采用发动机系统的发动机致动器来调节发动机操作。

根据本公开的系统和方法可以包括确定和/或估计包括排气流条件的发动机工况。确定的发动机工况可以包括例如发动机转速、排气流动方向、排气流率、发动机温度、排气空燃比、排气温度、从DPF的最后再生以来经过的持续时间(或距离)、PM传感器上的PM负载、升压水平、诸如大气压力和环境温度的环境条件，等。排气流条件包括估计或感测PM传感器组件的碳烟负载、排气流率、排气流动方向、排气温度等中的一种或多种。

实施例可以包括耦接到控制器12的加热元件。控制器可以包括或可以利用可以存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令。在排气流动期间，控制器12可以实施指令以向正电极施加第一电压并向负电极施加第二电压，以积聚跨过间隙308的排气流中的排气微粒物质。控制器12可以从PM传感器106接收信号以基于在正电极和负电极两端产生的电流来估计微粒物质传感器组件上的碳烟负载。在一些情况下，响应于碳烟负载高于阈值，可以将一电压施加到传感器组件的加热元件以再生传感器组件。

图2-图4示出了具有各种部件的相对定位的示例配置。如果经示出直接彼此接触或直接耦接，则至少在一个示例中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，经示出彼此连续或相邻的元件可以分别是彼此连续或相邻。作为示例，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，在其之间仅具有一空间且无其他部件的彼此分开定位的元件在至少一个示例中可以被如此称谓。作为另一示例，经示出在彼此上方/下方、在彼此相对的侧面或到彼此的左面/右面的元件相对于彼此可以如此称谓。此外，如图中所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的最顶部点可以被称为部件的“顶部”并且最底部元件或元件的最底部点可以被称为部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上部/下部、在上方/在下方可以相对于附图的竖直轴线并且用于描述附图的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，经示出在其他元件上面的元件竖直地定位在其他元件上方。作为另一示例，在附图中所示的元件的形状可以指具有那些形状(例如，诸如圆形、直线形、平面、弯曲、圆角形、倒角形、成角度形或类似形状)。此外，在至少一个示例中，经示出彼此相交的元件可以指相交元件或彼此相交。此外，经示出在另一元件内或经示出在另一元件外部的元件可以在一个示例中如此称谓。

在另一种表示中，示例方法包括在第一方向上产生第一电场以沿第一方向积聚第一组碳烟桥；在第二方向上产生第二正交电场，以沿所述第二方向积聚第二组碳烟桥，所述第一方向与所述第二方向正交；并且基于所述第一组碳烟桥和所述第二组碳烟桥中的每一个来感测传感器的碳烟负载。该示例方法可以包括以下中的一个或多个或者每一个：产生第三电场以沿着第三方向积聚第三组碳烟桥，所述第三方向与第一方向和第二方向中的每一个正交，并且基于沿着第三方向积聚的第三组碳烟桥调节感测到的碳烟负载，其中第一电场、第二电场和第三电场中的每一个于在组件表面上形成多个交叉样式的正电极和负电极之间产生。

在另一种表示中，示例微粒物质传感器包括正交于第一基板延伸的正电极；正交于第二基板延伸并与所述正电极相互交叉的负电极，所述第二基板面向所述第一基板并与所述第一基板通过间隙分离开。在另一个示例中，微粒物质(PM)传感器包括沿第一方向延伸的第一基板，所述第一基板具有在第二方向上从第一基板的表面突出的第一组电极，所述第二方向与所述第一方向正交；以及第二基板，其定位在距所述第一基板一定距离处并且沿着所述第一方向延伸，所述第二基板具有在第三方向上从所述第二基板的表面突出的第二组电极，所述第三方向与所述第二方向相反，其中可选地，所述第一、第二和第三方向与排气的流动方向正交，所述第一组电极和所述第二组电极相互交叉。

注意，包括在本文中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。本文公开的控制方法和程序的选择的动作可作为可执行指令存储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、致动器以及其他发动机硬件组合来实施。本文描述的特定程序可表示任何数量的处理策略中的一种或多种，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。由此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行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所描述的示例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，可重复执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。进一步地，所描述的动作、操作和/或功能可图形化地表示待编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中可以通过执行包括与电子控制器结合的各种发动机硬件部件的系统中的指令来实施所描述的动作。

应该理解，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制性意义，因为可能有许多变体。例如，以上技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他的发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

随附权利要求特别指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“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更多个此类元件。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本权利要求的修正或通过在本申请或相关申请中呈现的新权利要求加以要求保护。此类权利要求，无论是更宽于、更窄于、等于或不同于原始的权利要求范围，仍被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种微粒物质传感器，其包括：

第一导电基体，其具有由在x维度、y维度和z维度中不可忽略的尺寸限定的三维形状，所述第一导电基体被充电到第一电压以用作正电极；

第二导电基体，其具有由在所述x维度、所述y维度和所述z维度中不可忽略的尺寸限定的三维形状，所述第二导电基体被充电到第二电压以用作负电极；并且

所述第一基体和所述第二基体中的一个限定延伸部和/或通道，并且所述第一基体和所述第二基体中的另一个限定延伸部和/或通道，所述延伸部和/或通道分别穿过和/或接近彼此，从而形成由从所述第一基体到所述第二基体的局部最短距离限定的多个碳烟捕集间隙，并且其中所述多个碳烟捕集间隙中的第一个被取向为正交于所述多个碳烟捕集间隙中的第二个；并且

其中所述第一基体和/或所述第二基体的电压的变化通过碳烟形成在碳烟捕集桥中实现，并且可确定为来自发动机的排气流中的碳烟浓度水平。

2.根据权利要求1所述的微粒物质传感器，其中所述第一碳烟捕集间隙的取向横向于所述排气流的流动方向，并且所述第二碳烟捕集间隙的取向与所述排气流平行。

3.根据权利要求1所述的微粒物质传感器，其中所述第一导电基体的所述延伸部包括第一组导电梳状耙齿，并且所述第二导电基体的所述延伸部包括第二组导电梳状耙齿，所述第二组导电梳状耙齿与所述第一组导电梳状耙齿相互交叉。

4.根据权利要求3所述的微粒物质传感器，其中：

第一组相互交叉的梳状耙齿以交替顺序选择自所述第一基体和所述第二基体，并且被布置为与所述排气流的总流动方向实质上正交，并且第二组相互交叉的梳状耙齿以交替顺序选择自所述第二基体和所述第一基体，并且被布置为与所述第一组相互交叉的梳状耙齿实质上平行；并且

其中所述第一碳烟捕集间隙被取向为实质上横向于在所述第一组相互交叉的梳状耙齿内的从所述第一基体到所述第二基体的总流动方向，并且所述第二碳烟捕集间隙被取向为与从所述第一基体到所述第二基体以及从所述第一组相互交叉的梳状耙齿到所述第二组相互交叉的梳状耙齿的所述总流动方向实质上一致，

在实质上横向于所述流动方向的第一方向和实质上平行于所述流动方向的第二方向上形成具有交替极性的相应桥。

5.根据权利要求1所述的微粒物质传感器，其中，来自所述第一导电基体的通道包括孔，并且其中来自所述第二导电基体的延伸部延伸到所述孔中。

6.根据权利要求1所述的微粒物质传感器，其中来自所述第一导电基体的延伸部和来自所述第二导电基体的延伸部各自限定波形轮廓，并且其中相应的波形轮廓交织以形成所述多个碳烟捕集间隙。

7.一种用于发动机排气的PM传感器，其包括：

具有多个延伸部和/或多个通道的正电极；以及

具有多个延伸部和/或多个通道的负电极；

其中所述通道和所述延伸部分别通过和/或靠近彼此，从而在所述正电极和所述负电极之间形成多个碳烟捕集间隙，每个碳烟捕集间隙具有由所述正电极和所述负电极之间的局部最短距离限定的取向，其中所述碳烟捕集间隙的第一部分被取向为实质上正交于碳烟捕集电极的第二部分。

8.根据权利要求7所述的PM传感器，其中所述正电极包括固定到基板的主正电极或者与固定到基板的主正电极电耦接，并且其中所述负电极包括固定到所述基板的主负电极或者与固定到所述基板的主负电极电耦接。

9.根据权利要求7所述的PM传感器，其中所述正电极和所述负电极位于盒状壳体中。

10.根据权利要求7所述的PM传感器，其中来自所述碳烟捕集间隙的所述第一部分的每个间隙被取向为实质上横向于所述发动机排气的流动方向，并且其中来自所述碳烟捕集间隙的所述第二部分的每个间隙被取向为与所述发动机排气实质上一致。

11.根据权利要求7所述的PM传感器，其中所述正电极包括第一组延伸部，并且所述负电极包括与所述第一组延伸部相互交叉的第二组延伸部。

12.根据权利要求7所述的PM传感器，其中来自所述正电极的延伸部和来自所述负电极的延伸部各自限定波形轮廓，并且其中相应的波形轮廓交织以形成所述多个碳烟捕集间隙。

13.根据权利要求7所述的PM传感器，其还包括所述碳烟捕集间隙的第三部分，所述碳烟捕集间隙的所述第三部分被取向为实质上正交于碳烟捕集电极的所述第一部分且实质上正交于碳烟捕集电极的所述第二部分。

14.一种方法，其包括：

在第一方向上取向第一组电接触对，以沿着所述第一方向积聚第一组碳烟桥；

在与所述第一方向正交的第二方向上取向第二组电接触对，以沿着所述第二方向积聚第二组碳烟桥；

基于所述第一组电接触对和所述第二组电接触对的电气特性感测柴油排气中的碳烟水平。

15.根据权利要求14所述的方法，其还包括向所述第一组电接触对和所述第二组电接触对中的每一个赋予电气特性，

其中，基于电气特性感测柴油排气中的碳烟水平包括，测量所述电气特性的变化，测量所述电气特性的变化包括测量所述第一组电接触对和所述第二组电接触对中的每一个的负电极部分和所述第一组电接触对和所述第二组电接触对中的每一个的正电极部分之间的导电率的总体变化。

16.根据权利要求14所述的方法，其中取向第一组电接触对和第二组电接触对包括使第一组导电梳状耙齿与第二组梳状耙齿相互交叉，并且将第一组电接触对和所述第二组电接触对限定为所述第一组梳状耙齿和所述第二组梳状耙齿之间的局部最小距离。

17.根据权利要求14所述的方法，其中取向第一组电接触对和第二组电接触对包括使作为所述电接触对中的第一个的延伸元件延伸通过或邻近至在所述电接触对中的第二个中限定的孔。

18.根据权利要求14所述的方法，还包括在第三方向上取向第三组电接触对，以沿着正交于所述第一方向和所述第二方向中的每一个的所述第三方向积聚第三组碳烟桥，并且其中所述感测包括测量所述第一组碳烟桥、所述第二组碳烟桥和所述第三组碳烟桥的电气特性的变化。

19.根据权利要求18所述的方法，其中取向第一组电接触对和第二组电接触对包括使第一组波形导电延伸部与第二组波形导电延伸部交织，并且将所述第一组电接触对、所述第二组电接触对和所述第三组电接触对限定为在所述第一组波形导电延伸部和所述第二组波形导电延伸部之间的局部最小距离。

20.根据权利要求14所述的方法，其还包括将所述电接触对中的每个的第一部分电耦接到主正电极，以及将所述电接触对中的每个的第二部分电耦接到主负电极。