[发明专利]具有设计的颗粒尺寸分割点的颗粒物质传感器

说明书

一种后处理系统包括颗粒过滤器，该颗粒过滤器构造成对流过该后处理系统的排放气体中包括的具有预定的最小有效尺寸范围的PM进行过滤。PM传感器组件位于该颗粒过滤器的下游并包括壳体，该壳体具有入口、出口和侧壁并限定内部容积。PM传感器位于该内部容积内。该壳体构造成围绕PM传感器对进入PM传感器组件的排放气体的流动进行重新导向，使得排放气体流中包括的具有在预定尺寸范围内或小于预定尺寸范围的第一尺寸的小颗粒围绕该颗粒物质传感器被导向。具有大于预定尺寸范围的第二尺寸的大颗粒撞击PM传感器。控制器与PM传感器可通信地联接。

技术领域

本申请总体涉及用于内燃(IC)机的后处理系统。

背景技术

排气后处理系统用于接收和处理IC发动机产生的排放气体。传统排放气体后处理系统包括若干不同部件中的任何部件以降低存在于排放气体中有害排气排放的水平。例如，用于柴油驱动的IC发动机的某些排气后处理系统包括选择性催化还原(SCR)催化剂以在氨(NH₃)存在的情况下将NOx(一定比例的NO和NO₂)转化成无害的氮气(N₂)和水蒸气(H₂O)。

许多后处理系统包括位于SCR系统上游的颗粒过滤器(例如柴油颗粒过滤器[DPF])。颗粒过滤器配置成过滤颗粒物质(PM)，例如夹带在流过后处理系统的排放气体内的烟灰，以满足PM排放法规。通常，颗粒过滤器具有非常高的质量过滤效率(99.9％)。颗粒过滤器通常配置成通过扩散过程非常有效地过滤尺寸小于100nm的颗粒，并且通过撞击和拦截也非常有效地过滤尺寸大于大约300nm的颗粒。然而存在一种已知的现象，有时称为“格林菲尔德间隙”(Greenfield Gap),其中落入该尺寸范围(即位于100-300nm之间)的颗粒以低得多的效率被过滤。因此，未被颗粒过滤器过滤的颗粒会被认为是有效的“尺寸选择”。

排气排放法规要求对颗粒过滤器进行监测以确保颗粒物质排放符合法规标准。虽然一定量的尺寸在最小效率尺寸范围内的颗粒可能会穿过颗粒过滤器，但是该量通常足够小，使得总PM排放量仍在正常运行颗粒过滤器的排放标准内。然而，颗粒过滤器的灾难性故障例如颗粒过滤器中的裂缝或破裂会为PM提供不受限制的流动路径以使其穿过颗粒过滤器流到下游后处理部件(例如SCR系统)并进入环境。在这类情况下，尺寸大于格林菲尔德间隙尺寸范围的大颗粒(通常被颗粒过滤器拦截)也穿过过滤器并显著增加PM排放量。

发明内容

本文所描述的各实施例总体涉及使用PM传感器组件来检测后处理系统的颗粒过滤器的故障的系统和方法。在各种实施例中，本文所描述的系统和方法包括PM传感器组件，该PM传感器组件包括位于壳体内的PM传感器。上述壳体构造成重新导向进入上述壳体的排放气体的流动，使得只有尺寸大于预定尺寸范围(对应于颗粒过滤器的最小有效过滤尺寸范围)的大颗粒撞击并累积在PM传感器上。该累积引起PM传感器的电参数的变化以指示颗粒过滤器的故障。

在第一组实施例中，一种后处理系统包括颗粒过滤器，该颗粒过滤器构造成对流过后处理系统的排放气体中包括的具有预定尺寸范围的PM进行过滤。PM传感器组件位于该颗粒过滤器的下游。该PM传感器组件包括壳体，该壳体具有入口、出口和侧壁。该壳体限定内部容积。PM传感器位于该内部容积内。PM传感器组件位于排放气体的流动路径内，使得部分上述排放气体通过上述入口进入上述壳体的内部容积。上述壳体构造成围绕上述PM传感器对部分上述排放气体的流动进行重新导向，使得部分上述排放气体流中包括的具有在上述预定尺寸范围内或小于上述预定尺寸范围的第一尺寸的小颗粒围绕上述颗粒物质传感器被导向。此外，具有大于上述预定尺寸范围的第二尺寸的大颗粒撞击上述PM传感器。控制器与PM传感器可通信地联接。