本發(fā)明整體涉及排氣流中的微粒物質(zhì)(PM)傳感器的設計和使用。

背景技術：

柴油機燃燒可產(chǎn)生包括微粒物質(zhì)(PM)的排放物。微粒物質(zhì)可以包括柴油機碳煙和懸浮微粒，諸如灰燼微粒、金屬磨損微粒、硫酸鹽以及硅酸鹽。當被釋放到大氣中時，PM可以呈獨立的微?；蜴溇奂w的形式，其中大部分PM在100納米的不可見次微米范圍中。已經(jīng)研發(fā)出用于在排氣釋放到大氣之前識別并過濾掉排氣PM的各種技術。

作為一個示例，PM或碳煙傳感器可以用于具有內(nèi)燃發(fā)動機的車輛中。PM傳感器可以位于柴油微粒過濾器(DPF)的上游和/或下游，并且可以用于感測過濾器上的PM負載并診斷DPF的操作。電阻式PM傳感器可以包括叉指形電極，其基于放置于傳感器的平面襯底表面上的一對電極之間的所測量的電導率(或電阻率)的變化與沉積在測量電極之間的PM的量之間的相關性來感測微粒物質(zhì)或碳煙負載。具體地，所測量的電導率提供對碳煙積聚的測量。然而，電阻式傳感器可能不能傳送碳煙的實時測量，因為在傳感器剛積聚碳煙時可能存在延長的時間，在此期間，傳感器可能根本不提供任何實時信號。

試圖解決此問題的示例在US 8,713,991中示出，其中使用實時傳感器，諸如高電壓PM傳感器。其中，高電壓PM傳感器包括單一對電極，且由于靜電捕獲而積聚類似于電阻式碳煙的碳煙；然而，在此情況下，由于施加在電極之間的強電場，碳煙開始聚集。當碳煙聚集體排出電極時，所述碳煙聚集體攜帶電極的部分電荷，并在碳煙聚集體接觸傳感器或排氣系統(tǒng)的接地部分時沉積這些電荷。在傳感器的接地部分上的此電荷沉積可以被檢測為在電極與地面之間流動的電流脈沖。

然而，本文的發(fā)明人已經(jīng)認識到此類系統(tǒng)的潛在問題。作為一個示例，當在排氣流率中存在導致所測量的電流的瞬變的任何突然改變時，高電壓傳感器的靈敏度可突然改變。碳煙聚集體朝向傳感器的接地部分的流動可取決于例如排氣流率。由此，增加的排氣流可引起落到地面上的聚集體的量的減少，從而導致所測量的電流的下降。同樣地，減小的排氣流率可增加到達地面的聚集體的量，從而導致所測量的電流的峰值。由于傳感器輸出中的這些電流瞬變，捕獲排出DPF的碳煙的傳感器可能不能真實地反映出DPF過濾能力。

技術實現(xiàn)要素：

在一個示例中，上文描述的問題可部分通過包括以下操作的方法解決：通過僅對容納在微粒物質(zhì)(PM)傳感器內(nèi)的第一組電極施加第一電壓來收集進入PM傳感器的排氣中的PM并對其充電，并且通過僅對容納在PM傳感器中與第一組電極以一定距離進一步分隔開的第二組電極施加第二電壓來測量帶電(charged)PM，所述第一電壓高于所述第二電壓。以此方式，通過將兩組電極并置在同一PM傳感器外殼內(nèi)，可以將第二組電極用于檢測排氣中的PM。排出第一組電極的聚集體可以被第二組電極捕獲，從而減少第二組電極中的電流瞬變。因此，可以減小傳感器輸出關于排氣流率的靈敏度，并且傳感器輸出可以開始更精密地并且更準確且可靠地實時測量DPF過濾能力。

作為一個示例，通過將第一組電極主要用于對碳煙充電且將第二組電極主要用于測量高度帶電碳煙，可以減少第二組電極中的所測量電流的任何瞬變。以此方式，通過并置第二組電極與第一組電極，排出第一組電極的帶電碳煙可以被第二組電極捕獲，從而致使傳感器更加獨立于排氣流率?？傊瑐鞲衅鞯倪@些特性可以使得PM傳感器的輸出更加準確，從而增加估計微粒過濾器上的微粒負載的準確度。

應當理解，提供以上發(fā)明內(nèi)容是為了以簡化形式引入在具體實施方式中進一步描述的所選概念。這并不意味著確定所要求保護的主題的關鍵或必要特征，這些特征的范圍由所附權利要求唯一地限定。此外，所要求保護的主題并不限于解決上文或本公開任何部分中提及的任何缺點的實施方式。

附圖說明

圖1示出了發(fā)動機和定位在排氣流中的相關聯(lián)的微粒物質(zhì)(PM)傳感器的示意圖。

圖2示出了包括兩個捕集器的PM傳感器的第一示例性實施例，所述捕集器中的每個包括彼此以一定間隙分隔開的一對圓柱形電極。

圖3示出了PM傳感器的第二示例性實施例，其中兩個捕集器中的每個均包括進一步彼此分隔開的一對平面連續(xù)電極。

圖4示出了描繪根據(jù)本發(fā)明的用于對在第一捕集器處的PM充電并進一步通過第二捕集器測量排氣中的PM的方法的流程圖。

圖5示出了描繪用于執(zhí)行PM傳感器的再生的方法的流程圖。

圖6示出了描繪用于診斷定位在PM傳感器的上游的微粒過濾器中的泄漏的方法的流程圖。

圖7示出了施加到捕集器的電壓與在PM傳感器下游噴出的PM的量之間的示例關系。

具體實施方式

以下說明涉及感測發(fā)動機系統(tǒng)諸如圖1中示出的發(fā)動機系統(tǒng)的排氣流中的微粒物質(zhì)(PM)。置于發(fā)動機系統(tǒng)的排氣通道中的PM傳感器可以包括以一定間隙彼此分隔開的兩個捕集器。進入PM傳感器的PM可以積聚并通過在較高電壓下操作的第一捕集器充電，并且可以形成聚集體。聚集體可以與第一捕集器分離并排出第一捕集器，并且隨后進入第二捕集器，其中所述聚集體可被在較低電壓下操作的第二捕集器捕獲。PM傳感器的示例實施例在圖2和圖3中示出?？刂破骺梢越?jīng)配置以執(zhí)行控制例程，諸如圖3的例程，以基于跨第二捕集器測量的電流來測量傳感器上的PM負載。另外，控制器可以間歇地清潔捕集器(如在圖5呈現(xiàn)的方法中示出的)，以允許繼續(xù)的PM檢測，并基于PM傳感器的輸出對定位在PM傳感器上游的微粒過濾器執(zhí)行診斷(如在圖6呈現(xiàn)的方法中示出的)。參考圖7描繪施加到捕集器的電壓與PM傳感器的下游噴出的PM的量之間的示例關系。以此方式，通過將兩個捕集器并置在PM傳感器外殼內(nèi)，排出第一捕集器的帶電PM可被第二組電極捕獲(在一個示例中，排出第一捕集器的帶電PM幾乎立刻被第二組電極捕獲)。因此，傳感器輸出可以變得更加獨立于(例如，完全無關)排氣流率。總之，隨著可以更加準確且可靠地檢測排氣中的PM，可以改進PM傳感器估計DPF的過濾能力(且由此檢測DPF泄漏)的能力，并且可以改進排氣排放合規(guī)性。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，示出了車輛系統(tǒng)6的示意圖。車輛系統(tǒng)6包括發(fā)動機系統(tǒng)8。發(fā)動機系統(tǒng)8可以包括具有多個汽缸30的發(fā)動機10。發(fā)動機10包括發(fā)動機進氣道23和發(fā)動機排氣道25。發(fā)動機進氣道23包括節(jié)氣門62，其經(jīng)由進氣通道42流體地耦接到發(fā)動機進氣歧管44。發(fā)動機排氣道25包括最終通向排氣通道35的排氣歧管48，所述排氣通道35將排氣引至大氣。節(jié)氣門62可以在進氣通道42中位于例如渦輪增壓器(未示出)等增壓裝置的下游和后置冷卻器(未示出)的上游。當包括后置冷卻器時，該后置冷卻器可以經(jīng)配置以降低通過增壓裝置壓縮的進氣的溫度。

發(fā)動機排氣道25可以包括一個或多個排放控制裝置70，其可以安裝在排氣道中的緊密耦接的位置中。一個或多個排放控制裝置可以包括三元催化劑、稀NOx過濾器、SCR催化劑等。發(fā)動機排氣道25還可以包括柴油微粒過濾器(DPF)102，其過濾來自進入氣體的PM，并且定位在排放控制裝置70的上游。在一個示例中，如所描繪的，DPF 102是柴油微粒物質(zhì)保留系統(tǒng)。DPF 102可以具有由例如堇青石或碳化硅制成的單塊結(jié)構，其內(nèi)部具有多個通路以過濾來自柴油機排氣的微粒物質(zhì)。在穿過DPF 102的通道之后被濾除PM的尾管排氣可以在PM傳感器106中被測量，并且在排放控制裝置70中被進一步處理，并經(jīng)由排氣通道35被排放到大氣。在所描繪的示例中，PM傳感器106可以包括捕集器108和110，并且可以例如基于跨PM傳感器的捕集器中的一個測量的電流而估計DPF 102的過濾效率。PM傳感器106的示意圖200和300在圖2和圖3示出，如下文進一步詳細描述的。

車輛系統(tǒng)6可以進一步包括控制系統(tǒng)14?？刂葡到y(tǒng)14被顯示為從多個傳感器16(其各種示例在本文中描述)接收信息，并將控制信號發(fā)送到多個致動器81(其各種示例在本文中描述)。作為一個示例，傳感器16可以包括：排氣流率傳感器126，其經(jīng)配置以測量通過排氣通道35的排氣的流率；排氣傳感器(位于排氣歧管48中)；溫度傳感器128；壓力傳感器129(位于排放控制裝置70的下游)；以及PM傳感器106。其他傳感器諸如另外的壓力、溫度、空燃比、排氣流率以及成分傳感器可以耦接到車輛系統(tǒng)6中的各種位置。作為另一示例，致動器可以包括燃料噴射器66、節(jié)氣門62、控制過濾器再生的DPF閥(未示出)等。控制系統(tǒng)14可以包括控制器12?？刂破?2可以配置有存儲在非暫時性存儲器上的計算機可讀指令?？刂破?2從圖1的各種傳感器接收信號，處理所述信號，并采用圖1的各種致動器以基于接收到的信號和存儲在控制器的存儲器上的指令來調(diào)節(jié)發(fā)動機操作。例如，控制器12可以控制PM傳感器檢測電路中的開關(未示出)，并且進一步控制所述電路中的電壓供應。在本文中參考圖4-6描述示例性例程。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，示出了微粒物質(zhì)(PM)傳感器201(諸如圖1的PM傳感器106)的第一示例實施例的示意圖200。PM傳感器201可以經(jīng)配置以測量排氣中的PM質(zhì)量和/或濃度，并且由此，可以在柴油微粒過濾器(諸如圖1中示出的DPF 102)的上游或下游耦接到排氣通道(例如，諸如圖1中示出的排氣通道35)。

圖2示出了具有各種部件的相對定位的示例配置。如果示出為彼此直接接觸或直接耦接，那么至少在一個示例中，此類元件可以分別被稱為直接接觸或直接耦接。類似地，被示為彼此鄰近或相鄰的元件至少在一個示例中可分別為彼此鄰近或相鄰的。作為一個示例，放置成彼此共面接觸的部件可以被稱為共面接觸。作為另一示例，定位成其間僅以一定空間彼此分開且沒有其他部件的元件在至少一個示例中可以如此稱呼。

示意圖200示出了排氣通道內(nèi)部的PM傳感器201，其中排氣從柴油微粒過濾器的下游朝向排氣尾管流動，如由箭頭202指示的。PM傳感器201可以包括圓柱形管(保護管)236，其可以用于保護傳感器和容納在其內(nèi)的傳感器的電氣元件，并可另外用于重定向并優(yōu)化經(jīng)過這些元件的氣體流。多個孔238、239(或氣孔)可以沿著圓柱形管236的表面配置以允許排氣的流經(jīng)。排氣可以通過在圓柱形管236的上游側(cè)的靠近DPF的多個孔238(作為非限制性示例示出三個孔)進入PM傳感器201，如箭頭202指示的。排氣然后可以流經(jīng)導管和流動路徑(未示出)，使得排氣然后可以進入第一捕集器203且隨后進入第二捕集器205，在第二捕集器205中可以檢測到PM，并且排氣中的未經(jīng)檢測的PM可以通過多個孔239(作為非限制性示例示出一個孔)在下游側(cè)上排出PM傳感器201(至大氣)。另外，排氣可以通過定位在排氣通道內(nèi)部的圓柱形管236的底座242而進入和排出PM傳感器裝配件。以此方式，排氣可以在基本正交于排氣流的方向的方向上進入圓柱形管。PM傳感器201的圓柱形管236可以直接安裝到排氣通道上，使得中心軸線X-X’可以垂直于如由箭頭202指示的排氣流的方向。傳感器主體的上部部分可以附接到排氣管道，使得PM傳感器的包括捕集器的感測部分可以延伸到排氣管道中。由此，PM傳感器201的圓柱形管236可以限定封閉體積，捕集器容納在所述封閉體積內(nèi)。圓柱形管236的頂部表面240可以安裝到排氣管道上，并且圓柱形管236的底部表面242可以延伸到排氣管道中。

捕集器203和205可以是圖1中示出的捕集器108和110的非限制性示例。第一捕集器203(也稱為高電壓(HV)捕集器)可以包括以一定距離分隔開的第一組電極204和206。由此，電極206可以是中空的圓柱形形狀，并且進一步圍繞(surround)第二圓柱形電極204，而圓柱形電極204可以整體為實心的。圓柱形電極204與圓柱形電極206相比具有較小直徑，并且可以完全匹配在電極206內(nèi)部。這些電極通?？捎山饘僦T如鉑、金、鋨、銠、銥、釕、鋁、鈦、鋯等制造。在一些示例中，電極可以通過將均勻的金屬層沉積到高度電絕緣材料的襯底(未示出)上而形成。由此，電極表面可以是連續(xù)的且并非是叉指形的。

第一捕集器203的電極204(也稱為正電極)可以經(jīng)由連接導線226連接到電壓源216的正端子。類似地，第一捕集器的電極206(也稱為負電極)可以經(jīng)由連接導線228連接到同一電壓源216的負端子。在一些實施例中，可以包括開關(未示出)，并且控制器(諸如圖1的控制器12)可以控制開關以選擇性地將電極連接到電壓源216和從所述電壓源216斷開連接。電氣連接件226和228、電壓源216可以為電路220的可以容納在排氣通道外部的一部分(作為一個示例，相距＜1米)。

與第一捕集器203相鄰并置且與第一捕集器以一定距離進一步分隔開的是第二捕集器205。例如，所述距離可以包括其間沒有部件的空間。由此，第二捕集器205(也稱為低電壓(LV)捕集器)也可以容納在同一PM傳感器201內(nèi)。捕集器可以被布置在PM傳感器201內(nèi)部，使得圓柱形電極的軸線沿著并平行于PM傳感器自身的軸線X-X’。類似于第一捕集器，第二捕集器205還包括第二組電極，第二組電極包括以一定距離分隔開的兩個圓柱形電極208和210。圓柱形電極208和210的細節(jié)可以類似于圓柱形電極204和206。在一些示例中，第一捕集器和第二捕集器可以是相同的并且共享所有特征。在其他示例中，第一捕集器可以與第二捕集器不同，并且可以共享一些共同特征。

簡單地說，圓柱形電極210可以是中空的且進一步圍繞圓柱形電極208，而圓柱形電極208可以整體為實心的。圓柱形電極208的直徑比圓柱形電極210的直徑更小。這些電極通?？梢杂山饘僦圃?，并且在一些示例中，所述電極可以通過將均勻的金屬層沉積到高度電絕緣材料的襯底(未示出)上而形成。由此，電極表面可以是連續(xù)的且并非是叉指形的。

第二捕集器205的電極208(也稱為正電極)可以經(jīng)由連接導線230連接到電壓源218的正端子。類似地，第二捕集器的電極210(也稱為負電極)可以連接到測量裝置234且然后經(jīng)由連接導線232連接到同一電壓源218的負端子。由此，測量裝置可不連接到第一捕集器203，而是僅連接到第二捕集器205。在一些實施例中，可以包括開關(未示出)，并且控制器(諸如圖1的控制器12)可以控制開關以選擇性地將電極連接到電壓源和從所述電壓源斷開連接。

與供應到第一捕集器203的電壓相比，電壓源218可以將較低電壓供應到第二捕集器205。電壓源216能夠供應500V和2000V之間的電壓，并且電壓源218能夠供應1V和500V之間的電壓。作為一個示例，電壓源218可以供應約10V的較低電壓V_L，而電壓源216可以供應約1000V的較高電壓V_H。因此，可以在第一捕集器和第二捕集器的電極中的每一個之間產(chǎn)生均勻電場，所述電場可以用于吸引和/或排斥進入捕集器的帶電PM。然而，第一捕集器的電極之間的電場強度可以大于第二捕集器中產(chǎn)生的電場。在本文中，電壓源216和218可以被控制器控制，諸如圖1的控制器12。這些電壓作為裝置中具有1mm的電極間(舉例來說，206到204間隙或208到210間隙)間隔的參考點給出。如果維持LV和HV捕集器中的電場，則可以使用較小電壓和電極間間隙。

在一些示例中，第一捕集器和第二捕集器可以被再生。捕集器的再生可以包括增加嵌入傳感器的捕集器中的每一個中的加熱元件的溫度，直到捕集器的碳煙負載已經(jīng)通過電極之間的碳微粒的氧化被充分減少。控制器諸如圖1的控制器12可以通過致動熱耦接到電極表面的加熱元件而實現(xiàn)捕集器的再生，如參考圖5詳細解釋的。

排氣可以經(jīng)由孔238進入PM傳感器201(如由箭頭202指示的)，并且可以進一步沿著布置在PM傳感器201內(nèi)部的導管(未示出)行進，使得排氣進入第一捕集器203，如由箭頭207指示的。在一些示例中，進入第一捕集器的排氣可以正交于排氣管道(非限制性示例在圖2中示出)中的排氣流。在更多的一些示例中，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，PM傳感器中的捕集器可以經(jīng)布置使得進入第一捕集器的排氣可以平行于排氣管道中的排氣流的方向。還可以設想捕集器在PM傳感器內(nèi)的其他布置，其中排氣可以相對于排氣管道內(nèi)部的排氣流的方向成0°和90°之間的其他入射角進入第一捕集器。

由此，PM傳感器201可以包括內(nèi)部保護管248，所述內(nèi)部保護管248可以例如用于阻止排氣在進入第一捕集器之前進入第二捕集器。在一些示例中，PM傳感器201可以不包括保護管248，并且布置在PM傳感器內(nèi)部的另外的導管可以首先將排氣引入第一捕集器中以用于對碳煙充電，并且隨后將排氣引入第二捕集器中以用于測量排出第一捕集器的帶電碳煙。

排氣中的PM或碳煙212天然地帶電，并且可以進入第一捕集器203，且進一步進入正電極204與負電極206之間的空間。例如，當在第一捕集器203的電極之間施加電壓偏置時，在第一捕集器的電極之間的空間中可以產(chǎn)生均勻電場。由于存在于電極之間的均勻電場，進入第一捕集器的帶電PM可以經(jīng)受將其吸引至相反極性的電極的靜電力(如由箭頭222指示的)。例如，攜帶小負電荷的PM可以被吸引至第一捕集器的正電極204，而攜帶小正電荷的PM可以被吸引至第一捕集器的負電極206。在本文中，可以經(jīng)由電壓源216將高電壓施加到第一捕集器的電極，因此，在第一捕集器的電極之間可以產(chǎn)生強電場。

第一捕集器可以開始收集并積聚進入第一捕集器的PM。碳煙生長成錨固到電極上的枝晶結(jié)構，碳煙如前所解釋的那樣已由電力驅(qū)動至所述電極。在本文中，進入第一捕集器203的PM 212可以開始在第一捕集器的電極的表面上形成聚集體213和215(也被稱為枝晶)。一旦聚集體接觸電極的表面，所述聚集體就可以獲得與電極表面相同極性的表面電荷。

例如，聚集在正電極204的外表面219上的聚集體213可以獲得正表面電荷。類似地，形成于負電極206的內(nèi)表面217上的聚集體215可以獲得負表面電荷。在本文中，聚集體213和215的尺寸可以大于進入的PM 212的尺寸。為了有助于可視化，負電極206的一部分244被切除以示出在負電極的內(nèi)表面和正電極的外表面上積聚的聚集體。

在電極表面處，聚集體可以經(jīng)受弱分子間吸引力，例如范德華力，其保持聚集體附接到電極的表面。另外，由于來自電極自身的電荷的轉(zhuǎn)移，聚集體可以開始具有增加的表面電荷。例如，在正電極204的外表面219上生長的聚集體213可以積聚足夠的正表面電荷，使得聚集體現(xiàn)在可以開始經(jīng)受來自正電極自身的靜電排斥。類似地，在負電極206的內(nèi)表面217上生長的聚集體215可以積聚足夠的負表面電荷，使得聚集體現(xiàn)在可以開始經(jīng)受來自負電極的靜電排斥。當聚集體214達到閾值尺寸時，表面電荷隨后可達到閾值電荷水平，使得來自電極的靜電排斥可以開始變得強于將聚集體附接到電極自身的弱范德華力。增加的排斥力可以使得聚集體214(例如，聚集體214的尺寸可大于聚集體213、215以及進入的PM 212)擺脫(break free)電極的表面并流出第一捕集器。然而，當脫離第一捕集器的電極并排出第一捕集器時，聚集體仍具有其表面電荷，然而是放大的表面電荷。因此，第一捕集器可以僅用于積聚進入的碳煙并對其充電。在本文中，第一捕集器可不用于測量PM傳感器上的碳煙負載。

如先前解釋的，第二捕集器205可以與第一捕集器并置。在本文中，第二捕集器定位成僅以一定空間與第一捕集器分開且其間沒有其他部件。排氣流可以將脫離第一捕集器的電極的聚集體214攜帶到第二捕集器中。例如，電壓源218供應比由電壓源216供應的電壓更低的電壓。第二捕集器可以另外包括測量裝置234。進一步地，電壓源218和電路的測量裝置可以通過控制器諸如圖1的控制器12控制，使得在PM傳感器處收集的微粒物質(zhì)可以用于診斷例如DPF中的泄漏。由此，測量裝置234可以是能夠測量跨第二捕集器205的電極的電流的任何裝置，諸如電流表。

類似于第一捕集器，均勻的電場還存在于第二捕集器的電極之間。然而，第二捕集器中的電場通常但并非必須弱于第一捕集器中的電場，因為第二捕集器的電極兩端通常被施加較低電壓。當攜帶大表面電荷的聚集體進入第二捕集器205時，所述聚集體可以被快速吸引至相反極性的電極(如由箭頭224指示的)。與第一捕集器相反，在第二捕集器的較低電場中收集的碳煙將不經(jīng)受導致聚集體脫離的強排斥力。

例如，排出第一捕集器的帶正電聚集體可經(jīng)受朝向第二捕集器的負電極210的吸引。類似地，排出第一捕集器的帶負電聚集體可被吸引至第二捕集器的正電極208。當聚集體214沉積在正電極208與負電極210之間時，造成通過測量裝置234測量的電流的增加。在一些示例中，因為聚集體的電荷增加，所以通過測量裝置234測量的電流也可能被放大?？刂破髦T如圖1的控制器12能夠使用通過測量裝置234測量的電流，并推斷出PM傳感器201的第二捕集器205上對應的PM或碳煙負載。由此，第二捕集器205可以例如僅主要用于測量PM傳感器201上的碳煙負載，并且不用于對碳煙充電。在一些示例中，排出第一捕集器并進入第二捕集器的聚集體可以具有增加的表面電荷，因此，通過測量裝置234可以檢測到較大電流。因此，檢測電路可以被簡化，并且可不需要另外的放大器。將第二捕集器放置成恰好與第一捕集器相鄰的技術效果是，從第一捕集器逸出的所有聚集體都可以被第二捕集器捕獲，從而增加了PM傳感器的碳煙負載估計效率。

因此，通過在PM傳感器的第一捕集器的第一對電極之間施加較高電場，進入第一捕集器的PM可以開始形成聚集體(或枝晶)。當這些聚集體脫離時，它們可以進入第二對電極，其中可以測量PM傳感器的碳煙負載。由此，在第二捕集器的第二組電極之間施加較低電場，可以捕獲帶電聚集體。在一些示例中，放大的電流可以寄存在測量裝置中。以此方式，通過使用第二對電極來捕獲聚集體，可以減少所測量電流中的任何瞬變(峰或谷)。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，示出微粒物質(zhì)(PM)傳感器301(諸如圖1的PM傳感器106)的第二示例實施例的示意圖300。PM傳感器301可以經(jīng)配置以測量排氣中的PM質(zhì)量和/或濃度，并且由此，可以在柴油微粒過濾器(諸如圖1中示出的DPF 102)的上游或下游耦接到排氣通道(例如，諸如圖1中示出的排氣通道35)。在本文中，兩組平面平行電極可以定位在PM傳感器內(nèi)部。如果示出為彼此直接接觸或直接耦接，那么至少在一個示例中，此類元件可以分別被稱為直接接觸或直接耦接。

PM傳感器301可以是圖2的PM傳感器201的示例，并且進一步包括參考PM傳感器201描述的所有特征。在本文中，示出了包括平面幾何結(jié)構的PM傳感器的示例配置。

圖3示出了具有各種部件的相對定位的示例配置。如果示出為彼此直接接觸或直接耦接，那么至少在一個示例中，此類元件可以分別被稱為直接接觸或直接耦接。類似地，被示為彼此鄰近或相鄰的元件至少在一個示例中可分別為彼此鄰近或相鄰的。作為一個示例，放置成彼此共面接觸的部件可以被稱為共面接觸。作為另一示例，定位成其間僅以一定空間彼此分開且沒有其他部件的元件在至少一個示例中可以如此稱呼。

示意圖300示出了排氣通道內(nèi)部的PM傳感器301，其中排氣從柴油微粒過濾器的下游朝向排氣尾管流動，如由箭頭302指示的。類似于PM傳感器201，PM傳感器301可以包括圓柱形管(保護管)244，其可以用于保護容納在其內(nèi)的傳感器部件的電氣元件，并可另外用于重定向并優(yōu)化經(jīng)過這些元件的氣體流。在一些示例中，保護管可以為矩形形狀。多個孔346、348(或氣孔)可以沿著圓柱形管344的表面配置以允許排氣的流經(jīng)。排氣可以通過在圓柱形管344的上游側(cè)的靠近DPF的多個孔346(作為非限制性示例示出三個孔)進入PM傳感器301，如箭頭302指示的。排氣然后可以流經(jīng)導管和流動路徑(未示出)，使得排氣然后可以進入第一捕集器303且隨后進入第二捕集器305，其中可以檢測到PM，且排氣中的未經(jīng)檢測的PM可以通過多個孔348(作為非限制性示例示出兩個孔)在下游側(cè)上排出PM傳感器301(至大氣)。PM傳感器301的圓柱形管344可以直接安裝到排氣通道上，使得中心軸線X-X’可以垂直于排氣流的方向，如由箭頭302指示的。由此，PM傳感器301的圓柱形管344可以限定封閉體積，捕集器容納在所述封閉體積內(nèi)。圓柱形管344的頂部表面350可以安裝到排氣管道上，并且圓柱形管344的底部表面352可以延伸到排氣管道中。

捕集器303和305可以是圖1中示出的捕集器108和110的非限制性示例。第一捕集器303(也稱為高電壓(HV)捕集器)可以包括以一定距離分隔開的第一組電極304和306。電極304和306可以是平面電極。由此，電極表面可以是連續(xù)且均勻的而并非是叉指形的。這些電極通?？捎山饘僦T如鉑、金、鋨、銠、銥、釕、鋁、鈦、鋯等類似物以及氧化物、水泥、合金及包括前述金屬中的至少一個的組合制造。電極304和306分別形成于襯底336和338上。襯底336和338可以由高度電絕緣材料制造?？赡艿碾娊^緣材料可以包括氧化物，諸如氧化鋁、氧化鋯、氧化釔、氧化鑭、二氧化硅以及包括前述氧化物中的至少一個的組合，或能夠禁止電通信并提供對電極的物理保護的任何類似的材料。在本文中，電極304可以形成于襯底336的表面上，并且類似地，電極306可以形成于襯底338的表面上。電極可以定位在PM傳感器301的內(nèi)部，使得電極304和306面向彼此且彼此平行，并以一定距離進一步彼此分隔開。電極304和306可以分別覆蓋襯底表面336和338的一部分。在一些示例中，電極304和306可以分別覆蓋襯底表面336和338的整個長度。

第一捕集器303的電極304(也稱為正電極)可以經(jīng)由連接導線326連接到電壓源316的正端子。類似地，第一捕集器的電極306(也稱為負電極)可以經(jīng)由連接導線328連接到同一電壓源316的負端子。在一些實施例中，可以包括開關(未示出)，并且控制器(諸如圖1的控制器12)可以控制開關以選擇性地將電極連接到電壓源和從所述電壓源斷開連接。電氣連接件326和328、電壓源316可以為電路的可以容納在排氣通道外部的一部分(作為一個示例，相距＜1米)。

與第一捕集器303相鄰并置且與第一捕集器以一定距離分隔開的是第二捕集器305。例如，所述距離可以包括其間沒有部件的空間。由此，第二捕集器305(也稱為低電壓(LV)捕集器)也可以容納在同一PM傳感器301內(nèi)。捕集器可以布置在PM傳感器301內(nèi)部，使得正電極304面向負電極306。類似于第一捕集器303，第二捕集器305也包括第二組電極，其包括兩個平面電極308和310，所述平面電極308和310分別形成于襯底342和340上，并且彼此平行并以一定距離進一步彼此分隔開。在一些示例中，第一捕集器和第二捕集器可以是相同的且共享所有特征。在其他示例中，第一捕集器可以與第二捕集器不同，并且可以共享一些共同特征。

第二捕集器305的電極308(也稱為正電極)可以經(jīng)由連接導線330連接到電壓源318的正端子。類似地，第二捕集器的電極310(也稱為負電極)可以經(jīng)由連接導線332連接到測量裝置334且隨后連接到同一電壓源318的負端子。例如，測量裝置可以不連接到第一捕集器303，而是僅連接到第二捕集器。在一些實施例中，可以包括開關(未示出)，并且控制器(諸如圖1的控制器12)可以控制開關以選擇性地將電極連接到電壓源和從所述電壓源斷開連接。

與供應到第一捕集器303的電壓相比，電壓源318可以將較低電壓供應到第二捕集器305。電壓源316能夠供應500V和2000V之間的電壓(例如，1000V)，并且電壓源318能夠供應1V和500V之間的電壓(例如，10V)。這些電壓與約1mm的間隙相關，并且可以在使用不同的間隙的情況下相應地縮放以便維持類似的電場。

因此，在第一捕集器的電極之間和在第二捕集器的電極之間可以產(chǎn)生均勻電場。進一步地，第一捕集器可以充分地與第二捕集器隔絕，使得在兩個電場之間存在減少的相互作用。由此，在第一捕集器的電極之間產(chǎn)生的均勻電場可以強于在第二捕集器的電極之間產(chǎn)生的均勻電場。電場可以用于吸引和/或排斥進入捕集器的帶電PM。在本文中，電壓源316和318可以通過控制器諸如圖1的控制器12控制。

類似于PM傳感器201，排氣可以經(jīng)由孔346進入PM傳感器301(如由箭頭302指示的)，并且可以進一步沿著布置在PM傳感器301內(nèi)部的導管(未示出)行進，使得排氣進入第一捕集器303，如由箭頭307指示的。在一些示例中，進入第一捕集器的排氣可以正交于排氣管道中的排氣流。在更多的一些示例中，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，PM傳感器中的捕集器可以經(jīng)布置使得進入第一捕集器的排氣可以平行于排氣管道中的排氣流的方向。還可以設想捕集器在PM傳感器內(nèi)的其他布置，其中排氣可以相對于排氣管道內(nèi)部的排氣流的方向成0°和90°之間的其他入射角進入第一捕集器。

由此，PM傳感器301可以包括內(nèi)部保護管341，所述內(nèi)部保護管可以例如阻止排氣在進入第一捕集器之前進入第二捕集器。排氣中的帶電PM或碳煙312可以進入第一捕集器303，并且進一步進入正電極304與負電極306之間的空間。例如，當在第一捕集器303的電極之間施加電壓偏置時，在第一捕集器的電極之間的空間中可以產(chǎn)生均勻電場。由于存在于電極之間的均勻電場，進入第一捕集器的帶電PM可以經(jīng)受將其吸引至相反極性的電極的靜電力(如由箭頭322指示的)。例如，攜帶小負電荷的PM可以被吸引至第一捕集器的正電極304，而攜帶小正電荷的PM可以被吸引至第一捕集器的負電極306。在本文中，可以經(jīng)由電壓源316將高電壓施加到第一捕集器的電極。

第一捕集器可以開始收集并積聚進入第一捕集器的PM。在本文中，進入第一捕集器303的PM 312可以開始在第一捕集器的電極的表面上形成聚集體313和315(也被稱為枝晶)。一旦聚集體接觸電極的表面，所述聚集體就可以獲得與電極表面相同極性的表面電荷，如先前所解釋的。

簡單地說，收集在正電極304上的聚集體313可以獲得正表面電荷。類似地，形成于負電極306上的聚集體315可以獲得負表面電荷。如先前所解釋的，聚集體可以經(jīng)受弱范德華力，其保持聚集體附接到電極的表面。另外，由于來自電極自身的電荷的轉(zhuǎn)移，聚集體可以開始具有增加的表面電荷。當聚集體314達到閾值尺寸時，表面電荷然后可達到閾值電荷水平，使得來自電極的靜電排斥可以開始變得強于將聚集體附接到電極的弱范德華力。增加的排斥力可使得聚集體314排出電極的表面并流出第一捕集器。然而，當脫離第一捕集器的電極并排出第一捕集器時，聚集體仍具有其表面電荷。因此，第一捕集器可以主要用于積聚進入的碳煙并對其充電。然而，第一捕集器可不用于測量PM傳感器上的碳煙負載。

如先前所解釋的，第二捕集器305可以與第一捕集器并置。在本文中，第二捕集器定位成僅以一定空間與第一捕集器分開且其間沒有其他部件。排氣流可以將脫離第一捕集器的電極的聚集體314攜帶到第二捕集器中。類似于第一捕集器，第二捕集器也可以包括連接到電壓源318的正端子和負端子的正電極和負電極。在本文中，例如，電壓源318供應比由電壓源316供應的電壓更低的電壓。第二捕集器可以另外包括測量裝置334。進一步地，電壓源318和電路的測量裝置可以通過控制器諸如圖1的控制器12控制，使得在PM傳感器處收集的微粒物質(zhì)可以用于診斷例如DPF中的泄漏。由此，測量裝置334可以是能夠讀取電極兩端的電阻變化的任何裝置，諸如電壓表或電流表。

類似于第一捕集器，均勻的電場還存在于第二捕集器的電極之間。然而，第二捕集器中的電場弱于第一捕集器，因為在第二捕集器的電極兩端施加的較低電壓。當攜帶大表面電荷的聚集體進入第二捕集器305時，所述聚集體可以被快速吸引至相反極性的電極。當聚集體314沉積在正電極308與負電極310之間時，通過測量裝置334測量的電流可以增加。控制器諸如圖1的控制器12能夠使用由測量裝置334測量的電流，并推斷出PM傳感器301的第二捕集器305上對應的PM或碳煙負載。由此，第二捕集器305可以例如僅主要用于測量PM傳感器301上的碳煙負載，且并不用于對碳煙充電。在一些示例中，排出第一捕集器并進入第二捕集器的聚集體可以具有增加的表面電荷，因此，通過測量裝置334可以檢測到較大電流。因此，在此類示例中，檢測電路可以得到簡化，且可不需要另外的放大器。以此方式，通過將第二捕集器定位成靠近第一捕集器的出口，從第一捕集器逸出的所有聚集體都可以被第二捕集器捕獲，從而增加PM傳感器的碳煙負載估計效率。在本文中，捕集器的電極是平面且連續(xù)的，而不是叉指形的。進一步地，平面電極定位成彼此平行，且還平行于排氣流方向。

圖2中示出的圓柱形電極結(jié)構和圖3中示出的平面電極是電極結(jié)構的非限制性示例。在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，電極的其他形狀和幾何結(jié)構也是可能的。電極結(jié)構的更多的一些示例包括波浪形或彎曲的結(jié)構、帶紋理的電極表面、平行板或盤等。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，示出了用于對PM傳感器的第一捕集器中的PM充電且使用位于同一PM傳感器內(nèi)部的第二捕集器測量PM負載的示例方法。具體地，第一捕集器可以僅用于積聚排氣中的進入的PM并對其充電，且第二捕集器可以僅用于測量PM的碳煙負載。用于實施方法400和本文中包括的其余方法的指令可以由控制器(諸如圖1以及圖2和圖3中示出的控制器12)基于存儲在控制器的存儲器上的指令并結(jié)合從發(fā)動機系統(tǒng)的傳感器諸如上文參考圖1、圖2和圖3描述的傳感器接收的信號而執(zhí)行。根據(jù)下文描述的方法，控制器可以采用發(fā)動機系統(tǒng)的發(fā)動機致動器來調(diào)整發(fā)動機操作。

在402處，方法400包括確定和/或估計發(fā)動機工況。所確定的發(fā)動機工況可以包括例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、排氣流率、發(fā)動機溫度、排氣空燃比、排氣溫度、從DPF的上一次再生起經(jīng)過的持續(xù)時間(或距離)、PM傳感器上的PM負載、增壓水平、環(huán)境條件諸如大氣壓力和環(huán)境溫度等。

在404處，方法400包括向第一捕集器的第一組電極施加第一高電壓。在一個示例中，第一組電極可以包括圓柱形電極，其連接到能夠供應高電壓的電壓源的正端子和負端子(如圖2中所示)。在第二示例中，第一組電極可以是平面電極，其面向彼此且進一步連接到供應高電壓的電壓源的正端子和負端子(如圖3中所示)。

控制器(諸如圖1的控制器12)可以通過以下操作來向第一組電極施加第一電壓：即通過接通電壓源(例如，圖2的電壓源216和圖3的電壓源316)，將端子連接到電極(例如通過閉合開關)，以及將電壓設置成第一設置，其中向電極施加高電壓偏置(例如，1000V)。當向電極施加電壓時，在電極之間產(chǎn)生電場，所述電場可有助于吸引進入PM傳感器的帶電PM。

接著在406處，方法400包括收集PM并且跨電極的表面形成聚集體或枝晶。此外，當PM被收集在電極表面上時，來自電極的電荷中的一些被轉(zhuǎn)移到PM自身，從而對PM充電。偏置被選擇為使得天然帶電的PM被收集(且生長成可脫離的高度帶電的枝晶結(jié)構或聚集體)，但并未高到使得脫離的碳煙結(jié)構不能在期望的操作流動狀態(tài)中逸出。一旦PM聚集體獲得足夠的電荷，所述PM聚集體就可以脫離電極，并且可以排出第一捕集器。

排出第一捕集器的帶電PM聚集體可以經(jīng)受朝向與第一捕集器以一定距離分隔開的第二捕集器的第二組電極的靜電吸引。在408處，方法包括捕獲排出第一捕集器的帶電PM。由此，捕獲帶電PM可以包括在410向第二捕集器的第二組電極施加第二低電壓。在本文中，第二捕集器可以進一步包括測量電路，以在例如帶電PM跨第二捕集器的電極沉積時確定跨電極的電流(在412處)。第二捕集器的電荷測量部分可以包括施加有低偏置(例如，5-50V)的兩個電極，使得將帶電PM引至第二組電極，但并未高到使得PM生長成可脫離并支持其自身的電流放大的枝晶。在一些示例中，可以響應于PM負載或濃度來測量pA到nA數(shù)量級的電流。

在414處，方法400包括基于在第二捕集器的電極兩端測量的電流而確定第二捕集器的第二組電極上的PM負載或碳煙負載是否大于閾值PM負載?？梢曰谟捎诘诙M電極之間的PM沉積而導致的出現(xiàn)在傳感器的電極之間的電阻或電導率變化來持續(xù)推斷出PM負載并更新該PM負載。接著在416處，方法包括確定第二組電極上的PM負載是否大于閾值。在一個示例中，當?shù)诙都魃系腜M負載達到或超過閾值時，如通過在PM傳感器的第二組電極兩端(諸如圖2中示出的電極208和210，以及圖3中示出的電極308和310)的電導率所測量的，或當通過測量裝置(諸如圖2的測量裝置234，圖3的測量裝置334)測得的電流超過閾值時，可以認為滿足PM傳感器再生條件。如果滿足PM傳感器再生條件，那么方法400前進到420，其中第二組電極可以通過啟動如圖5描述的再生例程而被再生。使PM傳感器的第二組電極再生可以包括使用加熱元件(諸如耦接到第二捕集器的加熱元件，未示出)加熱電極，直到第二捕集器的電極被燃燒而沒有沉積在其上的碳煙。通過間歇地使第二捕集器再生，可以返回到更適合于收集聚集體的條件。另外，關于排氣碳煙水平的準確信息可以從傳感器再生推斷出并被轉(zhuǎn)發(fā)至控制器。

在一些示例中，在422處，第一組電極還可以通過啟動再生例程被再生。例如，第一捕集器可以在完成閾值數(shù)目的第二捕集器的再生后被再生。由此，例如，PM傳感器的第一組電極的再生頻率可以低于PM傳感器的第二組電極的再生頻率，以去除在傳感器電極上收集的排氣PM。在更多的一些示例中，兩個捕集器可以交替地再生，或同時再生。

在一些情況下，例如對于非泄漏DPF，傳感器在驅(qū)動周期內(nèi)可極少再生。因此，對于這些條件，方法400結(jié)束，并且然后回到402再次開始。

然而，如果在416處檢查時PM負載低于閾值，那么方法前進到418，其中PM可以繼續(xù)被充電且被收集在第一組電極上，并且所述方法返回到412，其中測量第二組電極兩端的電流，如前所述。以此方式，通過使用第一捕集器來對進入的PM充電并且使用第二捕集器來測量排出第一捕集器的高度帶電的聚集體，可以增加傳感器靈敏度。另外，隨著可以更加準確和可靠地檢測排氣中的PM，可以改進PM傳感器估計DPF的過濾能力(且由此檢測DPF泄漏)的功能，并且可以改進排氣排放合規(guī)性。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，示出了用于使PM傳感器(諸如在例如圖1示出的PM傳感器106、圖2的PM傳感器201以及圖3的PM傳感器301)的一個或多個捕集器再生的方法500。具體地，當PM傳感器的第二捕集器上的PM負載大于閾值時，或當針對溫度調(diào)整的PM傳感器的第二捕集器的電極的電阻降低至閾值電阻時，可以認為滿足再生條件，并且PM傳感器可能需要再生以允許進一步的PM檢測。在本文中，可以對第一捕集器的第一組電極執(zhí)行再生。

在502處，可以啟動第二捕集器的電極的再生，并且第二捕集器可以通過在504處加熱捕集器而被再生。PM傳感器可以通過以下操作被加熱：即通過致動熱耦接到傳感器電極表面的加熱元件，諸如嵌入傳感器中的加熱元件，直到傳感器的碳煙負載已通過電極之間的碳微粒的氧化而被充分減少。再生通常通過使用計時器控制，并且在502處，計時器可以針對閾值持續(xù)時間設置。另選地，再生可以使用傳感器尖端的溫度測量，或通過控制加熱器的功率或這些方法中的任何一種或全部來控制。當將計時器用于再生時，方法500包括在506處檢查是否已經(jīng)過閾值持續(xù)時間。如果尚未經(jīng)過閾值持續(xù)時間，那么方法500前進到508，其中再生可以繼續(xù)。如果已經(jīng)過閾值持續(xù)時間，那么方法500前進到510，在510處，可以終止碳煙傳感器再生，并且在512處，可以斷開電路。進一步地，電極可以被冷卻至例如排氣溫度。

在一些示例中，可以測量第二捕集器的電極(諸如PM傳感器的第二組電極)之間的電阻。通過可能針對溫度被補償?shù)臏y量的電阻，可以計算出第二捕集器的PM或碳煙負載(即，在PM傳感器的電極之間的積聚的PM或碳煙)?？梢詫⒂嬎愠龅腜M傳感器的碳煙負載與閾值比較。所述閾值可以是低閾值，例如低于再生閾值，指示電極充分清除了碳煙微粒。在一個示例中，所述閾值可以是這樣的閾值，即低于該閾值可以終止再生。如果碳煙負載持續(xù)大于閾值，則指示可能需要進一步的再生，那么可以重復再生。然而，如果PM傳感器持續(xù)經(jīng)歷重復再生，那么控制器可以設置錯誤代碼以指示PM傳感器可能被劣化或碳煙傳感器中的加熱元件可能被劣化。

接著在520處，可以更新再生歷史并將其存儲在存儲器中。例如，可以更新再生的頻率和/或傳感器再生之間的平均持續(xù)時間。在522處，控制器然后可以使用各種模型來計算DPF針對碳煙過濾的百分比效率。以此方式，第二捕集器可以執(zhí)行DPF的車載診斷。

PM傳感器的第一捕集器的第一組電極還可以通過執(zhí)行如上文描述的方法500而被再生。然而，因為第一捕集器不包括用于確定第一捕集器上的碳煙負載的測量裝置，所以控制器可以使第一捕集器間歇地再生。例如，當已經(jīng)對第二捕集器執(zhí)行閾值數(shù)目的再生時，控制器可以執(zhí)行方法500以使第一捕集器再生。在一些示例中，每當?shù)诙都鳚M足再生條件時，第一捕集器可以被再生。在其他示例中，第二捕集器可以比第一捕集器更頻繁地再生。

圖6示出了用于基于PM傳感器的捕集器的再生時間診斷DPF功能的示例例程600。在602處，控制器可以通過校準計算出PM傳感器的再生時間t(i)_regen，其為從前一再生的結(jié)束到PM傳感器的當前再生的開始測量的時間。在本文中，PM傳感器的再生時間可以包括第一捕集器的再生時間和第二捕集器的再生時間中的一個或多個。在一些示例中，PM傳感器的再生時間可以是第一捕集器和第二捕集器的再生時間的平均值。在其他示例中，PM傳感器的再生時間可以僅包括第二捕集器的再生時間。

在604處，比較t(i)_regen與t(i-1)_regen，所述t(i-1)_regen是PM傳感器的先前校準的再生時間。自此，可以推斷碳煙傳感器可能需要循環(huán)經(jīng)過再生多次，以便診斷DPF。如果t(i)_regen小于t(i-1)區(qū)域的值的一半，那么在608處，指示DPF正在泄漏，并且啟動DPF劣化信號。另選地，或除上文提及的過程外，DPF還可以使用其他參數(shù)諸如排氣溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速/負載等來診斷。劣化信號可以通過例如診斷代碼上的故障指示燈而被啟動。

小于前一再生時間的一半的當前再生時間可以指示電路達到閾值所用的時間較短，并且因此再生的頻率較高。PM傳感器中的較高再生頻率可以指示流出的排氣由比用正常功能的DPF實現(xiàn)的更高量的微粒物質(zhì)構成。因此，如果碳煙傳感器中的再生時間的變化達到閾值t_regen，其中PM傳感器的當前再生時間小于前一再生時間的一半，則例如經(jīng)由向操作人員顯示和/或經(jīng)由設置存儲在耦接到處理器的非暫時性存儲器中的標志來指示DPF劣化或泄漏，所述標志可以被發(fā)送到耦接到處理器的診斷工具。如果碳煙傳感器中的再生時間的變化未達到閾值t_regen，那么在606處，不指示DPF泄漏。以此方式，可以基于微粒在微粒物質(zhì)傳感器元件上的沉積率來檢測定位在微粒物質(zhì)傳感器的上游的微粒過濾器中的泄漏。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7，曲線圖700示出了施加到PM傳感器的第一捕集器和第二捕集器的電壓與在PM傳感器下游噴出的PM的量之間的示例關系。其中將高電壓施加到第一組電極的第一捕集器被稱為高電壓(HV)捕集器，并且其中將低電壓施加到第二捕集器的第二組電極的第二捕集器被稱為低電壓(LV)捕集器。曲線圖702和704分別示出了將對應的電壓施加到HV捕集器和LV捕集器。曲線圖706示出了在LV捕集器電極兩端測量的電流，并且曲線圖708示出了基于在LV捕集器的電極兩端測量的電流，推斷的LV捕集器電極兩端的PM負載。曲線圖710示出了在PM傳感器的下游噴出的PM的量，如通過位于具有HV捕集器和LV捕集器的PM傳感器的下游的傳感器所測量的。在本文中，包括下游碳煙傳感器以說明施加到HV捕集器和LV捕集器的電壓對排出PM傳感器的PM的影響。然而，下游碳煙傳感器可以包括或可以不包括在實際的實施例中。

在t₀和t₁之間的時間期間，HV捕集器斷開(曲線圖702)并且LV捕集器接通(曲線圖704)。在本文中，斷開HV捕集器包括通過例如打開插入在電極與高電壓源之間的開關而不連接HV捕集器的電極。在一些示例中，控制器可以將電源電壓設置成0，從而不在第一捕集器的電極之間施加任何顯著的電壓。然而，LV捕集器連接到電壓源，所述電壓源將低電壓供應到第二組電極。

當帶電PM進入PM傳感器時，所述帶電PM可以進入第一捕集器并且可不受電極影響(因為HV捕集器斷開)，并且可以直接地朝向LV捕集器前進。在本文中，進入PM傳感器的PM的表面電荷可不受干擾。當PM排出HV捕集器時，所述PM可以遇到LV捕集器，其中電極保持在偏置處。盡管偏置低并且產(chǎn)生的電場低，但PM仍會經(jīng)受朝向LV捕集器的電極的靜電吸引。因此，LV捕集器的電極兩端測量的電流可略微增加(曲線圖706)。對應地，LV捕集器上的PM負載可存在略微增加(曲線圖708)。放置在當前PM傳感器的下游的碳煙傳感器可以檢測到LV捕集器中未捕獲的PM(曲線圖710)。

然而，在時間t₁處，HV捕集器接通(曲線圖702)?？刂破骺梢酝ㄟ^例如閉合插入在電極與高電壓源之間的開關來接通HV捕集器。在一些示例中，控制器可以將電源電壓設置成1000V，從而在HV捕集器的電極之間施加高電壓。當HV捕集器接通時，流動到HV捕集器中的天然帶電的PM被高電場捕集。碳煙沉積成高縱橫比枝晶結(jié)構，所述結(jié)構經(jīng)由范德華鍵合保持在一起。枝晶的幾何形狀結(jié)合施加到積聚/充電部分的高電場可使得電荷在枝晶結(jié)構中積聚。

緊接在t₁處接通HV捕集器(曲線圖702)之后，進入PM傳感器的PM可以開始在HV捕集器的電極處積聚并得到充電。在t1和t2之間的時間期間，進入PM傳感器中的大部分PM可以收集在HV捕集器的電極兩端，并且到達HV捕集器下游的LV捕集器的PM可以開始減少。因此，LV捕集器電極兩端測量的電流(曲線圖706)以及LV捕集器兩端測量的對應的PM負載(曲線圖708)可降低。進一步地，噴出PM傳感器的PM的量也可降低(曲線圖710)。因此，在t₁與t₂之間的時間，PM可以在HV捕集器處積聚并充電，然而，此時間對于其中包括HV捕集器和LV捕集器的PM傳感器來說可能相當短。

在t₂處，碳煙枝晶可達到閾值幾何形狀或高度，使得在HV電極上捕集所述碳煙枝晶的電氣力(electrical force)可超過錨固力，這隨后可使得枝晶脫離HV捕集器并且將其多余的電荷和枝晶一起攜帶至LV捕集器。經(jīng)過傳感器的流將枝晶的大的高度帶電的脫離部分攜帶到傳感器的電荷測量部分中，即攜帶到LV捕集器(其接通，如曲線圖704所示)中。傳感器的測量部分的相對較低電場將高度帶電的枝晶部分引至電極壁，其中所述電極壁給出其電荷，如在LV捕集器的電極兩端測量的電流的增加(曲線圖706)所見。以此方式，碳煙濃度的實時測量結(jié)果可以使用PM傳感器(其使用HV捕集器和LV捕集器)來確定。另外，因為LV捕集器與HV捕集器并置，所以脫離HV捕集器的帶電枝晶可以立即被LV捕集器捕獲，從而減少對排氣流變化的瞬時響應。

以此方式，如在t₂和t₃之間所示，當每單位時間將更多的碳煙饋送到傳感器中時，枝晶更加快速地生長和脫離，因此每單位時間將更多的電荷傳遞到當前測量部分，從而支持與碳煙成比例的測量電流。使用HV捕集器來僅對進入的碳煙充電且進一步使用LV捕集器來僅測量排出HV捕集器的帶電碳煙的技術效果是，PM傳感器能夠提供排氣中的碳煙水平的實時測量。進一步地，通過使用HV捕集器放大PM的電荷，LV捕集器能夠檢測到較大電流，從而消除對任何放大電路的需要。此外，例如，通過將HV捕集器和LV捕集器兩者包括在同一PM傳感器外殼內(nèi)，碳煙水平測量結(jié)果可以獨立于排氣流率中的任何變化。因此，可以更加高效且有效地檢測到DPF的任何泄漏或劣化。

上文描述的系統(tǒng)和方法還提供了在排氣系統(tǒng)中的微粒物質(zhì)感測的方法，所述方法包括：通過僅向容納在微粒物質(zhì)(PM)傳感器內(nèi)的第一組電極施加第一電壓來收集進入PM傳感器的排氣中的PM并對其充電；并且通過僅向容納在PM傳感器中與第一組電極以一定距離進一步分隔開的第二組電極施加第二電壓來測量帶電PM，所述第一電壓高于所述第二電壓。在所述方法的第一示例中，所述方法可另外或另選地包括：其中充電包括將電荷從第一組電極轉(zhuǎn)移到在第一組電極之間收集的PM。所述方法的第二示例任選地包括所述第一示例，并且進一步包括：其中所述測量包括將排出第一組電極的帶電PM吸引至第二組電極，并且將帶電PM沉積在第二組電極之間，以及基于沉積在第二組電極之間的帶電PM的量來確定PM傳感器的碳煙負載。所述方法的第三示例任選地包括第一示例和第二示例中的一個或多個，并且進一步包括在PM傳感器的碳煙負載高于閾值碳煙負載時使第二組電極再生。所述方法的第四示例任選地包括第一示例到第三示例中的一個或多個，并且進一步包括：其中第一組電極進一步包括連接到第一電壓源的正端子的第一正電極，以及連接到第一電壓源的負端子的第一負電極，所述第一正電極與所述第一負電極以第一間隙分隔開，所述第一電壓源供應第一電壓。所述方法的第五示例任選地包括第一示例到第四示例中的一個或多個，并且進一步包括：其中第二組電極進一步包括連接到第二電壓源的正端子的第二正電極，以及連接到第二電壓源的負端子的第二負電極，所述第一正電極與所述第一負電極以第二間隙分隔開，所述第二電壓源供應第二電壓。所述方法的第六示例任選地包括第一示例到第五示例中的一個或多個，并且進一步包括：其中第一正電極、第一負電極、第二正電極以及第二負電極中的每一個均包括圓柱形電極。所述方法的第七示例任選地包括第一示例到第六示例中的一個或多個，并且進一步包括：其中第一負電極圍繞第一正電極，并且其中第二負電極圍繞第二正電極。所述方法的第八示例任選地包括第一示例到第七示例中的一個或多個，并且進一步地，其中第一正電極、第一負電極、第二正電極以及第二負電極中的每一個均包括平面電極。

上文描述的系統(tǒng)和方法還提供了微粒物質(zhì)傳感器的方法，其包括：在PM傳感器的第一捕集器的第一對電極之間施加第一電場，以積聚進入第一捕集器的PM，從而形成枝晶；對枝晶充電；以及在第二捕集器的第二對電極之間施加第二電場，以捕獲分離并排出第一捕集器的枝晶，第二電場低于第一電場。在所述方法的第一示例中，所述方法可以另外或可替換地包括將第二捕集器與第一捕集器以一定距離分隔開，并且進一步將第一捕集器和第二捕集器容納在同一PM傳感器內(nèi)，所述第一捕集器放大枝晶的電荷。所述方法的第二示例任選地包括所述第一示例，且進一步包括：其中所述捕獲包括將枝晶沉積在第二捕集器的第二對電極之間，并基于沉積在第二捕集器上的枝晶產(chǎn)生電流。所述方法的第三示例任選地包括第一示例和第二示例中的一個或多個，且進一步包括在第二對電極兩端產(chǎn)生的電流超過閾值電流時使PM傳感器再生。所述方法的第四示例任選地包括第一示例到第三示例中的一個或多個，且進一步包括：其中第一對電極和第二對電極包括并非為叉指形的平行平面電極。所述方法的第五示例任選地包括第一示例到第四示例中的一個或多個，且進一步包括：其中第一對電極和第二對電極包括圓柱形電極。

上文描述的系統(tǒng)和方法還提供了包括微粒物質(zhì)(PM)傳感器系統(tǒng)的微粒物質(zhì)傳感器，所述PM傳感器系統(tǒng)包括：高電壓(HV)捕集器，其包括容納在PM傳感器內(nèi)的第一對電極；低電壓(LV)捕集器，其包括容納在PM傳感器內(nèi)的第二對電極，所述LV捕集器以一定距離與所述HV捕集器分隔開；以及控制器，其具有存儲在非暫時性存儲器上以用于進行以下操作的計算機可讀指令：即僅在第一對電極兩端施加第一電壓以對進入HV捕集器的碳煙充電；以及僅在LV捕集器的第二對電極兩端施加第二電壓以捕獲排出第一捕集器且進入第二捕集器的碳煙，所述第二電壓低于所述第一電壓。在微粒物質(zhì)傳感器的第一示例中，所述傳感器可另外或可替換地包括：其中控制器包括用于進行以下操作的另外的指令：即基于在LV捕集器的第二對電極兩端測量的電流來確定PM傳感器的碳煙負載。微粒物質(zhì)傳感器的第二示例任選地包括第一示例，并且進一步地，其中控制器包括用于進行以下操作的另外的指令：即當碳煙負載升高至閾值碳煙負載之上時，使LV捕集器再生。微粒物質(zhì)傳感器的第三示例任選地包括第一示例和第二示例中的一個或多個，并且進一步包括：其中第一對電極和第二對電極中的每一個包括正平面電極和負平面電極，所述正平面電極和所述負平面電極包括以一定距離分隔開的平面電極。微粒物質(zhì)傳感器的第四示例任選地包括第一示例到第三示例中的一個或多個，并且進一步包括：其中第一對電極和第二對電極中的每一個包括正圓柱形電極和負圓柱形電極，所述正圓柱形電極與所述負圓柱形電極分隔開并圍繞所述負圓柱形電極。

注意，本文中包括的示例性控制和估計例程可以與各種發(fā)動機和/或車輛系統(tǒng)配置一起使用。本文中公開的控制方法和例程可以在非暫時性存儲器中存儲為可執(zhí)行指令，并且可以由包括控制器的控制系統(tǒng)結(jié)合各種傳感器、致動器以及其他發(fā)動機硬件來實施。本文中描述的具體例程可以表示任何數(shù)目的處理策略中的一個或多個，諸如事件驅(qū)動的、中斷驅(qū)動的、多任務的、多線程的等。由此，所說明的各種動作、操作和/或功能可以所說明的順序執(zhí)行、并行執(zhí)行或在一些情況下省略。同樣地，處理的次序并非是實現(xiàn)本文中所描述的示例實施例的特征和優(yōu)點所必須的，而是為易于說明和描述提供。根據(jù)所使用的特定策略，可以重復地執(zhí)行所說明的動作、操作和/或功能中的一個或多個。另外，所描述的動作、操作和/或功能可以用圖形表示將被編程到發(fā)動機控制系統(tǒng)中的計算機可讀存儲介質(zhì)的非暫時性存儲器中的代碼，其中所描述的動作通過在包括結(jié)合電子控制器的各種發(fā)動機硬件部件的系統(tǒng)中執(zhí)行指令來實施。

應當理解，本文中公開的配置和例程本質(zhì)上是示例性的，并且這些具體實施例不被認為具有限制意義，因為眾多的變型是可能的。例如，以上技術可以被應用到V-6、I-4、I-6、V-12、對置4缸以及其他發(fā)動機類型。本發(fā)明的主題包括本文中公開的各種系統(tǒng)和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新穎且非顯而易見的組合以及子組合。

所附權利要求書特別指出被視為新穎且非顯而易見的特定組合和子組合。這些權利要求可以涉及“一個”元件或“第一”元件或其等效物。此類權利要求應被理解為包括一個或多個此類元件的結(jié)合，既不要求也不排除兩個或更多個此類元件。所公開的特征、功能、元件和/或特性的其他組合以及子組合可以通過當前權利要求書的修正或通過在本申請或相關申請中的新權利要求的提出而被要求保護。此類權利要求，無論其范圍是比原始權利要求的范圍更寬、更窄、與之相同還是與之不同，同樣被認為包括在本公開的主題內(nèi)。