用于电阻式微粒物质传感器的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于电阻式微粒物质传感器的方法和系统。提供用于降低在恶劣的化学环境中的碳烟传感器电极退化的方法和系统，该恶劣的化学环境是由于位于碳烟传感器上游的稀NOx捕集器的脱硫而引入的。在一个示例中，方法可包括响应于SOx负荷高于阈值，在开始LNT脱硫之前，以预脱硫模式操作碳烟传感器，在预脱硫模式中，负电极被短暂连接到正电压，同时正电极从正电压断开。然而，在脱硫期间，当H2S作为副产物被释放时，两个电极可以打开，即，不连接到正电极或地，从而降低传感器退化的可能性。

【技术实现步骤摘要】

本说明书大体涉及在排气流中的电阻式微粒物质(PM)传感器的设计和使用，该电阻式微粒物质(PM)传感器在恶劣的化学环境中是稳健的(robust)。
技术介绍
燃烧排气是调整后的排放，并且位于发动机排气装置中的各种排气后处理装置起检测和控制排气排放的作用。柴油微粒过滤器(DPF)通常用于微粒物质(PM)或碳烟控制，并且稀NOx捕集器(LNT)用于NOx控制。在稀条件下，LNT吸附在发动机燃烧期间产生的氮氧化物(如，一氧化氮NO和二氧化氮NO2，还简称为NOx)。稀燃烧发动机排气包含来源于燃料和润滑油的硫氧化物(SOx)，其与NOx竞争(compete)LNT吸附部位。不幸地，SOx比NOx被优先吸附，并且SOx与LNT存储材料构成稳定的硫化物。结果，LNT性能逐渐下降，因为更少的存储部位用于NOx吸附。为了有效管理LNT的硫化物不良影响(poisoning)，在LNT上周期性地执行高温脱硫。脱硫要求稀条件和富条件的高温排气和循环以从LNT吸附部位释放硫。然而，作为脱硫的副产物释放的硫化氢(H2S)气体引入用于位于在排气管路中的LNT下游的各种传感器和检测器的恶劣的化学环境。例如，位于LNT下游的碳烟传感器可在恶劣的化学环境中退化。通常，基于在测量电极之间沉积的PM量的传感器的互相交叉的梳状电极之间的测量的电导率(或电阻)变化之间的相关性，电阻式碳烟传感器估计排气碳烟水平。然而，作为脱硫的副产物释放的H2S可以与传感器电极起电化学反应，从而腐蚀电极并且降低碳烟传感器的灵敏度。例如，H2S与碳烟传感器电极的反应可以导致传感器增益偏移。已经研发各种方法用于防止碳烟传感器电极由于作为LNT脱硫的副产物释放的H2S导致的腐蚀。在Berger等的US 7,543,477中示出一种示例方法。其中，碳烟传感器电极覆盖有由电绝缘底板(如，氧化铝或二氧化锆)制成的保护层并且进一步掺杂导电材料(如，金属或石墨)。保护层可以用来防止碳烟传感器电极直接暴露于在排气管路中遇到的恶劣的化学环境。
技术实现思路
然而，专利技术人已经认识到这种方法的潜在问题。作为一个示例，增加附加保护层可减少带电的碳烟微粒和碳烟传感器电极之间的静电吸引，并且可导致降低的碳烟传感器灵敏度。在降低的灵敏度情况下，碳烟传感器可以不能以可靠途径确定微粒过滤器的泄漏。因此，传感器中的误差可以导致DPF退化的错误指示和起作用(functioning)过滤器的无根据的替换。本文的专利技术人已经观察到H2S似乎优先与碳烟传感器的负电极反应。具体地，在H2S反应之后，负电极上的腐蚀度明显高于正电极上的腐蚀度。鉴于该观察，专利技术人已经认识到碳烟传感器负电极的腐蚀能够通过使负电极临时表现像正电极而被减少。具体地，在当排气中的H2S水平为高时的条件期间，如，在LNT的脱硫期间，通过使负电极具有开路浮动电势(open circuit floating potential)，在电子不可能流过负电极的情况下，负电极的选择性腐蚀可以被减少。因此，在一个示例中，通过一种用于选择性将碳烟传感器的互相交叉的梳状电极的正电极连接到正电压和将其二者断开以及经由测量电阻器选择性将传感器的互相交叉的梳状电极的负电极接地的方法，碳烟传感器电极的腐蚀可以被解决。这样，通过基于排气条件改变碳烟传感器的电极与正电压的耦接，减少H2S诱导的碳烟传感器电极的腐蚀。如一个示例，电阻式微粒物质传感器的电路系统可以被调节以包括耦接至传感器的负电极的三路开关。基于排气条件，三路开关的位置可被调节，使得负电极耦接至传感器的正电压电源、接地中的一种或保持打开。同时，两路开关可将传感器的正电极耦接至正电压或将二者去耦。当碳烟传感器正在收集排气中的微粒物质时，该方法包括选择性将正电极连接到正电压(通过关闭连接正电极和正电压的两路开关)以及选择性将负电极经由测量电阻器接地(通过将把负电极连接至正电压的三路开关移位并接地至第一位置)。在LNT的脱硫期间，当排气H2S水平为高时，碳烟传感器首先以预脱硫(在LNT的脱硫之前)模式操作，并且然后是以脱硫模式操作。在LNT的预脱硫期间，正电极可以选择性从正电压断开(通过打开两路开关)并且负电极可以选择性连接到正电压(通过将三路开关移位至第二位置)。然后，在LNT的脱硫期间，正电极可以维持从正电压断开，并且附加地，负电极可以选择性从正电压断开(通过将三路开关移位至第三或打开位置)。在预脱硫期间将负电极先耦接至正电压并且然后在脱硫期间经由传感器的三路开关将其从正电压和接地二者断开的技术效果为，当在脱硫期间H2S被释放时，负电极瞬时类似于正电极，以及两个传感器电极充当开路浮动电势，其中电子流动的可能性降低。在其他条件期间，如，碳烟传感器再生或LNT再生，通过调节开关，负电极可从正电压和接地二者断开。这降低了释放的H2S和负电极之间的优先的电化学反应。结果，减少碳烟传感器增益偏移，从而减少在LNT脱硫期间的碳烟传感器腐蚀。通过减少碳烟传感器的增益偏移，改善传感器的精确度，降低微粒过滤器退化的错误指示的风险。此外，减少碳烟传感器的增益偏移更好地能够检测PM的污染排气。因此，这减少了替换起作用的微粒过滤器的高保修成本，并且改善排气排放以及延长排气部件寿命。应理解的是，以上
技术实现思路
被提供用于以简化形式引入一些概念，这些概念在具体实施方式中进一步描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或重要特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在该公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出根据本公开的发动机燃料系统以及相关联的稀NOx捕集器(LNT)和基于电阻的排气碳烟传感器的示意图。图2A示出用于包括多个开关的示例碳烟传感器的电路图。图2B示出根据本公开的具有对应于碳烟传感器的不同操作模式的开关位置的表。图3示出根据本公开的用于以多种模式中的一种操作碳烟传感器的高级流程图。图4示出根据本公开的描述一种用于执行碳烟传感器的再生的方法的高级流程图。图5示出根据本公开的用于再生并且脱硫LNT的高级流程图。图6示出碳烟传感器电路开关位置和LNT再生之间的示例关系。图7示出碳烟传感器电路开关位置和LNT脱硫之间的示例关系。具体实施方式以下说明涉及用于操作发动机系统中(如在图1的发动机系统中)的发动机排气管路中的位于稀NOx捕集器(LNT)下游的微粒物质(PM)传感器或碳烟传感器的系统和方法。配置有一对互相交叉电极的PM传感器可以经由如在图2A至图2B中所示的多个开关连接至正电压和地。控制器可以被配置为执行程序(如，图3的程序)，以基于LNT和碳烟传感器的操作模式改变碳烟传感器的开关位置。控制器还可以被配置为执行程序(如，图4的程序)，以在微粒物质检测模式下操作碳烟传感器并且基于在碳烟传感器上的碳烟负荷再生碳烟传感器。此外，控制器可间歇估计LNT的排气NOx水平和SOx水平，并且执行程序(如，图5的程序)，以基于LNT上的相应的NOx水平和SOx水平再生并且脱硫LNT。碳烟传感器电路(具体地，电路中的开关位置)和LNT的再生和脱硫之间的示例关系在图6和图7中示出。这样，碳烟传感器电极的腐蚀可降低，并且可避免保修问题。图1示出发动机系统8的示意图。在一个示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：选择性将传感器的互相交叉的梳状电极的正电极连接到正电压和选择性将所述传感器的所述互相交叉的梳状电极的所述正电极从所述正电压断开；以及经由测量电阻器选择性将所述传感器的所述互相交叉的梳状电极的负电极接地。

【技术特征摘要】
2015.05.01 US 14/702,5661.一种方法，包括：选择性将传感器的互相交叉的梳状电极的正电极连接到正电压和选择性将所述传感器的所述互相交叉的梳状电极的所述正电极从所述正电压断开；以及经由测量电阻器选择性将所述传感器的所述互相交叉的梳状电极的负电极接地。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器是耦接在排气系统中的稀NOx捕集器即LNT下游的碳烟传感器，并且其中，所述选择性将所述正电极连接到所述正电压是响应于所述碳烟传感器以微粒物质检测模式操作和所述LNT以再生模式操作中的任意一种。3.根据权利要求2所述的方法，其中，响应于所述碳烟传感器以再生模式操作、所述LNT以再生模式操作、所述LNT以预脱硫模式操作以及所述LNT以脱硫模式操作中的任意一种，执行所述选择性地将所述正电极从所述正电压断开。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述正电极经由两路开关电耦接至所述正电压，并且其中，选择性将所述正电极连接到所述正电压包括关闭所述两路开关，以及选择性将所述正电极从所述正电压断开包括打开所述两路开关。5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述选择性将所述负电极接地是响应于所述传感器以所述微粒物质检测模式操作和所述LNT以所述再生模式操作中的任意一种。6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括，响应于所述LNT以所述预脱硫模式操作，选择性将所述负电极连接至所述正电压。7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括，响应于所述碳烟传感器以所述再生模式操作、所述LNT以所述再生模式操作以及所述LNT以所述脱硫模式操作中的一种，选择性将所述负电极从所述正电压和地中的每个断开。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述负电极经由三路开关电耦接至地，并且其中，选择性将所述负电极接地包括将所述三路开关移位至第一位置，选择性将所述负电极连接至所述正电压包括将所述三路开关移位至第二位置，以及选择性将所述负电极从正电压和地中的每个断开包括将所述三路开关移位至第三位置。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述微粒物质检测模式包括在所述碳烟传感器上收集排气微粒，其中，所述预脱硫模式包括在所述LNT脱硫之前的发动机操作，同时所述LNT的SOx负荷高于阈值SOx负荷，所述再生模式包括响应于所述LNT的NOx负荷高于阈值NOx负荷而再生所述LNT和响应于所述传感器的碳烟负荷高于阈值碳烟负荷而再生所述碳烟传感器中的一种，并且其中，所述脱硫模式包括响应于所述LNT的SOx负荷高于阈值SOx负荷，脱硫所述LNT。10.一种方法，包括：在第一条件期间，操作第一开关以将传感器的正电极电耦接至正电压，同时操作第二开关以将所述传感器的负电极电耦接至地；以及在第二条件期间，操作所述第一开关以将所述正电极从所述正电压去电耦接，同时操作所述第二开关以将所述负电极电耦接至所述正电压。11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括，在第三条件期间，操作所述第一开关以将所述正电极从所述正电压去电耦接，而操作所述第二开关以将所述负电极从所述正电压和所述地中的每个去电耦接，其中，所述第一条件、所述第二条件和所述第三条件中的每个彼此独立。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一开关是两路开关并且在所述第一条件期间操作所述第一开关包括关闭所述第一开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·C·维贝尔，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US