微粒物质传感器的制作方法

专利名称：微粒物质传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及微粒物质传感器，更具体涉及一种排气净化装置中使用的微粒物质传 感器，该排气净化装置包括柴油微粒滤清器(DPF)并去除柴油机的排气中包含的微粒物质 (PM)。
背景技术：
通常，利用多孔陶瓷制成的柴油微粒滤清器来收集从柴油机发出的主要由C(碳) 构成的微粒物质。对于这种柴油微粒滤清器而言，随着其不断使用，会出现微粒物质的逐步 沉积，因此，在使用柴油微粒滤清器的排气净化装置的现有技术中，实际上是通过在柴油微 粒滤清器内周期性地引发燃烧过程，并再生柴油微粒滤清器来去除沉积的微粒物质。如果 忽视这种微粒物质的沉积，则排气会在柴油微粒滤清器中引起过压，而这可能导致燃料效 率的降低或发动机的损坏。 优选的是，这种对柴油微粒滤清器的再生是在柴油机运转过程中进行的，而不替 换或拆卸滤清器，因此在实际技术中，是在燃烧之后活塞在汽缸中向下运动以形成高温气 体(后喷射过程)的状态下进行燃料喷射的。由此，沉积的微粒物质由于因此形成的高温 气体而被燃烧。

发明内容
图1示出了根据本发明现有技术的装备有柴油微粒滤清器的柴油机的排气净化 系统的整体结构。 参照图l，柴油机11具有排气管线12，其中排气管线12中设置有柴油微粒滤清器 12B，用于收集排气中包含的并从柴油机11发出的微粒物质。 图2A示出了柴油微粒滤清器12B的外形，图2B示出了构成该柴油微粒滤清器的 元件。 柴油微粒滤清器12B由多孔陶瓷的过滤单元12A形成，典型地由SiC形成，其中过 滤单元12A中从一端延伸到其另一端形成有大量的例如截面为lmmXlmm的气体通道12a。
由此，通过由密封材料(粘附层)粘合多个过滤单元(过滤元件)12A并加工其外 周部分，来形成柴油微粒滤清器12B，从而滤清器12B整体上为圆柱形。此外，滤清器12B的 外围表面覆盖有密封材料(涂层)。柴油微粒滤清器12B中仅仅使用一个单元12A的情况 也是存在的。 图2C示出了柴油微粒滤清器12B的原理。 如图2C示意性所示，所述多个气体通道12a的上游端或下游端相对于来自发动机 的排气流的方向交替地闭合，被引入一个这种气体通道12a的排气通过渗透过滤清器12B
3的多孔部件12b通往相邻的气体通道。由此，当排气渗透过多孔部件12b时，排气中包含的微粒物质被多孔部件12b收集，从而导致微粒物质12c以层的形式沉积在多孔部件12b上，如图2D所示。 因为柴油微粒滤清器12B导致其中的排气中所包含的微粒物质产生沉积，所以，如先前所述，需要通过进行再生过程(使沉积的微粒物质燃烧)，适时地再生该滤清器。
对于参照图1所说明的常规排气净化系统来讲，应该注意的是，例如，每当车辆行驶预定里程(如500km)、超过10分钟的持续时间，都要进行这种滤清器的再生。
在公平地通过后喷射进行滤清器再生的情况下，不考虑滤清器中微粒物质的实际收集量来进行再生。因此，为了保证在滤清器中不出现微粒物质的过量沉积，需要将滤清器的再生间隔设置成比为安全起见所需要的实际间隔更短。但是，这种通过后喷射进行的过度滤清器再生增加了燃料消耗，并降低了车辆的燃料效率。 美国专利5， 651， 248描述了除柴油微粒滤清器之外使用检测滤清器并通过测量电阻来估计该检测滤清器中收集的微粒物的质量的结构。根据该技术，当检测到的电阻减小至预定值以下时，通过利用加热器使柴油微粒滤清器所收集的微粒物质和检测滤清器所收集的微粒物质产生燃烧。借此来实现滤清器的再生。 另一方面，除了因为需要在柴油微粒滤清器中设置加热器而使其结构变复杂的问题之外，该现有技术存在这样的缺点，即，在对柴油微粒滤清器进行再生时发生了电能消耗。为了节省滤清器再生时的电能消耗，美国专利5，651，248的技术选择执行滤清器再生的定时，使得当柴油微粒滤清器的温度高于预定温度时才进行再生操作，以下情况除外，即，对于微粒物质的沉积来讲，柴油微粒滤清器处于临界状态，不可避免地要进行再生。结果，该技术对于用于微粒检测的检测滤清器的再生操作的定时施加了限制，并且微粒检测滤清器的再生操作的自由度受到限制。 此外，对于美国专利5， 651， 248的技术而言，在加热器进行的再生操作过程中，不可以使用柴油微粒滤清器，因此，提供了一种储备柴油微粒滤清器，并在再生过程中切换到该储备柴油微粒滤清器。但是，这种结构需要两个相同的柴油微粒滤清器以及开关阀，这就产生了排气净化装置的结构变庞大的问题。在小型车上安装这种排气净化装置是非常困难的。 此外，对于美国专利5， 651， 248的技术而言，检测滤清器的再生与柴油微粒滤清器的再生同时进行，或与柴油微粒滤清器的再生连续地进行，而这种结构不能任意地选择检测滤清器的再生定时，从而存在取决于检测滤清器的状态，易于在柴油微粒滤清器的再生定时中引起误差的问题。 当柴油微粒滤清器的再生与检测滤清器的再生独立进行时，会引起再生时检测滤清器中的通气阻力减小，从而排气开始主要通过检测滤清器来流动。由此，在检测柴油微粒滤清器的再生定时的过程中引起了误差。因此，如上所述，美国专利5651， 248的技术同步地进行检测滤清器的再生和柴油微粒滤清器的再生。 此外，美国专利5， 651， 248的技术存在以下不足(a)灰沉积；和(b)由退化引起的较大估计误差。
此外，对于美国专利5， 651， 248的技术而言，从其通过测量电极电阻来估计所收集的微粒物质的沉积量的特殊原理，引发出另一个问题。
然而，在检测滤清器所收集的微粒物质的沉积量与其电阻之间通常存在非线性关系，如图3所示，因此为了准确获得微粒物质的沉积量，必须使用由图3中的"A"表示的线性区。 但是，为了使用这种线性区，需要在检测滤清器中保持小的沉积量，这意味着需要
对检测滤清器进行频繁再生。但是，利用美国专利5， 651， 248的技术，检测滤清器的再生定
时受到限制，因此，不可避免地产生了微粒物质沉积量的估计精确度降低的问题。在这种情
况下强制再生该检测滤清器时，不仅电能消耗增加，而且还导致检测滤清器的状态和柴油
微粒滤清器的状态之间的分离，并且引起柴油微粒滤清器的再生时间的误差。 此外，在微粒物质燃烧之后在柴油微粒滤清器或检测滤清器中导致灰烬沉积的情
况下，不可能进行电阻的精密测量，并且会导致沉积量估计的很大误差。 此外，利用检测滤清器时，会导致滤清器或电极随着时间或随着在排气环境中使
用而劣化。具体来讲，电极(由导电金属形成的端子)是通过浸润诸如Cu、Cr、Ni等的金属
而形成的，因此，存在引起物理劣化、氧化劣化和热劣化(如氧化、杂质粘附、断裂、腐蚀等)
问题的趋势。 当滤清器或电极中引起了劣化时，不再可能进行精确的电阻测量，因而在微粒物质的沉积量估计中产生误差。 本发明提供了一种微粒物质传感器，该微粒物质传感器包括微粒物质检测滤清器，其烟灰存储容量小于柴油微粒滤清器的烟灰存储容量；以及差压测量部分，用于测量所述微粒物质检测滤清器的入口与出口之间的差压。 根据本发明，通过使用在气体管线(该气体管线在设置到排气管线的柴油微粒滤清器的上流侧，从柴油机的排气管线分出)中设置的微粒检测滤清器，具体地，通过使用小容量的微粒物质(PM)检测滤清器，可以简单且容易地测量主柴油微粒滤清器中的微粒物质的沉积量，且因此通过测量这种微粒物质检测滤清器中出现的差压，不易导致微粒物质的不均匀沉积。由此，通过将这种微粒物质检测传感器用于排气净化装置，可以抑制由于过量的后注射而引起的燃料效率下降。此外，利用本发明，可以独立于主柴油微粒滤清器的再生来进行微粒物质检测滤清器的再生，并且通过使用副柴油微粒滤清器，可以恒定且准确地测量主柴油微粒滤清器中的微粒物质的沉积量。此外，在消除灰烬沉积或滤清器或电极的劣化效果的同时，可以进行精确的测量。 此外，利用本发明，通过在气体管线中设置阀并将其中的流速控制为恒定，可以避免排气管线21的排气随微粒检测滤清器的再生而浓縮到气体管线中的问题，这个问题可能是由于气体管线的通风阻力随微粒物质(PM)检测滤清器的再生而减小所导致的。因此，主柴油微粒滤清器中的微粒物质的收集类似于微粒物质(PM)检测滤清器来进行，并且有效地避免了通过测量微粒物质(PM)检测滤清器中的差压而进行的主柴油微粒滤清器中的微粒物质的沉积量估计与主柴油微粒滤清器中的微粒物质的实际沉积量之间所产生的偏差。


图1示出了使用常规排气净化装置的整个发动机系统；
图2A示出了柴油微粒滤清器的示意性构成；
图2B示出了柴油微粒滤清器的构成元件； 图2C示出了柴油微粒滤清器的工作原理； 图2D示出了由柴油微粒滤清器收集的微粒物质的状态； 图3说明了常规技术中的问题； 图4示出了根据本发明第一实施方式的排气净化装置的构成； 图5A示出了图4中使用的副柴油微粒滤清器的构成； 图5B说明了图5A的副柴油微粒滤清器的原理； 图6示出了使用图4的副柴油微粒滤清器的微粒物质(PM)传感器的构成； 图7说明了本发明的效果； 图8是说明根据本发明第二实施方式的排气净化装置中的柴油微粒滤清器的再生操作的流程图； 图9是说明根据本发明第二实施方式的排气净化装置的柴油微粒滤清器的另一再生操作的流程图； 图10示出了根据本发明第三实施方式的微粒物质测量方法的流程图； 图11是示出图10的微粒物质测量方法的变型的流程图； 图12示出了根据本发明第三实施方式的微粒物质传感器的构成； 图13示出了根据本发明第四实施方式的微粒物质传感器的构成；而 图14示出了根据图13的变型的微粒物质检测传感器的构成。
具体实施例方式
本发明的实施方式提供了一种微粒物质检测传感器，该微粒物质检测传感器包
括微粒物质检测滤清器，其烟灰存储容量小于柴油微粒滤清器的烟灰存储容量；以及差
压测量部分，用于测量所述微粒物质检测滤清器的入口与出口之间的差压。 优选的是，该微粒物质检测传感器还包括流量计或等效仪表(例如，气速计)。 优选的是，该微粒物质检测传感器还包括温度测量部分。 优选的是，该微粒物质检测传感器还包括加热器。 优选的是，该微粒物质检测传感器还包括容器，其中微粒物质检测滤清器、差压测量部分、温度测量部分以及流量计或等效仪表(例如，气速计)中的至少一个容纳在该容器中。 优选的是，该微粒检测滤清器包括SiC、氮化铝、碳化硅、氮化硼、氮化鸨、碳化锆、碳化钛、碳化钽、碳化鸨、氧化铝、氧化锆、堇青石、多铝红柱石、硅石以及钛酸铝中的任意一种。 下面将参照附图来描述本发明的优选实施方式。
[第一实施方式] 图4示出了根据本发明第一实施方式的排气净化装置的构成。
参照图4，使来自未示出的柴油机的排气经由排气管线21流入与先前参照图2A所说明的类似的主柴油微粒滤清器(DPF)22，并且如参照图2C和2D所说明的，主柴油微粒滤清器(DPF)22收集排气中的微粒物质。 此外，对于图4的构成，从主柴油微粒滤清器(DPF)22的上游侧，从排气管线21分出副排气管线21A，并且为副排气管线21A设置了体积小于主柴油微粒滤清器(DPF)的副柴 油微粒滤清器22A。此外，还设置有差压测量部分22B，用于测量副柴油微粒滤清器22A的 入口和出口之间引起的差压AP。此外，对于图4的构成，在副柴油微粒滤清器22A的下游 侧，在副排气管线21A中设置有流量计24和控制阀23，其中控制阀23用于根据流量计24 进行的测量，将副排气管线21A中的排气的流速保持为恒定。应当注意，控制阀23和流量 计24可以设置在副排气管线21A上的任何地方。这里应当注意，副柴油微粒滤清器22A、 差压测量部分22B和流量计24 —起构成了用于测量排气中包含的微粒量的微粒物质(PM) 传感器。上述微粒物质(PM)传感器可以包括流量计24也可以不包括流量计24。微粒物 质(PM)传感器可以被限定为包括温度测量部分(Tl)。此外，还可以在主柴油微粒滤清器 (DPF)22中设置温度测量部分T2。 应当注意，排气管线中的温度测量部分可以设置在以下任何地点(l)主柴油微 粒滤清器内部；(2)副柴油微粒滤清器内部；(3)与其连接的导管中；(4)主柴油微粒滤清 器外部；或(5)副柴油微粒滤清器外部。从精确测量排气温度的观点来看，(1)或(2)的布 置是优选的，其中(2)的布置是更优选的。 在图4的示例中，主柴油微粒滤清器(DPF)22是由蜂窝结构形式的孔隙率为 35-65X的SiC多孔陶瓷等制成的，其中可以看到，对于垂直于气流方向截取的截面中的每 个边缘，都形成有长度为1. lmm的矩形截面的气体通道，对应于图2B的气体通道12a，其中 这些气体通道被布置成约0. 3mm的间距，并一起形成格状图案。 这里应当注意，在本发明中，微粒物质(PM)检测滤清器也被称作副柴油微粒滤清 器。 如图4所示，本实施方式的微粒物质检测传感器由副排气管线21A、副柴油微粒滤 清器22A和差压测量部分22B形成，差压测量部分22B用于测量副柴油微粒滤清器22A的 入口与出口之间的差压AP。其中会注意到，"微粒物质传感器"被定义为执行微粒检测功 能的部分(实现微粒物质检测功能的构成元件)。 因此，利用本实施方式的微粒物质传感器，能够以通过导管连接的形式或以整个 单元被容纳在例如支架22e中，或容纳在金属壳中的形式，来提供微粒物质检测功能的组 成元件。 此外，如图4所示，该微粒物质传感器可以以通过导管连接的形式包括控制阀23 或流量计24。另选的是，控制阀23和流量计24可以集成到微粒物质传感器中。此外，该微 粒物质传感器可以包括温度测量部分Tl。 在使用温度测量部件T2代替温度测量部分Tl来测量排气的温度的情况下，该微 粒物质传感器也包括温度测量部件T2。 图5A示出了包括副柴油微粒滤清器22A在内的整体构成，图5B示出了副柴油微 粒滤清器22A的原理。 应当注意，副柴油微粒滤清器22A可以由类似于主柴油微粒滤清器(DPF)22的多 孔陶瓷形成。在副柴油微粒滤清器由多孔陶瓷形成的情况下，优选的是该副柴油微粒滤清 器包括矩形形状的副柴油微粒滤清器22A(单元22b)。其中，在主柴油微粒滤清器(DPF)22 中，形成有单个气体通道22a，其体积为65ml或更小，如0. 05 65ml ，或者体积为排气通道 (对应于图3的通道12a)总体积的5%或更少，如0.05% 5%。另选的是，气体通道22a可以具有O. 1 1000cm、优选为1 10cm2)的过滤面积。例如，气体通道22a可以具有矩形截面形状，并形成为一端关闭(在单元的情况下，后端关闭)的状态。这里，应当注意，气体通道22a的外部形状或副柴油微粒滤清器22A(单元22b)的外部形状不必与主柴油微粒滤清器(DPF)22的气体通道的截面形状相同，因此，它们可以形成为圆形、正方形、八面体、椭圆等任意形状。此外，还应当注意，构成副柴油微粒滤清器22A(单元22b)的多孔陶瓷不必与形成主柴油微粒滤清器(DPF)22的多孔陶瓷相同。此外，还应当注意，副柴油微粒滤清器22A(单元22b)可以由除陶瓷以外的材料形成。 通过将气体通道22a形成为具有主柴油微粒滤清器(DPF) 22中的排气通道(对应于图3的通道12a)的5X或更小的体积，或具有65ml或更小的体积，或具有O. 1 1000cm、优选为1 10cm2)的过滤面积，可以用简单的程序测量出主柴油微粒滤清器(DPF)22中的微粒物质的沉积量。 副柴油微粒滤清器22A(单元22b)设置有用于测量排气温度T的温度测量部分，并为该温度测量部分设置了热电偶22d。此外，围绕副柴油微粒滤清器(单元22b)缠绕有加热器22h，用于焚化沉积在内壁表面上的烟灰层22c和对副柴油微粒滤清器22A进行再生。此外，单元22b、热电偶22d和加热器22h经由八1203等制成的绝缘体221而被容纳在Si02-Al203等制成的缸体支架22e中，支架22e中设置有用于测量差压AP的膜片压力表22B，这样副排气管线21A中的排气就被提供至压力表22B。支架22e容纳在金属壳中并像微粒物质(PM)传感器一样设置在副排气管线上。在容纳在金属壳中的状态下，支架22e也可以设置在副排气管线的导管内或可以设置在副排气管线内。 因此，当副排气管线21A中的排气被引入副柴油微粒滤清器(单元22b)的排气通道22a中时，该排气通过副柴油微粒滤清器(单元22b)的壁面流到该单元的外部，并类似于图2C的情况，收集排气管线中的微粒物质。由此，该微粒物质沉积在单元22b的内表面上，形成了层22c。 对于本实施方式，通过使用下面的公式(l)，从由此获得的差压AP和排气温度T以及排气流速Q，计算由此收集并沉积在主柴油微粒滤清器22的内壁表面上的微粒物质22c的沉积量。 图6示出了图4的副柴油微粒滤清器22A的更详细结构。 参照图6，副排气管线21A中的排气被提供至副柴油微粒滤清器(单元22b)中的气体通道22a，如箭头所示，并且在通过该单元之后，在侧方或后方排出。由此，副柴油微粒滤清器(单元22b)上的加热器22h被驱动线22bl提供的电能所驱动并引起单元22b所收集的微粒物质22c的焚化。此外，膜片压力表22B的输出信号经由信号线22p被提供至控制电路。 利用图5A和5B的副柴油微粒滤清器22A，根据以下形式的公式来计算所述副柴油
微粒滤清器中收集的微粒物质的烟灰负载量 AP二函数(流速，温度，烟灰负载，几何结构) 以下示出了优选实施例(尽管也可以采用其他表达式)，根据该优选实施例来计算所述副柴油微粒滤清器中收集的微粒物质层22c的厚度W[m] <formula>formula see original document page 8</formula>(1)
4 其中，AP表示差压[Pa] ， ii表示动力粘滞系数，Q表示排气的流速，以[m3/h]为单位，a表示单元的边缘长度，P表示排气的比重，Vt，表示滤清器体积，Ws表示壁厚，Kw表示壁气体渗透率，Ks。。t表示所收集的微粒物质层的气体渗透率，W表示所收集的微粒物质层的厚度，F是数值系数(=28.454)， L表示有效滤清器长度，P表示多孔壁的福希海默尔系数，4表示进入和排出滤清器的排气的内部损失系数。 接下来，根据以下公式，获得由副柴油微粒滤清器(单元22b)收集的微粒物质的
质量msoot 、『=——^
2 wa 一
2 其中，m，t表示所收集的微粒物质的质量[g]，而N。dk表示入口侧的单元的孔径数，而P，t表示所收集的微粒物质的密度。 因此，通过用ms。。t除以从副柴油微粒滤清器22A的先前再生测得的时间[h]获得了每单位时间的收集量PM[g/h]。 —旦获得了单位时间内沉积的微粒物质的质量PM[g/h]，就利用穿过副柴油微粒滤清器22A的排气的流速Q2[mVh]如下来获得排气中的微粒物质的浓度，PM。。n。[g/m3]。
PM[g/h] = PMc。nc[g/m3] XQ2[m3/h] (3) 因为排气中的微粒物质的浓度PM。。n。的值与副排气管线21A中的相同并且也与排气管线21中的相同，所以通过每单位时间所沉积的微粒物质的质量PM[g/h]如下来获得流入主柴油微粒滤清器22的微粒物质的量PMenter full filter[g/h]，
PMenter full filter [g/h] = PMcmc [g/m3] X Ql [m3/h] (4) 此外，通过将滤清器的收集效率考虑在内，由此获得沉积在滤清器中的微粒物质的量。在上文中，Q1表示穿过主柴油微粒滤清器(DPF)22的排气的流速。Ql可以通过实际测量获得或从发动机的运转状态估计得出。 图7示出了图4的排气净化装置的主柴油微粒滤清器(DPF) 22两端出现的差压与主柴油微粒滤清器(DPF) 22中的微粒物质的沉积量之间的关系，其中应当注意，实线表示其中主柴油微粒滤清器22中的微粒物质的沉积量是通过利用副柴油微粒滤清器22A和公式(1) (4)而获得的情况。另一方面，虚线表示其中主柴油微粒滤清器(DPF) 22中的微粒物质的沉积量是直接通过主柴油微粒滤清器(DPF) 22两端的差压而获得的情况。
参照图7可以看到，如果在相同的微粒物质沉积量下进行比较，则主柴油微粒滤清器(DPF)两端的差压可能发生变化，由此产生高达±50%的误差。 与此相反，通过获得副柴油微粒滤清器两端的差压AP并利用公式(1) (4)，可以在±10%的误差范围内获得由主柴油微粒滤清器(DPF) 22收集的微粒物质的沉积量。
因此，根据本发明，通过测量小体积副柴油微粒滤清器22A中形成的差压AP，可以准确地估计出图6的排气净化装置中的主柴油微粒滤清器(DPF)中的微粒物质的沉积量，并且通过基于上述结果进行后喷射，可以以最佳定时来进行主柴油微粒滤清器(DPF) 22的再生。因此，避免了不必要的后喷射并提高了车辆的燃料效率。
在图4的结构中，可以使用已知的Vencheri流量计或热线流量计，其中流量计24 可以将副排气管线21A中的排气流速控制为大体恒定(例如，50 6000ml/min范围内)。 因此，避免了排气一侧流过副排气管线21A，并且可以以更高的精度，从通过使用副柴油微 粒滤清器22A而获得的沉积量，获得主柴油微粒滤清器(DPF)22中的微粒物质的沉积量。
这里应当注意，"用于测量所述副柴油微粒滤清器的入口与出口之间的差压的差 压测量部分"不仅包括测量副柴油微粒滤清器22A的入口侧与出口侧之间的差压的差压测 量部分，而且包括仅仅在副柴油微粒滤清器22A的出口侧使用压力表的结构。对于这种结 构，对初始状态的压力值(刚再生之后的状态)进行存储，并通过测量其中在副柴油微粒滤 清器22A中发生微粒材料的沉积的状态下的压力以及从所存储的初压值中减去由此获得 的压力值，来计算差压。 此外，也可以在副柴油微粒滤清器的入口侧和出口侧，或仅仅在出口侧设置流量 计或流速计来测量差压。对于这种结构，通过设置在副柴油微粒滤清器的入口侧和出口侧 的流量计或流速计的读取值来获得差压。另选的是，通过将初始状态(刚再生之后的状态) 的读取值与在副柴油微粒滤清器中引起了微粒物质沉积的状态的读取值进行比较，可以从 副柴油微粒滤清器的出口侧的流量计、流速计等的读取值获得差压。 本发明具有通过使用公式(1) (4)从所获得的副柴油微粒滤清器22A的差压来 获得主柴油微粒滤清器(DPF)22中沉积的微粒物质的量的特征，因此，可以使用包括通常 用于测量差压的那些元件的任意装置来测量副柴油微粒滤清器的差压。
[第二实施方式] 图8示出了根据本发明第二实施方式的使用图4的排气净化装置的排气净化方法 的流程图。 参照图8，在步骤Sl，通过使用流量计24来检测排气流速Q，并通过差压测量部分 22B来检测副柴油微粒滤清器22A两端的差压AP。此外，利用温度测量部分Tl来检测排 气的温度。 接下来，在步骤S2，根据公式(l)，通过步骤Sl中检测到的差压AP获得由副柴油 微粒滤清器22A收集的微粒物质的层厚W。这里应当注意，排气的温度T可以利用主柴油微 粒滤清器(DPF)22的温度测量部分T2来获得，而不是像目前这种情况一样使用副柴油微粒 滤清器22A的温度测量部分Tl。此外，温度T可以通过温度测量部分Tl和T2的温度而求 得(例如，以平均值、最大值、最小值的形式)。从更准确地计算微粒物质的量的观点来讲， 优选使用副柴油微粒滤清器22A的温度测量部分T1。对于温度计而言，可以使用热电偶，同 时它也可以使用任意物件，只要它可以测量温度即可。尽管优选的是测量排气管内的排气 的温度，但是也可以测量滤清器或单元的温度。 此外，在步骤S2，利用先前提及的公式(2)，通过步骤S1检测到的层厚W获得由单 元22b收集的微粒物质的质量ms。。t。 此外，在步骤S3，判断副柴油微粒滤清器22A的副柴油微粒滤清器22A(单元22b) 中沉积的微粒物质层的质量ms。。t是否超过了预定阈值ThO，如果判断结果为否，则处理返回 步骤S1。 如果在步骤S3副柴油微粒滤清器22A的副柴油微粒滤清器22A(单元22b)中沉 积的微粒物质层的质量ms。。t超过了预定阈值ThO，则在步骤S4激活加热器22h，通过燃烧除
10去微粒物质22c 。 同时，在图8的处理中，在步骤S11，通过公式(3)同时使用步骤S2获得的副柴油微粒滤清器22A (单元22b)中所收集的微粒物质的质量ms。。t来获得排气中的微粒物质的浓度PM，并且通过公式(4)和主柴油微粒滤清器(DPF)22的收集效率，来获得主柴油微粒滤清器22中沉积的微粒的沉积量PMenter full filter。 因此，在步骤S12，判断主柴油微粒滤清器(DPF) 22中的微粒物质的沉积量PMmtCT
full filtCT是否超过了预定阈值Thl，如果判断结果为否，则操作返回步骤Sll。 如果在步骤S12判定主柴油微粒滤清器(DPF)22中的微粒物质的沉积量PM^M full
fi^r超过了预定阈值Thl，则在步骤S13中通过控制发动机控制单元(ECU)而进行后喷射，
并且通过燃烧除去主柴油微粒滤清器(DPF)22中沉积的微粒物质。由此，实现了滤清器的再生。 利用图8的处理，可以独立地进行副柴油微粒滤清器22A和主柴油微粒滤清器(DPF) 22的再生，因此，可以始终将构成副柴油微粒滤清器22A的副柴油微粒滤清器22A (单元22b)中的微粒物质22c的沉积量或烟灰层的量保持为0.5g/l或以下的小值。利用这种结构，可以提高使用副柴油微粒滤清器22A的微粒物质传感器的灵敏度。
对于图4的结构(其中阀23插入在副排气管线21A中)，即使独立于主柴油微粒滤清器(DPF)22进行副柴油微粒滤清器22A的再生，也不会导致排气主要流过已经进行了再生的副柴油微粒滤清器的情况，因此在对主柴油微粒滤清器(DPF)22中的微粒物质的沉积量进行估计时不会引起误差。 由此，应当注意，不需要阀门23将副排气管线21A中的排气流速精确地保持在恒定水平，而是只要避免流向副排气管线21A的排气流的极大偏差就足够。
因此，在上述第二实施方式中，测量差压AP、排气温度T以及排气流速Q(步骤Sl)，利用公式(1)和(2)，由上述测量结果获得由副柴油微粒滤清器收集的微粒物质的质量(步骤S2)，利用公式(3)和(4)并且使用主柴油微粒滤清器的收集效率，通过在副柴油微粒滤清器中收集的微粒物质的量，获得由主柴油微粒滤清器收集的微粒物质的量(步骤Sll)。 在图8中，以及在下面要说明的图9中，将主柴油微粒滤清器(DPF) 22指定为DPF，而将副柴油微粒滤清器22A指定为副DPF。此外，将柴油微粒物质的沉积指定为DPM d印o。
另一方面，可以如图9所示来改动获得主柴油微粒滤清器中所收集的微粒物质的量的处理。 因此，在图9中，用于获得由主柴油微粒滤清器收集的微粒物质的量的处理(步骤Sll)是与获得由副柴油微粒滤清器收集的微粒物质的量的处理(步骤S2)并行进行的，同时利用了步骤S1获得的测量结果。
[第三实施方式] 图10是示出根据本发明第三实施方式的使用图4的微粒物质传感器的微粒物质测量方法的流程图，其中与先前描述的部分相对应的部分由相同的标号来表示，并省略其说明。 参照图10，在与上述步骤S1相对应的步骤S21，利用流量计24，或者在某些情况下利用阀23，将副排气管线21A中的流速设为50 6000ml/min的范围内的预定值，并且通过差压测量部分22B检测副柴油微粒滤清器22A两端的差压AP。此外，利用温度测量部分 Tl检测排气的温度。 接下来，在与上述步骤S2相对应的步骤S22，根据公式(l)，通过步骤Sl中检测到 的差压AP获得由副柴油微粒滤清器22A收集的微粒物质的层厚W。这里应当注意，排气的 温度T可以利用主柴油微粒滤清器(DPF) 22的温度测量部分T2来获得，而不是像本例这样 利用副柴油微粒滤清器22A的温度测量部分Tl来获得。此外，温度T可以通过温度测量部 分Tl和T2的温度来求得(例如，以平均值、最大值、最小值的形式)。从更准确地计算微粒 物质的量的观点来讲，优选使用副柴油微粒滤清器22A的温度测量部分Tl。对于该温度测 量部分，可以使用热电偶，也可以使用任意其他物件，只要它可以测量温度即可。尽管优选 地测量排气管内的排气的温度，但是也可以测量滤清器或单元的温度。
此外，在步骤S22，利用先前提及的公式(2)，通过步骤S1中检测到的层厚W获得 由单元22b收集的微粒物质的质量ms。。t。 此外，在图10的处理中，在与上述步骤S11相对应的步骤S31中，通过公式(3)，同 时利用步骤S2中获得的单元22b中收集的微粒物质的质量m，t，获得排气中的微粒物质的 浓度PM，并且通过公式(4)和主柴油微粒滤清器(DPF)22的收集效率获得主柴油微粒滤清 器22中沉积的微粒的沉积量PMenter full filter。 因此，在上述第三实施方式中，测量差压AP、排气温度T以及排气流速Q(步骤 S21)，通过上述测量结果，利用公式(1)和(2)获得由副柴油微粒滤清器收集的微粒物质的 质量(步骤S22)，并且利用公式(3)和(4)以及主柴油微粒滤清器的收集效率，通过副柴油 微粒滤清器中收集的微粒物质的量获得由主柴油微粒滤清器收集的微粒物质的量(步骤 S31)。 在图10中，以及在下面要说明的图13中，将主柴油微粒滤清器(DPF)22指定为 DPF，而将副柴油微粒滤清器22A指定为副DPF。此外，将柴油微粒物质的沉积指定为DPM d印o。 另一方面，可以如图11所示来改动获得主柴油微粒滤清器中所收集的微粒物质 的量的处理。
因此，在图11中，用于获得由主柴油微粒滤清器收集的微粒物质的量的处理(步 骤S31)是与获得由副柴油微粒滤清器收集的微粒物质的量的处理(步骤S22)并行进行 的，同时利用了步骤S21获得的测量结果。
[第四实施方式] 图12示出了根据本发明第四实施方式的微粒物质传感器的构成，其中与先前描
述的部分相对应的那些部分用相同的附图标记来表示，并且省略其描述。 对于图12的实施方式，还在微粒物质检测传感器的壳体外设置了热敏电阻22TH
作为温度测量部分，其中通过控制电路经由信号线22th来读取热敏电阻22TH的电阻值。 利用图12的实施方式，热敏电阻22TH被集成到微粒传感器的壳体中，结果，可以
以紧凑的尺寸来构成微粒物质传感器，适于设置在柴油机的任意希望位置。[第五实施例] 图13示出了根据本发明第五实施方式的微粒物质传感器的构成，其中与先前描 述的部分相对应的那些部分用相同的附图标记来表示，并且省略其描述。
12
对于图13的实施方式，在微粒物质传感器的壳体内设置了差压文氏管的流量计
24A作为流量计24，其中流量计24A的输出经由信号线24a被发送到控制电路。 因此，利用图13的实施方式，可以通过差压文氏管的流量计24A来读取流过单元
22b的排气的流速。因为流量计24A被集成到微粒传感器的壳体中，所以微粒物质传感器构
成为紧凑的尺寸，可以将微粒物质传感器设置在柴油机的任意希望位置。 图14示出了图13的微粒传感器的变型。 参照图14，本实施方式提供了 一种简单的热线流量计24B来代替图13的差压文氏 管的流量计24A，通过控制电路经由信号线24b来读取流过单元22b的排气的流速。
此外，尽管到此为止对于使用SiC的蜂巢(honeycomb)部件作为主柴油微粒滤 清器(DPF)22和副柴油微粒滤清器22A的情况进行了说明，但是本发明绝不限于这种特 定的滤清器部件，还可以使用包含60%或更多碳化硅的复合材料，如碳化硅和金属的复合 物(本发明在碳化硅中也包括这种复合物)，诸如氮化铝、氮化硅、氮化硼、氮化钨等的氮化 物，诸如碳化锆、碳化钛、碳化钽、碳化钨等的碳化物，诸如氧化铝、氧化锆、堇青石、富铝红 柱石、硅石、钛酸铝的氧化物或诸如不锈钢的金属多孔体。此外，除蜂窝状结构之外可以使 用诸如褶皱的结构体或元件板。 本发明的排气净化装置尺寸紧凑，不仅适用于诸如卡车的大型车辆或工业机器， 而且适用于旅行客车。
权利要求
一种用于检测发动机的排气管线中的排气中的微粒物质的浓度的方法，该方法包括测量设置在连接到所述排气管线的副排气管线中的微粒物质检测滤清器的入口与出口之间的差压；以及基于所述差压的测量值检测所述排气管线中的所述排气中的所述微粒物质的浓度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述方法基于差压的所述测量值获得由所述微粒 物质检测滤清器收集的所述微粒物质的质量，以及基于所述微粒物质的所述质量和通过所 述微粒物质检测滤清器的所述排气的流速检测所述排气管线中的所述微粒物质的所述浓度。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述微粒物质检测滤清器包括多孔陶瓷。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述方法驱动设置于所述微粒物质检测滤清器的 加热器。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中驱动设置于所述微粒物质检测滤清器的所述加热 器，使得由所述微粒物质检测滤清器收集的所述微粒物质的量等于或小于0. 5g/L。
全文摘要
本发明提供了一种微粒物质传感器，该微粒物质传感器包括微粒物质检测滤清器，其烟灰存储容量小于柴油微粒滤清器的烟灰存储容量；以及差压测量部分，用于测量所述微粒物质检测滤清器的入口与出口之间的差压。
文档编号F01N3/027GK101793666SQ20101013448
公开日2010年8月4日 申请日期2007年9月27日 优先权日2006年10月17日
发明者阿萨纳西奥斯·G·坎斯坦多普罗斯 申请人:揖斐电株式会社;阿萨纳西奥斯·G·坎斯坦多普罗斯