包括自愈合陶瓷材料的排气系统部件以及具备该部件的内燃机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于内燃机的排气系统部件，以及具备该部件的内燃机。更具体地，本发明涉及在用于内燃机的排气系统中使用的氧传感器和电加热催化剂，以及具备该部件的内燃机。
【背景技术】
[0002]近年来，正在开发具有自愈合能力以自发地修复在使用期间产生的损伤的材料。这样的材料呈现出显著高的机械可靠性和长的使用寿命，并且由此，有希望作为下一代的结构材料和机械材料。
[0003]自愈合功能是由化学反应产生的现象，并且自愈合材料是如下形式的复合材料，其中在母材中内包用于通过化学反应来实现愈合的反应物(本文中，有时称作“愈合呈现材料(healing-developing material)，，)。
[0004]具体而言，已经提出了利用愈合呈现材料的高温氧化的自愈合陶瓷材料(专利文献I至3)。特别地，作为这样的自愈合陶瓷材料，已经提出了一种粒子分散型自愈合陶瓷材料，其中将可氧化的愈合呈现材料(例如碳化硅)的粒子在陶瓷母材中分散并复合。在陶瓷母材中产生裂纹时，愈合呈现材料被氧化并且膨胀以填充该裂纹，由此实现自愈合(专利文献3)。
[0005]该自愈合陶瓷材料能够克服陶瓷材料的主要问题，S卩:尽管高耐热性但韧性低并且由此易于开裂的问题。出于这个原因，考虑在要求耐热性和机械强度两者的应用中采用自愈合陶瓷材料，例如，在诸如燃气轮机构件、喷气式发动机构件、汽车发动机构件和陶瓷弹簧构件的应用中(专利文献I)。
[0006]予以说明，在内燃机例如汽车发动机中，在多个部位使用陶瓷部件，并且许多陶瓷部件不仅用于如上所述的要求耐热性和机械强度两者的发动机构件，还用于来自该内燃机的排气流路。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:JP2012-148963
[0010]专利文献2:JP-H10-291853
[0011]专利文献3:JP2009-67659
【发明内容】
[0012]发明所要解决的课题
[0013]本发明的一个目的在于，提供一种用于配置在来自内燃机的排气流路中的具有优异性能的排气系统部件，并且特别地提供一种具有延长的使用寿命的排气系统部件。
[0014]用于解决课题的手段
[0015]作为深入研究的结果，本发明人已得到了以下所述的本发明。
[0016]〈1>用于内燃机的排气系统部件，其包括:
[0017]自愈合陶瓷材料，和
[0018]用于加热上述自愈合陶瓷材料的电加热器。
[0019]〈2>根据上述条目〈1>所述的排气系统部件，其中，进行电流流动和/或气体扩散通过上述自愈合陶瓷材料。
[0020]〈3>根据上述条目〈2>所述的排气系统部件，其是具有以下构成的氧传感器:
[0021](a)氧传导性的固体电解质层，
[0022](b)基准侧电极层，其设置在上述固体电解质层的基准侧表面上，
[0023](C)排气侧电极层，其设置在上述固体电解质层的排气侧表面上，
[0024](d)扩散层和/或捕集层，其设置在上述排气侧电极层上以允许排气的扩散和流动，并且由上述自愈合陶瓷材料构成，和
[0025](e)上述电加热器，其设置在上述固体电解质层的基准侧。
[0026]〈4>根据上述条目〈3>所述的排气系统部件，其中，通过上述电加热器将由上述自愈合陶瓷材料构成的上述扩散层和/或捕集层加热至550°C以上的温度。
[0027]〈5>根据上述条目〈3>或〈4>所述的排气系统部件，其中:
[0028]上述氧传感器是具有筒状的上述固体电解质层的杯型(cup-type)氧传感器，并且
[0029]由上述自愈合陶瓷材料构成的上述扩散层和/或捕集层设置在上述排气侧电极层的至少排气流上游侧。
[0030]〈6>根据上述条目〈3>至〈5>任一项所述的排气系统部件，其中:
[0031]上述氧传感器是具有筒状的上述固体电解质层的杯型氧传感器，并且
[0032]上述电加热器在上述筒状的固体电解质层的内侧偏心地设置于上述排气流上游侧。
[0033]〈7>根据上述条目〈2>所述的排气系统部件，其是具有以下构成的电加热催化剂:
[0034](a)导电性的催化剂载持基材，其具有由上述自愈合陶瓷材料构成的粘结材料以及通过上述粘结材料相互粘结的导电性粒子，和
[0035](b)上述电加热器，其是放入与上述催化剂载持基材接触以使电流流经上述催化剂载持基材的电极。
[0036]〈8>根据上述条目〈7>所述的排气系统部件，其中，上述催化剂载持基材是蜂窝状基材。
[0037]〈9>根据上述〈7>或〈8>所述的排气系统部件，其中，
[0038]上述自愈合陶瓷材料具有陶瓷母材，和具有Ιμπι(微米)以下的粒径并分散在上述陶瓷材料中的金属和/或半金属的碳化物的微粒，并且
[0039]上述导电性粒子具有5μπι以上的粒径。
[0040]〈10>根据上述条目〈7>至〈9>任一所述的排气系统部件，其中，上述导电性粒子是碳化娃粒子。
[0041]〈11>根据上述条目〈1>至〈10>任一所述的排气系统部件，其中，上述自愈合陶瓷材料具有陶瓷母材和分散在上述陶瓷母材中的金属和/或半金属的碳化物的微粒。
[0042]〈12>根据上述条目〈11>所述的排气系统部件，其中，上述陶瓷母材选自氧化铝、莫来石、氧化钛、氧化锆、氮化硅、碳化硅、氮化铝及其组合。
[0043]〈13>根据上述条目〈I 1>或〈12>所述的排气系统部件，其中，上述金属或半金属的碳化物的微粒是选自碳化钛、碳化硅、碳化钒、碳化铌、碳化硼、碳化钽、碳化钨、碳化铪、碳化铬、碳化锆及其组合的粒子。
[0044]〈14>根据上述条目〈11>至〈13>任一项所述的排气系统部件，其中，基于上述陶瓷母材，以I至50质量％的比例包含上述金属或半金属的碳化物的微粒。
[0045]〈15>内燃机，其具有根据上述条目〈1>至〈14>任一项所述的排气系统部件和燃烧室。
[0046]〈16>用于控制根据上述〈15>所述的内燃机的方法，其包括:在上述燃烧室中不进行燃烧时，通过上述电加热器加热上述自愈合陶瓷材料。
[0047]〈17>根据上述条目〈15>所述的方法，其中:
[0048]上述内燃机还具有电动机，并且
[0049]当上述电动机工作并且在上述燃烧室中不进行燃烧时，通过上述电加热器加热上述自愈合陶瓷材料。
[0050]〈18>使用根据上述条目〈1>至〈14>任一项所述的排气系统部件的方法，其包括:对上述自愈合陶瓷材料通电以评估上述自愈合陶瓷材料的导电性。
[0051]〈19>使用根据上述条目〈1>至〈14>任一项所述的排气系统部件的方法，其包括:通过上述电加热器将上述自愈合陶瓷材料加热至550°C以上的温度。
[0052]发明效果
[0053]用于配置在来自内燃机的排气流路中的本发明的排气系统部件可具有优异的性能，特别是延长的使用寿命。
【附图说明】
[0054]图1是示出本发明的杯型氧传感器的一个实施方案的剖视图。
[0055]图2是图1的杯型氧传感器的检测元件(和图3的平面氧传感器的检测元件)的部分放大的剖视图。
[0056]图3是示出本发明的平面氧传感器的一个实施方案的剖视图。
[0057]图4是示意性地示出本发明的氧传感器