专利名称：颗粒物数量检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在安装在车辆中的内燃机的排气道中用于检测存在于废气中的颗粒物(PM)的数量的技术。
背景技术：
通常，使用这样的方法检测废气中的颗粒物(PM)的数量，所述方法为使用包括氧化催化剂的传感器、加热氧化催化剂的加热器和检测氧化催化剂的温度的温度传感器(例如，参见日本专利申请公报 No. 2008-261322 (JP-A-2008-261322))。 上述引证的参考文献将在被氧化催化剂收集或沉积在氧化催化剂上的颗粒物的氧化期间所产生的热量作为参数。相关技术旨在确定被氧化催化剂收集或沉积在氧化催化剂上的颗粒物的数量。然而，废气净化的最新进展已经发展到减小从内燃机排放的颗粒物的直径。具体地，当检测装置布置在排气道中并且位于颗粒过滤器下游时，从颗粒物中泄漏的颗粒物的直径将减小。因此，氧化催化剂不能捕获废气中的所有颗粒物。在这种情况下，废气中的颗粒物的数量与被氧化催化剂所收集的颗粒物的数量相互不紧密关联。因此，降低了检测颗粒物的数量的准确度。
发明内容
本发明提供了一种技术，所述技术能够更加准确地检测存在于内燃机的废气中的颗粒物的数量。在本发明中，多孔结构布置在内燃机的排气道中，所述多孔结构包括沿着废气流动方向布置的一对电极和插置在电极之间的固体电解质，并且根据电极之间所产生的电势差来确定废气中的颗粒物的数量。根据本发明的一方面的颗粒物数量检测系统包括多孔的第一电极，所述第一电极设置在内燃机的排气道中；多孔的第二电极，所述第二电极布置在排气道中并且位于第一电极下游；多孔固体电解质，所述多孔固体电解质插置在第一电极和第二电极之间；测量部分，所述测量部分测量第一电极和第二电极之间的电势差；以及确定部分，所述确定部分根据测量得到的电势差来确定废气中颗粒物的数量。本结构的孔隙收集存在于废气中的颗粒物。在这种情况下，存在于废气中的颗粒物被本结构的相对于废气流动方向的上游区域所收集(第一电极和固体电解质)。因此，第一电极的至少一部分被颗粒物所覆盖。结果，在第一电极和第二电极之间产生氧分压的差。上述氧分压的差随着覆盖第一电极的颗粒物的数量的增加而增大(由于第一电极的没有被颗粒物覆盖的区域的面积减小)。在这种情况下，当在第一电极和第二电极之间产生氧分压差时，发生对应于氧分压差的极化。由此，在第一电极和第二电极之间产生电势差。因此，通过测量电极之间的电势差能够计算出被本结构所收集的颗粒物的数量。应当注意的是，由于根据本发明的上述方面的结构由多孔固体电解质和多孔电极所形成，所以本结构也收集废气中的小直径颗粒物。结果，存在于废气中的颗粒物的数量与被本结构所收集的颗粒物的数量相互紧密关联。因此，随着存在于废气中的颗粒物的数量增多，被本结构所收集的颗粒物的数量也增多。换言之，存在于废气中的颗粒物的数量增多，电极之间的氧分压差(电势差)增大。在这种情况下,事先通过利用实验等的调配操作(adaptation operation),获得电极之间的电势差和废气中的颗粒物的数量之间的关系(例如，用于将电势差转化为颗粒物数量的函数表达式、示出了电势差的绝对值和颗粒 物数量的绝对值之间的关系的图表，等)，由此通过电极之间的电势差来确定废气中的颗粒物的数量。相应地，根据本发明的上述方面的颗粒物数量检测系统使得能够更加准确地确定存在于废气中的颗粒物的数量。应当注意的是，当固体电解质的温度等于或高于活化温度时，固体电解质作为电解质的功能被激活。因此，在内燃机冷起动之后的短时间内或者在持续一种废气温度较低(例如，减速运转状态，空转运转状态，等)的运转状态之后的短时间内，固体电解质的温度可能变得低于活化温度。因此，根据本发明的上述方面的颗粒物数量检测系统可以装配有温度调节部分，所述温度调节部分保持固体电解质的温度等于或高于活化温度。同时，当被本结构所收集的颗粒物的数量增加时，第一电极的无遮蔽区域(没有被颗粒物所覆盖或能够与废气相接触)的面积减小，并且在第一电极中以及周围的氧分压相应地下降。然而，当所收集的颗粒物的数量超过某一定量时，氧分压不再下降。结果，在被本结构所收集的颗粒物的数量超过某一定量时(例如，在第一电极的全部区域都被颗粒物覆盖时所收集的颗粒物的数量)，电极之间的电势差和被本结构所收集的颗粒物的数量相互不关联。因此，需要保持被本结构所收集的颗粒物的数量小于某一定量。根据这个观点，根据本发明的上述方面的颗粒物数量检测系统可以装配有温度调节部分，所述温度调节部分在被本结构所收集的颗粒物的数量达到上限数量时升高第一电极的温度。这里所提及的上限数量是通过从上述定量中减去预定余量所得到的数量。应当注意的是，根据本结构的形状和尺寸、内燃机的规格等，上述定量会有所不同，因此需要事先通过实验计算出所述定量。一旦被本结构所收集的颗粒物的数量达到上限数量，第一电极的温度就被升高，由此氧化且移走被第一电极和固体电解质所收集的颗粒物。结果，能够保持被本结构所收集的颗粒物的数量等于或小于该定量。作为确定被本结构所收集的颗粒物的数量是否已经达到上限数量的方法，能够利用确定电极之间的电势差是否已经达到上限的方法。所述上限是这样的数值，所述数值等于在所收集的颗粒物的数量达到上限数量时的电势差。作为确定被本结构所收集的颗粒物的数量是否已经达到上限数量的另一种方法，能够使用这样的方法，所述方法为根据内燃机的运转状态(燃料喷射量、进气量、废气再循环气量等)估计存在于废气中的颗粒物的数量，以及确定废气中的颗粒物的估计数量是否等于或超过上限数量。应当注意的是，作为本发明的一方面，在本结构布置在排气道中并且位于颗粒过滤器的下游的构造中，能够应用这样的方法，所述方法为根据内燃机的运转状态和颗粒物的状态(横过颗粒过滤器的压力差和所述颗粒过滤器的温度)估计从颗粒过滤器中流出的颗粒物的数量，并且确定所述数量的估计值是否等于或大于上限数量。然而，如果本结构的温度(尤其是第一电极周围的温度)变高，每单位时间氧化的颗粒物的数量可以变得远大于每单位时间收集的颗粒物的数量。在这种情况下，一部分颗粒物被氧化而没有被本结构收集。从而，废气中的颗粒物的数量和电极之间的电势差不再相互紧密关联。因此，需要调节本结构的温度，使得氧化的颗粒物的数量不超过收集的颗粒物的数量。根据这个观点，当每单位时间氧化的颗粒物的数量变得大于每单位时间收集的颗粒物的数量时(或者当预计每单位时间氧化的颗粒物的数量变得大于每单位时间收集的颗粒物的数量时)，根据本发明的上述方面的温度调节部分可以降低第一电极的温度。在这种情况下，每单位时间氧化的颗粒物的数量较小。因此，能够避免发生氧化的颗粒物的数量变得大于收集的颗粒物的数量的状况。 作为确定氧化的颗粒物的数量是否大于收集的颗粒物的数量的方法，能够使用确定电极之间的电势差是否已经降低到下限的方法。所述下限是通过给在氧化的颗粒物的数量大于收集的颗粒物的数量时的电势差增加预定余量所得到的数值。此外，所述下限可以是通过给颗粒物的数量加上预定余量而获得的值，其中，所述颗粒物的数量是在内燃机的所有运转状态中排放的颗粒物数量最少的运转状态中所排放的颗粒物的数量，或者是当流出颗粒过滤器的颗粒物的数量最少时的颗粒物的数量。作为确定氧化的颗粒物的数量是否大于收集的颗粒物的数量的另一种方法，能够使用这样的方法，所述方法为根据内燃机的运转状态和颗粒物的状态估计存在于废气中的颗粒物的数量，并且确定所述数量的估计值和颗粒物的通过确定部分确定的数量(确定值)之间的差(通过从估计值中减去确定值所得到的值)是否大于允许值。应当注意的是，允许值是通过向包括在上述估计值中的误差增加预定余量而得到的数值。当调节本结构的温度使得电极之间的电势差被限制在如上所述的上限和下限之间的范围内时，能够实时连续地检测废气中的颗粒物的数量。应当注意的是，电极之间电势差的大小可以根据第一电极所处的压力和第二电极所处的压力之间的差的大小进行变化。因此，适当的是，确定由电极之间的压力差所产生的电势差，并且利用所确定的电势差校正由测量部分测量得到的测量值。在这种情况下，可以事先通过实验获得上述压力差的大小与由压力差所产生的电势差的大小之间的关系。当利用电极之间的压力差这样校正测量部分的测量值时，能够更加准确地计算废气中的颗粒物的数量。此外，电极之间的电势差的大小可以根据第一电极所处的气体的空燃比和第二电极所处的气体的空燃比之间的差大小进行变化。因此，也适当的是，确定由空燃比之间的上述差所产生的电势差，并且利用所确定的电势差校正测量部分的测量值。在这种情况下，可以事先通过实验得到空燃比的上述差和由空燃比之间的差所产生的电势差之间的关系。当利用电极之间的空燃比差这样校正测量部分的测量值时，能够更加准确地计算废气中的颗粒物的数量。应当注意的是，可以实施基于电极之间的压力差的校正处理和基于电极之间的空燃比差的校正处理中的仅一个校正处理，或者可以实施上述两个校正处理。在实施两个校正处理的情况下，能够进一步提高检测颗粒物数量的准确性。根据本发明的上述方面，能够更加准确地检测内燃机的废气中存在的颗粒物的数
量
在参照附图对本发明的示例性实施例进行的以下详细描述中，将描述本发明的特征、优势、以及在技术和工业上的意义，在这些附图中相同的附图标记指示相同的元件，并且其中图I示出了应用了本发明的内燃机的整体构造和所述内燃机的排气系统；图2是根据本发明的第一实施例的测量单元的整体构造的纵向剖视图；图3是根据本发明的第一实施例的测量单元的整体构造的横向剖视图；图4示出了测量单元的替代性布置方案；图5是根据本发明的第二实施例的测量单元的构造的纵向剖视图；图6是压力差和电势差偏移量之间的关系的图表；图7是根据本发明的第三实施例的测量单元的构造的纵向剖视图；图8是描绘空燃比的商和校正系数之间的关系的图表。
具体实施例方式以下参照附图描述本发明的具体实施例。除非另有说明，在本发明的这些实施例中所提及的部件的尺寸、材料、形状、相关的布置方式等并不旨在限制本发明的技术范围。
将参照图I到图4描述本发明的第一实施例。图I示出了应用了本发明的内燃机的整体构造和所述内燃机的排气系统。图I中示出的内燃机I可以是压缩点火内燃机(柴油发动机)或火花点火发动机(汽油发动机)。排气管2连接到内燃机I。包含氧化催化剂和颗粒过滤器的废气净化装置3布置在排气管2的中间位置。测量单元4设置在排气管2中并且位于废气净化装置3下游，所述测量单元4测量与存在于废气中的颗粒物的数量相关的物理量。现在将根据图2和图3描述测量单元4的构造。图2示出了排气管2的平行于所述排气管2的轴向方向切割得到的横截面(纵向截面)。图3示出了排气管2的垂直于所述排气管2的轴向方向切割得到的横截面(横向截面)。测量单元4设置有这样的结构，所述结构包括一对电极41和42和圆筒形的固体电解质40，所述一对电极41和42分别设置在固体电解质40的每个端面上。固体电解质40是具有氧离子电导率的多孔固体电解质，并且所述固体电解质40可以由多孔稳定氧化锆等形成。电极41和42是多孔电导体，所述多孔电导体形成为膜状，并且所述电极41和42由例如多孔金属形成。加热器衬底44层压在固体电解质40上，所述加热器衬底44包括热发生器，所述热发生器在通电时产生热量。加热器衬底44可以布置并且构造成使得能够加热包括固体电解质40以及电极41和42的所述结构的全部区域，或者所述加热器衬底44可以布置并且构造成使得一对电极41和42中的一个(S卩，电极41)和固体电解质40能够优先被加热。
上述结构可以恰当地插入在管状管道45中，所述管状管道45的两个端部形成为漏斗状。从排气管2的内壁面突出的支柱400支撑管道45，使得所述管道45与排气管2共轴。在这种情况下，如图2所示，管道45布置成使得所述结构的电极中的一个41 (此后简称为“第一电极41”)沿着废气流动方向定位在上游侧(图2中的左侧)，而另一个电极42(此后简称为“第二电极42”)沿着废气流动方向定位在下游侧(图2中的右侧)。根据图2所示的布置方式，流入到管道45中的废气按所说明的顺序流动通过第一电极41、固体电解质40、和第二电极42。因此，第一电极41和固体电解质40收集存在于废气中的颗粒物。当第一电极41收集颗粒物时，第一电极41的至少一部分被颗粒物所覆盖。结果，第一电极41周围的氧分压变得低于第二电极42周围的氧分压。即，在第一电极41和第二电极42之间产生氧分压的差。当在第一电极41和第二电极42之间产生氧分压差时，发生对应于氧分压差的极化。因此，在第一电极41和第二电极42之间产生电势差。在这种情况下，随着被第一电极41收集或者沉积在所述第一电极41上的颗粒物的数量增多，电势差增大。第一电极41和固体电解质40由多孔材料形成。从而，能够基本全部收集存在于废气中的颗粒物。因此，电势差的大小与存在于废气中的颗粒物的数量密切相关。因此，根据本发明的这个实施例的颗粒物数量检测系统包括电压计43，所述电压计43电连到第一电极41和第二电极42;以及电子控制单元(ECU) 5，所述电子控制单元5将电压计43的读数转换为颗粒物的数量。电子控制单元5是包括中央处理器(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、备份随机存取存储器等的电子控制单元。应当注意的是，电子控制单元5也可以作为用于控制内燃机I的运转状态的电子控制单元或者可以与用于控制内燃机I的运转状态的电子控制单元分离地提供。电压计43的测量值和颗粒物数量之间的关系(例如，用于使用电压计读数计算颗粒物数量的方程、指示电压计读数的绝对值和颗粒物数量的绝对值之间关系的图表，等)存储在电子控制单元5的只读存储器中。事先通过实验等确定电压计43的读数和颗粒物数量之间的关系。使用上述方程或图表，电子控制单元5将电压计43的读数转换为颗粒物数量。经由通过电子控制单元5将电压计43的读数转换为颗粒物数量来实现根据本发明的这个实施例的确定部分。结果，能够准确地计算废气中的颗粒物的数量。同时，固体电解质40具有适当的活化温度。即，在固体电解质40的温度等于或超过活化温度时，激活固体电解质40作为电解质的功能(氧离子电导率)。因此，需要保持固体电解质40的温度等于或者高于活化温度。因而，当固体电解质40的温度下降到下限(通过给活化温度加上余量而获得的温度)时，电子控制单元5使加热器衬底44通电(或者提高加热器衬底44的供电量)。当加热器衬底44被这样控制时，固体电解质40的温度保持在活化温度或者高于活化温度。作为确定固体电解质40的温度是否已经下降到下限的方法，能够使用这样的方 法，所述方法为确定温度传感器的测量值是否等于或低于下限，其中所述温度传感器安装成测量固体电解质40的温度。作为确定固体电解质40的温度是否已经下降到下限的另一个方法，能够使用这样的方法，所述方法为确定温度传感器的测量值是否等于或低于下限，其中所述温度传感器安装成测量流入到所述结构中的废气的温度或从所述结构流出的废气的温度。
应当注意的是，当固体电解质40的温度下降到活化温度以下时，第一电极41和第二电极42之间的电势差变得近似等于零。因此，电子控制单元5确定当电压计43的读数是零或者接近于零时，固体电解质40的温度低于活化温度。根据这种方法，不必提供温度传感器。从而，也可以提高车辆的可安装性以及削减制造成本。此外，当被第一电极41和固体电解质40所收集或者沉积在所述第一电极41和所述固体电解质40上的颗粒物的数量(此后，简称为“颗粒物的收集数量”)超过某一定量时，第一电极41完全被颗粒物所覆盖。结果，一旦所收集的颗粒物的数量超过所述定量时，即使当所收集的颗粒物的数量进一步增多时，第一电极41的电势也很难再发生改变。即，在所收集的颗粒物的数量超过所述定量时，电压计43的读数不再与所收集的颗粒物的数量密切相关。此外，当所收集的颗粒物的数量超过所述定量时，可能会发生结构堵塞，所述堵塞导致压力损失(背压)的增大。因此，有必要保持所收集的颗粒物的数量低于所述定量。因而，当所收集的颗粒物的数量达到上限数量时，电子控制单元5使加热器衬底44通电(或者增加加热器衬底44的通电量)，以便氧化且去除被第一电极41和固体电解质40收集或沉积在所述第一电极41和所述固体电解质40上的颗粒物。这里所提及的“上限量”是通过从所述定量中减去预定余量而得到的数量。当加热器衬底44被这样控制时，保持所收集的颗粒物的数量低于所述定量。确定电压计43的读数是否已经达到最大阈值的方法可以用于确定所收集的颗粒物的数量是否已经达到上限数量。对于电压计来说，上限数量是在所收集的颗粒物的数量已经达到上限量时第一电极41和第二电极42之间的电势差。替代地，可以通过根据内燃机I的运转状态(燃料喷射量、进气量、废气再循环(EGR)的气量，等)和颗粒过滤器的状况(横过颗粒过滤器的压力差和所述颗粒过滤器的温度)估计流入到所述结构中的颗粒物的数量，然后确定估计值是否等于或超过上限数量，由此确定所收集的颗粒物的数量是否已经达到上限数量。应当注意的是，在所收集的颗粒物的数量达到阈值量之后，电压计43的读数不发生变化。因而，当电压计43的读数的变化量等于或低于变化的阈值量时，电子控制单元5也可以确定所收集的颗粒物的数量已经达到阈值量。然而，当所述结构的温度(尤其是第一电极41和固体电解质40的温度)变高时，相对于每单位时间所收集的颗粒物的数量，每单位时间所氧化的颗粒物的数量可以更大。换言之，相对于每单位时间流入到本结构中的颗粒物的数量，每单位时间所氧化的颗粒物的数量可以更大。在这种情况下，一部分颗粒物被氧化而没有被本结构收集。因此，电压计43的测量值和废气中的颗粒物的数量可能不相互密切关联。因此，有必要保持颗粒物的氧化速率低于颗粒物的收集速率。因而，当每单位时间所氧化的颗粒物的数量变得大于每单位时间所收集的颗粒物的数量时，电子控制单元5停止加热器衬底44 (或者减少加热器衬底44的通电量)，以便降低本结构的温度。当这样控制加热器衬底44时，能够避免发生每单位时间所氧化的颗粒物的数量变得大于每单位时间所收集的颗粒物的数量的状况。作为确定每单位时间所氧化的颗粒物的数量是否大于每单位时间所收集的颗粒物的数量的方法，能够利用这样的方法，所述方法为确定电压计43的测量值是否已经降低、到下限。通过给第一电极41和第二电极42之间在所氧化的颗粒物的数量超过所收集的颗粒物的数量时的电势差加上余量而得到所述“下限”。确定每单位时间所氧化的颗粒物的数量是否大于每单位时间所收集的颗粒物的数量的另一种方法是，根据内燃机I的运转状态和颗粒物的状态估计流入到本结构中的颗粒物的数量，并且比较颗粒物的估计数量与通过电压计43的测量值所确定的颗粒物的数量(确定值)。如果颗粒物氧化速率超过颗粒物收集速率，那么确定值将变得小于流入到本结构中的颗粒物的数量。因而，当流入到本结构中的颗粒物的估计数量和所述确定值之间的差值超过允许值(通过从估计值中减去给定值而得到的数值)时，能够确定的是，每单位时间氧化颗粒物的速率超过每单位时间收集颗粒物的速率。电子控制单元5如以上描述那样控制加热器衬底44，并且由此实现根据本发明的温度调节部分。结果，能够实时检测存在于废气中的颗粒物的数量。因此，根据本发明的这 个实施例的颗粒物数量检测系统能够实时地准确地检测存在于废气中的颗粒物的数量。尽管在上述实施例的构造中，包括电极41和42以及固体电解质40的结构设置在管道45中，但是替代地，本结构可以直接定位在排气管2中。然而，假如本结构直接设置在排气管2中，那么由于废气的流动速率的波动(废气的流动速度)、废气的脉动等，检测准确性可能会降低。因此，如图4所示，也适当的是，给排气管2配备旁通管20，所述旁通管20是排气管2的旁路部分，并且将本结构布置在旁通管20中。当将本结构这样布置在旁通管20中时，可以在不增加排气管2中的背压的前提下检测颗粒物的数量。在这种情况下，适当的是提供泵，所述泵将排气管2中的废气抽入到旁通管20中，以便稳定旁通管20中的废气的流动速率。接下来，将根据图5和图6描述本发明的第二实施例。现在将描述与本发明的第一实施例在构造上的不同之处，将不描述构造的基本保持相同的部分。本发明的这个实施例与本发明的第一实施例的不同之处在于，根据第一电极41周围的压力和第二电极42周围的压力之间的差校正电压计43的读数。第一电极41和第二电极42之间的电势差根据第一电极41所处的压力和第二电极42所处的压力之间的差的大小进行变化。例如，当第一电极41周围的压力高于第二电极42周围的压力时，第一电极41和第二电极42之间的电势差减小。因而，当第一电极41周围的压力高于第二电极42周围的压力时，对于给定的氧分压的差，通过电压计43所测量得到的电势差将低于所预期的电势差。因而，根据本发明的这个实施例的颗粒物数量检测系统确定由于上述压力差产生的电势差的偏移量(此后，称为“电势差偏移量”)，并且利用确定的电势差偏移量校正由电压计43测量得到的电势差。图5是示出了根据本发明的这个实施例的测量单元4的构造的纵向的剖视图。如图5所示，测量单元4的管道45配备有压差传感器46，所述压差传感器46测量在固体电解质40的上游位置处的管道45中的压力与在固体电解质40的下游位置处的管道45中的压力之间的压力差(通过上游侧的压力减去下游侧的压力而获得所述压力差)AP。将压差传感器46测量得到的测量值(压力差)AP输入到电子控制单元5中。应当注意的是，管道45也可以配备有代替压差传感器46的两个压力传感器，以便计算这些压力传感器的测量值之间的差值。基于压差传感器46的测量值(压力差)AP，电子控制单元5确定电势差偏移量A V，并且将所确定的电势差偏移量Av加到电压计43的测量值V上(V+Av)。在这种情况下，使用如图6所示的图表，电子控制单元5确定电势差偏移量A V。图6是示意性示出了描绘了电势差偏移量Av与压力差AP之间的关系的图表的视图。在图6中，压力差AP较高时的电势差偏移量Av高于压力差AP较低时的电势差偏移量A V。 如上所述，这是因为压力差AP较高时第一电极41和第二电极42之间的电势差小于压力差AP较低时第一电极41和第二电极42之间的电势差。当根据这种方法校正电压计43的测量值V时，即使在第一电极41和第二电极42之间产生压力差的情况下，也能够准确地计算对应于氧分压差的电势差。接下来，将基于图7和图8描述本发明的第三实施例。将仅描述与本发明的上述第一实施例的那些构造细节不同的构造细节，并且将不描述与本发明的上述第一实施例的那些构造细节相似的构造细节。本发明的这个实施例与本发明的第一实施例的不同之处在于，根据第一电极41周围的空燃比和第二电极42周围的空燃比之间的差校正电压计43的读数。第一电极41和第二电极42之间的电势差可以根据第一电极41所处的环境的空燃比和第二电极42所处的环境的空燃比之间的差大小进行变化。例如，当第一电极41周围的空燃比高于第二电极42周围的空燃比时，第一电极41周围的氧分压较高，并且因此，第一电极41和第二电极42之间的电势差较小。因此，当第一电极41周围的空燃比高于第二电极42周围的空燃比时，对于给定的氧分压差，电压计43的测量值小于所预期的电势差。相比而言，当第一电极41周围的空燃比低于第二电极42周围的空燃比时，第一电极41周围的氧分压较低，并且因此，第一电极41和第二电极42之间的电势差较大。因而，当第一电极41周围的空燃比低于第二电极42周围的空燃比时，对于给定的氧分压差，电压计43的测量值大于所预期的电势差。因此，根据本发明的这个实施例的颗粒物数量检测系统确定用于由空燃比差所产生的电势差的校正系数，并且利用确定的校正系数校正了电压计43的测量值。图7是示出了根据本发明的这个实施例的测量单元4的构造的纵向剖视图。如图7所示，测量单元4的管道45配备有第一空燃比传感器47，所述第一空燃比传感器47测量位于固体电解质40的上游位置处的管道45中的空燃比；和第二空燃比传感器48，所述第二空燃比传感器48测量位于固体电解质40的下游位置处的管道45中的空燃比。将通过第一空燃比传感器47和第二空燃比传感器48所检测得到的空燃比输入到电子控制单元5。基于由第一空燃比传感器47所测量的上游空燃比afl与由第二空燃比传感器48所测量的下游空燃比af2的比率(af l/af2)，电子控制单元5确定校正系数a，并且将电压计43的测量值V乘以所确定的校正系数a (V* a )。在这种情况下，电子控制单元5使用如图8所示的图表确定校正系数a。图8是示意性示出了描绘了空燃比(afl/af2)之间的上述比率与校正系数a之间的关系。在图8中，比率(afl/af2)较大时的校正系数大于比率(afl/af2)较小时的所述校正系数a。而且，当比率(afl/af2)在“I”以下时，校正系数a也被设置成低于“I”的数值。如果比率(afl/af2)在“I”以上，那么校正系数a也被设置成大于“I”。这是因为在比率(afl/af2)大于“ I ”时，第一电极41和第二电极42之间的电势差小，而在比率(af 1/af2)小于“ I ”时，第一电极41和第二电极42之间的电势差较大。如果根据这种方法校正电压计43的测量值V，那么即使第一电极42和第二电极42之间产生空燃比差时，也能够准确地计算对应于氧分压差的电势差。结果，能够准确地计 算废气中的颗粒物的数量。应当注意的是，在本发明的第二实施例中所描述的基于压力差所进行的校正以及在本发明的第三实施例中所描述的根据空燃比差所进行的校正可以相互组合实施。在这种情况下，即使在第一电极41和第二电极42之间产生压力差或者产生空燃比差时，也能够准确地计算出废气中的颗粒物的数量。
权利要求
1.一种颗粒物数量检测系统，所述颗粒物数量检测系统包括 多孔的第一电极，所述第一电极设置在内燃机的排气道中； 多孔的第二电极，所述第二电极设置在所述排气道中并且位于所述第一电极下游； 多孔的固体电解质，所述固体电解质插置在所述第一电极和所述第二电极之间； 测量部分，所述测量部分测量所述第一电极和所述第二电极之间的电势差；以及 确定部分，所述确定部分基于测量到的电势差确定废气中的颗粒物的数量。
2.根据权利要求I所述的颗粒物数量检测系统，所述颗粒物数量检测系统还包括温度调节部分，所述温度调节部分调节所述第一电极的温度，其中 当测量到的电势差达到预定上限时，所述温度调节部分升高所述第一电极的温度，而当测量到的电势差降低到预定下限时，所述温度调节部分降低所述第一电极的温度。
3.根据权利要求I所述的颗粒物数量检测系统，所述颗粒物数量检测系统还包括调节所述第一电极的温度的温度调节部分；和估计部分，所述估计部分基于所述内燃机的运转状态估计存在于废气中的颗粒物的数量，其中 当颗粒物的估计数量达到预定上限时，所述温度调节部分升高所述第一电极的温度，而当由所述确定部分确定的颗粒物的确定数量小于颗粒物的所述估计数量并且颗粒物的所述估计数量和颗粒物的所述确定数量之间的差超过某一值时，所述温度调节部分降低所述第一电极的温度。
4.根据权利要求I到3中的任一项所述的颗粒物数量检测系统，其中，所述确定部分基于所述第一电极和所述第二电极之间的压力差校正由所述测量部分测量到的电势差，并且基于经过校正的电势差确定废气中所述颗粒物的数量。
5.根据权利要求I到4中的任一项所述的颗粒物数量检测系统，其中，所述确定部分基于所述第一电极和所述第二电极之间的空燃比差校正由所述测量部分测量到的电势差，并且基于经过校正的电势差确定废气中所述颗粒物的数量。
6.一种控制颗粒物数量检测系统的方法，所述颗粒物数量检测系统包括多孔的第一电极，所述第一电极设置在内燃机的排气道中；多孔的第二电极，所述第二电极设置在所述排气道中并且位于所述第一电极下游；多孔的固体电解质，所述固体电解质插置在所述第一电极和所述第二电极之间；温度调节部分，所述温度调节部分调节所述第一电极的温度；以及估计部分，所述估计部分基于所述内燃机的运转状态估计存在于废气中的颗粒物的数量，所述方法的特征在于 当颗粒物的估计数量达到预定上限时，所述温度调节部分升高所述第一电极的温度，而当所述估计部分的确定值小于颗粒物的所述估计数量并且颗粒物的所述估计数量和颗粒物的所述确定的估计数量之间的差超过某一值时，所述温度调节部分降低所述第一电极的温度。
全文摘要
一种多孔结构，所述多孔结构包括一对电极，所述一对电极沿着废气的流动方向布置；和插置在电极之间的固体电解质，所述固体电解质布置在内燃机的排气道中，并且基于电极之间所产生的电势差确定废气中颗粒物的数量。
文档编号G01N15/06GK102639833SQ201180004522
公开日2012年8月15日 申请日期2011年6月7日 优先权日2010年6月10日
发明者中西康文, 吉原福全, 池田慎治, 西岛大贵, 铃木崇也, 青木圭一郎 申请人:丰田自动车株式会社, 学校法人立命馆