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    重庆时时彩的玩法和奖金: 颗粒物检测传感器和颗粒物检测设备.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201180007319.1

    申请日:

    2011.01.27

    公开号:

    CN103380363A

    公开日:

    2013.10.30

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 15/06申请日:20110127|||公开
    IPC分类号: G01N15/06 主分类号: G01N15/06
    申请人: 丰田自动车株式会社
    发明人: 西岛大贵; 青木圭一郎
    地址: 日本爱知县
    优先权: 2010.01.29 JP 2010-018629
    专利代理机构: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038 代理人: 张涛
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201180007319.1

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2016.01.20|||2013.11.27|||2013.10.30

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种通过在传感器元件部分的一对第一电极之间施加预定电压来测量气体中的颗粒物的数量的颗粒物检测设备,所述设备包括:检测部分,所述检测部分检测是否多于基准数量的颗粒物已经聚集在第一电极上;温度控制部分,当检测到已经聚集了多于基准数量的颗粒物时,所述温度控制部分控制传感器元件部分的温度,使传感器元件部分的温度等于或大于基准温度;和电压控制部分,当检测到已经聚集了多于基准数量的颗粒物时,所述电压控制部分在第一电极和第二电极之间施加基准电压,所述第一电极和所述第二电极布置成使得固体电解质被夹在第二电极和第一电极之间。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种颗粒物检测传感器,所述颗粒物检测传感器包括:
    一对第一电极,所述一对第一电极测量气体中的颗粒物的数量;
    固体电解质,所述固体电解质与所述一对第一电极中的至少一个所述电极相接触;
    第二电极,所述第二电极与所述固体电解质的位于与和所述第一电极相接触的表面相对的侧上的表面相接触;
    加热部分,所述加热部分加热所述第一电极和所述第二电极。

    2.  根据权利要求1所述的颗粒物检测传感器,其中,所述固体电解质具有传送氧离子的氧离子传导率。

    3.  根据权利要求2所述的颗粒物检测传感器,其中,当通过所述加热部分加热所述第一电极和所述第二电极时,所述第一电极被设定为正电极,而所述第二电极被设定为负电极,并且预定电压被施加在所述第一电极和所述第二电极之间。

    4.  一种颗粒物检测设备,所述颗粒物检测设备通过在传感器元件部分的一对第一电极之间施加预定电压来测量气体中的颗粒物的数量,所述颗粒物检测设备包括:
    检测部分,所述检测部分检测是否多于基准数量的颗粒物已经聚集在所述第一电极上;
    温度控制部分,当检测到已经聚集了多于基准数量的颗粒物时,所述温度控制部分将所述传感器元件部分的温度控制成等于或高于基准温度;和
    电压控制部分,当检测到已经聚集了多于基准数量的颗粒物时,所述电压控制部分在所述第一电极和第二电极之间施加基准电压,所述第一电极和所述第二电极布置成使得固体电解质被夹在所述第二电极和所述第一电极之间。

    5.  根据权利要求4所述的颗粒物检测设备,其中,所述基准温度是700℃,并且,当在所述第一电极之间施加所述预定电压并且测量 颗粒物的数量时,所述温度控制部分将所述第一电极的温度控制成等于或低于300℃。

    6.  根据权利要求4所述的颗粒物检测设备,其中,所述固体电解质具有传送氧离子的氧离子传导率。

    7.  根据权利要求6所述的颗粒物检测设备,其中,所述第一电极被设定为正电极,所述第二电极被设定为负电极,并且所述电压控制部分在所述第一电极和所述第二电极之间施加所述基准电压。

    说明书

    说明书颗粒物检测传感器和颗粒物检测设备
    技术领域
    本发明涉及一种颗粒物检测传感器和一种颗粒物检测设备。更加具体地,本发明涉及一种这样的颗粒物检测传感器,所述颗粒物检测传感器布置在内燃机的排气道中,并检测废气中的颗粒物的数量,并且,本发明还涉及一种使用这种颗粒物检测传感器的颗粒物检测设备。
    背景技术
    例如,PCT申请No.2006-515066的公开的日文译文(JP-A-2006-515066)描述了一种传感器,所述传感器检测内燃机废气中的颗粒物(PM)的数量。这种传感器具有相互之间间隔开并且平行布置的电极。这种传感器布置在排气道中,其中所述电极的至少一部分暴露于废气。当废气通过排气道时,废气中的颗粒物聚集在电极上。结果,电极之间的阻抗发生变化。上述传感器检测这种阻抗变化,并且根据这种变化检测聚集在电极之间的颗粒物的数量。
    顺便提及,在检测颗粒物数量的同时,颗粒物在传感器的电极上聚集。如果聚集的颗粒物的数量增加并且超过特定的聚集量,则传感器将不能输出等于或大于阈值的输出值。因此,为了准确地检测颗粒物数量,必须移除在特定阶段已经聚集在电极上的颗粒物。如日本专利申请公报No.2009-144512(JP-A-2009-0144512)所描述的那样,一种移除已经聚集在传感器上的颗粒物的已知方式是通过利用传感器中内置的加热器来加热传感器以燃烧掉颗粒物。
    当通过燃烧已经聚集在传感器上的颗粒物将这些颗粒物移除时,燃烧速率受到废气中的氧气浓度的限制。因此,可能需要耗费较长时间来燃烧颗粒物。然而,在移除颗粒物的同时,传感器不能如通常那样用于检测颗粒物数量,所以用于移除颗粒物的燃烧过程耗费较长时 间是不符合期望的。
    此外,利用燃烧颗粒物的移除方法,可能无法充分移除已经结合到传感器的电极的碳(C)。因此,如果在燃烧(即,移除)颗粒物之后继续使用传感器,则存留在电极上的碳将逐渐增加,这可能导致传感器输出的零点偏离。如果发生这种情况,根据传感器输出所获得的颗粒物数量将偏离。因此,期望一种也能够充分移除已经结合到电极的碳的移除方法。
    发明内容
    因此,本发明提供了一种颗粒物检测传感器和一种颗粒物检测设备,所述颗粒物检测传感器和颗粒物检测设备使得能够在短时间内完成移除已经聚集在电极上的颗粒物的处理,并且甚至使得能够充分移除已经结合到电极的碳。
    本发明的第一方面涉及一种颗粒物检测传感器。这种颗粒物检测传感器包括:一对第一电极,所述一对第一电极测量气体中的颗粒物的数量;固体电解质,所述固体电解质与所述一对电极中的至少一个电极相接触;第二电极,所述第二电极与固体电解质的表面接触,所述固体电解质的与所述第二电极相接触的所述表面位于与和所述第一电极相接触的表面相对的侧上;和加热部分,所述加热部分加热所述第一电极和第二电极。
    根据这个方面,第二电极布置成使得固体电解质被夹在用于检测颗粒物的数量的第二电极和第一电极之间。因此,能够在第一电极和第二电极之间施加电压。由于施加这个电压,在第二电极处产生氧离子,并且所述氧离子被注入(pump)到第一电极。结果,氧离子与包括已经结合到第一电极的碳的颗粒物发生化学反应,并且然后被排放。因此,能够在短时间内可靠地移除粘附到颗粒物检测传感器的第一电极的颗粒物,并且阻止颗粒物检测传感器的零点出现偏离,从而提高传感器的耐用性。
    本发明的第二方面涉及一种颗粒物检测设备,所述颗粒物检测设 备通过在传感器元件部分的一对第一电极之间施加预定电压来测量气体中的颗粒物的数量。这种颗粒物检测设备包括:检测部分,所述检测部分检测在第一电极上是否已经聚集了超过基准数量的颗粒物;温度控制部分,当检测到已经聚集了多于基准数量的颗粒物时,所述温度控制部分控制传感器元件部分的温度,使传感器元件部分的温度变得等于或高于基准温度;和电压控制部分,在检测到已经聚集了多于基准数量的颗粒物时,所述电压控制部分在第一电极和第二电极之间施加基准电压,所述第一电极和所述第二电极布置成使得固体电解质被夹在第二电极和第一电极之间。
    根据这个方面,当多于基准数量的颗粒物已经聚集在第一电极上时,在第一电极和第二电极之间施加电压,使得产生在第二电极处的氧离子被注入到第一电极。结果,氧离子与粘附到第一电极的颗粒物发生反应,并且然后被排出,因此能够有效地移除粘附到第一电极的颗粒物。
    在上述方面中,基准温度可以是700℃,并且当在第一电极之间施加预定电压并且测量颗粒物数量时,温度控制部分可以将第一电极的温度控制成等于或低于300℃的温度。
    根据这种结构,当利用第一电极测量颗粒物的数量时,电极的温度保持在低于300℃的温度,并且当在第一电极和第二电极之间施加电压并移除颗粒物时,电极的温度升高到700℃或者更高。结果,能够准确地测量颗粒物的数量,并且能够快速且充分地实施颗粒物的移除处理。
    附图说明
    参考附图,从以下对示例性实施例的描述中,本发明的前述和其它目的、特征和优势将变得显而易见,其中,相同的附图标记用于表示相同的元件,并且其中:
    图1是示出了根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器的示意图(frame format)的视图;
    图2是示出了根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器的示意图的另一个视图;
    图3是示出了根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器的示意图的又一个视图;
    图4是在通过根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器检测颗粒物数量时的状态的视图;
    图5是在根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器的颗粒物移除处理期间的状态的视图;
    图6是图解了通过根据本发明的示例性实施例的控制设备执行控制程序的流程图;
    图7是比较以下两个关系的图表:根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器的颗粒物移除时间和传感器输出之间的关系;和根据相关技术的颗粒物传感器的颗粒物移除时间和传感器输出之间的关系;
    图8是比较以下两个关系的图表:根据本发明的示例性实施例的颗粒物传感器的使用时间和传感器零点之间的关系;和根据相关技术的颗粒物传感器的使用时间和传感器零点之间的关系。
    具体实施方式
    下面将参考附图更加详细地描述本发明的示例性实施例。顺便提及,相同的附图标记将指代相同或对应的部件,并且将简化或省去对那些部件的描述。
    示例性实施例
    图1和图2是示出了根据本发明的示例性实施例的颗粒物(PM)传感器的示意图的视图,其中,图1是颗粒物传感器(即,颗粒物检测传感器)的整体视图,以及图2是传感器元件部分的一部分的放大视图。如图1所示,颗粒物传感器2具有罩盖4和布置在罩盖4内的空间中的元件部分6(即,传感器元件部分)。罩盖4具有多个孔,废气通过所述多个孔。当使用颗粒物传感器2时,罩盖4布置在内燃机的排气道中。废气通过罩盖4中的孔流入到罩盖4中,使得元件部分 6暴露于废气。
    如图2所示,元件部分6在表面上具有一对电极(即,第一电极)8和10。在下文的这个示例性实施例中,这对电极8和10将被简称为“元件电极”??帕N锎衅?的元件电极8和10经由供电电路等连接到未示出的电源,使得能够将预定电压施加在元件电极8和10之间。此时使用未示出的检测器检测输出使得能够检测废气中的颗粒物(PM)的对应于这个输出的数量。
    图3是示出了沿着图2中的线Ⅲ-Ⅲ获得的截面的示意图。图3的上侧对应于图2中的元件部分6的表面侧。如图3所示,固体电解质12布置成接触元件电极8和10的下表面。这种固体电解质12具有传送氧离子的氧离子传导率。此外,电极14(即,第二电极)布置成接触固体电解质12的下表面。加热器16(即,加热部分)布置在电极14的下面。
    元件电极8和电极14通过供电电路等连接到未示出的电源,使得能够将电压施加在元件电极8和电极14之间。类似地,元件电极10和电极14通过供电电路等连接到未示出的电源,使得能够将电压施加在元件电极10和电极14之间。加热器16也通过供电电路等连接到未示出的电源。通过将电压施加到加热器16来加热元件部分6。
    上述检测器和电源等均连接到未示出的控制设备??刂粕璞父菁觳馄鞯鹊氖涑黾觳饪帕N锸康?、根据各种输出计算值,并且利用发送到电源等的控制信号控制施加到电极8、10和14以及加热器16的电压。
    图4是通过根据示例性实施例的颗粒物传感器检测颗粒物数量时的状态的视图。如图4所示,颗粒物传感器2的元件部分6接触废气,因此废气中的颗粒物聚集在元件电极8和10的表面上。元件电极8和10的电阻根据聚集的颗粒物的数量而发生变化。因此,通过在将恒定电压施加在元件电极8和10之间时检测电流以及根据检测到的电流计算电阻,能够检测内燃机废气中的颗粒物的数量。
    顺便提及,当聚集在颗粒物传感器2的元件电极8和10上的颗粒 物达到饱和状态时,颗粒物传感器2不能输出任何更高的输出,所以不能正确地测量颗粒物的数量。因此,必须在聚集在元件电极8和10之间的颗粒物达到饱和之前将这些颗粒物移除。
    一种已知的移除颗粒物的方法包括通过使用加热器来升高元件部分的温度并利用废气中的氧气燃烧颗粒物来实施颗粒物移除处理。然而,在这个燃烧处理中,颗粒物的燃烧率受到废气中的氧气浓度的限制,所以可能需要耗费很长时间来燃烧颗粒物。此外,利用这种燃烧处理,难以完全移除已经结合到元件电极的碳(C),因此不能充分移除碳。如果没有充分移除元件电极上的碳,则颗粒物传感器输出的零点(即,紧接着实施颗粒物移除处理之后的输出;理想地,元件电极上没有聚集有颗粒物时的输出)则逐渐发生变化,并且因此变得偏离(off),所以颗粒物数量的测量误差可能会增大。
    因此,在这个示例性实施例的颗粒物检测设备中实施以下描述的颗粒物移除处理。图5是在根据本发明的示例性实施例的颗粒物移除处理期间的状态的视图。如上所述,颗粒物传感器2构造成使得电极14布置在元件部分6的元件电极8和10的下面,其中固体电解质12被夹在电极14和元件电极8和10之间。如图5所示,在这种颗粒物移除处理中,大约0.5V的电压被施加在电极14和元件电极8之间,并且被施加在电极14和元件电极10之间。这时,电极14变成负电极,而元件电极8和10则变成正电极。
    当施加电压时,在电极14侧上的废气中的氧气在电极14处被分解,并且这种氧气接收电子。结果,在电极14处产生氧离子(O2-)。注入产生在电极14处的氧离子,以便将这些氧离子通过固体电解质12传送到元件电极8和元件电极10。已经到达元件电极8和元件电极10的氧离子与和元件电极8和10相结合的碳发生反应,并且与聚集在元件电极8和10上的颗粒物发生反应。结果,产生二氧化碳等,所述二氧化碳等被释放到外部(即,释放到排气道中)。
    在这个示例性实施例中,在实施颗粒物移除处理的同时,通过加热器16将元件部分6的温度(即,元件温度)保持在700℃或更高。 结果,提高了固体电解质12的氧离子传导率,使得能够同时促进通过燃烧颗粒物实施的移除处理和通过注入氧离子实施的移除处理。结果,能够在短时间内完成颗粒物移除处理。
    图6是图解了通过根据本发明的示例性实施例的控制设备所执行的控制程序的流程图。在图6所示的流程图中,首先确定是否在正常工况下使用传感器(步骤S100)。更具体地,例如,确定内燃机和颗粒物传感器2是否变热。如果没有确定在正常工况下使用传感器,则终止这个程序循环。
    另一方面,如果在步骤S100中确定在正常工况下使用颗粒物传感器2,则将预定电压施加在元件电极8和10之间,并且检测颗粒物传感器2的输出(在这种情况下该输出是电流值)(步骤S102)。
    接下来,确定颗粒物传感器2的颗粒物聚集数量是否大于基准数量(步骤S104)。更具体地,例如,这个确定根据颗粒物传感器2的输出(即,电流值)是否大于对应于基准数量的第一输出做出?;际渴墙咏兄档闹?,在所述阈值处,如果聚集任何更多的颗粒物,则不能正确地检测颗粒物数量。对应于基准数量的输出事先储存在控制设备中。
    如果在步骤S104中没有确定颗粒物传感器输出大于第一输出,则确定在当前阶段无需进行颗粒物移除处理,所以元件部分6的温度被保持在等于或低于300℃的温度(步骤S106),并且终止这个程序循环。
    另一方面,如果在步骤S104中确定颗粒物传感器输出大于第一输出,则启动颗粒物移除处理。在此,首先升高元件部分6的温度(步骤S108)。更具体地,通过施加到加热器16的电压来加热元件部分6,其中所述电压基于来自控制设备的控制信号进行控制。
    接下来,检测元件温度(步骤110),并且确定元件温度是否等于或大于700℃(步骤S112)。如果没有确定元件温度等于或大于700℃,则继续通过加热器16进行加热,并且重复元件温度检测(步骤S110)以及元件温度确定(步骤S112),直到元件温度变得等于或大于700℃为止。
    另一方面,如果在步骤S112中确定元件温度等于或大于700℃,则将基准电压施加在元件电极8和电极14之间,并且施加在元件电极10和电极14之间(步骤S114)。在此,通过来自控制设备的控制信号将0.5V的电压作为基准电压施加。因此,在电极14处产生氧离子,并且所产生的氧离子被注入通过固体电解质12并到达元件电极8和10。结果,氧离子与粘附到元件电极8和10的颗粒物(包括结合到元件电极8和10的碳)发生反应,以便从元件电极8和10移除颗粒物。
    接下来,检测颗粒物传感器2的输出(即,电流值)(S116),并且确定传感器输出是否小于第二输出(步骤S118)。这个第二输出是事先设定为接近颗粒物传感器2的零点的输出的值,并且储存在控制设备中。如果没有确定传感器输出小于第二输出,则在继续施加电压的同时,重复进行传感器输出的检测(步骤S116)和传感器输出的确定(步骤S118)。
    另一方面,如果在步骤S118中确定传感器输出小于第二输出,则确定完成包括粘附到元件电极8和10的表面的碳的颗粒物的移除并且输出接近于零点,因此终止这个程序循环。
    图7是比较以下两个关系的图表:利用根据相关技术的颗粒物移除的颗粒物移除时间和颗粒物传感器输出之间的关系;和实施根据这个示例性实施例的颗粒物移除处理时的颗粒物移除时间和颗粒物传感器输出之间的关系。图7中的横轴表示颗粒物移除时间,纵轴表示颗粒物传感器输出(即,电流值)和温度。另外,在图7中,细实线(a)表示元件温度,虚线(b)表示实施根据相关技术的颗粒物移除处理的情况,以及实线(c)表示实施根据这个示例性实施例的颗粒物移除处理的情况。
    由图7显而易见的是,与根据相关技术的移除处理(即,虚线(b))相比,利用这个示例性实施例的移除处理(即,实线(c)),颗粒物传感器2的输出在短时间内可靠地恢复。即,利用根据这个示例性实施例的移除处理,能够在短时期内完成颗粒物移除处理。
    图8是示出了在实施根据相关技术的颗粒物移除处理时以及在实 施根据这个示例性实施例的颗粒物移除处理时,颗粒物传感器2的输出零点随着时间的变化的图表。在图8中,横轴代表颗粒物传感器的使用时间,纵轴代表传感器输出零点。此外,在图8中,虚线(d)代表实施根据相关技术的颗粒物移除处理的情况,实线(e)代表实施根据这个示例性实施例的颗粒物移除处理的情况。
    从图8显而易见的是,利用根据这个示例性实施例的颗粒物移除处理(即,实线(e)),颗粒物传感器2的零点变化能够保持低于利用根据相关技术的颗粒物移除处理(即,虚线(d))的零点变化。即,这个示例性实施例的颗粒物移除处理使得能够提高颗粒物传感器2的耐用性。
    顺便提及,这个示例性实施例描述了这样一种情况,其中用于注入氧离子的单个电极14被作为元件电极8和10的公用电极提供。然而,本发明并不局限于此。即,单独的电极可以提供给元件电极8和10中的每一个。
    此外,在这个示例性实施例中所描述的在颗粒物移除处理期间所施加的电压和温度并不旨在限制本发明??梢愿菘帕N锎衅?的特性以及使用环境等适当地设定这些值。
    顺便提及,在这个示例性实施例中,通过执行步骤S104实现本发明的检测部分,通过执行步骤S106或步骤S108至S112实现本发明的温度控制部分,以及通过执行步骤S114实现本发明的电压控制部分。
    顺便提及,本发明并不局限于这个示例性实施例中提及的用于表示元件数、数量、量和范围等的数字。类似地,本发明的结构等并不局限于这个示例性实施例中所描述的结构等。

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    颗粒 检测 传感器 设备
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