專利名稱：用于排氣凈化裝置的微粒物質(zhì)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微粒物質(zhì)傳感器，更具體涉及一種用于排氣凈化裝置的 微粒物質(zhì)傳感器。
背景技術(shù)：
10 通常，利用多孔陶瓷制成的柴油機微粒濾清器來收集從柴油機發(fā)出
的主要由C(碳)構(gòu)成的微粒物質(zhì)。對于這種柴油機微粒濾清器而言，隨著 其不斷使用，會出現(xiàn)微粒物質(zhì)的逐步沉積，因此，在使用柴油機微粒濾 清器的排氣凈化裝置的現(xiàn)有技術(shù)中，實際上是通過在柴油機微粒濾清器 內(nèi)周期性地引發(fā)燃燒過程，并再生柴油機微粒濾清器來去除沉積的微粒
15物質(zhì)。如果忽視這種微粒物質(zhì)的沉積，則排氣會在柴油機微粒濾清器中 引起過壓，而這可能導致燃料效率的降低或發(fā)動機的損壞。
優(yōu)選的是，這種對柴油機微粒濾清器的再生是在柴油機運轉(zhuǎn)過程中 進行的，而不替換或拆卸濾清器，因此在實際技術(shù)中，是在燃燒之后活 塞在汽缸中向下運動以形成高溫氣體(后噴射過程)的狀態(tài)下進行燃料噴
20射的。由此，沉積的微粒物質(zhì)由于因此形成的高溫氣體而被燃燒。

發(fā)明內(nèi)容
圖l示出了根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)的裝備有柴油機微粒濾清器的柴油 機的排氣凈化系統(tǒng)的整體構(gòu)成。 25 參照圖l，柴油機11具有排氣管線12，其中排氣管線12中設(shè)置有柴油
機微粒濾清器12B，用于收集排氣中包含的并從柴油機ll發(fā)出的微粒物 質(zhì)。
圖2A示出了柴油機微粒濾清器12B的外形，圖2B示出了構(gòu)成該柴油 機微粒濾清器的元件。
柴油機微粒濾清器12B由多孔陶瓷的過濾單元12A形成，典型地由 SiC形成，其中過濾單元12A中從一端延伸到其另一端形成有大量的例如 截面為lmmxlmm的氣體通道12a。
由此，通過由密封材料(粘附層)粘合多個過濾單元(過濾元件)12A并 5加工其外周部分，來形成柴油機微粒濾清器12B，從而濾清器12B整體上 為圓柱形。此外，濾清器12B的外圍表面覆蓋有密封材料(涂層)。柴油機 微粒濾清器12B中僅僅使用一個單元12A的情況也是存在的。 圖2C示出了柴油機微粒濾清器12B的原理。
如圖2C示意性所示，所述多個氣體通道12a的上游端或下游端相對于 io來自發(fā)動機的排氣流的方向交替地閉合，被引入一個這種氣體通道12a的 排氣通過滲透過濾清器12B的多孔部件12b通往相鄰的氣體通道。由此， 當排氣滲透過多孔部件12b時，排氣中包含的微粒物質(zhì)被多孔部件12b收 集，從而導致微粒物質(zhì)12c以層的形式沉積在多孔部件12b上，如圖2D所
15 因為柴油機微粒濾清器12B導致其中的排氣中所包含的微粒物質(zhì)產(chǎn) 生沉積，所以，如先前所述，需要通過進行再生過程(使沉積的微粒物質(zhì) 燃燒)，適時地再生該濾清器。
對于參照圖l所說明的常規(guī)排氣凈化系統(tǒng)來講，應該注意的是，例如， 每當車輛行駛預定里程(如500km)、超過10分鐘的持續(xù)時間，都要進行這
20種濾清器的再生。
在公平地通過后噴射進行濾清器再生的情況下，不考慮濾清器中微 粒物質(zhì)的實際收集量來進行再生。因此，為了保證在濾清器中不出現(xiàn)微 粒物質(zhì)的過量沉積，需要將濾清器的再生間隔設(shè)置成比為安全起見所需 要的實際間隔更短。但是，這種通過后噴射進行的過度濾清器再生增加
25了燃料消耗，并降低了車輛的燃料效率。
另一方面，有一種通過如圖3所示的后噴射進行柴油機微粒濾清器 12B的再生的已知結(jié)構(gòu)，其中測量柴油機微粒濾清器12B的上游側(cè)和下游 側(cè)之間的差壓AP，當上述差壓AP達到預定值時進行后噴射?？蓞⒖济绹?專利6,952,920。
根據(jù)圖3的結(jié)構(gòu)，只有當上游側(cè)和下游側(cè)之間的差壓達到預定值時， 才進行柴油機微粒濾清器12B的再生，從而抑制了不必要的后噴射過程。 由此，提高了柴油機驅(qū)動的車輛的燃料效率。
不幸的是，柴油機微粒濾清器12B中的微粒物質(zhì)的收集不是均勻的。
5如圖4所示，取決于濾清器12B中的位置(A， 1)、 (B， 1)、 (C， 1)、 (A， 2)、 (B， 2)、 (C， 2)、 (A， 3)、 (B， 3)、 (C， 3)，所收集的微粒物質(zhì)的密度或 厚度存在差異。此外，可以看到，在沉積的微粒物質(zhì)層中形成有空腔， 其中微粒物質(zhì)層中形成的這種空腔用作排氣的局部通道。這種空腔的存 在表明在收集的微粒物質(zhì)中發(fā)生了不受控制的燃燒，并且還表明在收集
io的微粒物質(zhì)中引起了局部燃燒。
此外，如圖5所示，即使微粒物質(zhì)的沉積量相同，所收集的微粒物質(zhì) 的密度也可能取不同的值。圖5示出了即使沉積量相同，也會根據(jù)厚度的 變化而引起差壓的大幅變化。在圖5的例子中，例如，應當注意，微粒物 質(zhì)的沉積量始終是8g/L。盡管如此，在圖5中仍然可以看到，當所收集的
15 微粒物質(zhì)的厚度從109 pm變化到255 iim時，差壓從15.3 kPa變?yōu)?.8 kPa。 因此可以看出，在差壓中引起約兩倍大的差異。
因此，當圖3的結(jié)構(gòu)中所收集的微粒物質(zhì)12c中引起這種不均勻沉積 或形成局部空腔時，對于實際沉積的微粒物質(zhì)和差壓AP的估計，相對于 理論計算值可能引起高達±50%的誤差。這種誤差導致實際沉積的微粒量
20與再生時間之間的關(guān)系產(chǎn)生很大的偏差。此外，鑒于排氣壓力和排氣流 速隨發(fā)動機負荷或發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)而變化，利用圖3的結(jié)構(gòu)很難準確地檢測柴 油機微粒濾清器12B中的微粒物質(zhì)的沉積量。
此外，美國專利5，651,248描述了一種除柴油機微粒濾清器之外還使 用檢測濾清器并通過測量電阻來估計該檢測濾清器中收集的微粒物質(zhì)量
25的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該技術(shù)，當所檢測的電阻減小至低于預定值時，通過使用 加熱器，燃燒由柴油機微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)和由檢測濾清器收集 的微粒物質(zhì)。由此來實現(xiàn)濾清器的再生。
另一方面，除了因為需要在柴油機微粒濾清器中設(shè)置加熱器而使其 結(jié)構(gòu)變復雜的問題之外，該現(xiàn)有技術(shù)存在這樣的缺點，即，在對柴油機
微粒濾清器進行再生時發(fā)生了電能消耗。為了節(jié)省濾清器再生時的電能
消耗，美國專利5，651，248的技術(shù)選擇執(zhí)行濾清器再生的定時，使得當柴 油機微粒濾清器的溫度高于預定溫度時才進行再生操作，以下情況除外， 艮P，對于微粒物質(zhì)的沉積來講，柴油機微粒濾清器處于臨界狀態(tài)，不可
5避免地要進行再生。結(jié)果，該技術(shù)對于用于微粒檢測的檢測濾清器的再
生操作的定時施加了限制，并且微粒檢測濾清器的再生操作的自由度受 到限制。
此外，對于美國專利5，651,248的技術(shù)而言，在加熱器進行的再生操 作過程中，不可以使用柴油機微粒濾清器，因此，提供了一種儲備柴油 io機微粒濾清器，并在再生過程中切換到該儲備柴油機微粒濾清器。但是， 這種結(jié)構(gòu)需要兩個相同的柴油機微粒濾清器以及開關(guān)閥，這就產(chǎn)生了排 氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)變龐大的問題。在小型車上安裝這種排氣凈化裝置是 非常困難的。
此外，對于美國專利5，651,248的技術(shù)而言，檢測濾清器的再生與柴 15油機微粒濾清器的再生同時進行，或與柴油機微粒濾清器的再生連續(xù)地 進行，而這種結(jié)構(gòu)不能任意地選擇檢測濾清器的再生定時，從而存在取 決于檢測濾清器的狀態(tài)，易于在柴油機微粒濾清器的再生定時中引起誤 差的問題。
當柴油機微粒濾清器的再生與檢測濾清器的再生獨立進行時，會引 20起再生時檢測濾清器中的通氣阻力減小，從而排氣開始主要通過檢測濾 清器來流動。由此，在檢測柴油機微粒濾清器的再生定時的過程中引起 了誤差。因此，如上所述，美國專利5651,248的技術(shù)同步地進行檢測濾清 器的再生和柴油機微粒濾清器的再生。
此外，美國專利5，651，248的技術(shù)存在以下不足(a)灰沉積；和(b)由
25退化引起的較大估計誤差。
此外，對于美國專利5,651,248的技術(shù)而言，從其通過測量電極電阻 來估計所收集的微粒物質(zhì)的沉積量的特殊原理，引發(fā)出另一個問題。
如圖5所示，可能存在即使所收集的微粒物質(zhì)的沉積量相同，所收集 的微粒物質(zhì)的厚度也會變化的情況?，F(xiàn)在，當所收集的微粒物質(zhì)的厚度
不同時，很難準確地測量電阻，往往會導致沉積量的估計誤差。
此外，在微粒物質(zhì)燃燒之后在柴油機微粒濾清器或檢測濾清器中引 起灰沉積的情況下，不再可能進行精確的電阻測量，因而在沉積量的估 計中導致較大誤差。 5 此外，利用檢測濾清器時，會導致濾清器或電極隨著時間或隨著在
排氣環(huán)境中使用而劣化。具體來講，電極(由導電金屬形成的端子)是通過
浸潤諸如Cu、 Cr、 Ni等的金屬而形成的，因此，存在引起物理劣化、氧
化劣化和熱劣化(如氧化、雜質(zhì)粘附、斷裂、腐蝕等)問題的趨勢。 當濾清器或電極中引起了劣化時，不再可能進行精確的電阻測量，
10因而在微粒物質(zhì)的沉積量估計中產(chǎn)生誤差。
在本發(fā)明的一個方面提供了一種微粒物質(zhì)檢測傳感器，該微粒物質(zhì)
檢測傳感器包括
微粒物質(zhì)檢測濾清器；以及
差壓測量部分，用于測量所述微粒物質(zhì)檢測濾清器的入口與出口之
15間的差壓，
其中所述微粒物質(zhì)檢測濾清器的過濾面積在0.1 1000cn^的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用小容量且過濾面積為0.1 1000cn^的微粒物 質(zhì)檢測濾清器并測量這種微粒物質(zhì)檢測濾清器中引起的差壓，可以簡單
20且容易地測量主柴油機微粒濾清器中的微粒物質(zhì)的沉積量。


圖1示出了使用常規(guī)排氣凈化裝置的整個發(fā)動機系統(tǒng)；
圖2A示出了柴油機微粒濾清器的示意性構(gòu)成； 圖2B示出了該柴油機微粒濾清器的構(gòu)成元件； 圖2C示出了該柴油機微粒濾清器的工作原理； 圖2D示出了由該柴油機微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的狀態(tài)； 圖3示出了使用根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)的排氣凈化裝置的發(fā)動機系統(tǒng) 的整體構(gòu)成；
圖4說明了圖3的排氣凈化裝置的問題； 圖5是說明圖3的排氣凈化裝置的問題的另 一視圖； 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的排氣凈化裝置的構(gòu)成； 圖7 A示出了圖6中使用的副柴油機微粒濾清器的構(gòu)成； 5 圖7B說明了圖7A的副柴油機微粒濾清器的原理；
圖8示出了使用圖6的副柴油機微粒濾清器的微粒物質(zhì)(PM)傳感器的
構(gòu)成；
圖9說明了本發(fā)明的效果；
圖10示出了通過利用圖6的排氣凈化裝置進行的排氣凈化實驗的示
10 例；
圖11 A 11C示出了圖IO的實驗所用的副柴油機微粒濾清器的構(gòu)成；
圖12A 12D說明了圖IO的實驗所用的副柴油機微粒濾清器的源材 料的混合比例；
圖13是說明根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的排氣凈化裝置中的柴油機微 15粒濾清器的再生操作的流程圖14是說明根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的排氣凈化裝置的柴油機微粒 濾清器的另 一再生操作的流程圖15示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的微粒物質(zhì)傳感器的構(gòu)成；
圖16示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的微粒物質(zhì)傳感器的構(gòu)成；而 20 圖17示出了根據(jù)圖16的變型的微粒物質(zhì)檢測傳感器的構(gòu)成。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施方式提供了一種微粒物質(zhì)檢測傳感器，該微粒物質(zhì)檢 測傳感器包括微粒物質(zhì)檢測濾清器；以及差壓測量部分，用于測量所 25述微粒物質(zhì)檢測濾清器的入口與出口之間的差壓，其中所述微粒物質(zhì)檢 測濾清器的過濾面積在O. 1 1 OOOcm2的范圍內(nèi)。
優(yōu)選的是，所述過濾面積在l 10cmS的范圍內(nèi)。
優(yōu)選的是，所述微粒物質(zhì)檢測濾清器的壁透氣率在1.0xl0—15 1.0xl0-"m2的范圍內(nèi)。
優(yōu)選的是，所述壁透氣率在1.0xl0" 1.0xl0"r^的范圍內(nèi)。 優(yōu)選的是，所述微粒物質(zhì)檢測傳感器還包括用于測量溫度的溫度測 量部分。
優(yōu)選的是，所述微粒物質(zhì)檢測傳感器還包括用于測量流過所述微粒
5檢測濾清器的排氣的流速的流量計或等效儀表(例如，氣速計)。
優(yōu)選的是，所述微粒物質(zhì)檢測傳感器還包括容器，其中所述微粒物 質(zhì)檢測濾清器、所述差壓測量部分、所述溫度測量部分以及所述流量計 或等效儀表(例如，氣速計)中的至少一個容納在所述容器中。
優(yōu)選的是，所述微粒檢測濾清器包括SiC、氮化鋁、碳化硅、氮化硼、 io氮化鎢、碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢、氧化鋁、氧化鋯、堇青石、 多鋁紅柱石、硅石以及鈦酸鋁中的任意一種。 下面將參照附圖來詳細描述本發(fā)明。 [第一實施方式]
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的排氣凈化裝置20的結(jié)構(gòu)視圖。 15 參照圖6，使來自未示出的柴油機的排氣經(jīng)由排氣管線21流入與先前
參照圖2A所說明的類似的主柴油機微粒濾清器(DPF)22，并且如參照圖 2C和2D所說明的，主柴油機微粒濾清器(DPF)22收集排氣中的微粒物質(zhì)。
此外，對于圖6的構(gòu)成，從主柴油機微粒濾清器(DPF)22的上游側(cè)， 從排氣管線21分出副排氣管線21A，并且為副排氣管線21A設(shè)置了體積小 20于主柴油機微粒濾清器(DPF)的副柴油機微粒濾清器22A。此外，還設(shè)置 有差壓測量部分22B，用于測量副柴油機微粒濾清器22A的入口和出口之 間引起的差壓AP。此外，對于圖4的構(gòu)成，在副柴油機微粒濾清器22A的 下游側(cè)，在副排氣管線21A中設(shè)置有流量計24和控制閥23，其中控制閥23 用于根據(jù)流量計24進行的測量，將副排氣管線21A中的排氣的流速保持為 25恒定。應當注意，控制閥23和流量計24可以設(shè)置在副排氣管線21A上的任 何地方。這里應當注意，副柴油機微粒濾清器22A、差壓測量部分22B和 流量計24—起構(gòu)成了用于測量排氣中包含的微粒量的微粒物質(zhì)(PM)傳感 器。上述微粒物質(zhì)(PM)傳感器可以包括流量計24也可以不包括流量計24。 微粒物質(zhì)(PM)傳感器可以被限定為包括溫度測量部分(T1)。此外，還可以
在主柴油機微粒濾清器(DPF)22中設(shè)置溫度測量部分T2。
應當注意，排氣管線中的溫度測量部分可以設(shè)置在以下任何地點
(l)主柴油機微粒濾清器內(nèi)部；(2)副柴油機微粒濾清器內(nèi)部；(3)與其連接 的導管中；(勺主柴油機微粒濾清器外部；或(5)副柴油機微粒濾清器外部。 5從精確測量排氣溫度的觀點來看，(1)或(2)的布置是優(yōu)選的，其中(2)的布 置是更優(yōu)選的。
在圖6的示例中，主柴油機微粒濾清器(DPF)22是由蜂窩結(jié)構(gòu)形式的 孔隙率為35 65y。的SiC多孔陶瓷等制成的，其中可以看到，對于垂直于 氣流方向截取的截面中的每個邊緣，都形成有長度為l.lmm的矩形截面的 io氣體通道，對應于圖2B的氣體通道12a，其中這些氣體通道被布置成約 0.3mm的間距，并一起形成格狀圖案。
這里應當注意，在本發(fā)明中，微粒物質(zhì)(PM)檢測濾清器也被稱作副 柴油機微粒濾清器。
如圖6所示，本實施方式的微粒物質(zhì)檢測傳感器由副排氣管線21A、 15副柴油機微粒濾清器22A和差壓測量部分22B形成，差壓測量部分22B用 于測量副柴油機微粒濾清器22A的入口與出口之間的差壓AP。其中會注 意到，"微粒物質(zhì)傳感器"被定義為執(zhí)行微粒檢測功能的部分(實現(xiàn)微粒物 質(zhì)檢測功能的構(gòu)成元件)。
因此，利用本實施方式的微粒物質(zhì)傳感器，能夠以通過導管連接的 20形式或以整個單元被容納在例如支架22e中，或容納在金屬殼中的形式， 來提供微粒物質(zhì)檢測功能的組成元件。
此外，如圖6所示，該微粒物質(zhì)傳感器可以以通過導管連接的形式包 括控制閥23或流量計24。另選的是，控制閥23和流量計24可以集成到微 粒物質(zhì)傳感器中。此外，該微粒物質(zhì)傳感器可以包括溫度測量部分T1。 25 在使用溫度測量部件T2代替溫度測量部分T1來測量排氣的溫度的情 況下，該微粒物質(zhì)傳感器也包括溫度測量部件T2。
圖7A示出了包括副柴油機微粒濾清器22A的整體構(gòu)成，圖7B示出了 副柴油機微粒濾清器22A的原理。
應當注意，副柴油機微粒濾清器22A可以由類似于主柴油機微粒濾清
器(DPF)22的多孔陶瓷形成。在副柴油機微粒濾清器由多孔陶瓷形成的情 況下，優(yōu)選的是該副柴油機微粒濾清器包括矩形形狀的單元22b。其中， 在主柴油機微粒濾清器(DPF)22中，形成有單個氣體通道22a，其體積為 65ml或更小，如0.05 65ml，或者體積為排氣通道(對應于圖3的通道12a)
5總體積的5%或更少，如0.05°/。 5%。另選的是，氣體通道22a可以具有 0.1 1000cn^的過濾面積(優(yōu)選為l 10cm2)。例如，氣體通道22a可以具 有矩形截面形狀，并形成為一端關(guān)閉(在單元的情況下，后端關(guān)閉)的狀態(tài)。 這里，應當注意，氣體通道22a的外部形狀或副柴油機微粒濾清器22A(單 元22b)的外部形狀不必與主柴油機微粒濾清器(DPF)22的氣體通道的截面
io形狀相同，因此，它們可以形成為圓形、正方形、八面體、橢圓等任意 形狀。此外，還應當注意，構(gòu)成副柴油機微粒濾清器22A(單元22b)的多孔 陶瓷不必與形成主柴油機微粒濾清器(DPF)22的多孔陶瓷相同。此外，還 應當注意，副柴油機微粒濾清器22A(單元22b)可以由除陶瓷以外的材料 形成。
15 通過將氣體通道22a形成為具有主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的排 氣通道(對應于圖3的通道12a)的5Q/?；蚋〉捏w積，或具有65ml或更小的 體積，或具有0.1 1000cm、優(yōu)選為l 10cm"的過濾面積，可以用簡單的 程序測量出主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉積量。
副柴油機微粒濾清器22A(單元22b)設(shè)置有用于測量該排氣溫度T的
20溫度測量部分，并為該溫度測量部分設(shè)置了熱電偶22d。此外，圍繞副柴 油機微粒濾清器(單元22b)纏繞有加熱器22h，用于焚化沉積在內(nèi)壁表面上 的煙灰層22c和對副柴油機微粒濾清器22A進行再生。此外，單元22b、熱 電偶22d和加熱器22h經(jīng)由Al203等制成的絕緣體22i而被容納在Si02-Al203 等制成的缸體支架22e中，支架22e中設(shè)置有用于測量差壓AP的膜片壓力
25表22B，這樣副排氣管線21A中的排氣就被提供至壓力表22B。支架22e容 納在金屬殼中并像微粒物質(zhì)(PM)傳感器一樣設(shè)置在副排氣管線上。在容 納在金屬殼中的狀態(tài)下，支架22e也可以設(shè)置在副排氣管線的導管內(nèi)或可 以設(shè)置在副排氣管線內(nèi)。
因此，當副排氣管線21A中的排氣被引入副柴油機微粒濾清器(單元
22b)的排氣通道22a中時，該排氣通過副柴油機微粒濾清器(單元22b)的壁 面流到該單元的外部，并類似于圖2C的情況，收集排氣管線中的微粒物 質(zhì)。由此，該微粒物質(zhì)沉積在單元22b的內(nèi)表面上，形成了層22c。
對于本實施方式，通過使用下面的公式(l)，從由此獲得的差壓AP和 排氣溫度T以及排氣流速Q(mào)，計算由此收集并沉積在柴油機微粒濾清器22 的內(nèi)壁表面上的微粒物質(zhì)22c的沉積量。
圖8示出了圖6的副柴油機微粒濾清器22A的更詳細結(jié)構(gòu)。
參照圖8，副排氣管線21A中的排氣被提供至副柴油機微粒濾清器(單 元22b)中的氣體通道22a，如箭頭所示，并且在通過該單元之后，在側(cè)方 或后方排出。由此，副柴油機微粒濾清器(單元22b)上的加熱器22h被驅(qū)動 線22bl提供的電能所驅(qū)動并引起單元22b所收集的微粒物質(zhì)22c的焚化。 此外，膜片壓力表22B的輸出信號經(jīng)由信號線22p被提供至控制電路。
利用圖7A和7B的副柴油機微粒濾清器22A，根據(jù)以下形式的公式來 計算所述副柴油微粒濾清器中收集的微粒物質(zhì)的煙灰負載量
A/^函數(shù)(流速，溫度，煙灰負載，幾何結(jié)構(gòu))
以下示出了優(yōu)選實施例(盡管也可以采用其他表達式)，根據(jù)該優(yōu) 選實施例來計算所述副柴油微粒濾清器中收集的微粒物質(zhì)層22c的厚度 W[m]。
<formula>formula see original document page 12</formula>(1)
其中，AP表示差壓[Pa]， p表示動力粘滯系數(shù)，Q表示排氣的流速，以[m3/11] 為單位，a表示單元的邊緣長度，p表示排氣的比重，V一表示濾清器體積， Ws表示壁厚，Kw表示壁氣體滲透率，Ks。。t表示所收集的微粒物質(zhì)層的氣 體滲透率，W表示所收集的微粒物質(zhì)層的厚度，F(xiàn)是數(shù)值系數(shù)—28.454)， L表示有效濾清器長度，(3表示多孔壁的福希海默爾系數(shù)，s表示進入和排 出濾清器的排氣的內(nèi)部損失系數(shù)。
接下來，根據(jù)以下公式，獲得由副柴油機微粒濾清器(單元21b)收集 的微粒物質(zhì)的質(zhì)量m^t <formula>formula see original document page 13</formula>
其中，ms。。t表示所收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量[g]，而N^s表示入口側(cè)的單元 的孔徑數(shù)，而Ps。。t表示所收集的微粒物質(zhì)的密度。
因此，通過用m^t除以從副柴油機微粒濾清器22A的先前再生測得的
5時間[h]獲得了每單位時間的收集量PM[g/h]。
一旦獲得了單位時間內(nèi)沉積的微粒物質(zhì)的質(zhì)量PM [g/h]，就利用穿過 副柴油機微粒濾清器22A的排氣的流速Q(mào)2 [mVh]如下來獲得排氣中的微 粒物質(zhì)的濃度，PMOTne[g/m3]。
PM [g/h] = PMconc[g/m3] x Q2[mVh] (3)
10 因為排氣中的微粒物質(zhì)的濃度PM^e的值與副排氣管線21A中的相 同并且也與排氣管線21中的相同，所以通過每單位時間所沉積的微粒物
質(zhì)的質(zhì)量PM[g/h]如下來獲得流入柴油機微粒濾清器22的微粒物質(zhì)的量 PMenterful|fiker[g/h]，
PMenterfu fllter[g/h] =PMconc[g/m3]xQl[m3/h] (4)
15此外，通過將濾清器的收集效率考慮在內(nèi)，由此獲得沉積在濾清器中的
微粒物質(zhì)的量。在上文中，Q1表示穿過主柴油機微粒濾清器(DPF)22的排 氣的流速。Ql可以通過實際測量獲得或從發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)估計得出。
圖9示出了圖6的排氣凈化裝置的主柴油機微粒濾清器(DPF)22兩端 出現(xiàn)的差壓與主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉積量之間 20的關(guān)系，其中應當注意，實線表示其中主柴油機微粒濾清器22中的微粒 物質(zhì)的沉積量是通過利用副柴油機微粒濾清器22A和公式(1) (4)而獲得 的情況。另一方面，虛線表示其中主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒 物質(zhì)的沉積量是直接通過主柴油機微粒濾清器(DPF)22兩端的差壓而獲 得的情況。
25 參照圖9可以看到，如果在相同的微粒物質(zhì)沉積量下進行比較，則主
柴油機微粒濾清器(DPF)兩端的差壓可能發(fā)生變化，由此產(chǎn)生高達±50% 的誤差。
與此相反，通過獲得副柴油機微粒濾清器兩端的差壓AP并利用公式
(1) (4)，可以在土10。/。的誤差范圍內(nèi)獲得由主柴油機微粒濾清器(DPF)22
收集的微粒物質(zhì)的沉積量。
因此，根據(jù)本發(fā)明，通過測量小體積副柴油機微粒濾清器22A中形成 的差壓AP，可以準確地估計出圖6的排氣凈化裝置中的主柴油機微粒濾清
5器(DPF)中的微粒物質(zhì)的沉積量，并且通過基于上述結(jié)果進行后噴射，可 以以最佳定時來進行主柴油機微粒濾清器(DPF)22的再生。因此，避免了 不必要的后噴射并提高了車輛的燃料效率。
在圖6的結(jié)構(gòu)中，可以使用已知的Vencheii流量計、熱線流量計等， 其中流量計24可以將副排氣管線21A中的排氣流速控制為大體恒定(例
io 如，50 6000ml/min范圍內(nèi))。因此，避免了排氣一側(cè)流過副排氣管線21A， 并且可以以更高的精度，從通過使用副柴油機微粒濾清器22A而獲得的沉 積量，獲得主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉積量。
這里應當注意，"用于測量所述副柴油機微粒濾清器的入口與出口 之間的差壓的差壓測量部分"不僅包括測量副柴油機微粒濾清器22A的入
15 口側(cè)與出口側(cè)之間的差壓的差壓表，而且包括僅僅在柴油機微粒濾清器 22A的出口側(cè)使用壓力表的結(jié)構(gòu)。對于這種結(jié)構(gòu)，對初始狀態(tài)的壓力值(剛 再生之后的狀態(tài))進行存儲，并通過測量其中在副柴油機微粒濾清器22A 中發(fā)生微粒材料的沉積的狀態(tài)下的壓力以及從所存儲的初壓值中減去由 此獲得的壓力值，來計算差壓。
20 此外，也可以在副柴油機微粒濾清器的入口側(cè)和出口側(cè)，或僅僅在
出口側(cè)設(shè)置流量計或流速計等，來測量差壓。對于這種結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置 在副柴油機微粒濾清器的入口側(cè)和出口側(cè)的流量計、流速計等的讀取值 來獲得差壓。另選的是，通過將初始狀態(tài)(剛再生之后的狀態(tài))的讀取值與 在副柴油機微粒濾清器中引起了微粒物質(zhì)沉積的狀態(tài)的讀取值進行比
25較，可以從副柴油機微粒濾清器的出口側(cè)的流量計、流速計等的讀取值 獲得差壓。
本發(fā)明具有通過使用公式(1) (4)從所獲得的副柴油機微粒濾清器 22A的差壓來獲得主柴油機微粒濾清器(DPF)22中沉積的微粒物質(zhì)的量的 特征，因此，可以使用包括通常用于測量差壓的那些元件的任意裝置來
測量副柴油機微粒濾清器的差壓。
圖10示出了針對通過使用包括各種過濾面積值和氣體滲透率值的
SiC的各種材料來制造圖llA llC所示類型l 3的柴油機微粒濾清器作 為所述副柴油機微粒濾清器22A的情況，通過副柴油機微粒濾清器22A兩 5端的差壓估計出的圖6的主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)沉積 量和主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量。這里應當 注意，類型l的柴油機微粒濾清器包括盤狀部件(正面形狀為圓形或橢圓 形)，而類型2的柴油機微粒濾清器具有類似于先前參照圖7A和7B所述的
柴油機微粒濾清器的矩形形狀，并包括形成在其中的相應矩形形狀的開
io 口，使得該開口不貫穿。此外，圖11C的類型3的柴油機微粒濾清器是由 圖2B所示的蜂窩結(jié)構(gòu)的柴油機微粒濾清器形成的。
參照圖IO，例l中形成了SiC類型l的柴油機微粒濾清器，其具有 3.6mm的直徑D和0.4mm的高度H，其中例l的柴油機微粒濾清器的特點在 于9fim的平均孔徑、42%的孔隙率、0.2cm,過濾面積以及5.0xl0"m,
15壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的排氣凈化裝置中 的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴油機微粒濾清器 (DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機微粒濾清器22A兩端 的差壓估計出的其估計值之間的誤差是士8.8%。
例2中形成了SiC類型2的柴油機微粒濾清器，其具有1.5mm的寬度W
20和高度H、 25mm的長度L以及0.25mm的壁厚，其中例2的柴油機微粒濾清 器的特點在于llpm的平均孔徑、42%的孔隙率、1.0cn^的過濾面積以及 9.0xl0"r^的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的排 氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴油 機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機微粒
25濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是士5Q/。。
例3中形成了SiC類型2的柴油機微粒濾清器，其具有1.5mm的寬度W 和高度H、 50mm的長度L以及0.25mm的壁厚，其中例3的柴油機微粒濾清 器的特點在于llimi的平均孔徑、42%的孔隙率、2.0cn^的過濾面積以及 9.0><10—131112的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的排
氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴油
機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機微粒 濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是士2.5n/。。
例4中形成了SiC類型2的柴油機微粒濾清器，其具有2mm的寬度W和
5高度H、 50mm的長度L以及0.4mm的壁厚，其中例4的柴油機微粒濾清器 的特點在于9pm的平均孔徑、42°/。的孔隙率、2.4cr^的過濾面積以及 5.(^10"31112的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的排 氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴油 機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機微粒
io濾清器22八兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是±2.5%。
例5中形成了SiC類型2的柴油機微粒濾清器，其具有1.5mm的寬度W 和高度H、 100mm的長度L以及0.25mm的壁厚，其中例5的柴油機微粒濾 清器的特點在于llpm的平均孔徑、42%的孔隙率、4.0cn^的過濾面積以 及9.0xlO-"mS的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的
15排氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴 油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機微 粒濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是士3.8n/。。
例6中形成了SiC類型2的柴油機微粒濾清器，其具有2mm的寬度W和 高度H、 100mm的長度L以及0.4mm的壁厚，其中例6的柴油機微粒濾清器
20的特點在于9pm的平均孔徑、42%的孔隙率、4.8(im的過濾面積以及 5.0x10—131112的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的排 氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴油 機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與根據(jù)副柴油機微粒 濾清器22八兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是±3.8%。
25 例7中形成了SiC類型2的柴油機微粒濾清器，其具有3mm的寬度W和
高度H、 100mm的長度L以及0.25mm的壁厚，其中例7的柴油機微粒濾清 器的特點在于llpm的平均孔徑、42%的孔隙率、10.0cr^的過濾面積以及 9.0x10—131112的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的排 氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴油
機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與根據(jù)副柴油機微粒 濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是士5.0。/。。
例8中以矩形體的形狀形成了SiC類型3的柴油機微粒濾清器，其具有 4.7mm的寬度W和高度H、 50mm的長度L以及0.25mm的壁厚，其中例8的
5柴油機微粒濾清器以每平方英寸300個單元的密度(300cpsi)形成有多個單 元。總共設(shè)置有9個單元(-3x3)。這些單元被密封在備用(altemate)端，其 中四個單元被密封在入口端。例8的柴油機微粒濾清器具有l(wèi)limi的平均孔 徑、42%的孔隙率，其特點在于12.2cn^的過濾面積和9.0xl(^r^的壁透氣 率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的排氣凈化裝置中的副柴
io油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴油機微粒濾清器(DPF)22 中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機微粒濾清器22A兩端的差壓 估計出的其估計值之間的誤差是±6.3% 。
例9中形成了SiC類型3的柴油機微粒濾清器，其具有15mm的直徑、 50mm的高度H，其中例9的柴油機微粒濾清器以每平方英寸300個單元的
15密度(300cpsi)以及0.25mm的壁厚形成有多個單元。例9的柴油機微粒濾清 器具有l(wèi)lpm的平均孔徑、42%的孔隙率，其特點在于100.0cr^的過濾面 積和9.0><10131112的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6 的排氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主 柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機
20微粒濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是士8.8。/。。
例10中形成了SiC類型3的柴油機微粒濾清器，其具有25mm的直徑、 50mm的高度H，其中例10的柴油機微粒濾清器以每平方英寸300個單元的 密度(300cpsi)以及0.25mm的壁厚形成有多個單元。例10的柴油機微粒濾 清器具有l(wèi)lpm的平均孔徑、42%的孔隙率，其特點在于277.0cr^的過濾
25面積和9.0><10|31112的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6 的排氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主 柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機 微粒濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是±8.8%。
例ll中形成了SiC類型3的柴油機微粒濾清器，其具有47mm的直徑、
50mm的高度H，其中例ll的柴油機微粒濾清器以每平方英寸300個單元的 密度(300cpsi)以及0.25mm的壁厚形成有多個單元。例ll的柴油機微粒濾 清器具有l(wèi)lpm的平均孔徑、42%的孔隙率，其特點在于980.0crr^的過濾 面積和9.0><10131112的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6 5的排氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主 柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機 微粒濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是土8.8%。
例12中形成了SiC類型12的柴油機微粒濾清器，其具有2mm的寬度W 和高度H、 50mm的長度L以及0.4mm的壁厚，其中例12的柴油機微粒濾清 io器的特點在于4pm的平均孔徑、42%的孔隙率、2.4cn^的過濾面積以及 1><10—131112的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的排氣 凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴油機 微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機微粒濾 清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是士2.5。/。。 15 例13中形成了SiC類型2的柴油機微粒濾清器，其具有2mm的寬度W
和高度H、 50mm的長度L以及0.4mm的壁厚，其中例13的柴油機微粒濾清 器的特點在于3pm的平均孔徑、50%的孔隙率、2.4cn^的過濾面積以及 3.0><10'141112的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的排 氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴油 20機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機微粒 濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是士3.8。/。。
例14中形成了多孔金屬類型2的柴油機微粒濾清器，其具有10mm的 寬度W和高度H、 30mm的長度L以及1.5mm的壁厚，其中例14的柴油機微 粒濾清器的特點在于47pm的平均孔徑、70%的孔隙率、8.4crr^的過濾面 25積以及1.5xlO—"n^的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖 6的排氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到， 主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油 機微粒濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是士5.0。/。。 例15中形成了陶瓷纖維類型2的柴油機微粒濾清器，其具有10mm的
寬度W和高度H、 30mm的長度L以及1.5mm的壁厚，其中例15的柴油機微 粒濾清器的特點在于50pm的平均孔徑、75%的孔隙率、8.4cn^的過濾面 積以及1.0xlO—Ur^的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖 6的排氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到， 5主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油 機微粒濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是士5.0。/。。
例16中形成了堇青石類型2的柴油機微粒濾清器，其具有2mm的寬度 W和高度H、 50mm的長度L以及0.4mm的壁厚，其中例16的柴油機微粒濾 清器的特點在于20,的平均孔徑、60%的孔隙率、2.4cn^的過濾面積以 10及1.5><10—121112的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的 排氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴 油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機微 粒濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是士5.0。/。。
例17中形成了Si-SiC類型2的柴油機微粒濾清器，其具有2mm的寬度 15 W和高度H、 50mm的長度L以及0.4mm的壁厚，其中例17的柴油機微粒濾 清器的特點在于20pm的平均孔徑、60%的孔隙率、2.4cn^的過濾面積以 及2.5xl0"m,壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的 排氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴 油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機微 20粒濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是土5.0e/。。
比較例l中形成了SiC類型l的柴油機微粒濾清器，其具有2.5mm的直 徑D和0.4mm的高度，其中比較例1的柴油機微粒濾清器的特點在于9nm 的平均孔徑、42%的孔隙率、0.05cmS的過濾面積以及5.0xlO—"m,壁透氣 率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器用作圖6的排氣凈化裝置中的副柴 25油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀察到，主柴油機微粒濾清器(DPF)22 中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副柴油機微粒濾清器22A兩端的差壓 估計出的其估計值之間的誤差是士15.0%。
比較例2中形成了SiC類型3的柴油機微粒濾清器，其具有60mm的直 徑D和50mm的高度H。對于比較例2的柴油機微粒濾清器，以每平方英寸
300個單元的密度、0.25mm的壁厚形成有多個單元，其中比較例2的柴油 機微粒濾清器的特點在于ll(im的平均孔徑、42%的孔隙率，1596.0cm4勺 過濾面積以及9.0><10—131112的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油機微粒濾清器 用作圖6的排氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情況下，可以觀 5察到，主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量與通過副 柴油機微粒濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間的誤差是 ±17.5%。
此外，對于參考例l，形成了陶瓷纖維類型2的柴油機微粒濾清器， 其具有10mm的寬度W和高度H、 30mm的長度L以及1.5mm的壁厚，其中
io參考例l的柴油機微粒濾清器的特點在于70^im的平均孔徑、70%的孔隙 率、8.4cn^的過濾面積以及2.0xlO-Ui^的壁透氣率(滲透率)。在將該柴油 機微粒濾清器用作圖6的排氣凈化裝置中的副柴油機微粒濾清器22A的情 況下，可以觀察到，主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉 積量與通過副柴油機微粒濾清器22A兩端的差壓估計出的其估計值之間
15 的誤差是士8.8%。
由圖10推斷出用作副柴油機微粒濾清器22a的柴油機微粒濾清器優(yōu) 選地具有0.1 1000cm2，更優(yōu)選為l 10cr^范圍內(nèi)的過濾面積，以及 1.0xlO"W 1.0xlO-Um2，更優(yōu)選為1.0xl0'。m2 1.0xl0—121112范圍內(nèi)的壁 透氣率(滲透率)。
20 應當注意，通過將圖6的排氣凈化裝置提供給2升柴油機的排氣管線，
并使發(fā)動機在3000rpm/50N的條件下運行5小時來進行上述實驗。由此， 通過測重獲得主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的實際沉積量， 并將如此獲得的值與通過副柴油機微粒濾清器22A兩端的差壓而獲得的 估計值進行比較。
25 在該實驗中，使用具有143.8mm直徑和150mm高度的濾清器作為主
柴油機微粒濾清器(DPF)22 。
更具體地說，主柴油機微粒濾清器(DPF)22是如下形成的通過使用 平均孔徑為lljim、孔隙率為42%、壁厚為0.25mm且單元密度為300cpsi 的單元來形成寬度和高度為34.4mm且長度為150mm的單元；將16(-4x4)
個單元彼此粘結(jié)(bind)，并加工側(cè)表面。此外，在上述實驗中，排氣管線 21使用150mm的直徑且副排氣管線21A的直徑被設(shè)為10mm。由此，每當 副柴油機微粒濾清器22A中沉積的微粒物質(zhì)達到0.5g/l的量時，就進行副 柴油機微粒濾清器22A的再生。 5 圖12A示出了形成上述實驗1-13和比較實驗2和3中使用的平均孔徑 和孔隙率為9(im和42。/。、 4^im和42y。，以及3pm和50n/o的SiC柴油機微粒濾
清器時的源材料的混合。
參照圖12A可以看到，通過分別將粒徑為9pm的SiC粗微粒和粒徑為 0.5(im的SiC細微粒以7000重量份和3000重量份與570重量份的有機粘結(jié)
io劑(MC)、 330重量份的增塑劑、150重量份的潤滑劑以及適量的水攪拌 (knead)在一起，可以形成平均孔徑為9(im且孔隙率為42。/。的SiC柴油機微 粒濾清器，其中通過擠壓工藝將由此獲得的源混合物成形為預定形狀(如 蜂窩狀)。在擠壓工藝之后，在300。C下對由此獲得的生坯(green body)進 行脫脂工藝3小時，然后在220(TC下進行烘烤工藝3小時。
15 參照圖12A可以看到，通過分別將粒徑為22fim的SiC粗微粒和粒徑為
0.5pm的SiC細微粒以7000重量份和3000重量份與570重量份的有機粘結(jié) 劑(MC)、 330重量份的增塑劑、150重量份的潤滑劑以及適量的水攪拌在 一起，可以形成平均孔徑為lliim且孔隙率為42M的SiC柴油機微粒濾清 器，其中通過擠壓工藝將由此獲得的源混合物成形為預定形狀(如蜂窩
20狀)。在擠壓工藝之后，在300'C下對由此獲得的生坯進行脫脂工藝3小時， 然后在220(TC下進行烘烤工藝3小時。
此外，參照圖12A可以看到，通過分別將粒徑為5pm的SiC粗微粒和 粒徑為0.5(im的SiC細微粒以7000重量份和3000重量份與570重量份的有 機粘結(jié)劑(MC)、 330重量份的增塑劑、150重量份的潤滑劑以及適量的水
25攪拌在一起，可以形成平均孔徑為4^im且孔隙率為42n/。的SiC柴油機微粒 濾清器，其中通過擠壓工藝將由此獲得的源混合物成形為預定形狀(如蜂 窩狀)。在擠壓工藝之后，在300'C下對由此獲得的生坯進行脫脂工藝3小 時，然后在220(TC下進行烘烤工藝3小時。
此外，參照圖12A可以看到，通過分別將粒徑為3,的SiC粗微粒和粒徑為0.5(im的SiC細微粒以5710重量份和2450重量份與550重量份的有 機粘結(jié)劑(MC)、 350重量份的增塑劑、350重量份的潤滑劑以及適量的水 攪拌在一起，可以形成平均孔徑為3nm且孔隙率為50。/。的SiC柴油機微粒 濾清器，其中通過擠壓工藝將由此獲得的源混合物成形為預定形狀(如蜂
5窩狀)。在擠壓工藝之后，在300'C下對由此獲得的生坯進行脫脂工藝3小 時，然后在220(TC下進行烘烤工藝3小時。
圖12B示出了形成例17中所用的平均孔徑為20^im且孔隙率為60。/。的 Si-SiC的柴油機微粒濾清器時的源材料的混合。
參照圖12B可以看到，通過分別將粒徑為22pm的SiC粗微粒和粒徑為
io 4(im的SiC細微粒以5210重量份和1300重量份與700重量份的有機粘結(jié)劑 (MC)、 330重量份的增塑劑、150重量份的潤滑劑以及適量的水攪拌在一 起，可以形成平均孔徑為20iim且孔隙率為60Q/。的Si-SiC柴油機微粒濾清 器，其中通過擠壓工藝將由此獲得的源混合物成形為預定形狀。在擠壓 工藝之后，在300'C下對由此獲得的生坯(green body)進行脫脂工藝3小時，
15然后在1650'C下進行烘烤工藝3小時。
圖12C示出了例16所用的平均孔徑為20^im且孔隙率為60。/。的堇青石 陶瓷的源材料的混合。
參照圖12C可以看到，通過分別將粒徑為10iim的云母微粒、粒徑為 9)Lim的高嶺土微粒、粒徑為9.5pm的氧化鋁微粒、粒徑為5(am的氫氧化鋁
20微粒以及粒徑為10pm的硅石微粒以40、 10、 17、 16和18的重量份與20重 量份的發(fā)泡劑、6重量份的增塑劑、16重量份的溶劑攪拌在一起，可以形 成平均孔徑為20nm且孔隙率為60y。的堇青石柴油機微粒濾清器，其中通 過擠壓工藝將由此獲得的源混合物成形為預定形狀。在擠壓工藝之后， 在30(TC下對由此獲得的生坯進行脫脂工藝3小時，然后在1400"C下進行
25烘烤工藝3小時。
圖12D示出了制造例15和參考例l所用的陶瓷纖維的柴油機微粒濾清 器的概要。
參照圖12D，分別將平均直徑為5pm且長度為0.2 0.4mm的氧化鋁纖 維和平均直徑為13(im且長度為3mm的玻璃纖維以1000重量份和500重量
份連同80重量份的有機粘結(jié)劑一起散布在水中，并通過抄漿(papeheating) 工藝形成薄板。此外，在95(TC的溫度下對由此獲得的薄板加熱5小時。 此外，在酸中處理之后，在105(TC的溫度下再加熱5小時。由此，通過根 據(jù)預定形狀來成形由此獲得的薄板，獲得了柴油機微粒濾清器。 5 在圖11的例14中，可以在壓縮處理之后對柴油機微粒濾清器應用由
三菱材料(Mitsubishi Material)銷售的Ni-C-W合金的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(商品名 MA23)，以便獲得預定的平均孔徑和孔隙率。 [第二實施方式]
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的使用圖4的排氣凈化裝置的 io排氣凈化方法的流程圖。
參照圖13，在步驟l，通過使用流量計24來檢測排氣流速Q(mào)，并通過 差壓表22B來檢測副柴油機微粒濾清器22A兩端的差壓AP。此外，禾U用溫 度測量部分T1的溫度來檢測排氣的溫度。
接下來，在步驟2，根據(jù)公式(l)，通過步驟1中檢測到的差壓AP獲得 15由副柴油機微粒濾清器22A收集的微粒物質(zhì)的層厚W。這里應當注意，排 氣的溫度T可以利用主柴油機微粒濾清器(DPF)22的溫度測量部分T2來獲 得，而不是像目前這種情況一樣使用副柴油機微粒濾清器22A的溫度測量 部分T1。此外，溫度T可以通過溫度測量部分T1和T2的溫度而求得(例如，
以平均值、最大值、最小值的形式)。從更準確地計算微粒物質(zhì)的量的觀 20點來講，優(yōu)選使用副柴油機微粒濾清器22A的溫度測量部分T1。對于該溫
度測量部分而言，可以使用熱電偶，同時它也可以使用任意物件，只要
它可以測量溫度即可。盡管優(yōu)選的是測量排氣管內(nèi)的排氣的溫度，但是
也可以測量濾清器或單元的溫度。
此外，在步驟2，利用先前提及的公式(2)，通過步驟l檢測到的層厚 25 W獲得由單元22b收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量ms。。t。
此外，在步驟3，判斷副柴油機微粒濾清器22A的單元22b中沉積的微
粒物質(zhì)層的質(zhì)量m爐是否超過了預定閾值ThO，如果判斷結(jié)果為否，則處
理返回步驟l。
如果在步驟3副柴油機微粒濾清器22A的單元22b中沉積的微粒物質(zhì)
層的質(zhì)量ms。。t超過了預定閾值ThO，則在步驟4激活加熱器22h，通過燃燒 除去微粒物質(zhì)22c。
同時，在圖13的處理中，在步驟ll，通過公式(3)同時使用步驟2獲 得的單元22b中所收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量ms。。t來獲得排氣中的微粒物質(zhì)的 5濃度PM，并且通過公式(4)和主柴油機微粒濾清器(DPF)22的收集效率，
來獲得主柴油機微粒濾清器22中沉積的微粒的沉積量PMe自礎(chǔ)fito。
因此，在步驟12，判斷主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的
沉積量PMe^fuUfito是否超過了預定閾值Thl，如果判斷結(jié)果為否，則操作 返回步驟Sll。
10 如果在步驟12判定主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉
積量PMenter訓fHte顏過了預定閾值TM，則在步驟13中通過控制發(fā)動機控制 單元(ECU)而進行后噴射，并且通過燃燒除去主柴油機微粒濾清器
(DPF)22中沉積的微粒物質(zhì)。由此，實現(xiàn)了濾清器的再生。
利用圖13的處理，可以獨立地進行副柴油機微粒濾清器22A和主柴油 15機微粒濾清器(DPF)22的再生，因此，可以始終將構(gòu)成副柴油機微粒濾清
器22A的單元22b中的微粒物質(zhì)22c的沉積量或煙灰層的量保持為0.5g/l或
以下的小值。利用這種結(jié)構(gòu)，可以提高使用副柴油機微粒濾清器22A的微
粒物質(zhì)傳感器的靈敏度。
對于圖6的結(jié)構(gòu)(其中閥23插入在副排氣管線21A中)，即使獨立于主 20柴油機微粒濾清器(DPF)22進行副柴油機微粒濾清器22A的再生，也不會
導致排氣主要流過已經(jīng)進行了再生的副柴油機微粒濾清器的情況，因此
在對主柴油機微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉積量進行估計時不
會引起誤差。
由此，應當注意，不需要閥門23將副排氣管線21A中的排氣流速精確 25地保持在恒定水平，而是只要避免流向副排氣管線21A的排氣流的極大偏 差就足夠。
因此，在上述第二實施方式中，測量差壓AP、排氣溫度T以及排氣 流速Q(mào)(步驟1)，利用公式(1)和(2)，由上述測量結(jié)果獲得由副柴油機微粒 濾清器收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量(步驟2)，利用公式(3)和(4)并且使用主柴油
機微粒濾清器的收集效率，通過在副柴油機微粒濾清器中收集的微粒物 質(zhì)的量，獲得由主柴油機微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的量(步驟ll)。
在圖13中，以及在下面要說明的圖14中，將主柴油機微粒濾清器
(DPF)22指定為DPF，而將副柴油機微粒濾清器22A指定為副DPF。此外， 5將柴油機微粒物質(zhì)的沉積指定為DPMdepo。
另一方面，可以如圖14所示來改動獲得主柴油機微粒濾清器中所收 集的微粒物質(zhì)的量的處理。
因此，在圖14中，用于獲得由主柴油機微粒濾清器收集的微粒物質(zhì) 的量的處理(步驟ll)是與獲得由副柴油機微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的 io量的處理(步驟2)并行進行的，同時利用了步驟l獲得的測量結(jié)果。 [第三實施方式]
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的微粒物質(zhì)傳感器的構(gòu)成，其 中與先前描述的部分相對應的那些部分用相同的附圖標記來表示，并且 省略其描述。
15 對于圖15的實施方式，還在微粒物質(zhì)檢測傳感器的殼體外設(shè)置了熱
敏電阻22Th作為溫度測量部分，其中通過控制電路經(jīng)由信號線22th來讀 取熱敏電阻22Th的電阻值。
利用圖15的實施方式，熱敏電阻22Th被集成到微粒傳感器的殼體中， 結(jié)果，可以以緊湊的尺寸來構(gòu)成微粒物質(zhì)傳感器，適于設(shè)置在柴油機的 20任意希望位置。
圖16示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的微粒物質(zhì)傳感器的構(gòu)成，其 中與先前描述的部分相對應的那些部分用相同的附圖標記來表示，并且 省略其描述。
25 對于圖16的實施方式，在微粒物質(zhì)傳感器的殼體內(nèi)設(shè)置了差壓文氏
管的流量計24A作為流量計24，其中流量計24A的輸出經(jīng)由信號線24a被 發(fā)送到控制電路。
因此，利用圖16的實施方式，可以通過差壓文氏管的流量計24A來讀 取流過單元22b的排氣的流速。因為流量計24A被集成到微粒傳感器的殼
體中，所以微粒物質(zhì)傳感器構(gòu)成為緊湊的尺寸，可以將微粒物質(zhì)傳感器 設(shè)置在柴油機的任意希望位置。
圖17示出了圖16的微粒傳感器的變型。
參照圖17，本實施方式提供了一種簡單的熱線流量計24B來代替圖13 5的差壓文氏管的流量計24A，通過控制電路經(jīng)由信號線24b來讀取流過單 元22b的排氣的流速。
此外，盡管到此為止對于使用SiC的蜂巢(honeycomb)部件作為主柴 油機微粒濾清器(DPF)22和副柴油機微粒濾清器22A的情況進行了說明， 但是本發(fā)明絕不限于這種特定的濾清器部件，還可以使用包含60%或更多 io碳化硅的復合材料，如碳化硅和金屬的復合物(本發(fā)明在碳化硅中也包括 這種復合物)，諸如氮化鋁、氮化硅、氮化硼、氮化鎢等的氮化物，諸如 碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢等的碳化物、諸如氧化鋁、氧化鋯、 堇青石、富鋁紅柱石、硅石、鈦酸鋁的氧化物或諸如不銹鋼的金屬多孔 體。此外，除蜂窩狀結(jié)構(gòu)之外可以使用諸如褶皺的結(jié)構(gòu)體或元件板。 15 通過使用本發(fā)明的微粒物質(zhì)傳感器的排氣凈化裝置尺寸緊湊，不僅
適用于諸如卡車的大型車輛或工業(yè)機器，而且適用于旅行客車。
權(quán)利要求
1、一種微粒物質(zhì)檢測傳感器，該微粒物質(zhì)檢測傳感器包括微粒物質(zhì)檢測濾清器；以及差壓測量部分，用于測量所述微粒物質(zhì)檢測濾清器的入口與出口之間的差壓，其中所述微粒物質(zhì)檢測濾清器的過濾面積在0.1～1000cm2的范圍內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器，其中所述過濾面積 io 在l 10cn^的范圍內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器，其中所述微粒物 質(zhì)檢測濾清器的壁透氣率在1.0xl(T" 1.0xl(TUr^的范圍內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器，其中所述壁透氣率 在1.0xl0"3 1.0xl0"2m2的范圍內(nèi)。
5、根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器，該微粒物質(zhì)檢測傳感器還包括用于測量溫度的溫度測量部分。
6、根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器，該微 粒物質(zhì)檢測傳感器還包括用于測量流過所述微粒檢測濾清器的排氣的流 速的流量計或等效儀表。
7、根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器，該微粒物質(zhì)檢測傳感器還包括容器，其中所述微粒物質(zhì)檢測濾清器、所述差 壓測量部分、所述溫度測量部分以及所述流量計中的至少一個容納在所 述容器中。
8、根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器，其 25中所述微粒檢測濾清器包括SiC、氮化鋁、碳化硅、氮化硼、氮化鉤、碳 化鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢、氧化鋁、氧化鋯、堇青石、多鋁紅柱石、 硅石以及鈦酸鋁中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種微粒物質(zhì)檢測傳感器，該微粒物質(zhì)檢測傳感器包括微粒物質(zhì)檢測濾清器；以及差壓測量部分，用于測量所述微粒物質(zhì)檢測濾清器的入口與出口之間的差壓，其中所述微粒物質(zhì)檢測濾清器的過濾面積在0.1～1000cm²的范圍內(nèi)。
文檔編號F01N11/00GK101165324SQ200710153000
公開日2008年4月23日 申請日期2007年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者阿薩納西奧斯·G·坎斯坦多普羅斯 申請人:揖斐電株式會社;阿薩納西奧斯·G·坎斯坦多普羅斯