專利名稱：顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在安裝在車輛中的內(nèi)燃機的排氣道中用于檢測存在于廢氣中的顆粒物(PM)的數(shù)量的技術(shù)。
背景技術(shù)：
通常，使用這樣的方法檢測廢氣中的顆粒物(PM)的數(shù)量，所述方法為使用包括氧化催化劑的傳感器、加熱氧化催化劑的加熱器和檢測氧化催化劑的溫度的溫度傳感器(例如，參見日本專利申請公報 No. 2008-261322 (JP-A-2008-261322))。 上述引證的參考文獻將在被氧化催化劑收集或沉積在氧化催化劑上的顆粒物的氧化期間所產(chǎn)生的熱量作為參數(shù)。相關(guān)技術(shù)旨在確定被氧化催化劑收集或沉積在氧化催化劑上的顆粒物的數(shù)量。然而，廢氣凈化的最新進展已經(jīng)發(fā)展到減小從內(nèi)燃機排放的顆粒物的直徑。具體地，當檢測裝置布置在排氣道中并且位于顆粒過濾器下游時，從顆粒物中泄漏的顆粒物的直徑將減小。因此，氧化催化劑不能捕獲廢氣中的所有顆粒物。在這種情況下，廢氣中的顆粒物的數(shù)量與被氧化催化劑所收集的顆粒物的數(shù)量相互不緊密關(guān)聯(lián)。因此，降低了檢測顆粒物的數(shù)量的準確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種技術(shù)，所述技術(shù)能夠更加準確地檢測存在于內(nèi)燃機的廢氣中的顆粒物的數(shù)量。在本發(fā)明中，多孔結(jié)構(gòu)布置在內(nèi)燃機的排氣道中，所述多孔結(jié)構(gòu)包括沿著廢氣流動方向布置的一對電極和插置在電極之間的固體電解質(zhì)，并且根據(jù)電極之間所產(chǎn)生的電勢差來確定廢氣中的顆粒物的數(shù)量。根據(jù)本發(fā)明的一方面的顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)包括多孔的第一電極，所述第一電極設(shè)置在內(nèi)燃機的排氣道中；多孔的第二電極，所述第二電極布置在排氣道中并且位于第一電極下游；多孔固體電解質(zhì)，所述多孔固體電解質(zhì)插置在第一電極和第二電極之間；測量部分，所述測量部分測量第一電極和第二電極之間的電勢差；以及確定部分，所述確定部分根據(jù)測量得到的電勢差來確定廢氣中顆粒物的數(shù)量。本結(jié)構(gòu)的孔隙收集存在于廢氣中的顆粒物。在這種情況下，存在于廢氣中的顆粒物被本結(jié)構(gòu)的相對于廢氣流動方向的上游區(qū)域所收集(第一電極和固體電解質(zhì))。因此，第一電極的至少一部分被顆粒物所覆蓋。結(jié)果，在第一電極和第二電極之間產(chǎn)生氧分壓的差。上述氧分壓的差隨著覆蓋第一電極的顆粒物的數(shù)量的增加而增大(由于第一電極的沒有被顆粒物覆蓋的區(qū)域的面積減小)。在這種情況下，當在第一電極和第二電極之間產(chǎn)生氧分壓差時，發(fā)生對應(yīng)于氧分壓差的極化。由此，在第一電極和第二電極之間產(chǎn)生電勢差。因此，通過測量電極之間的電勢差能夠計算出被本結(jié)構(gòu)所收集的顆粒物的數(shù)量。應(yīng)當注意的是，由于根據(jù)本發(fā)明的上述方面的結(jié)構(gòu)由多孔固體電解質(zhì)和多孔電極所形成，所以本結(jié)構(gòu)也收集廢氣中的小直徑顆粒物。結(jié)果，存在于廢氣中的顆粒物的數(shù)量與被本結(jié)構(gòu)所收集的顆粒物的數(shù)量相互緊密關(guān)聯(lián)。因此，隨著存在于廢氣中的顆粒物的數(shù)量增多，被本結(jié)構(gòu)所收集的顆粒物的數(shù)量也增多。換言之，存在于廢氣中的顆粒物的數(shù)量增多，電極之間的氧分壓差(電勢差)增大。在這種情況下,事先通過利用實驗等的調(diào)配操作(adaptation operation),獲得電極之間的電勢差和廢氣中的顆粒物的數(shù)量之間的關(guān)系(例如，用于將電勢差轉(zhuǎn)化為顆粒物數(shù)量的函數(shù)表達式、示出了電勢差的絕對值和顆粒 物數(shù)量的絕對值之間的關(guān)系的圖表，等)，由此通過電極之間的電勢差來確定廢氣中的顆粒物的數(shù)量。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的上述方面的顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)使得能夠更加準確地確定存在于廢氣中的顆粒物的數(shù)量。應(yīng)當注意的是，當固體電解質(zhì)的溫度等于或高于活化溫度時，固體電解質(zhì)作為電解質(zhì)的功能被激活。因此，在內(nèi)燃機冷起動之后的短時間內(nèi)或者在持續(xù)一種廢氣溫度較低(例如，減速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，空轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，等)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)之后的短時間內(nèi)，固體電解質(zhì)的溫度可能變得低于活化溫度。因此，根據(jù)本發(fā)明的上述方面的顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)可以裝配有溫度調(diào)節(jié)部分，所述溫度調(diào)節(jié)部分保持固體電解質(zhì)的溫度等于或高于活化溫度。同時，當被本結(jié)構(gòu)所收集的顆粒物的數(shù)量增加時，第一電極的無遮蔽區(qū)域(沒有被顆粒物所覆蓋或能夠與廢氣相接觸)的面積減小，并且在第一電極中以及周圍的氧分壓相應(yīng)地下降。然而，當所收集的顆粒物的數(shù)量超過某一定量時，氧分壓不再下降。結(jié)果，在被本結(jié)構(gòu)所收集的顆粒物的數(shù)量超過某一定量時(例如，在第一電極的全部區(qū)域都被顆粒物覆蓋時所收集的顆粒物的數(shù)量)，電極之間的電勢差和被本結(jié)構(gòu)所收集的顆粒物的數(shù)量相互不關(guān)聯(lián)。因此，需要保持被本結(jié)構(gòu)所收集的顆粒物的數(shù)量小于某一定量。根據(jù)這個觀點，根據(jù)本發(fā)明的上述方面的顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)可以裝配有溫度調(diào)節(jié)部分，所述溫度調(diào)節(jié)部分在被本結(jié)構(gòu)所收集的顆粒物的數(shù)量達到上限數(shù)量時升高第一電極的溫度。這里所提及的上限數(shù)量是通過從上述定量中減去預定余量所得到的數(shù)量。應(yīng)當注意的是，根據(jù)本結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸、內(nèi)燃機的規(guī)格等，上述定量會有所不同，因此需要事先通過實驗計算出所述定量。一旦被本結(jié)構(gòu)所收集的顆粒物的數(shù)量達到上限數(shù)量，第一電極的溫度就被升高，由此氧化且移走被第一電極和固體電解質(zhì)所收集的顆粒物。結(jié)果，能夠保持被本結(jié)構(gòu)所收集的顆粒物的數(shù)量等于或小于該定量。作為確定被本結(jié)構(gòu)所收集的顆粒物的數(shù)量是否已經(jīng)達到上限數(shù)量的方法，能夠利用確定電極之間的電勢差是否已經(jīng)達到上限的方法。所述上限是這樣的數(shù)值，所述數(shù)值等于在所收集的顆粒物的數(shù)量達到上限數(shù)量時的電勢差。作為確定被本結(jié)構(gòu)所收集的顆粒物的數(shù)量是否已經(jīng)達到上限數(shù)量的另一種方法，能夠使用這樣的方法，所述方法為根據(jù)內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)(燃料噴射量、進氣量、廢氣再循環(huán)氣量等)估計存在于廢氣中的顆粒物的數(shù)量，以及確定廢氣中的顆粒物的估計數(shù)量是否等于或超過上限數(shù)量。應(yīng)當注意的是，作為本發(fā)明的一方面，在本結(jié)構(gòu)布置在排氣道中并且位于顆粒過濾器的下游的構(gòu)造中，能夠應(yīng)用這樣的方法，所述方法為根據(jù)內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)和顆粒物的狀態(tài)(橫過顆粒過濾器的壓力差和所述顆粒過濾器的溫度)估計從顆粒過濾器中流出的顆粒物的數(shù)量，并且確定所述數(shù)量的估計值是否等于或大于上限數(shù)量。然而，如果本結(jié)構(gòu)的溫度(尤其是第一電極周圍的溫度)變高，每單位時間氧化的顆粒物的數(shù)量可以變得遠大于每單位時間收集的顆粒物的數(shù)量。在這種情況下，一部分顆粒物被氧化而沒有被本結(jié)構(gòu)收集。從而，廢氣中的顆粒物的數(shù)量和電極之間的電勢差不再相互緊密關(guān)聯(lián)。因此，需要調(diào)節(jié)本結(jié)構(gòu)的溫度，使得氧化的顆粒物的數(shù)量不超過收集的顆粒物的數(shù)量。根據(jù)這個觀點，當每單位時間氧化的顆粒物的數(shù)量變得大于每單位時間收集的顆粒物的數(shù)量時(或者當預計每單位時間氧化的顆粒物的數(shù)量變得大于每單位時間收集的顆粒物的數(shù)量時)，根據(jù)本發(fā)明的上述方面的溫度調(diào)節(jié)部分可以降低第一電極的溫度。在這種情況下，每單位時間氧化的顆粒物的數(shù)量較小。因此，能夠避免發(fā)生氧化的顆粒物的數(shù)量變得大于收集的顆粒物的數(shù)量的狀況。 作為確定氧化的顆粒物的數(shù)量是否大于收集的顆粒物的數(shù)量的方法，能夠使用確定電極之間的電勢差是否已經(jīng)降低到下限的方法。所述下限是通過給在氧化的顆粒物的數(shù)量大于收集的顆粒物的數(shù)量時的電勢差增加預定余量所得到的數(shù)值。此外，所述下限可以是通過給顆粒物的數(shù)量加上預定余量而獲得的值，其中，所述顆粒物的數(shù)量是在內(nèi)燃機的所有運轉(zhuǎn)狀態(tài)中排放的顆粒物數(shù)量最少的運轉(zhuǎn)狀態(tài)中所排放的顆粒物的數(shù)量，或者是當流出顆粒過濾器的顆粒物的數(shù)量最少時的顆粒物的數(shù)量。作為確定氧化的顆粒物的數(shù)量是否大于收集的顆粒物的數(shù)量的另一種方法，能夠使用這樣的方法，所述方法為根據(jù)內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)和顆粒物的狀態(tài)估計存在于廢氣中的顆粒物的數(shù)量，并且確定所述數(shù)量的估計值和顆粒物的通過確定部分確定的數(shù)量(確定值)之間的差(通過從估計值中減去確定值所得到的值)是否大于允許值。應(yīng)當注意的是，允許值是通過向包括在上述估計值中的誤差增加預定余量而得到的數(shù)值。當調(diào)節(jié)本結(jié)構(gòu)的溫度使得電極之間的電勢差被限制在如上所述的上限和下限之間的范圍內(nèi)時，能夠?qū)崟r連續(xù)地檢測廢氣中的顆粒物的數(shù)量。應(yīng)當注意的是，電極之間電勢差的大小可以根據(jù)第一電極所處的壓力和第二電極所處的壓力之間的差的大小進行變化。因此，適當?shù)氖?，確定由電極之間的壓力差所產(chǎn)生的電勢差，并且利用所確定的電勢差校正由測量部分測量得到的測量值。在這種情況下，可以事先通過實驗獲得上述壓力差的大小與由壓力差所產(chǎn)生的電勢差的大小之間的關(guān)系。當利用電極之間的壓力差這樣校正測量部分的測量值時，能夠更加準確地計算廢氣中的顆粒物的數(shù)量。此外，電極之間的電勢差的大小可以根據(jù)第一電極所處的氣體的空燃比和第二電極所處的氣體的空燃比之間的差大小進行變化。因此，也適當?shù)氖?，確定由空燃比之間的上述差所產(chǎn)生的電勢差，并且利用所確定的電勢差校正測量部分的測量值。在這種情況下，可以事先通過實驗得到空燃比的上述差和由空燃比之間的差所產(chǎn)生的電勢差之間的關(guān)系。當利用電極之間的空燃比差這樣校正測量部分的測量值時，能夠更加準確地計算廢氣中的顆粒物的數(shù)量。應(yīng)當注意的是，可以實施基于電極之間的壓力差的校正處理和基于電極之間的空燃比差的校正處理中的僅一個校正處理，或者可以實施上述兩個校正處理。在實施兩個校正處理的情況下，能夠進一步提高檢測顆粒物數(shù)量的準確性。根據(jù)本發(fā)明的上述方面，能夠更加準確地檢測內(nèi)燃機的廢氣中存在的顆粒物的數(shù)
量


在參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例進行的以下詳細描述中，將描述本發(fā)明的特征、優(yōu)勢、以及在技術(shù)和工業(yè)上的意義，在這些附圖中相同的附圖標記指示相同的元件，并且其中圖I示出了應(yīng)用了本發(fā)明的內(nèi)燃機的整體構(gòu)造和所述內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的測量單元的整體構(gòu)造的縱向剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的測量單元的整體構(gòu)造的橫向剖視圖；圖4示出了測量單元的替代性布置方案；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的測量單元的構(gòu)造的縱向剖視圖；圖6是壓力差和電勢差偏移量之間的關(guān)系的圖表；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的測量單元的構(gòu)造的縱向剖視圖；圖8是描繪空燃比的商和校正系數(shù)之間的關(guān)系的圖表。
具體實施例方式以下參照附圖描述本發(fā)明的具體實施例。除非另有說明，在本發(fā)明的這些實施例中所提及的部件的尺寸、材料、形狀、相關(guān)的布置方式等并不旨在限制本發(fā)明的技術(shù)范圍。
將參照圖I到圖4描述本發(fā)明的第一實施例。圖I示出了應(yīng)用了本發(fā)明的內(nèi)燃機的整體構(gòu)造和所述內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)。圖I中示出的內(nèi)燃機I可以是壓縮點火內(nèi)燃機(柴油發(fā)動機)或火花點火發(fā)動機(汽油發(fā)動機)。排氣管2連接到內(nèi)燃機I。包含氧化催化劑和顆粒過濾器的廢氣凈化裝置3布置在排氣管2的中間位置。測量單元4設(shè)置在排氣管2中并且位于廢氣凈化裝置3下游，所述測量單元4測量與存在于廢氣中的顆粒物的數(shù)量相關(guān)的物理量?，F(xiàn)在將根據(jù)圖2和圖3描述測量單元4的構(gòu)造。圖2示出了排氣管2的平行于所述排氣管2的軸向方向切割得到的橫截面(縱向截面)。圖3示出了排氣管2的垂直于所述排氣管2的軸向方向切割得到的橫截面(橫向截面)。測量單元4設(shè)置有這樣的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括一對電極41和42和圓筒形的固體電解質(zhì)40，所述一對電極41和42分別設(shè)置在固體電解質(zhì)40的每個端面上。固體電解質(zhì)40是具有氧離子電導率的多孔固體電解質(zhì)，并且所述固體電解質(zhì)40可以由多孔穩(wěn)定氧化鋯等形成。電極41和42是多孔電導體，所述多孔電導體形成為膜狀，并且所述電極41和42由例如多孔金屬形成。加熱器襯底44層壓在固體電解質(zhì)40上，所述加熱器襯底44包括熱發(fā)生器，所述熱發(fā)生器在通電時產(chǎn)生熱量。加熱器襯底44可以布置并且構(gòu)造成使得能夠加熱包括固體電解質(zhì)40以及電極41和42的所述結(jié)構(gòu)的全部區(qū)域，或者所述加熱器襯底44可以布置并且構(gòu)造成使得一對電極41和42中的一個(S卩，電極41)和固體電解質(zhì)40能夠優(yōu)先被加熱。
上述結(jié)構(gòu)可以恰當?shù)夭迦朐诠軤罟艿?5中，所述管狀管道45的兩個端部形成為漏斗狀。從排氣管2的內(nèi)壁面突出的支柱400支撐管道45，使得所述管道45與排氣管2共軸。在這種情況下，如圖2所示，管道45布置成使得所述結(jié)構(gòu)的電極中的一個41 (此后簡稱為“第一電極41”)沿著廢氣流動方向定位在上游側(cè)(圖2中的左側(cè))，而另一個電極42(此后簡稱為“第二電極42”)沿著廢氣流動方向定位在下游側(cè)(圖2中的右側(cè))。根據(jù)圖2所示的布置方式，流入到管道45中的廢氣按所說明的順序流動通過第一電極41、固體電解質(zhì)40、和第二電極42。因此，第一電極41和固體電解質(zhì)40收集存在于廢氣中的顆粒物。當?shù)谝浑姌O41收集顆粒物時，第一電極41的至少一部分被顆粒物所覆蓋。結(jié)果，第一電極41周圍的氧分壓變得低于第二電極42周圍的氧分壓。即，在第一電極41和第二電極42之間產(chǎn)生氧分壓的差。當在第一電極41和第二電極42之間產(chǎn)生氧分壓差時，發(fā)生對應(yīng)于氧分壓差的極化。因此，在第一電極41和第二電極42之間產(chǎn)生電勢差。在這種情況下，隨著被第一電極41收集或者沉積在所述第一電極41上的顆粒物的數(shù)量增多，電勢差增大。第一電極41和固體電解質(zhì)40由多孔材料形成。從而，能夠基本全部收集存在于廢氣中的顆粒物。因此，電勢差的大小與存在于廢氣中的顆粒物的數(shù)量密切相關(guān)。因此，根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)包括電壓計43，所述電壓計43電連到第一電極41和第二電極42;以及電子控制單元(ECU) 5，所述電子控制單元5將電壓計43的讀數(shù)轉(zhuǎn)換為顆粒物的數(shù)量。電子控制單元5是包括中央處理器(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、備份隨機存取存儲器等的電子控制單元。應(yīng)當注意的是，電子控制單元5也可以作為用于控制內(nèi)燃機I的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的電子控制單元或者可以與用于控制內(nèi)燃機I的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的電子控制單元分離地提供。電壓計43的測量值和顆粒物數(shù)量之間的關(guān)系(例如，用于使用電壓計讀數(shù)計算顆粒物數(shù)量的方程、指示電壓計讀數(shù)的絕對值和顆粒物數(shù)量的絕對值之間關(guān)系的圖表，等)存儲在電子控制單元5的只讀存儲器中。事先通過實驗等確定電壓計43的讀數(shù)和顆粒物數(shù)量之間的關(guān)系。使用上述方程或圖表，電子控制單元5將電壓計43的讀數(shù)轉(zhuǎn)換為顆粒物數(shù)量。經(jīng)由通過電子控制單元5將電壓計43的讀數(shù)轉(zhuǎn)換為顆粒物數(shù)量來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的確定部分。結(jié)果，能夠準確地計算廢氣中的顆粒物的數(shù)量。同時，固體電解質(zhì)40具有適當?shù)幕罨瘻囟?。即，在固體電解質(zhì)40的溫度等于或超過活化溫度時，激活固體電解質(zhì)40作為電解質(zhì)的功能(氧離子電導率)。因此，需要保持固體電解質(zhì)40的溫度等于或者高于活化溫度。因而，當固體電解質(zhì)40的溫度下降到下限(通過給活化溫度加上余量而獲得的溫度)時，電子控制單元5使加熱器襯底44通電(或者提高加熱器襯底44的供電量)。當加熱器襯底44被這樣控制時，固體電解質(zhì)40的溫度保持在活化溫度或者高于活化溫度。作為確定固體電解質(zhì)40的溫度是否已經(jīng)下降到下限的方法，能夠使用這樣的方 法，所述方法為確定溫度傳感器的測量值是否等于或低于下限，其中所述溫度傳感器安裝成測量固體電解質(zhì)40的溫度。作為確定固體電解質(zhì)40的溫度是否已經(jīng)下降到下限的另一個方法，能夠使用這樣的方法，所述方法為確定溫度傳感器的測量值是否等于或低于下限，其中所述溫度傳感器安裝成測量流入到所述結(jié)構(gòu)中的廢氣的溫度或從所述結(jié)構(gòu)流出的廢氣的溫度。
應(yīng)當注意的是，當固體電解質(zhì)40的溫度下降到活化溫度以下時，第一電極41和第二電極42之間的電勢差變得近似等于零。因此，電子控制單元5確定當電壓計43的讀數(shù)是零或者接近于零時，固體電解質(zhì)40的溫度低于活化溫度。根據(jù)這種方法，不必提供溫度傳感器。從而，也可以提高車輛的可安裝性以及削減制造成本。此外，當被第一電極41和固體電解質(zhì)40所收集或者沉積在所述第一電極41和所述固體電解質(zhì)40上的顆粒物的數(shù)量(此后，簡稱為“顆粒物的收集數(shù)量”)超過某一定量時，第一電極41完全被顆粒物所覆蓋。結(jié)果，一旦所收集的顆粒物的數(shù)量超過所述定量時，即使當所收集的顆粒物的數(shù)量進一步增多時，第一電極41的電勢也很難再發(fā)生改變。即，在所收集的顆粒物的數(shù)量超過所述定量時，電壓計43的讀數(shù)不再與所收集的顆粒物的數(shù)量密切相關(guān)。此外，當所收集的顆粒物的數(shù)量超過所述定量時，可能會發(fā)生結(jié)構(gòu)堵塞，所述堵塞導致壓力損失(背壓)的增大。因此，有必要保持所收集的顆粒物的數(shù)量低于所述定量。因而，當所收集的顆粒物的數(shù)量達到上限數(shù)量時，電子控制單元5使加熱器襯底44通電(或者增加加熱器襯底44的通電量)，以便氧化且去除被第一電極41和固體電解質(zhì)40收集或沉積在所述第一電極41和所述固體電解質(zhì)40上的顆粒物。這里所提及的“上限量”是通過從所述定量中減去預定余量而得到的數(shù)量。當加熱器襯底44被這樣控制時，保持所收集的顆粒物的數(shù)量低于所述定量。確定電壓計43的讀數(shù)是否已經(jīng)達到最大閾值的方法可以用于確定所收集的顆粒物的數(shù)量是否已經(jīng)達到上限數(shù)量。對于電壓計來說，上限數(shù)量是在所收集的顆粒物的數(shù)量已經(jīng)達到上限量時第一電極41和第二電極42之間的電勢差。替代地，可以通過根據(jù)內(nèi)燃機I的運轉(zhuǎn)狀態(tài)(燃料噴射量、進氣量、廢氣再循環(huán)(EGR)的氣量，等)和顆粒過濾器的狀況(橫過顆粒過濾器的壓力差和所述顆粒過濾器的溫度)估計流入到所述結(jié)構(gòu)中的顆粒物的數(shù)量，然后確定估計值是否等于或超過上限數(shù)量，由此確定所收集的顆粒物的數(shù)量是否已經(jīng)達到上限數(shù)量。應(yīng)當注意的是，在所收集的顆粒物的數(shù)量達到閾值量之后，電壓計43的讀數(shù)不發(fā)生變化。因而，當電壓計43的讀數(shù)的變化量等于或低于變化的閾值量時，電子控制單元5也可以確定所收集的顆粒物的數(shù)量已經(jīng)達到閾值量。然而，當所述結(jié)構(gòu)的溫度(尤其是第一電極41和固體電解質(zhì)40的溫度)變高時，相對于每單位時間所收集的顆粒物的數(shù)量，每單位時間所氧化的顆粒物的數(shù)量可以更大。換言之，相對于每單位時間流入到本結(jié)構(gòu)中的顆粒物的數(shù)量，每單位時間所氧化的顆粒物的數(shù)量可以更大。在這種情況下，一部分顆粒物被氧化而沒有被本結(jié)構(gòu)收集。因此，電壓計43的測量值和廢氣中的顆粒物的數(shù)量可能不相互密切關(guān)聯(lián)。因此，有必要保持顆粒物的氧化速率低于顆粒物的收集速率。因而，當每單位時間所氧化的顆粒物的數(shù)量變得大于每單位時間所收集的顆粒物的數(shù)量時，電子控制單元5停止加熱器襯底44 (或者減少加熱器襯底44的通電量)，以便降低本結(jié)構(gòu)的溫度。當這樣控制加熱器襯底44時，能夠避免發(fā)生每單位時間所氧化的顆粒物的數(shù)量變得大于每單位時間所收集的顆粒物的數(shù)量的狀況。作為確定每單位時間所氧化的顆粒物的數(shù)量是否大于每單位時間所收集的顆粒物的數(shù)量的方法，能夠利用這樣的方法，所述方法為確定電壓計43的測量值是否已經(jīng)降低、到下限。通過給第一電極41和第二電極42之間在所氧化的顆粒物的數(shù)量超過所收集的顆粒物的數(shù)量時的電勢差加上余量而得到所述“下限”。確定每單位時間所氧化的顆粒物的數(shù)量是否大于每單位時間所收集的顆粒物的數(shù)量的另一種方法是，根據(jù)內(nèi)燃機I的運轉(zhuǎn)狀態(tài)和顆粒物的狀態(tài)估計流入到本結(jié)構(gòu)中的顆粒物的數(shù)量，并且比較顆粒物的估計數(shù)量與通過電壓計43的測量值所確定的顆粒物的數(shù)量(確定值)。如果顆粒物氧化速率超過顆粒物收集速率，那么確定值將變得小于流入到本結(jié)構(gòu)中的顆粒物的數(shù)量。因而，當流入到本結(jié)構(gòu)中的顆粒物的估計數(shù)量和所述確定值之間的差值超過允許值(通過從估計值中減去給定值而得到的數(shù)值)時，能夠確定的是，每單位時間氧化顆粒物的速率超過每單位時間收集顆粒物的速率。電子控制單元5如以上描述那樣控制加熱器襯底44，并且由此實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的溫度調(diào)節(jié)部分。結(jié)果，能夠?qū)崟r檢測存在于廢氣中的顆粒物的數(shù)量。因此，根據(jù)本發(fā)明的這 個實施例的顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)能夠?qū)崟r地準確地檢測存在于廢氣中的顆粒物的數(shù)量。盡管在上述實施例的構(gòu)造中，包括電極41和42以及固體電解質(zhì)40的結(jié)構(gòu)設(shè)置在管道45中，但是替代地，本結(jié)構(gòu)可以直接定位在排氣管2中。然而，假如本結(jié)構(gòu)直接設(shè)置在排氣管2中，那么由于廢氣的流動速率的波動(廢氣的流動速度)、廢氣的脈動等，檢測準確性可能會降低。因此，如圖4所示，也適當?shù)氖?，給排氣管2配備旁通管20，所述旁通管20是排氣管2的旁路部分，并且將本結(jié)構(gòu)布置在旁通管20中。當將本結(jié)構(gòu)這樣布置在旁通管20中時，可以在不增加排氣管2中的背壓的前提下檢測顆粒物的數(shù)量。在這種情況下，適當?shù)氖翘峁┍?，所述泵將排氣?中的廢氣抽入到旁通管20中，以便穩(wěn)定旁通管20中的廢氣的流動速率。接下來，將根據(jù)圖5和圖6描述本發(fā)明的第二實施例。現(xiàn)在將描述與本發(fā)明的第一實施例在構(gòu)造上的不同之處，將不描述構(gòu)造的基本保持相同的部分。本發(fā)明的這個實施例與本發(fā)明的第一實施例的不同之處在于，根據(jù)第一電極41周圍的壓力和第二電極42周圍的壓力之間的差校正電壓計43的讀數(shù)。第一電極41和第二電極42之間的電勢差根據(jù)第一電極41所處的壓力和第二電極42所處的壓力之間的差的大小進行變化。例如，當?shù)谝浑姌O41周圍的壓力高于第二電極42周圍的壓力時，第一電極41和第二電極42之間的電勢差減小。因而，當?shù)谝浑姌O41周圍的壓力高于第二電極42周圍的壓力時，對于給定的氧分壓的差，通過電壓計43所測量得到的電勢差將低于所預期的電勢差。因而，根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)確定由于上述壓力差產(chǎn)生的電勢差的偏移量(此后，稱為“電勢差偏移量”)，并且利用確定的電勢差偏移量校正由電壓計43測量得到的電勢差。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的測量單元4的構(gòu)造的縱向的剖視圖。如圖5所示，測量單元4的管道45配備有壓差傳感器46，所述壓差傳感器46測量在固體電解質(zhì)40的上游位置處的管道45中的壓力與在固體電解質(zhì)40的下游位置處的管道45中的壓力之間的壓力差(通過上游側(cè)的壓力減去下游側(cè)的壓力而獲得所述壓力差)AP。將壓差傳感器46測量得到的測量值(壓力差)AP輸入到電子控制單元5中。應(yīng)當注意的是，管道45也可以配備有代替壓差傳感器46的兩個壓力傳感器，以便計算這些壓力傳感器的測量值之間的差值?；趬翰顐鞲衅?6的測量值(壓力差)AP，電子控制單元5確定電勢差偏移量A V，并且將所確定的電勢差偏移量Av加到電壓計43的測量值V上(V+Av)。在這種情況下，使用如圖6所示的圖表，電子控制單元5確定電勢差偏移量A V。圖6是示意性示出了描繪了電勢差偏移量Av與壓力差AP之間的關(guān)系的圖表的視圖。在圖6中，壓力差AP較高時的電勢差偏移量Av高于壓力差AP較低時的電勢差偏移量A V。 如上所述，這是因為壓力差AP較高時第一電極41和第二電極42之間的電勢差小于壓力差AP較低時第一電極41和第二電極42之間的電勢差。當根據(jù)這種方法校正電壓計43的測量值V時，即使在第一電極41和第二電極42之間產(chǎn)生壓力差的情況下，也能夠準確地計算對應(yīng)于氧分壓差的電勢差。接下來，將基于圖7和圖8描述本發(fā)明的第三實施例。將僅描述與本發(fā)明的上述第一實施例的那些構(gòu)造細節(jié)不同的構(gòu)造細節(jié)，并且將不描述與本發(fā)明的上述第一實施例的那些構(gòu)造細節(jié)相似的構(gòu)造細節(jié)。本發(fā)明的這個實施例與本發(fā)明的第一實施例的不同之處在于，根據(jù)第一電極41周圍的空燃比和第二電極42周圍的空燃比之間的差校正電壓計43的讀數(shù)。第一電極41和第二電極42之間的電勢差可以根據(jù)第一電極41所處的環(huán)境的空燃比和第二電極42所處的環(huán)境的空燃比之間的差大小進行變化。例如，當?shù)谝浑姌O41周圍的空燃比高于第二電極42周圍的空燃比時，第一電極41周圍的氧分壓較高，并且因此，第一電極41和第二電極42之間的電勢差較小。因此，當?shù)谝浑姌O41周圍的空燃比高于第二電極42周圍的空燃比時，對于給定的氧分壓差，電壓計43的測量值小于所預期的電勢差。相比而言，當?shù)谝浑姌O41周圍的空燃比低于第二電極42周圍的空燃比時，第一電極41周圍的氧分壓較低，并且因此，第一電極41和第二電極42之間的電勢差較大。因而，當?shù)谝浑姌O41周圍的空燃比低于第二電極42周圍的空燃比時，對于給定的氧分壓差，電壓計43的測量值大于所預期的電勢差。因此，根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)確定用于由空燃比差所產(chǎn)生的電勢差的校正系數(shù)，并且利用確定的校正系數(shù)校正了電壓計43的測量值。圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的這個實施例的測量單元4的構(gòu)造的縱向剖視圖。如圖7所示，測量單元4的管道45配備有第一空燃比傳感器47，所述第一空燃比傳感器47測量位于固體電解質(zhì)40的上游位置處的管道45中的空燃比；和第二空燃比傳感器48，所述第二空燃比傳感器48測量位于固體電解質(zhì)40的下游位置處的管道45中的空燃比。將通過第一空燃比傳感器47和第二空燃比傳感器48所檢測得到的空燃比輸入到電子控制單元5。基于由第一空燃比傳感器47所測量的上游空燃比afl與由第二空燃比傳感器48所測量的下游空燃比af2的比率(af l/af2)，電子控制單元5確定校正系數(shù)a，并且將電壓計43的測量值V乘以所確定的校正系數(shù)a (V* a )。在這種情況下，電子控制單元5使用如圖8所示的圖表確定校正系數(shù)a。圖8是示意性示出了描繪了空燃比(afl/af2)之間的上述比率與校正系數(shù)a之間的關(guān)系。在圖8中，比率(afl/af2)較大時的校正系數(shù)大于比率(afl/af2)較小時的所述校正系數(shù)a。而且，當比率(afl/af2)在“I”以下時，校正系數(shù)a也被設(shè)置成低于“I”的數(shù)值。如果比率(afl/af2)在“I”以上，那么校正系數(shù)a也被設(shè)置成大于“I”。這是因為在比率(afl/af2)大于“ I ”時，第一電極41和第二電極42之間的電勢差小，而在比率(af 1/af2)小于“ I ”時，第一電極41和第二電極42之間的電勢差較大。如果根據(jù)這種方法校正電壓計43的測量值V，那么即使第一電極42和第二電極42之間產(chǎn)生空燃比差時，也能夠準確地計算對應(yīng)于氧分壓差的電勢差。結(jié)果，能夠準確地計 算廢氣中的顆粒物的數(shù)量。應(yīng)當注意的是，在本發(fā)明的第二實施例中所描述的基于壓力差所進行的校正以及在本發(fā)明的第三實施例中所描述的根據(jù)空燃比差所進行的校正可以相互組合實施。在這種情況下，即使在第一電極41和第二電極42之間產(chǎn)生壓力差或者產(chǎn)生空燃比差時，也能夠準確地計算出廢氣中的顆粒物的數(shù)量。
權(quán)利要求
1.一種顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)，所述顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)包括 多孔的第一電極，所述第一電極設(shè)置在內(nèi)燃機的排氣道中； 多孔的第二電極，所述第二電極設(shè)置在所述排氣道中并且位于所述第一電極下游； 多孔的固體電解質(zhì)，所述固體電解質(zhì)插置在所述第一電極和所述第二電極之間； 測量部分，所述測量部分測量所述第一電極和所述第二電極之間的電勢差；以及 確定部分，所述確定部分基于測量到的電勢差確定廢氣中的顆粒物的數(shù)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)，所述顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)還包括溫度調(diào)節(jié)部分，所述溫度調(diào)節(jié)部分調(diào)節(jié)所述第一電極的溫度，其中 當測量到的電勢差達到預定上限時，所述溫度調(diào)節(jié)部分升高所述第一電極的溫度，而當測量到的電勢差降低到預定下限時，所述溫度調(diào)節(jié)部分降低所述第一電極的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)，所述顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)還包括調(diào)節(jié)所述第一電極的溫度的溫度調(diào)節(jié)部分；和估計部分，所述估計部分基于所述內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)估計存在于廢氣中的顆粒物的數(shù)量，其中 當顆粒物的估計數(shù)量達到預定上限時，所述溫度調(diào)節(jié)部分升高所述第一電極的溫度，而當由所述確定部分確定的顆粒物的確定數(shù)量小于顆粒物的所述估計數(shù)量并且顆粒物的所述估計數(shù)量和顆粒物的所述確定數(shù)量之間的差超過某一值時，所述溫度調(diào)節(jié)部分降低所述第一電極的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I到3中的任一項所述的顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)，其中，所述確定部分基于所述第一電極和所述第二電極之間的壓力差校正由所述測量部分測量到的電勢差，并且基于經(jīng)過校正的電勢差確定廢氣中所述顆粒物的數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求I到4中的任一項所述的顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)，其中，所述確定部分基于所述第一電極和所述第二電極之間的空燃比差校正由所述測量部分測量到的電勢差，并且基于經(jīng)過校正的電勢差確定廢氣中所述顆粒物的數(shù)量。
6.一種控制顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)的方法，所述顆粒物數(shù)量檢測系統(tǒng)包括多孔的第一電極，所述第一電極設(shè)置在內(nèi)燃機的排氣道中；多孔的第二電極，所述第二電極設(shè)置在所述排氣道中并且位于所述第一電極下游；多孔的固體電解質(zhì)，所述固體電解質(zhì)插置在所述第一電極和所述第二電極之間；溫度調(diào)節(jié)部分，所述溫度調(diào)節(jié)部分調(diào)節(jié)所述第一電極的溫度；以及估計部分，所述估計部分基于所述內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)估計存在于廢氣中的顆粒物的數(shù)量，所述方法的特征在于 當顆粒物的估計數(shù)量達到預定上限時，所述溫度調(diào)節(jié)部分升高所述第一電極的溫度，而當所述估計部分的確定值小于顆粒物的所述估計數(shù)量并且顆粒物的所述估計數(shù)量和顆粒物的所述確定的估計數(shù)量之間的差超過某一值時，所述溫度調(diào)節(jié)部分降低所述第一電極的溫度。
全文摘要
一種多孔結(jié)構(gòu)，所述多孔結(jié)構(gòu)包括一對電極，所述一對電極沿著廢氣的流動方向布置；和插置在電極之間的固體電解質(zhì)，所述固體電解質(zhì)布置在內(nèi)燃機的排氣道中，并且基于電極之間所產(chǎn)生的電勢差確定廢氣中顆粒物的數(shù)量。
文檔編號G01N15/06GK102639833SQ201180004522
公開日2012年8月15日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者中西康文, 吉原福全, 池田慎治, 西島大貴, 鈴木崇也, 青木圭一郎 申請人:豐田自動車株式會社, 學校法人立命館