CN101155980A - 在蜂窝体内定位传感器的方法、相应的蜂窝体和机动运输工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在蜂窝体(1)内定位传感器(9)的方法，该蜂窝体具有对于排气至少部分可流通的空腔(3)。该方法的特征在于：传感器(9)定位在蜂窝体(1)的一个区域内，当蜂窝体(1)在机动运输工具的排气系统内工作时在该区域内存在氢气浓度(c)的至少一个极小值(10，11)。根据本发明的用于传感器(9)定位的方法优选地允许传感器(9)这样地在蜂窝体(1)内定位，使得由于传感器(9)对于氢气存在的横向敏感性而产生的系统误差保持为尽可能小。这特别适用于λ探针。根据本发明的蜂窝体(1)包括一传感器(9)，该传感器(9)这样定位，使其提供特别可靠的测量数据，该数据的系统误差尽可能小。

Description

在蜂窝体内定位传感器的方法、相应的蜂窝体和机动运输工具
技术领域
本发明的主题是在蜂窝体内定位传感器特别是λ探针的方法、相应的蜂窝体、和包括相应蜂窝体的机动运输工具。蜂窝体特别地在例如汽车或两轮机动车的机动运输工具的排气系统中用作催化器基体或过滤器体部。
背景技术
蜂窝体在特别是汽车、两轮机动车、四轮机动车(Quad)、船舶或飞机的排气系统中用作催化器基体和/或过滤器体部，并具有至少局部可供流体特别是排气流通的空腔。这种排气系统常常具有传感器，特别是λ探针和/或调节探针，所述传感器也可以优选地形成在蜂窝体内，例如DE 8816154U1内所述。例如由WO 02/075126A1已知一种方法，该方法涉及如何在蜂窝体中安装传感器，使得例如对于催化活性涂层出现尽可能小的表面损失，其中，该蜂窝体具有由金属层构成的包括空腔的蜂窝结构。在包括陶瓷蜂窝结构的蜂窝体中，已知用于在蜂窝结构内加工用来安装传感器的空腔的各种不同的方法，例如在蜂窝结构上钻孔。
但是在所有这些方法中至今还不清楚，为保证传感器的测量结果尽可能没有系统误差，传感器必须定位在哪里。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于，至少部分减轻现有技术中已知的技术问题，特别是提供一种在蜂窝体内定位传感器的方法，其中传感器这样定位，使得由于传感器在蜂窝体内的定位而产生的可能的系统误差保持为尽可能小。此外提出一种相应的蜂窝体和具有相应的蜂窝体的机动运输工具。
这些目的通过具有权利要求1的特征的传感器定位方法、具有权利要求7的特征的蜂窝体以及具有权利要求14的特征的机动运输工具实现。优选的变型结构是各从属权利要求的主题。
在根据本发明的用于在具有至少局部可供排气流通的空腔的蜂窝体内定位传感器的方法中，传感器定位在蜂窝体的这样的区域，当该蜂窝体在机动运输工具的排气系统内工作时，该区域至少存在氢气浓度的极小值。
事实表明，特别地λ探针对于周围的氢气浓度是敏感的，亦即由探针提供的测量结果强烈依赖于存在的氢气浓度。为了使这种系统误差尽可能小并且特别是使测量结果的这种系统误差随时间的波动尽可能小，根据本发明提出，将传感器定位在氢气极小的区域内。这种极小的存在建立在许多化学反应的基础之上，这些化学反应特别地在用作催化器基体的蜂窝体内同时进行。除了其中消耗氢气的反应例如氧气的氧化或氮氧化物的还原外，还发生产生氢气的反应例如一氧化碳(CO)和水(H2O)转化为二氧化碳(CO2)和氢气(H2)的变换反应，或还有水蒸汽重整反应。
传感器定位在氢气浓度极小值处有利地使得，由传感器对氢气的横向敏感性(Querempfindlichkeit)而产生的系统误差保持尽可能小。令人惊讶地，实际表明，即使传感器的定位略微偏离氢气浓度极小值处，也可以产生上述系统误差的显著减小，因此传感器不仅定位在氢气浓度极小值处本身、而且定位在氢气浓度极小值处周围区域内也是有利并且符合本发明的。
优选地在蜂窝体经受标准排气测试，例如欧洲蒸发排放测试(SHED2000)、欧洲型式认证测试“IV型”或美国联邦测试程序期间，确定极小值位置。在这些测试中确定准确的测试循环和细节，例如燃料温度、燃料成分、车速等等。
在本申请中机动运输工具特别地指汽车、两轮摩托车或四轮机动车、船舶或飞行器。氢气浓度特别地指轴向氢气浓度，其中特别地氢气浓度沿径向方向平均。蜂窝体特别地可以是催化器基体和/或过滤器体部，如特别地具有交替封闭的通道的开式颗粒过滤器或柴油机颗粒过滤器。蜂窝体可以在套管内包括一种蜂窝结构，该蜂窝结构包括或形成空腔。
传感器的位置特别地是指传感器对称中心线或棱的位置。这里传感器特别地指λ探针、调节探针、温度传感器和/或例如用来确定碳氢化合物或氮氧化物的浓度的气体浓度传感器。
根据本发明方法的一优选实施例，所述区域围绕极小值位置在轴向分别(向两侧)延伸蜂窝体轴向长度的基本上10％。
这意味着，特别地，传感器既可以形成于一沿一个方向的长度基本上为蜂窝体轴向长度的10％的分区内，也可以形成于另一沿与前述方向相反的方向的长度基本上为蜂窝体长度的10％的分区内。在氢气浓度有多个极小值时，特别地在所述范围内优选地考虑最低的极小值。
根据本发明方法的另一优选实施例，传感器设置在蜂窝体的一端面特别是进气端端面的后方的基本上20至60mm(毫米)优选为30至40mm的区域内。
许多蜂窝体都具有例如通过在空腔内形成影响流动的构造来预先确定的优选流动方向，所以即使对于没有安装入排气系统的蜂窝体也可以指出进气端。令人惊讶地，对于大量的蜂窝体，氢气浓度的极小值位于蜂窝体进气端后方基本上20至60mm，特别是30至40mm的区域内。
根据本发明方法的另一优选实施例，极小值位置在欧洲蒸发排放测试(SHED 2000)、欧洲型式认证测试“IV型”或美国联邦测试程序中确定。然而，其他测试方法也是可以的并且是符合本发明的。
根据本发明方法的另一优选实施例，该方法用于以下传感器中的至少一种的定位：
a)λ探针，或
b)调节探针。
调节探针是指一种传感器，该传感器是调节回路的一部分，调节探针可以包括λ探针的功能或者是一λ探针，其中通过调节探针也可以实现更多的或其他功能，例如调节探针可以包括温度传感器和/或例如用来确定碳氢化合物或氮氧化物的浓度的气体浓度传感器。
根据本发明方法的另一优选实施例，极小值是绝对的。
根据蜂窝体的工作参数可能出现氢气浓度的多个极小值，因此传感器优选地设置在氢气浓度绝对极小的区域内。
根据本发明构想的另一个方面，提出一种带有至少局部对于排气可流通的空腔并包括一传感器的蜂窝体，其中传感器设置在这样的区域内，当蜂窝体在机动运输工具的排气系统内工作时在该区域内存在氢气浓度的至少一处极小值。
传感器设置在极小值区域内造成尽可能小的由于传感器对氢气的横向敏感性而产生的系统误差。优选地设置λ探针或调节探针作为传感器。用已知测试方法，例如欧洲蒸发排放测试(SHED 2000)、欧洲型式认证测试“IV型”或美国联邦测试程序确定极小值。优选按上述方法之一确定传感器位置。
根据本发明蜂窝体的另一优选实施例，此区域围绕极小值位置在轴向分别延伸蜂窝体轴向长度的基本上10％。
根据本发明蜂窝体的另一优选实施例，传感器设置在蜂窝体的一端面特别是进气端端面的后方的基本上20至60mm，优选地30至40mm的范围内。
根据本发明蜂窝体的另一优选实施例，传感器包括以下探针中的至少一个：
a)λ探针，或
b)调节探针。
根据本发明蜂窝体的另一优选实施例，该区域包括氢气浓度的绝对极小值。
根据本发明蜂窝体的另一优选实施例，蜂窝体包括一至少部分由陶瓷和/或金属制成的蜂窝结构。
这里蜂窝结构可以做成陶瓷单一体，也可以带有例如由金属组成的衬层。蜂窝结构也可以由至少部分形成构造的和可能的基本上光滑的层构成，其中例如至少部分形成构造的层螺线形卷绕，或例如至少一个由基本上光滑的和至少部分形成构造的层组成的堆卷曲。这些层可以包括板层、纤维层特别是由陶瓷和/或金属纤维组成的纤维层、其他多孔层特别是金属和/或陶瓷多孔层，以及上述层的混合体和/或组合体。蜂窝结构可以例如挤出而成、通过快速原型工艺制成、或者卷绕或卷曲而成。任何卷绕、卷曲和挤出工艺都是可以的并且是符合本发明的。
此外，提出一种机动运输工具，该运输工具包括至少一个根据本发明的蜂窝体。在上下文中运输工具特别地指汽车、两轮或四轮机动车、船舶或飞行器。
其中(机动运输工具)特别是指具有排气系统的机动运输工具，在该排气系统中布置至少一个包括这种蜂窝体的排气净化部件。排气系统通常包括一内燃机(例如柴油机或汽油机)和一排气管，在该内燃机中产生排气，排气沿流动方向通过该排气管并与至少一个设置在该排气管内的排气净化部件(例如催化转化器、过滤器、颗粒分离器、吸附器等等)接触，以转化或分离有害物质。其中设置至少一个具有上述类型的蜂窝体的排气净化部件。优选地，至少一个这种传感器的安装这样进行，使得借助于测试程序和/或通过计算(例如用计算机辅助技术)求出(传感器)针对所希望的排气系统的位置。
对于本发明方法所公布的全部优点和细节可以转移和应用到本发明的蜂窝体和本发明的机动运输工具上，反之亦然。
附图说明
下面借助于附图详细说明本发明，其中本发明不局限于所示的特别优选的实施例和优点。在附图中：
图1是根据本发明的蜂窝体的第一实施例的示意图；
图2是在根据本发明的蜂窝体内氢气浓度分布的示意图；
图3是根据本发明的蜂窝体的纵向截面及其所属纵轴的示意视图。
具体实施方式
图1中示意性地示出根据本发明的蜂窝体1的第一实施例。该蜂窝体包括一具有空腔3的蜂窝结构2，该空腔3至少部分对于流体可流通并且该空腔3沿蜂窝体1的轴向方向4延伸。空腔3由基本上光滑的层5和至少部分形成构造的层6构成。至少部分形成构造的层6形成波纹，由于视觉效果的原因仅仅在蜂窝结构2的部分横截面中示出层6。在上下文中，基本上光滑的是指，基本上光滑的层5也可以具有结构，但是该结构的波幅小于尤其是显著小于在至少部分形成构造的层6中的结构(的波幅)。在本实施例中层5、6堆成一个堆，然后将该堆绕两个固定点7卷曲。
蜂窝结构2具有一传感器容纳部8，传感器9安装在该容纳部中。作为传感器9特别地可以设置λ探针、调节探针、温度传感器和/或例如用来确定碳氢化合物或氮氧化物浓度的气体浓度传感器。特别优选地采用也可以包括在一调节探针内的λ探针。传感器9设置在(蜂窝体的)这样的位置，当蜂窝体1在机动运输工具的排气系统内工作时该位置位于氢气浓度的极小值区域内。沿轴向方向4的极小值的位置在上述测试之一中确定。
图2示意性地和示例性地示出在根据本发明的蜂窝体1内以相对单位表示的氢气(H2)浓度c的分布。浓度c借助于沿轴向方向4的坐标x标注。在此例中，蜂窝体1具有70mm的长度L。浓度c的分布在极小值坐标xM处存在第一极小值10。在第二极小值坐标xM2处存在氢气浓度c的第二极小值11。极小值坐标xM位于在蜂窝体1的一端面12后方30至40mm的区域内，该端面在图2中所示的浓度分布中位于坐标x为0处。传感器9设置在第一极小值10的极小值坐标xM的区域内。
图3示意性地示出根据本发明的蜂窝体1的蜂窝结构2的纵向截面的局部。在此例中，蜂窝结构2单一地由陶瓷制成，例如挤出而成，并具有一用来容纳未示出的传感器9的传感器容纳部8。传感器容纳部8以及因此的传感器9都位于极小值坐标xM的区域内，其中此区域优选地沿轴向方向4和相反的方向，围绕极小值坐标xM分别延伸蜂窝体长度L的10％。因此，传感器9或传感器容纳部8位于xM-L/10＜x＜xM+L/10的区域内。这里传感器9的位置既可以指传感器9的棱边，也可以指传感器9的对称中心线。如果探针9不垂直于轴向方向4，而是以不等于90°的(与轴向方向的)夹角进入蜂窝结构2，那么即使传感器9只有一部分设置在此区域内，传感器9也是设置在围绕极小值坐标xM的所述优选区域内。
根据本发明的用于传感器9定位的方法优选地允许传感器9这样地在蜂窝体1内定位，使得由于存在的传感器9对于氢气的横向敏感性而产生的系统误差保持为尽可能小。这特别适用于λ探针。根据本发明的蜂窝体1包括一传感器9，该传感器9这样定位，使得其提供系统误差尽可能小的特别可靠的测量数据。
附图标记列表
1    蜂窝体
2    蜂窝结构
3    空腔
4    轴向方向
5    基本上光滑的层
6    至少部分形成构造的层
7    固定点
8    传感器容纳部
9    传感器
10   第一极小值
11   第二极小值
12   端面
L    蜂窝体长度
c    氢气浓度
xM   极小值坐标
xM2  第二极小值坐标值

Claims (14)

1.一种用于在蜂窝体(1)内定位传感器(9)的方法，该蜂窝体具有对于排气至少部分可流通的空腔(3)，其特征为：传感器(9)定位在蜂窝体(1)的一区域内，当蜂窝体(1)在机动运输工具的排气系统内工作时在该区域内存在氢气浓度(c)的极小值(10，11)。
2.按权利要求1的方法，其特征为：该区域沿轴向方向(4)围绕极小值(10，11)的位置(xM)分别延伸蜂窝体(1)的轴向长度(L)的基本10％。
3.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：传感器(9)设置在蜂窝体(1)一端面(12)特别是进气端端面(12)后方基本上20至60mm，优选为30至40mm的范围内。
4.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：极小值(10，11)的位置(xM、xM2)在欧洲蒸发排放测试(SHED 2000)、欧洲型式认证测试“IV型”或美国联邦测试程序中确定。
5.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：该方法用于以下传感器(9)中的至少一种的定位：
a)λ探针，或
b)调节探针。
6.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：极小值(10，11)是绝对的。
7.一种具有至少部分对于排气可流通的空腔(3)并包括一传感器(9)的蜂窝体(1)，其特征为：该传感器(9)设置在一区域内，当蜂窝体(1)在机动运输工具的排气系统中工作时在该区域内存在氢气浓度(c)的至少一个极小值(10，11)。
8.按权利要求7的蜂窝体(1)，其特征为：该区域沿轴向方向(4)围绕极小值(10，11)的位置(xM，xM2)分别延伸蜂窝体(1)的轴向长度(L)的基本10％。
9.按权利要求7或8之一的蜂窝体(1)，其特征为：传感器(9)设置在蜂窝体(1)一端面(12)特别是进气端端面(12)后方基本上20至60mm，优选为30至40mm的范围内。
10.按权利要求7至9之任一项的蜂窝体(1)，其特征为：传感器(9)至少包括以下探针之一：
a)λ探针，或
b)调节探针。
11.按权利要求7至10之任一项的蜂窝体(1)，其特征为：该区域包括氢气浓度(c)的绝对极小值(10)。
12.按权利要求7至11之任一项的蜂窝体(1)，其特征为：蜂窝体(1)包括一至少部分由陶瓷制成的蜂窝结构(2)。
13.按权利要求7至12之任一项的蜂窝体(1)，其特征为：蜂窝体(1)包括一至少部分由金属制成的蜂窝结构(2)。
14.一种包括按权利要求7至13之任一项的蜂窝体(1)的机动运输工具。
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