CN103512917A - 用于测量柴油发动机的烟灰的传感器 - Google Patents
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Abstract
一种用于测量柴油发动机的烟灰的传感器,所述传感器包括发热元件、对照元件和测量部分,所述发热元件包括TiO2载体并与排放气体的所述烟灰燃烧反应,Ag固定到所述TiO2载体;所述对照元件包括TiO2载体且不与排放气体的所述烟灰燃烧反应;所述测量部分通过利用所述发热元件和所述对照元件之间的温度差异来推知烟灰生成量。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年6月29日提交的韩国专利申请第10-2012-0071123号的优先权,该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种通过使用积极的且有高燃烧活性的元件用于测量由柴油发动机排放的烟灰的传感器。
背景技术
通常,在柴油颗粒过滤器(“DPF”)系统中,通过使用过滤器物理地收集在柴油发动机的排放气体中剩余的颗粒物质(“PM”),接着,在车辆行驶预定距离后,通过使排放气体的温度升高到PM的燃烧温度或更高而将PM燃尽。
已知DPF系统是用于去除PM中烟灰的最有效的技术,然而,额外的背压必须施加到发动机,另外由于在DPF系统下必须升高排放气体的温度,因而需要额外的能量消耗用于燃烧并周期性地再制造俘获的烟灰,由此不利地影响燃料效率。而且,发动机操作状况也极大地影响烟灰排放。
因此,需要实时感测烟灰的排放量的技术以有效地操作发动机并优化DPF操作周期。
同时,根据相关技术,人们主要使用一种光学传感器用于感测烟灰,近来又提出了一种射频(“RF”)传感器,然而,可以实际安装在车辆上用于感测烟灰的传感器尚未被研制出来。
因此,需要开发可应用于车辆的具有新理念的接触燃烧型柴油烟灰传感器,并且进一步开发相对于烟灰具有选择性的高燃烧活性的元件对于实现接触燃烧型烟灰传感器是必要的。
上述对于本发明的相关技术的描述仅为了帮助理解本发明的背景,而不应被解释为包括在本领域技术人员已知的相关技术中。
公开于该背景技术部分的信息仅为了加深对本发明的一般背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面提供一种用于测量柴油发动机的烟灰的传感器,该传感器安装有相对于从柴油发动机排放的排放气体中的PM中的烟灰而言积极的并具有高燃烧活性的元件。
本发明的各个方面提供一种用于测量柴油发动机的烟灰的传感器,该传感器包括发热元件、对照元件和测量部分,发热元件包括TiO2载体并与排放气体的烟灰燃烧反应,Ag固定到TiO2载体;对照元件包括TiO2载体且不与排放气体的烟灰燃烧反应;测量部分通过利用发热元件和对照元件之间的温度差异来推知烟灰生成量。
发热元件可以在TiO2中包含1-7重量%的Ag。
发热元件可以使用浸渍工序、干燥工序和热处理工序来制备。
浸渍工序可以通过将TiO2浸入AgNO3前体溶液中进行,以将Ag固定到TiO2载体。
干燥工序在浸渍工序之后在60-100℃进行6-20小时。
热处理工序在干燥工序之后在500-700℃进行2-5小时。
应当理解,此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆,例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车,包括各种舟艇和船只的船舶,航空器等等,并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非汽油的能源的燃料)。正如此处所提到的,混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆,例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
本发明的方法和装置具有其它特征和优点,这些特征和优点将在纳入本文的附图以及随后与附图一起用于解释本发明的某些原理的具体实施方式中显现或更详细地阐明。
附图说明
图1是显示根据本发明的示例性的用于测量柴油发动机的烟灰的传感器的视图。
图2是显示如图1所示的用于测量柴油发动机的烟灰的传感器中的发热元件的制造方法的视图。
图3是显示通过利用如图1所示的用于测量柴油发动机的烟灰的传感器中的发热元件和对照元件之间的温度差异而测量烟灰生成量的方法的图。
应了解,附图并不必须按比例绘制,其示出了某种程度上经过简化了的本发明的基本原理的各个特征。
在这些图形中,附图标记在贯穿附图的多幅图形中指代本发明的同样的或等同的部件。
具体实施方式
现在将详细地提及本发明的各个实施方案,这些实施方案的实例示意在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述,但是应当理解,本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反,本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案,而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
图1是显示根据本发明的各种实施方案的用于测量柴油发动机的烟灰的传感器,参考图1,用于测量柴油发动机的烟灰的传感器包括发热元件100、对照元件200和测量部分300,发热元件100包括TiO2载体并与排放气体的烟灰燃烧反应加热,Ag固定到TiO2载体;对照元件200包括TiO2载体且不与排放气体的烟灰燃烧;测量部分300通过利用发热元件和对照元件之间的温度差异来推知烟灰生成量。
本发明涉及一种用于测量烟灰的传感器,其使用相对于烟灰积极反应并有高度燃烧活性的元件,能够实时积极地感测从柴油发动机排放的排放气体中的PM中的烟灰排放量。
亦即,用于测量烟灰的传感器包括发热元件100和对照元件200,发热元件100对于烟灰有高燃烧活性,而对照元件对于烟灰没有燃烧活性,传感器通过测量热量以及对照元件200和与发热元件(当发热元件100与烟灰燃烧反应时)之间的温度差异推知烟灰排放量。
此处,发热元件100包括TiO2载体和Ag,所述Ag与烟灰选择性地燃烧反应并与烟灰高度催化反应。
同时,对照元件200仅包括不与烟灰燃烧反应的TiO2载体,提供对照元件200作为对照装置用于测量由发热元件100与烟灰的燃烧反应产生的燃烧热量。
如上所述,发热元件100和对照元件主要包含TiO2和Ag,对于烟灰有高燃烧活性的Ag浸入发热元件100的TiO2载体,由此能够通过利用与烟灰的燃烧反应引起的温度差异来测量烟灰的生成量。
相应地,考虑到TiO2构成发热元件100和对照元件200的载体,测量发热元件100和对照元件200的烟灰之前与形成烟灰之后之间没有产生温度差异,亦即,前后之间温度相同。
然而,考虑到Ag,在排放气体中形成烟灰的情况中,发热元件100的Ag与烟灰燃烧反应,发热元件100和对照元件200在相同条件下,对比对照元件200精确地测量所产生的燃烧热量。
因此,用于测量柴油发动机的烟灰的传感器设置有发热元件100和对照元件200,在发热元件100中对于烟灰有高燃烧活性的Ag固定到TiO2载体;对照元件200包括与烟灰没有燃烧反应的TiO2载体,由此通过利用各个传感器的温度变化和各个传感器之间的温度差异积极地感测烟灰生成量。.
图2是显示用于测量柴油发动机的烟灰的传感器(如图1所示)的发热元件100的制造方法,其中发热元件100包含具有1-7重量%Ag的TiO2。如上所述,包含TiO2的发热元件包含Ag作为浸渍金属,由此与烟灰燃烧反应以产生热。
当然,即使可以包含7重量%或更高的Ag,但燃烧反应量不会随着Ag含量的增加而按比例地增加,由此可以优选包含的Ag的适合范围。此处,在Ag的浸入量是5重量%的情况下,对于烟灰出现最优的燃烧活性和催化活性,由此可以将5重量%的Ag浸入TiO2。
如图2所示,发热元件100可以通过浸渍工序400、干燥工序500和热处理工序600来制备。
进行浸渍工序400使得TiO2载体浸入AgNO3溶液中以使Ag固定到TiO2载体。此时,使用浸渍方法将Ag固定到TiO2载体。当然,该元件可以使用共沉淀方法或离子交换方法或类似方法来制备,然而,在本发明中,可以通过使用浸渍方法制备该元件,这是由于浸渍方法可以简单容易地制备该元件。
干燥工序500在浸渍工序400之后在60-100℃进行6-20小时。干燥条件可以使得在将Ag通过浸渍工序400浸入TiO2载体之后,接着可将TiO2载体在干燥工序500中在100℃干燥20小时。如果不符合所述温度条件,AgNO3前体溶液中的NO3可能不会蒸发,或者元件活性可能降低,由此可以在100℃干燥20小时。
可以进行热处理工序600使得TiO2载体在500-700℃进行热处理2-5小时。特别地,热处理工序可以在700℃进行5小时。
发热元件100通过使用上述工序来制备,另外,为了根据燃烧反应推知温度,对照元件200包含纯TiO2并作为稳定且对于烟灰没有燃烧活性的载体来制备,由此通过比较与烟灰燃烧反应的发热元件和对照元件之间的温度差异推知烟灰生成量。
测量部分300通过使用接触燃烧型传感器测量排放的烟灰生成量,在通过使用发热元件100和对照元件200之间的温度差异来推知烟灰生成量的同时,所述接触燃烧型传感器能将温度差异转换成电信号。亦即,将发热元件100和对照元件200之间的温度差异转换成电信号,感测电信号以实时确认烟灰量,由此即时管理由大量或少量的烟灰引起的问题。
图3是显示通过使用柴油发动机的烟灰测量传感器(如图1所示)中的发热元件100和对照元件200之间的温度差异来测量烟灰生成量的方法的图,其中该图基于元件对于烟灰的燃烧活性的模拟数据制得。此处,如图显示,烟灰形成的同时,由于温度变化PM质量减少,其中Ag/TiO2是发热元件100,TiO2是对照元件200。
在图3的更详细描述中,在图底部上的温度/℃是发热元件100和对照元件200的温度,当它们保持在370-500℃时,产生烟灰燃烧生成热。当然,在发热元件100和对照元件200的温度进一步增加到500℃或更高的情况下,更进一步促进烟灰的燃烧反应,但是燃烧反应的效果相比温度升高量较小,由此发热元件100和对照元件200的温度设定为370-500℃,在该温度范围内,元件对烟灰燃烧反应的活性最优,以测量烟灰量。
使用热重量分析法(“TG”)和差热分析法(“DTA”)作为确认发热元件Ag/TiO2对烟灰的燃烧活性的实验方法。
首先,在对于使用TG测量法确认发热元件对于烟灰的燃烧活性的方法的更详细描述中,在图左侧的失重%说明在存在发热元件100Ag/TiO2的情况下,PM燃烧且其质量减少。另外,在各个元件传感器的温度保持在500℃的情况下,元件对于烟灰的燃烧活性被确认为较高。特别地,例如,在发热元件100Ag/TiO2与PM的重量比是95:5的情况下,发热元件100Ag/TiO2的Ag与烟灰的PM燃烧反应,作为氧化反应产生热量,总质量减少5重量%,其中减少的3重量%是由烟灰的氧化反应引起,在烟灰质量减少前减少的2重量%是由PM的SOF的蒸发引起。特别地,在Ag/TiO2发热元件100和TiO2对照元件200的温度为500℃的情况中,图3显示由于发热元件对烟灰有燃烧活性而导致发热元件100和对照元件200之间的重量差异较大。
相应地,如图3所示,Ag/TiO2发热元件100与待氧化的烟灰选择性地燃烧反应,由此,图3显示,相比TiO2的重量减小,发热元件100的重量显著减小。亦即,通过此实验确认Ag/TiO2发热元件100与烟灰选择性地燃烧反应。
同时,在对于通过使用DTA测量法对烟灰的燃烧活性的详细描述中,图3右侧的DTA/μV显示当Ag/TiO2发热元件100与烟灰燃烧反应且温度增加时电压随温度增加而增加。特别地,高燃烧生成热通过在Ag/TiO2发热元件100中与烟灰的燃烧反应而产生,但在TiO2对照元件200中没有与烟灰的燃烧反应,由此没有产生燃烧生成热。因此产生Ag/TiO2发热元件100和TiO2对照元件200之间的温度差异,并且将此温度差异转换成电信号,由此根据此温度差异推知烟灰生成量。
亦即,如图3所示,确认Ag/TiO2发热元件100与烟灰燃烧反应并产生燃烧生成热,由此相比纯TiO2对照元件200,Ag/TiO2发热元件100的电压突然增加。相应地,确认Ag/TiO2发热元件100相比TiO2对照元件200对烟灰具有更高的燃烧活性。
通过上述实验,确认了对烟灰有选择性的燃烧活性的元件,并提供包括对烟灰有燃烧活性的元件和对烟灰没有燃烧活性的元件的传感器,由此积极地并选择性地感测在排放的排放气体中的PM中的烟灰的烟灰形成。
根据上述的用于测量柴油发动机的烟灰的传感器,烟灰生成量能够通过应用对于由柴油发动机排放的排放气体中的PM中的烟灰有积极且高燃烧活性的元件来测量。
特别地,提供包括具有对于烟灰有高燃烧活性的材料的元件传感器和包括具有对于烟灰没有燃烧活性的材料的元件传感器,通过使用温度变化和温度差异以积极地感测烟灰生成量。
为了方便解释和精确限定所附权利要求,术语“左”或“右”等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。它们并不会毫无遗漏,也不会将本发明限制为所公开的精确形式,显然,根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其它们的实际应用,从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同的选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同方案加以限定。
Claims (6)
1.一种用于测量柴油发动机的烟灰的传感器,其包括:
发热元件,其包括TiO2载体并与排放气体的所述烟灰燃烧反应,银固定到所述TiO2载体;
对照元件,其包括TiO2载体且不与排放气体的所述烟灰燃烧反应;以及
测量部分,其通过利用所述发热元件和所述对照元件之间的温度差异来推知烟灰生成量。
2.根据权利要求1所述的用于测量柴油发动机的烟灰的传感器,其中所述发热元件在TiO2中包含1-7重量%的银。
3.根据权利要求1所述的用于测量柴油发动机的烟灰的传感器,其中所述发热元件通过浸渍工序、干燥工序和热处理工序来制备。
4.根据权利要求3所述的用于测量柴油发动机的烟灰的传感器,其中所述浸渍工序通过将TiO2浸入AgNO3前体溶液进行,以将Ag固定到TiO2载体。
5.根据权利要求3所述的用于测量柴油发动机的烟灰的传感器,其中所述干燥工序在所述浸渍工序之后在60-100℃进行6-20小时。
6.根据权利要求3所述的用于测量柴油发动机的烟灰的传感器,其中所述热处理工序在所述干燥工序之后在500-700℃进行2-5小时。
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2013
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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