CN105593485B - 包括自愈合陶瓷材料的排气系统部件以及具备该部件的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种具有优异性能以配置来自内燃机的排气流路中的排气系统部件，特别是一种具有延长的使用寿命的排气系统部件。用于内燃机的本发明的排气系统部件具有自愈合陶瓷材料和用于加热该自愈合陶瓷材料的电加热器。特别是，本发明的排气系统部件是具有检测元件(111)和电加热器(112)的氧传感器(110)，其中该检测元件(111)具有固体电解质层、基准侧电极层、排气侧电极层及扩散层和/或捕集层，该扩散层和/或捕集层每个由自愈合陶瓷材料构成。

Description

包括自愈合陶瓷材料的排气系统部件以及具备该部件的内 燃机
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气系统部件，以及具备该部件的内燃机。更具体地，本发明涉及在用于内燃机的排气系统中使用的氧传感器和电加热催化剂，以及具备该部件的内燃机。
背景技术
近年来，正在开发具有自愈合能力以自发地修复在使用期间产生的损伤的材料。这样的材料呈现出显著高的机械可靠性和长的使用寿命，并且由此，有希望作为下一代的结构材料和机械材料。
自愈合功能是由化学反应产生的现象，并且自愈合材料是如下形式的复合材料，其中在母材中内包用于通过化学反应来实现愈合的反应物(本文中，有时称作“愈合呈现材料(healing-developing material)”)。
具体而言，已经提出了利用愈合呈现材料的高温氧化的自愈合陶瓷材料(专利文献1至3)。特别地，作为这样的自愈合陶瓷材料，已经提出了一种粒子分散型自愈合陶瓷材料，其中将可氧化的愈合呈现材料(例如碳化硅)的粒子在陶瓷母材中分散并复合。在陶瓷母材中产生裂纹时，愈合呈现材料被氧化并且膨胀以填充该裂纹，由此实现自愈合(专利文献3)。
该自愈合陶瓷材料能够克服陶瓷材料的主要问题，即：尽管高耐热性但韧性低并且由此易于开裂的问题。出于这个原因，考虑在要求耐热性和机械强度两者的应用中采用自愈合陶瓷材料，例如，在诸如燃气轮机构件、喷气式发动机构件、汽车发动机构件和陶瓷弹簧构件的应用中(专利文献1)。
予以说明，在内燃机例如汽车发动机中，在多个部位使用陶瓷部 件，并且许多陶瓷部件不仅用于如上所述的要求耐热性和机械强度两者的发动机构件，还用于来自该内燃机的排气流路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP2012-148963
专利文献2：JP-H10-291853
专利文献3：JP2009-67659
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的一个目的在于，提供一种用于配置在来自内燃机的排气流路中的具有优异性能的排气系统部件，并且特别地提供一种具有延长的使用寿命的排气系统部件。
用于解决课题的手段
作为深入研究的结果，本发明人已得到了以下所述的本发明。
<1>用于内燃机的排气系统部件，其包括：
自愈合陶瓷材料，和
用于加热上述自愈合陶瓷材料的电加热器。
<2>根据上述条目<1>所述的排气系统部件，其中，进行电流流动和/或气体扩散通过上述自愈合陶瓷材料。
<3>根据上述条目<2>所述的排气系统部件，其是具有以下构成的氧传感器：
(a)氧传导性的固体电解质层，
(b)基准侧电极层，其设置在上述固体电解质层的基准侧表面上，
(c)排气侧电极层，其设置在上述固体电解质层的排气侧表面上，
(d)扩散层和/或捕集层，其设置在上述排气侧电极层上以允许排气的扩散和流动，并且由上述自愈合陶瓷材料构成，和
(e)上述电加热器，其设置在上述固体电解质层的基准侧。
<4>根据上述条目<3>所述的排气系统部件，其中，通过上述电加热器将由上述自愈合陶瓷材料构成的上述扩散层和/或捕集层加热至550℃以上的温度。
<5>根据上述条目<3>或<4>所述的排气系统部件，其中：
上述氧传感器是具有筒状的上述固体电解质层的杯型(cup-type)氧传感器，并且
由上述自愈合陶瓷材料构成的上述扩散层和/或捕集层设置在上述排气侧电极层的至少排气流上游侧。
<6>根据上述条目<3>至<5>任一项所述的排气系统部件，其中：
上述氧传感器是具有筒状的上述固体电解质层的杯型氧传感器，并且
上述电加热器在上述筒状的固体电解质层的内侧偏心地设置于上述排气流上游侧。
<7>根据上述条目<2>所述的排气系统部件，其是具有以下构成的电加热催化剂：
(a)导电性的催化剂载持基材，其具有由上述自愈合陶瓷材料构成的粘结材料以及通过上述粘结材料相互粘结的导电性粒子，和
(b)上述电加热器，其是放入与上述催化剂载持基材接触以使电流流经上述催化剂载持基材的电极。
<8>根据上述条目<7>所述的排气系统部件，其中，上述催化剂载持基材是蜂窝状基材。
<9>根据上述<7>或<8>所述的排气系统部件，其中，
上述自愈合陶瓷材料具有陶瓷母材，和具有1μm(微米)以下的粒径并分散在上述陶瓷材料中的金属和/或半金属的碳化物的微粒，并且
上述导电性粒子具有5μm以上的粒径。
<10>根据上述条目<7>至<9>任一所述的排气系统部件，其中，上述导电性粒子是碳化硅粒子。
<11>根据上述条目<1>至<10>任一所述的排气系统部件，其中， 上述自愈合陶瓷材料具有陶瓷母材和分散在上述陶瓷母材中的金属和/或半金属的碳化物的微粒。
<12>根据上述条目<11>所述的排气系统部件，其中，上述陶瓷母材选自氧化铝、莫来石、氧化钛、氧化锆、氮化硅、碳化硅、氮化铝及其组合。
<13>根据上述条目<11>或<12>所述的排气系统部件，其中，上述金属或半金属的碳化物的微粒是选自碳化钛、碳化硅、碳化钒、碳化铌、碳化硼、碳化钽、碳化钨、碳化铪、碳化铬、碳化锆及其组合的粒子。
<14>根据上述条目<11>至<13>任一项所述的排气系统部件，其中，基于上述陶瓷母材，以1至50质量％的比例包含上述金属或半金属的碳化物的微粒。
<15>内燃机，其具有根据上述条目<1>至<14>任一项所述的排气系统部件和燃烧室。
<16>用于控制根据上述<15>所述的内燃机的方法，其包括：在上述燃烧室中不进行燃烧时，通过上述电加热器加热上述自愈合陶瓷材料。
<17>根据上述条目<15>所述的方法，其中：
上述内燃机还具有电动机，并且
当上述电动机工作并且在上述燃烧室中不进行燃烧时，通过上述电加热器加热上述自愈合陶瓷材料。
<18>使用根据上述条目<1>至<14>任一项所述的排气系统部件的方法，其包括：对上述自愈合陶瓷材料通电以评估上述自愈合陶瓷材料的导电性。
<19>使用根据上述条目<1>至<14>任一项所述的排气系统部件的方法，其包括：通过上述电加热器将上述自愈合陶瓷材料加热至550℃以上的温度。
发明效果
用于配置在来自内燃机的排气流路中的本发明的排气系统部件可 具有优异的性能，特别是延长的使用寿命。
附图说明
图1是示出本发明的杯型氧传感器的一个实施方案的剖视图。
图2是图1的杯型氧传感器的检测元件(和图3的平面氧传感器的检测元件)的部分放大的剖视图。
图3是示出本发明的平面氧传感器的一个实施方案的剖视图。
图4是示意性地示出本发明的氧传感器的扩散层和/或捕集层的剖视图。
图5是示意性地示出在本发明的氧传感器的扩散层和/或捕集层中的自愈合效果的剖视图。
图6是示出本发明的电加热催化剂的一个实施方案的透视图。
图7是示意性地示出在本发明的电加热催化剂的基材中的自愈合效果的剖视图。
具体实施方式
《排气系统部件》
用于内燃机的本发明的排气系统部件，即，用于配置在来自内燃机的排气流路中的本发明的部件，具有自愈合陶瓷材料和用于加热该自愈合陶瓷材料的电加热器。
在自愈合陶瓷材料中，利用愈合呈现材料的高温氧化来产生自愈合。然而，在内燃机的排气系统中，不一定得到高温氧化条件。例如，在燃烧室中进行燃烧时，在排气系统中可得到相对高温条件，但可能得不到足够的氧化气氛。另一方面，例如，在车辆减速并且在燃烧室中不进行燃烧时，排气系统变为氧化气氛，但可能得不到足够的高温条件。
另一方面，用于内燃机的本发明的排气系统部件，即，用于配置在来自内燃机的排气流路中的本发明的部件，具有自愈合陶瓷材料和用于加热该自愈合陶瓷材料的电加热器。由于该构成，当排气系统处 于氧化气氛中时，通过利用电加热器加热自愈合陶瓷材料，将自愈合陶瓷材料置于高温氧化条件中。由此，在内燃机的排气系统部件中能够产生利用愈合呈现材料的高温氧化的自愈合。
另外，自愈合陶瓷材料迄今为止备受关注，特别是其与常规陶瓷材料相比的改进的机械强度。因此，已认为在要求耐热性和机械强度两者的应用中使用自愈合陶瓷材料，例如，在诸如燃气轮机构件、喷气式发动机构件、汽车发动机构件和陶瓷弹簧构件的应用中。
在本发明中，已发现在通过使用电加热器来自愈合该自愈合陶瓷材料时，在通常认为不要求大的机械强度的排气系统部件中还得到了预料不到的优选效果，例如延长的使用寿命。
具体而言，例如，在本发明的排气系统部件的实施方案中，在进行电流流动和/或气体扩散通过自愈合陶瓷材料时，自愈合陶瓷材料在产生裂纹时于其中自愈合，并且在该自愈合过程中填充裂纹，由此，能够至少部分地恢复由自愈合陶瓷材料中的裂纹引起的电阻相对于电流流动和/或气体扩散的变化。即，在这样的实施方案中，通过在自愈合陶瓷材料的自愈合过程中填充裂纹，即，通过填充其中存在气体的空隙，能够长时间地保持接近于初始特性的特性。
自愈合的程度和相对于电流流动的电阻强度在一定程度上相关联，由此，例如，能够通过对自愈合陶瓷材料通电并评估自愈合陶瓷材料的导电性来评价自愈合陶瓷材料的开裂和/或自愈合的程度。
予以说明，通过由可氧化的愈合呈现材料(例如碳化硅)的氧化和膨胀引起的裂纹填充来产生基于自愈合陶瓷材料的自愈合。由此产生的氧化物，例如当愈合呈现材料为碳化硅时的氧化硅，通常被认为是绝缘性材料。
然而，由自愈合作用产生的氧化物不是纯的氧化物，而是至少部分为氧碳化物等。因此，与填充自愈合陶瓷材料的开裂部分的空气等相比，由自愈合作用产生的氧化物可以是显著良好的导电性材料。
<自愈合陶瓷材料>
关于本发明，自愈合陶瓷材料可以是具有陶瓷母材和分散在该陶 瓷母材中的金属和/或半金属的碳化物的微粒的复合材料。
该微粒的粒径可以是1μm以下，700nm以下或500nm以下。另外，该微粒的粒径可以是10nm以上，50nm以上或100nm以上。在该微粒的粒径相对小时，可有利于基于该微粒的氧化的自愈合的呈现。
在此，在本发明中，通过基于利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等观察拍摄的图像，直接测量投影面积圆当量粒径并分析每个具有100个以上聚集数的粒子群作为数均一次粒径来确定粒径。
陶瓷母材可以是例如选自氧化铝、莫来石、氧化钛、氧化锆、氮化硅、碳化硅、氮化铝及其组合的材料。
金属或半金属的碳化物的微粒可以是例如选自碳化钛、碳化硅、碳化钒、碳化铌、碳化硼、碳化钽、碳化钨、碳化铪、碳化铬、碳化锆及其组合的材料。
基于陶瓷母材，可以以1质量％以上、5质量％以上或10质量％以上的比例含有微粒。另外，该比例可以是70质量％以下、50质量％以下或30质量％以下。
<电加热器>
关于本发明，用于加热自愈合陶瓷材料的电加热器可以是，例如，用于将自愈合陶瓷材料加热至300℃以上、350℃以上、400℃以上、450℃以上，500℃以上、550℃以上、600℃以上、650℃以上、700℃以上、750℃以上、800℃以上、850℃以上、900℃以上、950℃以上或1000℃以上的温度的电加热器。另外，加热温度可以是1500℃以下、1400℃以下、1300℃以下、1200℃以下或1100℃以下。
关于本发明，电加热器可以是其自身通过电阻加热而加热并将热量传递至自愈合陶瓷材料的电加热器，或者是通过电阻加热直接加热自愈合陶瓷材料或包含该自愈合材料的材料的加热电极。
《氧传感器》
一个实施方案中的本发明的排气系统部件是氧传感器。在此，氧传感器为如下的传感器，其通过排气的氧浓度与稳定的基准气氛(例 如空气)的氧浓度之差来产生电动势并由此评价排气的氧浓度。因此，关于本发明，“氧传感器”不仅包括基本氧传感器，其如下所述，通过氧传导性固体电解质层从具有高氧浓度的基准侧到具有低氧浓度的排气侧传导氧离子，还包括所谓的空燃比传感器，该空燃比传感器为如下的氧传感器，其向设置在固体电解质层两侧上的电极施加偏压以在相反方向自由传导氧离子，并由此能够精确地评价氧浓度。
本发明的氧传感器具有以下构成：
(a)氧传导性固体电解质层，
(b)基准侧电极层，其设置在固体电解质层的基准侧表面上，
(c)排气侧电极层，其设置在固体电解质层的排气侧表面上，
(d)扩散层和/或捕集层，其设置在排气侧电极层上以允许排气的扩散和流动，并且由自愈合陶瓷材料构成，和
(e)电加热器，其设置在固体电解质层的基准侧。
该氧传感器可以是例如图1所示的杯型氧传感器(110)。在该杯型氧传感器(110)中，固体电解质层、电极层以及扩散层和/或捕集层构成在一端闭合的筒状检测元件(111)，且将电加热器(112)设置在该筒状检测元件中。另外，在该筒状检测元件(111)和在其内侧的电加热器(112)之间存在基准气氛室(113)，在该基准气氛室(113)中导入具有稳定氧浓度的基准气氛，例如大气空气。
另外，在该筒状部分(111)的外侧可任选地存在由金属(例如不锈钢)制成的壳体(114)。在此，该壳体(114)具有使得空气能在该壳体的外侧(115)和内侧(116)流动的开口(114a)。
如图2以放大方式示出检测元件(111)的一部分(111a)那样，该检测元件(111)可以具有基准侧电极层(201)、固体电解质层(202)、排气侧电极层(203)、扩散层(204)和捕集层(205)。
在如图2所示的检测元件的使用中，由于基准气氛(113)(例如空气)的氧浓度和排气(116)的氧浓度之差，在一个电极(201)侧，氧(O2)接收电子(e-)并变为氧离子(2O-)，该氧离子(2O-)移动通过固体电解质(202)，并且随后在另一电极(203)侧，该氧离 子(2O-)释放电子(e-)并再恢复成氧(O2)。随着由氧浓度差引起的氧离子(O-)从一个电极(201)侧移动到另一电极(203)侧，电子(e-)在相对侧移动，并且因此能够以电极间的电动势来评估氧浓度差。
予以说明，本发明的氧传感器可以是例如如图3所示的平面氧传感器(120)。在该平面氧传感器(120)中，固体电解质层、电极层以及扩散层和/或捕集层构成平面检测元件(121)，并且在该平面检测元件(121)和绝缘性块(127)之间形成基准气氛室(123)。另外，将电加热器(122)设置在该绝缘性块(127)中。将具有稳定氧浓度的基准气氛(例如大气空气)引入该基准气氛室(123)。
另外，在平面检测元件(121)的外侧可任选地存在由金属(例如不锈钢)制成的壳体(124)。在此，壳体(124)具有能够使空气在该壳体的外侧(125)和内侧(126)流动的开口(124a)。
检测元件(121)可以具有在以放大方式示出其一部分(121a)的图2中采用的构成。图2所示的检测元件的细节和使用方法如上所述。
(电极层)
基准侧电极层(201)和排气侧电极层(203)可由任意金属特别是铂形成，并且以能够将固体电解质层(202)至少部分地暴露于基准气氛和排气气氛的形状(例如，网状形状或具有开口的形状)形成。
<固体电解质层>
氧传导固体电解质层(202)可以由呈现出氧传导性的任意材料形成，特别是可以由部分稳定化的氧化锆形成。
<扩散层和/或捕集层>
提供允许排气扩散和流动的扩散层(204)以控制到达固体电解质层的排气量，并且提供类似地允许排气扩散和流动的捕集层(205)以防止液体水到达固体电解质层(202)。
各自允许排气扩散和流动的扩散层(204)和/或捕集层(205)可以是如图4(a)所示那样通过气孔(401)来提供透气性的多孔层，或者可以是如图4(b)所示那样通过微通孔(402)来提供透气性的 层。
扩散层和/或捕集层由自愈合陶瓷材料构成，由此，即使在使用期间在扩散层和/或捕集层中产生裂纹并改变扩散速度时，自愈合陶瓷材料的自愈合也可以至少部分地恢复扩散速度的变化。
例如，在如图5所示，扩散层(204)和/或捕集层(205)由具有陶瓷母材(501)和分散在该陶瓷母材中的金属和/或半金属的碳化物的微粒(502)的自愈合陶瓷材料构成，并且同时通过微通孔(402)提供透气性时，能够得到上述效果。更具体而言，如图5(a)所示，开始仅发生通过通孔(402)的排气扩散，并且即使如图5(b)所示，在使用期间由于热冲击等在扩散层和/或捕集层中产生裂纹(510)并由此改变扩散速度时，也发生自愈合陶瓷材料的自愈合，如图5(c)所示从而填充裂纹(511)，使得能够至少部分地恢复扩散速度的变化。
予以说明，本发明的氧传感器可以仅具有扩散层和捕集层中的任一个，或可以具有扩散层和捕集层两者。另外，扩散层和捕集层中的每个可作为一个层形成。在本发明的氧传感器具有扩散层和捕集层两者的情况下，两个层都可以由自愈合陶瓷材料构成，或当仅任一个层由自愈合陶瓷材料构成时，另一层可以由其它材料(例如氧化铝)构成。
(电加热器)
在本发明的排气系统部件是氧传感器的情况下，电加热器可以是能够将各自由自愈合陶瓷材料构成的扩散层和/或捕集层加热至550℃以上温度的电加热器。
该加热温度可以是600℃以上、650℃以上、700℃以上、750℃以上、800℃以上、850℃以上、900℃以上、950℃以上或1000℃以上。另外，该加热温度可以是1500℃以下、1400℃以下、1300℃以下、1200℃以下或1100℃以下。
在使用电加热器用于氧传感器中的测量精度的稳定化等的情况下，以往已进行了将氧传导性固体电解质层加热至约500℃的温度。另一方面，在本发明的氧传感器中，电加热器进行加热至超过上述温 度的550℃以上的温度，由此能够促进自愈合陶瓷材料的自愈合能力。即，能够将固体电解质层加热至高于氧传感器的氧浓度检测所需温度的温度，并且在促进自愈合陶瓷材料的自愈合能力时，将固体电解质层加热至高于氧传感器的氧浓度的检测温度的温度。
《氧传感器(杯型)》
在作为本发明的排气系统部件的氧传感器为具有筒状的固体电解质层的杯型氧传感器的情况下，可以将各自由自愈合陶瓷材料构成的扩散层和/或捕集层设置在排气侧电极层的至少排气流上游侧，并且特别地仅设置在排气侧电极层的排气流上游侧。
因排气中的水分附着，氧传感器的排气流上游侧具有相对高的遭受热冲击，并由此产生裂纹的倾向。因此，优选将由自愈合陶瓷材料构成的扩散层和/或捕集层设置在至少排气流上游侧，这是因为这样的裂纹问题通过自愈合陶瓷材料而缓和。
另外，在作为本发明的排气系统部件的氧传感器是具有筒状的固体电解质层的杯型氧传感器的情况下，可以将电加热器在筒状的固体电解质层的内侧偏心设置于排气流上游侧。
该偏心是指，例如电加热器和筒状的固体电解质层之间的距离在排气流上游侧窄于排气流下游侧。更具体而言，例如，电加热器和筒状的固体电解质层之间在排气流上游侧的距离可以是在排气流下游侧的上述距离的90％以下、80％以下、70％以下、60％以下、50％以下、40％以下、30％以下、20％以下或10％以下。
如上所述，氧传感器的排气流上游侧具有相对高的产生裂纹的倾向，并且由此优选将电加热器在筒状的固体电解质层的内侧偏心地设置于排气流上游侧，使得优先加热由自愈合陶瓷材料构成的扩散层和/或捕集层的排气流上游侧，并促进该部分的自愈合。
《电加热催化剂》
一个实施方案中的本发明的排气系统部件是电加热催化剂。在此，电加热催化剂是能够在对基材通电时加热导电性的催化剂载持基材，并由此提高载持在该基材上的催化剂金属的排气净化效果的催化剂。 予以说明，作为催化剂金属，可以使用用于排气净化的任意催化剂金属，例如，贵金属例如铂和铑，或贱金属例如铁和铜。
本发明的电加热催化剂具有以下构成：
(a)导电性的催化剂载持基材，其具有由自愈合陶瓷材料构成的粘结材料以及通过该粘结材料相互粘结的导电性粒子(例如碳化硅粒子)，和
(b)电加热器，其是放入与催化剂载持基材接触以使电流流经催化剂载持基材的电极。
例如，如图6所示，该电加热催化剂可以是电加热催化剂(600)，其中催化剂载持基材是蜂窝状基材(601)。在该情况下，将作为电加热器的电极(602、603)放入与蜂窝状基材(601)的外周面接触，并且能够使电流流经该蜂窝状基材并由此加热该蜂窝状基材。予以说明，该蜂窝状基材可以是所谓的直流型(straight flow-type)蜂窝状基材或壁流型(wallflow-type)蜂窝状基材。
在这样的电加热催化剂的使用中，使电流从电源(620)通过作为电加热器的电极(602、603)向蜂窝状基材(601)流动，由此加热该蜂窝状基材。另外，在该加热之后或在进行加热时，使排气如箭头(611、612)所示地流经该蜂窝状基材，由此，能够通过载持在蜂窝状基材上的催化剂来净化排气。
在本发明的电加热催化剂中，自愈合陶瓷材料可以具有陶瓷母材，和具有1μm以下的粒径并分散在该陶瓷母材中的金属和/或半金属的碳化物的微粒，并且导电性粒子可以具有5μm以上的粒径。
关于此，金属和/或半金属的碳化物的微粒的粒径可以是例如1μm以下、700nm以下或500nm以下。另外，该微粒的粒径可以是10nm以上、50nm以上或100nm以上。此外，导电性粒子的粒径可以是5μm以上、10μm以上、15μm以上、20μm以上、25μm以上、30μm以上、35μm以上、40μm以上、45μm以上或50μm以上。
这样，当构成自愈合陶瓷材料的碳化物的微粒的粒径相对小并且导电性粒子的粒径相对大时，可有利于基于构成自愈合陶瓷材料的碳 化物微粒的自愈合性能的呈现，并且导电性粒子可更不容易受到氧化等的影响。
在本发明的电加热催化剂中，在导电性的催化剂载持基材中粘结导电性粒子的粘结材料由自愈合陶瓷材料构成，使得即使当在使用期间在催化剂载持基材中产生裂纹并局部改变电阻时，也能够通过催化剂载持基材的自愈合来至少部分地恢复电阻的局部改变。
例如，如图7所示，在导电性的催化剂载持基材(601)中粘结导电性粒子(750)的粘结材料具有陶瓷母材(701)和分散在该陶瓷母材中的金属和/或半金属的碳化物的微粒(702)，由此能够得到上述效果。更具体而言，如图7(a)所示，最初，使电流如箭头所示地流经导电性粒子和粘结材料，并且即使如图5(b)所示那样，在使用期间因热冲击等而在催化剂载持基材(601)中产生裂纹(710)并由此局部改变导电性时，也发生自愈合陶瓷材料的自愈合，如图7(c)所示，从而填充裂纹(711)，使得能够至少地部分恢复导电性的局部变化。
《内燃机及其控制方法》
本发明的内燃机具有本发明的排气系统部件和燃烧室。特别地，本发明的内燃机可以是汽车发动机。
当在燃烧室中不进行燃烧时，可以通过利用电加热器加热复合材料来控制本发明的内燃机。“当在燃烧室中不进行燃烧时”包括，例如，当车辆减速并停止向燃烧室的燃料供给时，且当实施所谓的燃料切断控制时，以及在内燃机是可自动停止/可自动启动的燃机的情况下，包括当执行自动停止时。进一步，当车辆由电动机驱动并且在燃烧室中不进行燃烧时，本发明的内燃机还可具有电动机，并且可通过利用电加热器加热复合材料来控制。
当在燃烧室中不进行燃烧时，例如，当实施燃料切断控制时，在排气系统中流动的排气的氧浓度变得相对高，并且因此，由于愈合呈现材料(例如碳化物微粒)的氧化和膨胀，通过电加热器加热自愈合陶瓷材料可促进自愈合陶瓷材料的自愈合。
附图标记说明
110：杯型氧传感器
111，121：检测元件
111a，121a：检测元件的一部分
112，122：电加热器
113，123：基准气氛室
114，124：金属制壳体
114a，124a：金属制壳体的开口
120：平面氧传感器
127：绝缘性块
201：基准侧电极层
202：固体电解质层
203：排气侧电极层
204：扩散层
205：捕集层
401：气孔
402：通孔
501，701：陶瓷母材
502，702：金属和/或半金属的碳化物的微粒
510，710：裂纹
511，711：通过自愈合填充的裂纹
601：蜂窝状基材
600：电加热催化剂
602，603：电极
620：电源
611，612：指示排气流的箭头
750：导电性粒子

Claims (16)

1.用于控制具有排气系统部件和燃烧室的内燃机的方法，其中，
所述排气系统部件包括：
自愈合陶瓷材料，和
用于加热所述自愈合陶瓷材料的电加热器，
其中该方法包括：当在所述燃烧室中不进行燃烧时，通过所述电加热器加热所述自愈合陶瓷材料，并且
其中，所述自愈合陶瓷材料具有陶瓷母材和分散在所述陶瓷母材中的金属和/或半金属的碳化物的微粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，进行电流流动和/或气体扩散通过所述自愈合陶瓷材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述排气系统部件是具有以下构成的氧传感器：
(a)氧传导性固体电解质层，
(b)基准侧电极层，其设置在所述固体电解质层的基准侧表面上，
(c)排气侧电极层，其设置在所述固体电解质层的排气侧表面上，
(d)扩散层和/或捕集层，其设置在所述排气侧电极层上以允许排气的扩散和流动，并且由所述自愈合陶瓷材料构成，和
(e)所述电加热器，其设置在所述固体电解质层的基准侧。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过所述电加热器将由所述自愈合陶瓷材料构成的所述扩散层和/或捕集层加热至550℃以上的温度。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中：
所述氧传感器是具有筒状的固体电解质层的杯型氧传感器，并且
由所述自愈合陶瓷材料构成的所述扩散层和/或捕集层设置在所述排气侧电极层的至少排气流上游侧。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其中，
所述氧传感器是具有筒状的固体电解质层的杯型氧传感器，并且
所述电加热器在筒状的固体电解质层的内侧偏心地设置于排气流上游侧。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述排气系统部件是具有以下构成的电加热催化剂：
(a)导电性的催化剂载持基材，其具有由所述自愈合陶瓷材料构成的粘结材料以及通过所述粘结材料相互粘结的导电性粒子，和
(b)所述电加热器，其是放入与所述催化剂载持基材接触以使电流流经所述催化剂载持基材的电极。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述催化剂载持基材是蜂窝状基材。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，
所述自愈合陶瓷材料具有陶瓷母材和具有1μm以下的粒径并分散在所述陶瓷母材中的金属和/或半金属的碳化物的微粒，并且
所述导电性粒子具有5μm以上的粒径。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述导电性粒子是碳化硅粒子。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述陶瓷母材选自氧化铝、莫来石、氧化钛、氧化锆、氮化硅、碳化硅、氮化铝及其组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属或半金属的碳化物的微粒选自碳化钛、碳化硅、碳化钒、碳化铌、碳化硼、碳化钽、碳化钨、碳化铪、碳化铬、碳化锆及其组合的粒子。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述陶瓷母材，以1至50质量％的比例含有所述金属或半金属的碳化物的微粒。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其中：
所述内燃机还具有电动机，并且
在所述电动机工作并且在所述燃烧室中不进行燃烧时，通过所述电加热器加热所述自愈合陶瓷材料。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其包括：对所述自愈合陶瓷材料通电以评估所述自愈合陶瓷材料的导电性。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其包括：通过所述电加热器将所述自愈合陶瓷材料加热至550℃以上的温度。
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