用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器的制造方法
【專利摘要】一種用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器，所述傳感器包括發熱元件、對照元件和測量部分，所述發熱元件包括TiO2載體并與排放氣體的所述煙灰燃燒反應，Ag固定到所述TiO2載體；所述對照元件包括TiO2載體且不與排放氣體的所述煙灰燃燒反應；所述測量部分通過利用所述發熱元件和所述對照元件之間的溫度差異來推知煙灰生成量。
【專利說明】用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年6月29日提交的韓國專利申請第10-號的優先權，該申請的全部內容結合于此用于通過該引用的所有目的。
【技術領域】
[0003]本發明涉及一種通過使用積極的且有高燃燒活性的元件用于測量由柴油發動機排放的煙灰的傳感器。
【背景技術】
[0004]通常，在柴油顆粒過濾器(“DPF”)系統中，通過使用過濾器物理地收集在柴油發動機的排放氣體中剩余的顆粒物質(“PM”)，接著，在車輛行駛預定距離后，通過使排放氣體的溫度升高到PM的燃燒溫度或更高而將PM燃盡。
[0005]已知DPF系統是用于去除PM中煙灰的最有效的技術，然而，額外的背壓必須施加到發動機，另外由于在DPF系統下必須升高排放氣體的溫度，因而需要額外的能量消耗用于燃燒并周期性地再制造俘獲的煙灰，由此不利地影響燃料效率。而且，發動機操作狀況也極大地影響煙灰排放。
[0006]因此，需要實時感測煙灰的排放量的技術以有效地操作發動機并優化DPF操作周期。
[0007]同時，根據相關技術，人們主要使用一種光學傳感器用于感測煙灰，近來又提出了一種射頻(“RF”)傳感器，然而，可以實際安裝在車輛上用于感測煙灰的傳感器尚未被研制出來。
[0008]因此，需要開發可應用于車輛的具有新理念的接觸燃燒型柴油煙灰傳感器，并且進一步開發相對于煙灰具有選擇性的高燃燒活性的元件對于實現接觸燃燒型煙灰傳感器是必要的。
[0009]上述對于本發明的相關技術的描述僅為了幫助理解本發明的背景，而不應被解釋為包括在本領域技術人員已知的相關技術中。
[0010]公開于該【背景技術】部分的信息僅為了加深對本發明的一般【背景技術】的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。

【發明內容】

[0011]本發明的各個方面提供一種用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器，該傳感器安裝有相對于從柴油發動機排放的排放氣體中的PM中的煙灰而言積極的并具有高燃燒活性的元件。
[0012]本發明的各個方面提供一種用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器，該傳感器包括發熱元件、對照元件和測量部分，發熱元件包括TiO2載體并與排放氣體的煙灰燃燒反應，Ag固定到TiO2載體；對照元件包括TiO2載體且不與排放氣體的煙灰燃燒反應；測量部分通過利用發熱元件和對照元件之間的溫度差異來推知煙灰生成量。
[0013]發熱元件可以在TiO2中包含1-7重量％的Ag。
[0014]發熱元件可以使用浸潰工序、干燥工序和熱處理工序來制備。
[0015]浸潰工序可以通過將TiO2浸入AgNO3前體溶液中進行，以將Ag固定到TiO2載體。
[0016]干燥工序在浸潰工序之后在60_100°C進行6-20小時。
[0017]熱處理工序在干燥工序之后在500_700°C進行2-5小時。
[0018]應當理解，此處所使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似術語一般包括機動車輛，例如包括運動型多用途車輛(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛的乘用汽車，包括各種舟艇和船只的船舶，航空器等等，并且包括混合動力車輛、電動車輛、可插式混合動力電動車輛、氫動力車輛以及其它替代性燃料車輛(例如源于非汽油的能源的燃料)。正如此處所提到的，混合動力車輛是具有兩種或更多種動力源的車輛，例如汽油動力和電力動力兩者的車輛。
[0019]本發明的方法和裝置具有其它特征和優點，這些特征和優點將在納入本文的附圖以及隨后與附圖一起用于解釋本發明的某些原理的【具體實施方式】中顯現或更詳細地闡明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是顯示根據本發明的示例性的用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器的視圖。
[0021]圖2是顯示如圖1所示的用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器中的發熱元件的制造方法的視圖。
[0022]圖3是顯示通過利用如圖1所示的用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器中的發熱元件和對照元件之間的溫度差異而測量煙灰生成量的方法的圖。
[0023]應了解，附圖并不必須按比例繪制，其示出了某種程度上經過簡化了的本發明的基本原理的各個特征。
[0024]在這些圖形中，附圖標記在貫穿附圖的多幅圖形中指代本發明的同樣的或等同的部件。
【具體實施方式】
[0025]現在將詳細地提及本發明的各個實施方案，這些實施方案的實例示意在附圖中并描述如下。盡管本發明將與示例性實施方案相結合進行描述，但是應當理解，本說明書并非旨在將本發明限制為那些示例性實施方案。相反，本發明旨在不但覆蓋這些示例性實施方案，而且覆蓋可以被包括在由所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍之內的各種選擇形式、修改形式、等價形式及其它實施方案。
[0026]圖1是顯示根據本發明的各種實施方案的用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器，參考圖1，用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器包括發熱元件100、對照元件200和測量部分300，發熱元件100包括TiO2載體并與排放氣體的煙灰燃燒反應加熱，Ag固定到TiO2載體；對照元件200包括TiO2載體且不與排放氣體的煙灰燃燒；測量部分300通過利用發熱元件和對照元件之間的溫度差異來推知煙灰生成量。
[0027]本發明涉及一種用于測量煙灰的傳感器，其使用相對于煙灰積極反應并有高度燃燒活性的元件，能夠實時積極地感測從柴油發動機排放的排放氣體中的PM中的煙灰排放量。
[0028]亦即，用于測量煙灰的傳感器包括發熱元件100和對照元件200，發熱元件100對于煙灰有高燃燒活性，而對照元件對于煙灰沒有燃燒活性，傳感器通過測量熱量以及對照元件200和與發熱元件(當發熱元件100與煙灰燃燒反應時)之間的溫度差異推知煙灰排放量。
[0029]此處,發熱元件100包括TiO2載體和Ag,所述Ag與煙灰選擇性地燃燒反應并與煙
灰高度催化反應。
[0030]同時，對照元件200僅包括不與煙灰燃燒反應的TiO2載體，提供對照元件200作為對照裝置用于測量由發熱元件100與煙灰的燃燒反應產生的燃燒熱量。
[0031]如上所述，發熱元件100和對照元件主要包含TiO2和Ag，對于煙灰有高燃燒活性的Ag浸入發熱元件100的TiO2載體，由此能夠通過利用與煙灰的燃燒反應引起的溫度差異來測量煙灰的生成量。
[0032]相應地，考慮到TiO2構成發熱元件100和對照元件200的載體，測量發熱元件100和對照元件200的煙灰之前與形成煙灰之后之間沒有產生溫度差異，亦即，前后之間溫度相同。
[0033]然而，考慮到Ag，在排放氣體中形成煙灰的情況中，發熱元件100的Ag與煙灰燃燒反應，發熱元件100和對照元件200在相同條件下，對比對照元件200精確地測量所產生的
燃燒熱量。
[0034]因此，用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器設置有發熱元件100和對照元件200，在發熱元件100中對于煙灰有高燃燒活性的Ag固定到TiO2載體；對照元件200包括與煙灰沒有燃燒反應的TiO2載體，由此通過利用各個傳感器的溫度變化和各個傳感器之間的溫度差異積極地感測煙灰生成量。.[0035]圖2是顯示用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器(如圖1所示)的發熱元件100的制造方法，其中發熱元件100包含具有1-7重量％Ag的Ti02。如上所述，包含TiO2的發熱元件包含Ag作為浸潰金屬，由此與煙灰燃燒反應以產生熱。
[0036]當然，即使可以包含7重量％或更高的Ag,但燃燒反應量不會隨著Ag含量的增加而按比例地增加，由此可以優選包含的Ag的適合范圍。此處，在Ag的浸入量是5重量％的情況下，對于煙灰出現最優的燃燒活性和催化活性，由此可以將5重量％的Ag浸入Ti02。
[0037]如圖2所示，發熱元件100可以通過浸潰工序400、干燥工序500和熱處理工序600來制備。
[0038]進行浸潰工序400使得TiO2載體浸入AgNO3溶液中以使Ag固定到TiO2載體。此時，使用浸潰方法將Ag固定到TiO2載體。當然，該元件可以使用共沉淀方法或離子交換方法或類似方法來制備，然而，在本發明中，可以通過使用浸潰方法制備該元件，這是由于浸潰方法可以簡單容易地制備該元件。
[0039]干燥工序500在浸潰工序400之后在60_100°C進行6-20小時。干燥條件可以使得在將Ag通過浸潰工序400浸入TiO2載體之后，接著可將TiO2載體在干燥工序500中在100°C干燥20小時。如果不符合所述溫度條件，AgNO3前體溶液中的NO3可能不會蒸發，或者元件活性可能降低，由此可以在100°C干燥20小時。
[0040]可以進行熱處理工序600使得TiO2載體在500_700°C進行熱處理2_5小時。特別地，熱處理工序可以在700°C進行5小時。
[0041]發熱元件100通過使用上述工序來制備，另外，為了根據燃燒反應推知溫度，對照元件200包含純TiO2并作為穩定且對于煙灰沒有燃燒活性的載體來制備，由此通過比較與煙灰燃燒反應的發熱元件和對照元件之間的溫度差異推知煙灰生成量。
[0042]測量部分300通過使用接觸燃燒型傳感器測量排放的煙灰生成量，在通過使用發熱元件100和對照元件200之間的溫度差異來推知煙灰生成量的同時，所述接觸燃燒型傳感器能將溫度差異轉換成電信號。亦即，將發熱元件100和對照元件200之間的溫度差異轉換成電信號，感測電信號以實時確認煙灰量，由此即時管理由大量或少量的煙灰引起的問題。
[0043]圖3是顯示通過使用柴油發動機的煙灰測量傳感器(如圖1所示)中的發熱元件100和對照元件200之間的溫度差異來測量煙灰生成量的方法的圖，其中該圖基于元件對于煙灰的燃燒活性的模擬數據制得。此處，如圖顯示，煙灰形成的同時，由于溫度變化PM質量減少，其中Ag/Ti02是發熱元件100，TiO2是對照元件200。
[0044]在圖3的更詳細描述中，在圖底部上的溫度/°C是發熱元件100和對照元件200的溫度，當它們保持在370-500°C時，產生煙灰燃燒生成熱。當然，在發熱元件100和對照元件200的溫度進一步增加到500°C或更高的情況下，更進一步促進煙灰的燃燒反應，但是燃燒反應的效果相比溫度升高量較小，由此發熱元件100和對照元件200的溫度設定為370-5000C，在該溫度范圍內，元件對煙灰燃燒反應的活性最優，以測量煙灰量。
[0045]使用熱重量分析法(“TG”)和差熱分析法(“DTA”)作為確認發熱元件Ag/Ti02對煙灰的燃燒活性的實驗方法。
[0046]首先，在對于使用TG測量法確認發熱元件對于煙灰的燃燒活性的方法的更詳細描述中，在圖左側的失重％說明在存在發熱元件100Ag/Ti02的情況下，PM燃燒且其質量減少。另外，在各個元件傳感器的溫 度保持在500°C的情況下，元件對于煙灰的燃燒活性被確認為較高。特別地，例如，在發熱元件100Ag/Ti02與PM的重量比是95:5的情況下，發熱元件100Ag/Ti02的Ag與煙灰的PM燃燒反應，作為氧化反應產生熱量，總質量減少5重量％，其中減少的3重量％是由煙灰的氧化反應引起,在煙灰質量減少前減少的2重量％是由PM的SOF的蒸發引起。特別地，在Ag/Ti02發熱元件100和TiO2對照元件200的溫度為500°C的情況中，圖3顯示由于發熱元件對煙灰有燃燒活性而導致發熱元件100和對照元件200之間的重量差異較大。
[0047]相應地，如圖3所示，Ag/Ti02發熱元件100與待氧化的煙灰選擇性地燃燒反應，由此，圖3顯示，相比TiO2的重量減小，發熱元件100的重量顯著減小。亦即，通過此實驗確認Ag/Ti02發熱元件100與煙灰選擇性地燃燒反應。
[0048]同時，在對于通過使用DTA測量法對煙灰的燃燒活性的詳細描述中，圖3右側的DTA/ μ V顯示當Ag/Ti02發熱元件100與煙灰燃燒反應且溫度增加時電壓隨溫度增加而增加。特別地，高燃燒生成熱通過在Ag/Ti02發熱元件100中與煙灰的燃燒反應而產生，但在TiO2對照元件200中沒有與煙灰的燃燒反應，由此沒有產生燃燒生成熱。因此產生Ag/Ti02發熱元件100和TiO2對照元件200之間的溫度差異，并且將此溫度差異轉換成電信號，由此根據此溫度差異推知煙灰生成量。
[0049]亦即，如圖3所示，確認Ag/Ti02發熱元件100與煙灰燃燒反應并產生燃燒生成熱，由此相比純TiO2對照元件200，AgAiO2發熱元件100的電壓突然增加。相應地，確認Ag/TiO2發熱元件100相比TiO2對照元件200對煙灰具有更高的燃燒活性。
[0050]通過上述實驗，確認了對煙灰有選擇性的燃燒活性的元件，并提供包括對煙灰有燃燒活性的元件和對煙灰沒有燃燒活性的元件的傳感器，由此積極地并選擇性地感測在排放的排放氣體中的PM中的煙灰的煙灰形成。
[0051]根據上述的用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器，煙灰生成量能夠通過應用對于由柴油發動機排放的排放氣體中的PM中的煙灰有積極且高燃燒活性的元件來測量。
[0052]特別地，提供包括具有對于煙灰有高燃燒活性的材料的元件傳感器和包括具有對于煙灰沒有燃燒活性的材料的元件傳感器，通過使用溫度變化和溫度差異以積極地感測煙灰生成量。
[0053]為了方便解釋和精確限定所附權利要求，術語“左”或“右”等被用于參考附圖中所顯示的這些特征的位置來描述示例性實施方案的特征。
[0054]前面對本發明具體示例性實施方案所呈現的描述是出于說明和描述的目的。它們并不會毫無遺漏，也不會將本發明限制為所公開的精確形式，顯然，根據上述教導很多改變和變化都是可能的。選擇示例性實施方案并進行描述是為了解釋本發明的特定原理及其它們的實際應用，從而使得本領域的其它技術人員能夠實現并利用本發明的各種示例性實施方案及其不同的選擇形式和修改形式。本發明的范圍旨在由所附權利要求書及其等同方案加以限定。
【權利要求】
1.一種用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器，其包括: 發熱元件，其包括TiO2載體并與排放氣體的所述煙灰燃燒反應，銀固定到所述TiO2載體； 對照元件，其包括TiO2載體且不與排放氣體的所述煙灰燃燒反應；以及 測量部分，其通過利用所述發熱元件和所述對照元件之間的溫度差異來推知煙灰生成量。
2.根據權利要求1所述的用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器，其中所述發熱元件在TiO2中包含1-7重量％的銀。
3.根據權利要求1所述的用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器，其中所述發熱元件通過浸潰工序、干燥工序和熱處理工序來制備。
4.根據權利要求3所述的用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器，其中所述浸潰工序通過將TiO2浸入AgNO3前體溶液進行，以將Ag固定到TiO2載體。
5.根據權利要求3所述的用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器，其中所述干燥工序在所述浸潰工序之后在60-100°C進行6-20小時。
6.根據權利要求3所述的用于測量柴油發動機的煙灰的傳感器，其中所述熱處理工序在所述干燥工序之后在500-700°C進行2-5小時。
【文檔編號】G01N25/20GK103512917SQ201210509792
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年12月3日 優先權日:2012年6月29日
【發明者】林哲范 申請人:現代自動車株式會社