用於檢測粒子的方法及布置的製作方法

2023-07-09 02:23:06 2

專利名稱：用於檢測粒子的方法及布置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於檢測粒子的方法及一種粒子傳感器布置。更具體來說，本發 明涉及一種用於檢測氣流中的粒子的方法及布置。
背景技術：
對於環境友好型交通工具、發動機、燃料及交通工具排氣清潔布置的需求日益增 長，所有這些均是用於朝向對環境的較少有害影響努力。在交通工具排氣清潔領域，行業面 對微秒平衡既要提供消費者所需求的充足的發動機效應，同時又不排出大量的有害排出 物(例如，N0x、C0x、碳氫化合物、微粒及類似排出物)。不只是消費者而且立法者也在推動 具有致力於零排放的內燃機與排氣清潔系統的需求。因此，交通工具行業中需要環境友好 型解決方案的增加的意識體現於關於允許排出量的更為嚴格的立法中。此立法的實例是對 機載診斷(OBD)的需求，儘管其尚未在世界範圍內實施。這些約束向交通工具行業提供了 新的挑戰和機遇。為提供恰當的排氣清潔系統，發明者已發現關鍵問題是滿足在使用期間(例如， 在驅動交通工具時)恰當地檢測並登記從所述交通工具排出的排氣中的有害汙染物的需 求。如果能滿足此需求，那麼可藉助來自此檢測的輸入微調交通工具發動機，以排出較少汙 染物並消耗較少燃料。此外，可調整、替換或否則提供用於減少排出物的設備以便減少排出 物。滿足對於恰當檢測的需求的一個方式是提供一種可檢測特定汙染物(其是減少目標) 的傳感器。這個問題的一個圖解說明性實例公開於美國2006/0289308A1的專利公開案中， 其中傳感器包括布置在內室中的傳感器元件。圍繞所述內室安置的外室通過大致重定向所 述內室中的排氣流來保護所述傳感器元件。另外，經燒結金屬過濾器經布置以捕集所述排 氣流中的任一微粒物質以防止傳感器變汙，顯然傳感器變汙的最終結果是所述傳感器的準 確度減低。然而，當需要檢測排氣中的已知其本身會導致傳感器變汙或甚至損害到傳感器的 微粒物質時，此目的變得較難以實現。尤其對於特定地知道在排氣中的微粒物質方面具有 問題的柴油發動機來說。另一極端是常規傳感器既不檢測充足量的微粒物質以提供有意義 的讀數，且在一些應用中其可由於微粒物質的超負荷而變汙。在任一情形中，用於檢測排氣 中的微粒物質的傳感器及方法均需要進一步發展。

發明內容
通過一種用於檢測排氣(例如內燃機(優選地柴油發動機)的排氣)中的粒子的 方法至少部分地解決上文所提及的缺點。所述方法包括以下步驟提供包括傳感器元件的 至少一個粒子傳感器布置，所述傳感器元件至少部分地暴露於氣流，其中所述氣流包括所 述傳感器元件附近的第一溫度Tl。所述方法進一步包括以下步驟通過將所述傳感器元件 調節到第二溫度T2來將粒子堆積物壓在所述粒子傳感器的所述傳感器元件上；所述第二
5溫度T2低於所述第一溫度Tl ；且在於藉助檢測器在所述傳感器元件處檢測所述粒子堆積 物。本發明提供用於檢測來自例如燃燒(優選地內燃機(優選地柴油發動機))的氣流中 所存在的粒子的準確方式。本發明利用稱為熱遷移的現象以新穎且發明性的方式來檢測粒 子堆積物(沉積)且提供對粒子堆積物(沉積)的準確測量。在本發明的實施例中，粒子堆積物的檢測可以不同方式進行；藉助檢測布置在所 述傳感器元件上的第一電極與第二電極之間的電阻來進行粒子堆積物的所述檢測。如下文 將更詳細地描述，所述第一及所述第二電極可布置為延伸到彼此中的指狀電極。然而，其它 形式也是可能的，例如螺旋狀或類似形式。可藉助向所述傳感器元件提供溫度控制布置來調節所述傳感器元件處的第二溫 度T2。所述溫度控制布置可以是將有效地將所述傳感器元件保持在低於所述氣體的溫度以 便利用發明性概念的任何溫度控制布置。此溫度控制布置的實例是冷卻元件、熱交換器或 類似布置。優選溫度控制布置是冷卻元件，這是因為可以動態方式有效控制所述溫度，從而 增加所述方法的靈活性。有利地將第二溫度T2布置為比第一溫度Tl低約5到250°C，優選 地低5到150°C。用熱交換器冷卻的一個方式是向所述熱交換器提供循環冷卻液體。在本 發明與內燃機組合使用(優選地在交通工具上)的情形中，如果交通工具冷卻系統包括循 環冷卻液體，那麼可從內燃機或此冷卻系統適當地回收此冷卻液體。根據本發明的一個實施例的方法進一步包括以下步驟藉助直接或間接地加熱所 述傳感器元件以便燃燒且藉此移除所述傳感器元件處的所述粒子堆積物的大致所有粒子 來移除所述傳感器元件處的所述粒子堆積物。此步驟確保所述傳感器布置始終保持在其最 佳操作模式中。進行此步驟的一個優選方式是藉助來自布置到所述傳感器元件的加熱器的 對流。可進一步優選地在所述粒子堆積物已達到預定閾值時起始所述粒子堆積物的移除。所述方法可有利地包括朝向校準氣流校準所述傳感器布置的起始步驟，所述校準 氣流由具有預定比率的燃料氣體與氧化氣體的混合物的燃燒而產生。所述預定比率經選擇 以適合氣流中的粒子的檢測。已發現此起始校準步驟非常有用，這是因為其準許將所述傳 感器微調到(例如)為打算檢測的粒子特有的特定粒子數目大小分布。從而可減少不期望 的粒子的沉積。可通過改變以下參數來實施所述傳感器的微調，例如所述傳感器元件的表 面處理的類型、所使用的檢測器的類型、電極之間的距離(當使用此檢測器時)、所述傳感 器元件及所述電極的面積、用作傳感器元件的材料的類型、傳感器再生的時間間隔、所述氣 流與所述傳感器之間的溫度差，等等。本發明進一步涉及一種用於檢測(例如)來自內燃機(優選地柴油內燃機)的氣 流中的粒子的粒子傳感器布置。所述布置包括傳感器元件，其用以捕集並保持所述氣流的 粒子的至少一部分，其中所述氣流包括所述傳感器元件附近的第一溫度Tl ；檢測器，其經 布置以檢測所述傳感器元件上的粒子堆積物。所述傳感器元件布置到溫度控制布置，且所 述溫度控制布置經布置以降低所述傳感器元件的溫度，以使得在檢測期間所述傳感器元件 包括低於所述傳感器元件處的所述氣流的所述第一溫度Tl的第二溫度T2。所述溫度控制布置經布置以將所述第二溫度T2降低為比第一溫度Tl低5到 250°C之間、5到150°C之間或至少5°C、優選地至少20°C、更優選地至少30°C。所述傳感器 元件可進一步包括第一表面；所述第一表面可含有或塗覆有貴金屬(例如，鉬、鈀)或具有 催化性質的任一其它賤金屬以催化所述粒子的燃燒及/或由於所述傳感器元件的增加的傳導性質而任選地改進所述傳感器的感測能力。在本發明的實施例中，所述檢測器布置在所述傳感器元件上。所述檢測器可包括 第一及第二電極，其中檢測所述第一電極與所述第二電極之間的電阻。隨著所述傳感器元 件的所述表面上的粒子堆積物增加，所述第一電極與所述第二電極之間的所述電阻將改 變。作為實例且如下文將描述，所述電阻隨所述傳感器元件上的導電粒子沉積而減小，然而 在特殊情形中，所述粒子的沉積可測量為電阻增加。本發明進一步涉及一種發動機排氣系統，其包括如上文參照方法及布置兩者所描 述的粒子傳感器布置。所述發動機排放系統包括進氣開口及排氣開口，其中所述進氣開口 打算連接到發動機氣體排放埠。所述發動機排放系統可進一步裝備有柴油粒子過濾器， 且在於所述粒子傳感器布置布置在所述進氣開口與所述柴油粒子過濾器之間。所述粒子傳 感器布置可任選地定位在所述排氣開口與所述柴油粒子過濾器之間。下文將更詳細地描述 這些不同實施例的優點。所述發動機排氣系統可有利地包括至少一個(優選地至少兩個) 粒子傳感器布置。任選地，所述至少兩個粒子傳感器布置定位在所述柴油粒子過濾器的任 一側上，即，所述柴油粒子過濾器的上遊或下遊。本發明進一步涉及一種交通工具，其包括如上文所描述的柴油發動機及發動機排 氣系統。應理解，用於檢測氣流中的粒子的方法及布置可利用於任一氣流中，例如來自 (例如)發電廠、廢物處理廠、熱電站、火力發電廠、中央加熱器、供熱鍋爐或類似場所處的 燃燒的氣流。甚至可檢測周圍環境中的氣流中的粒子。作為實例，粒子傳感器布置可定位 在建築物的屋頂上以測量所需粒子。任選地及/或另外，其可與例如礦物燃料發動機(例 如，柴油發動機)或任選地例如生物質燃料發動機或類似發動機的內燃機組合使用，優選 內燃機是柴油內燃機。適當的內燃機可存在於貨車、卡車、汽車、火車、飛機、輪船、柴油驅動 的電力設備、剪草機等等中。在如本文中所描述的方法及布置中檢測的優選粒子是菸灰粒 子。然而，可使用本發明檢測其它粒子，此類粒子是來自生物質燃燒鍋爐及/或生物質氣化 鍋爐(以從下遊系統中的生物質氣化器改進原產物氣體的上遊氣流以提供附加值產品)、 灰塵、花粉、彩色顏料、來自交通工具上的制動系統的粒子、來自交通工具的輪胎粒子或類 似粒子的粒子。上文已結合柴油過濾器描述粒子傳感器布置及方法。然而，粒子傳感器布置及方 法可與適合於所述目的的任一粒子過濾器一起使用。此類粒子過濾器的實例是真空清潔粒 子過濾器、防護面具的過濾器(例如，毒氣面具)、交通工具，建築物或諸如此類上的通風空 氣入口及/或出口過濾器。在一些實施例中，根據本發明的粒子傳感器布置可進一步與粒子過濾器(例如上 文所提及的粒子過濾器)完全或部分地集成在一起。


將參照附圖更詳細地描述本發明，其中圖1顯示根據本發明的連接到布置有兩個粒子傳感器布置的排氣系統的發動機 的示意圖。圖2顯示根據本發明的排氣管道及粒子傳感器布置的橫截面圖。
圖3顯示根據本發明的如圖3中所顯示的粒子傳感器布置的實施例。圖4顯示根據本發明的粒子傳感器布置的不同實施例。圖5顯示根據本發明的在評估及校準粒子傳感器布置時所使用的模擬氣體的粒 子分布。圖6顯示在電阻檢測器的第一電極與第二電極之間的不同距離的情形下評估如 圖4中所顯示的粒子傳感器布置時記錄為隨時間而變的電阻的日誌。圖7顯示在不同氣體濃度下評估如圖4中所顯示的粒子傳感器布置時記錄為隨時 間而變的電阻的日誌。
具體實施例方式圖1顯示在發動機排氣口 3處連接到柴油發動機2的排氣系統1的示意性圖解說 明。此排氣系統1優選地用於交通工具中，例如卡車、輪船、汽車、火車、飛機或任一其它適 當交通工具。在所顯示的實施例中，排氣系統1由排氣管道4、柴油粒子過濾器5及消音器 6組成。排氣管道4包括進氣開口 7，排氣從發動機2穿過其進入排氣系統1 ；及排氣開口 8，排氣穿過其離開排氣系統1到達周圍空氣。第一及第二壓力傳感器9、10布置在柴油粒 子過濾器5的相應側上。另外，根據本發明的第一及第二菸灰粒子布置11、12布置在柴油 粒子過濾器5的相應側上。儘管本文參照菸灰粒子傳感器方法及布置描述了本發明，但在 可利用本發明檢測哪種導電粒子的意義上將把所描述的實例視作非限制性。第一及第二煙 灰粒子布置11、12連接到計算機34，所述計算機可對來自第一及第二菸灰粒子布置11、12 的所檢測結果進行日誌記錄、比較、採取行動或以其它方式加以利用。根據在本發明的界限 內所描述的不同實施例，所描述的第一菸灰粒子布置11可與第二菸灰粒子布置12相同或 其可不同。下文將更詳細地描述所述菸灰粒子布置及一種用於檢測排氣中的菸灰粒子的方 法。根據本發明在柴油粒子傳感器的上遊置放菸灰粒子傳感器布置的一個優點是在 此位置中記錄的數據可特定地用於檢測清潔所述柴油粒子過濾器的恰當時刻。常規上藉助 壓力傳感器9、10來進行此，然而此檢測方法已顯示為不適當。然而，菸灰粒子傳感器布置 11、12與壓力傳感器9、10的組合非常有利，這是因為可做出驚人地準確的預測。通過更好 地預測清潔所述柴油粒子過濾器的恰當時刻，節省了燃料及能量，且從而還節省了對裝備 及環境的損耗。根據本發明，通過將菸灰粒子傳感器布置置放在柴油粒子傳感器的下遊，可在柴 油粒子過濾器之後的環境中檢測出不期望的菸灰粒子濃度的非常準確的檢測，從而準許計 算機34通過(例如)向驅動器發送警告信號來立即對所述不期望的菸灰粒子濃度的檢測 採取行動或調整發動機的燃燒以減少菸灰粒子的量。此調整可顯著地低於所述發動機的輸 出效應。圖2顯示根據本發明一個實施例的排氣管道4的一部分的橫截面圖，其包括以包 封壁13顯示的縱向方向A及菸灰粒子傳感器布置20。更具體來說，菸灰粒子傳感器布置 20部分地延伸穿過排氣管道4的包封壁13到達排氣管道4的內側且暴露於流過排氣管道 4的排氣。如閱讀此說明書時所理解，根據本發明的菸灰粒子傳感器布置僅需要與排氣管 道4流體連通以使得菸灰粒子傳感器布置20的至少一部分能夠接觸所述排氣。現在描述所述菸灰粒子傳感器布置20的每一組件及其功能。菸灰粒子傳感器布置20包括防護罩21以保護菸灰粒子傳感器布置20的要害部 分且促進菸灰粒子傳感器布置20安裝到排放管道4。製作防護罩21以經受高溫且絕緣。 可使用與易於附接到所述排放管道的材料一起布置的(例如)耐高溫材料及絕緣材料的單 片材料或層壓材料。傳感器元件22包括外檢測表面23，其面向排氣管道4的內部且從而面向排氣； 及內部表面24，其面向菸灰粒子傳感器布置20的內部。傳感器元件22用於為粒子堆積物 提供適合的表面，即，收集多個粒子以執行粒子測量。如將理解，在所顯示的本發明的實施 例中，傳感器元件22的形式可變化，傳感器元件22包括大致圓柱形式，其中內部表面24及 外檢測表面23與包封表面25連接。用於所述傳感器元件的適當材料可(例如)選自氧化 鋁、半導電材料(例如碳化矽)或類似材料。對於所述材料的重要性質是能夠將熱傳導到 並傳導遠離外檢測表面23。在所顯示的本發明的實施例中，外檢測表面23相對於長度方向A及排氣流大致 水平。使外檢測表面23相對於長度方向A成角度可以是適當的，適當角度可以是從0°到 90°，應注意所顯示實施例的外檢測表面23包括角度0°。更具體來說，適當角度可以是 0、10、20、30、40、50、60、70、80或90°或介於這些既定點之間的角度。呈第一及第二電極的 形式的檢測器可布置在傳感器元件22的外檢測表面23上，如將參照圖3更詳細地描述。鄰近傳感器元件22的內部表面24附接的是冷卻元件30。冷卻元件30經布置以 降低或如下文將描述而任選地增加傳感器元件22 (且具體來說，外檢測表面23)的溫度T2。 如已由發明者發現，可實施對排氣中所存在的菸灰粒子的準確檢測且(例如)將其記錄為 隨時間而變的日誌。通過降低傳感器元件22的溫度T2，由於排氣與傳感器元件22的所述 溫度之間的溫度差，因此通過熱遷移將所述排氣的菸灰粒子壓到所述外檢測表面，且在所 顯示的本發明的實施例中還壓到包封表面25的部分。應注意，傳感器表面與氣流(在所述 傳感器表面附近)之間的溫度差不影響流速，然而其對沉積及沉積速率具有非常積極的影 響。由於熱遷移，粒子沉積導致外檢測表面23上的粒子堆積物。冷卻元件30可經布置以 將傳感器元件22冷卻到處於比周圍排氣低5到250°C之間、低5到150°C之間、任選地低至 少5°C、優選地低至少20°C、更優選地低至少30°C的範圍中。冷卻元件的實例是熱電製冷器 模塊，或為達到甚至更冷溫度(排氣溫度Tl與傳感器元件的溫度T2之間的更高德爾塔溫 度)而是多個熱電製冷器模塊。任選地，所述冷卻元件可具備作為單獨模塊或集成模塊的加熱器(未顯示)。所述 加熱器經布置以給予傳感器元件22熱以使已聚集在所述外檢測表面上的粒子燃燒，且借 此從所述傳感器元件移除菸灰粒子。通常，當所述傳感器元件以菸灰粒子超負荷時，例如在 菸灰粒子傳感器布置運行長時間之後，必需此類菸灰粒子移除。在菸灰粒子移除之後，傳感 器元件22準備吸引新的菸灰粒子以繼續粒子的測量及檢測。冷卻元件及/或加熱器進一 步任選地布置到額外絕緣層26。在所顯示的實施例中，菸灰粒子傳感器布置22藉助線31進一步連接到計算機 34 (例如機載交通工具計算機及/或發動機管理系統(EMS))，然而例如藍牙或WLAN的無線 連接歸屬於本發明的界限內。從菸灰粒子傳感器布置22收集的數據有利地用於控制影響 所述排氣的菸灰粒子含量的參數或僅僅接通警告系統(例如，給出音頻信號、視頻信號或起始防範措施或諸如此類)以強調所述排氣中所存在的條件。舉例來說，此條件可以是不 可接受的排氣中的高菸灰粒子內容。計算機34又可連接到交通工具的其它傳感器32或其 它控制及/或輸入裝置33以形成交通工具電子裝置網絡。如所提及，如剛剛描述的一個菸灰粒子傳感器布置的菸灰粒子傳感器布置可有利 地布置在排氣管道4中的至少一個位置上。如在(例如)圖2及圖3中所見，菸灰粒子傳感器布置20可進一步具有檢測器40， 在所顯示的實施例中是呈布置在傳感器元件22的外檢測表面23上的第一及第二電極41、 42的形式的電阻檢測器。第一及第二電極41、42呈指狀電極的形式，然而可使用不同類型 的電阻檢測電極。隨著粒子附接到外檢測表面23，第一電極與第二電極41、42之間的電阻 減小，可測量此電阻減小並將其記錄為(例如)隨時間而變的日誌。電阻檢測器40、冷卻元件24及/或加熱器連接到優選地布置在絕緣層26內側的 接線盒(未顯示)。線31進一步連接到所述接線盒。這些連接為常規連接且不再進一步描 述。圖4顯示根據本發明的菸灰粒子傳感器布置50的第二實施例。如閱讀此說明書 時所明了，可以與上文所描述的菸灰粒子傳感器布置相同的方式且以相同不同技術特徵使 用菸灰粒子傳感器布置50。更具體來說，菸灰粒子傳感器布置50包括類似於如上文所描述 包括第一及第二電極的檢測器40的檢測器。具有大致矩形形式的傳感器元件52在外檢測 表面53(即，所述傳感器元件的打算在傳感器布置使用期間與排氣接觸的表面)上承載所 述檢測器。進一步布置於外檢測表面53上的是所捕集的菸灰粒子60，所述菸灰粒子在所述 表面上形成粒子堆積物。冷卻元件70與外檢測表面53相反地布置在內部表面54上，所述 冷卻元件類似於上文所描述的冷卻元件。作為選項，可替代如上文所描述的電阻檢測器一起使用光檢測器與光源。在此實 施例中，選擇具有由所述菸灰粒子吸收的至少一個波長的適當光源。朝向所述傳感器元件 的所述外檢測表面發射光波，且由所述光檢測器檢測反射光並將其記錄為(例如)隨時間 而變的日誌。菸灰粒子檢測及測量在以下章節中，將更詳細地描述試驗部分。通過燃燒具有約3. 5的比率的氧氣/ 丙烷氣體混合物來模擬柴油發動機排氣。值3. 5是氧氣/丙烷體積(流動值)比率(一份 丙烷與3. 5份氧氣)，這等同於16. 6空氣/丙烷體積(流動)比率。此使得空氣相對於總 燃燒所需的總燃燒空氣適當虧欠。接著，將菸灰粒子布置暴露於所述氣體。容易地將火焰 與周圍氣氛隔離以控制可用空氣的量。在獲得之後淬滅所產生的菸灰以避免凝塊。1/5與 1/12之間的稀釋比率(1份菸灰流對5或12份(流速)稀釋空氣)在粒子大小方面給出相 當類似的結果，即，甚至在淬滅時的低稀釋比率下也可避免凝塊。為確定類似從柴油發動機排放中排出的菸灰的恰當菸灰粒子大小，使用併入有凝 結粒子計數器(CPC)的電遷移率分光儀(SMPS)來確定粒子數目大小分布。稀釋比率主要 取決於內部噴嘴直徑(用來以1/12比率進行稀釋的一個內部噴嘴直徑)。圖5中呈現典型 的菸灰粒子數目大小分布曲線。所述粒子數目大小分布曲線可與柴油菸灰的粒子數目大小 分布曲線相當。轉到圖6，圖6顯示根據本發明的一個實施例從菸灰粒子傳感器布置的評估及用於檢測菸灰粒子的方法獲得的結果。圖6顯示分別從在電阻檢測器的第一電極與第二電極 之間的兩個不同距離80及300 μ m的情形下的測量導出的兩個不同曲線。如可見，可通過 調整所述第一電極與所述第二電極之間的距離來進行所述傳感器布置的微調，因此在本發 明的優選實施例中，布置在所述菸灰粒子傳感器布置的傳感器元件上的電阻檢測器的所述 第一電極與所述第二電極優選地介於1到500 μ m之間或任選地介於80到300 μ m之間。圖7顯示所述傳感器元件上(且更具體來說由電阻檢測器40覆蓋的面積上)隨 時間而變的粒子堆積物。其進一步顯示在排氣中的低及高粒子濃度下的粒子堆積物。在第 二稀釋步驟之後，所述傳感器元件的外檢測表面上還發生粒子堆積物(即，菸灰沉積)，但 慢得多，且電阻值維持比僅針對淬滅稀釋菸灰時所獲得的電阻值高約兩個數量級。隨著試驗繼續，可看出電阻的降低不再勉強，此不受理論束縛；相信所述傳感器元 件的外檢測表面變得對菸灰粒子多少有些飽和，此從而降低所述檢測的準確度。因此，所述 傳感器元件的外檢測表面(且最終所述傳感器元件)需要從大量的菸灰粒子再生，優選地 其需要再生以便移除所有所聚集的菸灰粒子。可如上文所描述通過將所述傳感器元件加熱 到菸灰粒子燃燒時的溫度來進行此。實際上，這是高於氣體溫度的溫度。此燃燒優選地由 例如貴金屬(例如，鉬、鈀)或具有催化性質的任一其它賤金屬等催化劑催化，所述催化劑 布置在所述傳感器元件的表面上或包含於所述傳感器元件的表面的組成中，例如在存在的 情況下包含於所述傳感器元件的外部層中。這些貴金屬催化劑還可用於增加所述傳感器的 感測能力。所述傳感器元件的其它加熱方法當然是可能的，舉例來說，可通過配置燃料進入 到發動機中的注射(所謂的燃料的後注射)來控制排氣的溫度。此程序用於(例如)使柴 油粒子過濾器再生，因此在本發明的實施例中，可以此方式與柴油粒子過濾器同時地或單 獨地清潔菸灰傳感器布置。可任選地布置單獨的燃燒器以使來自所述傳感器元件的所聚集 的粒子燃燒。上文所提及的加熱原理的組合也是可能的，例如，加熱器可與後注射及/或單 獨的燃燒器一起使用以使柴油粒子過濾器再生。
權利要求
一種用於檢測氣流中的粒子的方法，所述方法包括以下步驟；提供包括傳感器元件(22、52)的至少一個粒子傳感器布置(11、12、20、50)，所述傳感器元件(22、52)至少部分地暴露於所述氣流，其中所述氣流包括在所述傳感器元件(22、52)附近的第一溫度(T1)；其特徵在於所述方法進一步包括以下步驟；通過將所述傳感器元件(22、52)調節到第二溫度(T2)而將粒子堆積物壓在所述粒子傳感器布置(11、12、20、50)的所述傳感器元件(22、52)上；所述第二溫度(T2)低於所述第一溫度(T1)；且在於藉助檢測器(40)在所述傳感器元件(22、52)處檢測所述粒子堆積物。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於藉助檢測所述傳感器元件(22、52)處的第 一與第二電極(41、42)之間的電阻來進行所述對粒子堆積物的檢測。
3.根據任一前述權利要求所述的方法，其特徵在於藉助向所述傳感器元件(22、52)提 供溫度控制布置(30、70)來調節所述傳感器元件(22、52)處的所述第二溫度(T2)。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於所述溫度控制布置(30、70)為冷卻元件 (22、52)、熱交換器或類似布置。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述溫度控制布置(30、70)為冷卻元件 (22,52)。
6.根據權利要求4到6中任一權利要求所述的方法，其特徵在於所述溫度控制布置利 用循環冷卻液體來降低所述溫度。
7.根據任一前述權利要求所述的方法，其特徵在於將所述第二溫度(T2)調節為比所 述第一溫度(Tl)低約5到250°C，優選地低5到150°C。
8.根據任一前述權利要求所述的方法，其特徵在於所述方法進一步包括以下步驟；藉助直接或間接加熱所述傳感器元件(22、52)以便使所述傳感器元件(22、52)處的所 述粒子堆積物的大致所有粒子燃燒而移除所述傳感器元件(22、52)處的所述粒子堆積物。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於藉助來自布置到所述傳感器元件(22、52) 的加熱器的對流來進行所述傳感器元件(22、52)的所述加熱。
10.根據權利要求8或9中任一權利要求所述的方法，其特徵在於在所述粒子堆積物已 達到預定閾值時起始所述粒子堆積物的所述移除。
11.根據任一前述權利要求所述的方法，其特徵在於所述氣流為來自燃燒的排氣。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於所述排氣來自存在於發電廠、廢物處理 廠、熱電站、火力發電廠、中央加熱器、供熱鍋爐或類似場所中的燃燒。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於所述排氣來自內燃機，例如礦物燃料發 動機、生物質燃料發動機或類似發動機。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於所述內燃機為柴油內燃機。
15.根據權利要求1到10中任一權利要求所述的方法，其特徵在於所述粒子選自以下 群組；菸灰、灰塵、花粉、彩色顏料、來自交通工具上的制動系統的粒子、來自交通工具的輪 胎粒子或類似粒子，優選粒子為菸灰粒子。
16.根據任一前述權利要求所述的方法，其特徵在於將所述粒子布置與粒子過濾器一 起使用以建立或檢測所述粒子過濾器的預定條件。2
17.根據任一前述權利要求所述的方法，其特徵在於所述方法包括朝向校準氣流校準 所述傳感器布置的起始步驟，所述校準氣流是從具有預定比率的燃料氣體與氧化氣體的混 合物的燃燒而產生的，所述預定比率經選擇以適合所述氣流中的所述粒子的所述檢測。
18.一種用於檢測氣流中的粒子的粒子傳感器布置，所述布置(11、12、20、50)包括；傳感器元件(22、52)，其用以捕集並保持所述氣流的所述粒子的至少一部分，其中所述氣流包括在所述傳感器元件(22、52)附近的第一溫度(Tl)，檢測器，其經布置以檢測所述傳感器元件(22、52)上的粒子堆積物，其特徵在於所述感測器元件(22、52)布置到溫度控制布置(30、70)，所述溫度控制布置(30、70)經布置以降低所述傳感器元件(22、52)的所述溫度，使得 在檢測期間所述傳感器元件(22、52)包括低於所述排氣在所述傳感器元件(22、52)處的所 述第一溫度(Tl)的第二溫度(T2)。
19.根據權利要求18所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述溫度控制布置(30、70) 包括冷卻元件(30、70)、熱交換器或類似布置。
20.根據權利要求18或19所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述溫度控制布置 (30,70)經布置以將所述第二溫度(T2)降低為比所述第一溫度(Tl)低約5到250°C，優選 地低5到150"C。
21.根據權利要求18到20中任一權利要求所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述溫 度控制布置(30、70)鄰近於所述傳感器元件(22、52)而布置。
22.根據權利要求18到21中任一權利要求所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述溫 度控制布置(30、70)進一步包括加熱器，所述加熱器經布置以使所述所沉積的粒子燃燒。
23.根據權利要求18到22中任一權利要求所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述傳 感器元件(22、52)包括外檢測表面(23、25、53)，所述表面塗覆有例如鉬、鈀等貴金屬以催 化所述粒子的所述燃燒及/或改進所述粒子傳感器布置的感測能力。
24.根據權利要求18到23中任一權利要求所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述檢 測器(40)布置在所述傳感器元件(22、52)上。
25.根據權利要求24所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述檢測器(40)包括第一及 第二電極(41、42)，且在於檢測所述第一與第二電極(41、42)之間的電阻。
26.根據權利要求18到25中任一權利要求所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述氣 流為來自燃燒的排氣。
27.根據權利要求18到26中任一權利要求所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述排 氣來自存在於發電廠、廢物處理廠、熱電站、火力發電廠、中央加熱器、供熱鍋爐或類似場所 中的燃燒。
28.根據權利要求26所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述排氣來自內燃機，例如 礦物燃料發動機、生物質燃料發動機或類似發動機。
29.根據權利要求28所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述內燃機為柴油內燃機。
30.根據權利要求18到25中任一權利要求所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述粒 子選自以下群組；菸灰、灰塵、花粉、彩色顏料、來自交通工具上的制動系統的粒子、來自交 通工具的輪胎粒子或類似粒子，優選粒子為菸灰粒子。
31.根據權利要求18到30中任一權利要求所述的粒子傳感器布置，其特徵在於所述粒 子傳感器布置與粒子過濾器集成在一起。
32.—種發動機排氣系統，其包括根據權利要求17到30中任一權利要求所述的粒子傳 感器布置，所述發動機排氣系統的特徵在於所述發動機排放系統(1)包括進氣開口(7)及 排氣開口(8)，其中所述進氣開口(7)打算連接到發動機氣體排放埠(3)。
33.根據權利要求32所述的發動機排氣系統，其特徵在於所述發動機(2)為柴油發動 機，且在於所述發動機排放系統(1)包括柴油粒子過濾器(5)，且在於所述粒子傳感器布置 (11、20、50)布置在所述進氣開口(7)與所述柴油粒子過濾器(5)之間。
34.根據權利要求32所述的發動機排氣系統，其特徵在於所述發動機為柴油發動機， 且在於所述發動機排放系統(1)包括柴油粒子過濾器(5)，且在於所述粒子傳感器布置 (12,20,50)布置在所述排氣開口(8)與所述柴油粒子過濾器(5)之間。
35.根據權利要求33及34所述的發動機排氣系統，其特徵在於所述發動機排放系 統(1)包括至少兩個粒子傳感器布置(11、12、20、50)，其中所述至少兩個粒子傳感器布置 (11、12、20、50)布置在所述柴油粒子過濾器(5)的任一側上。
36.一種交通工具，其包括柴油發動機及根據權利要求32到35中任一權利要求所述的 發動機排氣系統。
全文摘要
本發明涉及一種用於檢測粒子的方法及一種粒子傳感器布置。更具體來說，本發明涉及一種用於檢測氣流(例如，來自柴油內燃機)中的粒子的方法及布置。所述方法包括以下步驟通過將粒子傳感器布置的傳感器元件調節到第二溫度而將粒子堆積物壓在所述傳感器元件上；其中所述第二溫度低於第一溫度，所述第一溫度為氣流溫度。另外，藉助檢測器在所述傳感器元件處檢測所述粒子堆積物。本發明提供一種用以檢測且藉此測量氣流(例如，來自內燃機)中所存在的粒子的準確方法及布置。
文檔編號G01N27/12GK101965511SQ200880127603
公開日2011年2月2日 申請日期2008年2月27日 優先權日2008年2月27日
發明者多伊納·盧蒂克, 安尼塔·勞埃德斯佩茨, 彼得·約饒, 梅裡·薩納蒂, 雅科·菲瑟 申請人:沃爾沃技術公司;福特全球技術公司