包括自愈合陶瓷材料的排氣系統(tǒng)部件以及具備該部件的內(nèi)燃機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)部件，以及具備該部件的內(nèi)燃機。更具體地，本發(fā)明涉及在用于內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)中使用的氧傳感器和電加熱催化劑，以及具備該部件的內(nèi)燃機。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，正在開發(fā)具有自愈合能力以自發(fā)地修復(fù)在使用期間產(chǎn)生的損傷的材料。這樣的材料呈現(xiàn)出顯著高的機械可靠性和長的使用壽命，并且由此，有希望作為下一代的結(jié)構(gòu)材料和機械材料。
[0003]自愈合功能是由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的現(xiàn)象，并且自愈合材料是如下形式的復(fù)合材料，其中在母材中內(nèi)包用于通過化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)愈合的反應(yīng)物(本文中，有時稱作“愈合呈現(xiàn)材料(healing-developing material)，，)。
[0004]具體而言，已經(jīng)提出了利用愈合呈現(xiàn)材料的高溫氧化的自愈合陶瓷材料(專利文獻I至3)。特別地，作為這樣的自愈合陶瓷材料，已經(jīng)提出了一種粒子分散型自愈合陶瓷材料，其中將可氧化的愈合呈現(xiàn)材料(例如碳化硅)的粒子在陶瓷母材中分散并復(fù)合。在陶瓷母材中產(chǎn)生裂紋時，愈合呈現(xiàn)材料被氧化并且膨脹以填充該裂紋，由此實現(xiàn)自愈合(專利文獻3)。
[0005]該自愈合陶瓷材料能夠克服陶瓷材料的主要問題，S卩:盡管高耐熱性但韌性低并且由此易于開裂的問題。出于這個原因，考慮在要求耐熱性和機械強度兩者的應(yīng)用中采用自愈合陶瓷材料，例如，在諸如燃氣輪機構(gòu)件、噴氣式發(fā)動機構(gòu)件、汽車發(fā)動機構(gòu)件和陶瓷彈簧構(gòu)件的應(yīng)用中(專利文獻I)。
[0006]予以說明，在內(nèi)燃機例如汽車發(fā)動機中，在多個部位使用陶瓷部件，并且許多陶瓷部件不僅用于如上所述的要求耐熱性和機械強度兩者的發(fā)動機構(gòu)件，還用于來自該內(nèi)燃機的排氣流路。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:JP2012-148963
[0010]專利文獻2:JP-H10-291853
[0011]專利文獻3:JP2009-67659

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明所要解決的課題
[0013]本發(fā)明的一個目的在于，提供一種用于配置在來自內(nèi)燃機的排氣流路中的具有優(yōu)異性能的排氣系統(tǒng)部件，并且特別地提供一種具有延長的使用壽命的排氣系統(tǒng)部件。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]作為深入研究的結(jié)果，本發(fā)明人已得到了以下所述的本發(fā)明。
[0016]〈1>用于內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)部件，其包括:
[0017]自愈合陶瓷材料，和
[0018]用于加熱上述自愈合陶瓷材料的電加熱器。
[0019]〈2>根據(jù)上述條目〈1>所述的排氣系統(tǒng)部件，其中，進行電流流動和/或氣體擴散通過上述自愈合陶瓷材料。
[0020]〈3>根據(jù)上述條目〈2>所述的排氣系統(tǒng)部件，其是具有以下構(gòu)成的氧傳感器:
[0021](a)氧傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)層，
[0022](b)基準側(cè)電極層，其設(shè)置在上述固體電解質(zhì)層的基準側(cè)表面上，
[0023](C)排氣側(cè)電極層，其設(shè)置在上述固體電解質(zhì)層的排氣側(cè)表面上，
[0024](d)擴散層和/或捕集層，其設(shè)置在上述排氣側(cè)電極層上以允許排氣的擴散和流動，并且由上述自愈合陶瓷材料構(gòu)成，和
[0025](e)上述電加熱器，其設(shè)置在上述固體電解質(zhì)層的基準側(cè)。
[0026]〈4>根據(jù)上述條目〈3>所述的排氣系統(tǒng)部件，其中，通過上述電加熱器將由上述自愈合陶瓷材料構(gòu)成的上述擴散層和/或捕集層加熱至550°C以上的溫度。
[0027]〈5>根據(jù)上述條目〈3>或〈4>所述的排氣系統(tǒng)部件，其中:
[0028]上述氧傳感器是具有筒狀的上述固體電解質(zhì)層的杯型(cup-type)氧傳感器，并且
[0029]由上述自愈合陶瓷材料構(gòu)成的上述擴散層和/或捕集層設(shè)置在上述排氣側(cè)電極層的至少排氣流上游側(cè)。
[0030]〈6>根據(jù)上述條目〈3>至〈5>任一項所述的排氣系統(tǒng)部件，其中:
[0031]上述氧傳感器是具有筒狀的上述固體電解質(zhì)層的杯型氧傳感器，并且
[0032]上述電加熱器在上述筒狀的固體電解質(zhì)層的內(nèi)側(cè)偏心地設(shè)置于上述排氣流上游側(cè)。
[0033]〈7>根據(jù)上述條目〈2>所述的排氣系統(tǒng)部件，其是具有以下構(gòu)成的電加熱催化劑:
[0034](a)導(dǎo)電性的催化劑載持基材，其具有由上述自愈合陶瓷材料構(gòu)成的粘結(jié)材料以及通過上述粘結(jié)材料相互粘結(jié)的導(dǎo)電性粒子，和
[0035](b)上述電加熱器，其是放入與上述催化劑載持基材接觸以使電流流經(jīng)上述催化劑載持基材的電極。
[0036]〈8>根據(jù)上述條目〈7>所述的排氣系統(tǒng)部件，其中，上述催化劑載持基材是蜂窩狀基材。
[0037]〈9>根據(jù)上述〈7>或〈8>所述的排氣系統(tǒng)部件，其中，
[0038]上述自愈合陶瓷材料具有陶瓷母材，和具有Ιμπι(微米)以下的粒徑并分散在上述陶瓷材料中的金屬和/或半金屬的碳化物的微粒，并且
[0039]上述導(dǎo)電性粒子具有5μπι以上的粒徑。
[0040]〈10>根據(jù)上述條目〈7>至〈9>任一所述的排氣系統(tǒng)部件，其中，上述導(dǎo)電性粒子是碳化娃粒子。
[0041]〈11>根據(jù)上述條目〈1>至〈10>任一所述的排氣系統(tǒng)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屬和/或半金屬的碳化物的微粒。
[0042]〈12>根據(jù)上述條目〈11>所述的排氣系統(tǒng)部件，其中，上述陶瓷母材選自氧化鋁、莫來石、氧化鈦、氧化鋯、氮化硅、碳化硅、氮化鋁及其組合。
[0043]〈13>根據(jù)上述條目〈I 1>或〈12>所述的排氣系統(tǒng)部件，其中，上述金屬或半金屬的碳化物的微粒是選自碳化鈦、碳化硅、碳化釩、碳化鈮、碳化硼、碳化鉭、碳化鎢、碳化鉿、碳化鉻、碳化鋯及其組合的粒子。
[0044]〈14>根據(jù)上述條目〈11>至〈13>任一項所述的排氣系統(tǒng)部件，其中，基于上述陶瓷母材，以I至50質(zhì)量％的比例包含上述金屬或半金屬的碳化物的微粒。
[0045]〈15>內(nèi)燃機，其具有根據(jù)上述條目〈1>至〈14>任一項所述的排氣系統(tǒng)部件和燃燒室。
[0046]〈16>用于控制根據(jù)上述〈15>所述的內(nèi)燃機的方法，其包括:在上述燃燒室中不進行燃燒時，通過上述電加熱器加熱上述自愈合陶瓷材料。
[0047]〈17>根據(jù)上述條目〈15>所述的方法，其中:
[0048]上述內(nèi)燃機還具有電動機，并且
[0049]當(dāng)上述電動機工作并且在上述燃燒室中不進行燃燒時，通過上述電加熱器加熱上述自愈合陶瓷材料。
[0050]〈18>使用根據(jù)上述條目〈1>至〈14>任一項所述的排氣系統(tǒng)部件的方法，其包括:對上述自愈合陶瓷材料通電以評估上述自愈合陶瓷材料的導(dǎo)電性。
[0051]〈19>使用根據(jù)上述條目〈1>至〈14>任一項所述的排氣系統(tǒng)部件的方法，其包括:通過上述電加熱器將上述自愈合陶瓷材料加熱至550°C以上的溫度。
[0052]發(fā)明效果
[0053]用于配置在來自內(nèi)燃機的排氣流路中的本發(fā)明的排氣系統(tǒng)部件可具有優(yōu)異的性能，特別是延長的使用壽命。
【附圖說明】
[0054]圖1是示出本發(fā)明的杯型氧傳感器的一個實施方案的剖視圖。
[0055]圖2是圖1的杯型氧傳感器的檢測元件(和圖3的平面氧傳感器的檢測元件)的部分放大的剖視圖。
[0056]圖3是示出本發(fā)明的平面氧傳感器的一個實施方案的剖視圖。
[0057]圖4是示意性地示出本發(fā)明的氧傳感器