CN106248540A - 颗粒物传感器及利用其的废气净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供颗粒物传感器及利用其的废气净化系统。本发明的颗粒物传感器包括：第一绝缘层，以使第一电极部向第一绝缘层的一面上露出的方式形成，第一电极部包括不相互电连接的多个第一电极；第二绝缘层，在第二绝缘层的一面上设有第二电极部，第二电极部包括相互电连接的多个第二电极，第二绝缘层与第一绝缘层以相互隔开的方式平行配置；温度检测部，形成于第三绝缘层的一面，第三绝缘层位于第二绝缘层的另一面；以及加热部，形成于第四绝缘层的一面，第四绝缘层位于第三绝缘层的另一面，加热部用于对第一电极部及第二电极部进行加热，第一电极借助堆积于多个第一电极之间的颗粒来相互电连接，从而可使第一电极和第二电极之间的静电容量发生变化。

Description

颗粒物传感器及利用其的废气净化系统
技术领域
本发明涉及颗粒物传感器(Particular matter sensor)及利用其的废气净化系统。
背景技术
通常，随着进一步加强对排放气体的管制，用于净化废气的后处理装置备受瞩目。尤其，针对柴油汽车的颗粒物(PM，Particulate Matter)的管制变得更加严格。
具体地，人类基于大气污染物质所提出的对适宜环境的要求，以及随着各国对环境的管制，对针对包含在废气中的排气污染物质的管制逐渐增加，并且，作为针对上述问题的对策，正在研究多种废气过滤方法。
鉴于此，已提出用于处理废气的后处理技术，上述后处理技术有氧化催化剂、氮氧化物催化剂及借助煤烟过滤装置的废气减排装置等。
在如上所述的氧化催化剂、氮氧化物催化剂及煤烟过滤装置中，针对减少颗粒物最为有效且最接近实用化的技术为利用煤烟过滤装置的废气减排装置。
为了诊断废气减排装置是否发生故障，而在柴油颗粒(DPF，dieselparticulate filter)过滤器的后端安装电阻方式的颗粒物传感器。即，颗粒物沉淀于传感器表面上的电极之间，并借助所沉淀的颗粒物来在电极之间形成电流，从而改变传感器的电导率。
由于直到形成初期的电流，如上所述的电阻方式颗粒物传感器的响应速度极慢，当金属等具有导电性的颗粒物沉淀于上述颗粒物传感器的表面时，则与颗粒物的数量无关地发生信号的失真，因而存在传感器引起传感器失灵的致命问题。
现有技术文献；
特许文献；
(特许文献1)日本公开特许2009-85959(公开日2009年4月23日)。
发明内容
本发明的目的在于，提供即使沉淀有导电性的异物，也可防止传感器的破损的颗粒物传感器及利用其的废气净化系统。
为了解决上述问题，本发明一实施方式的颗粒物传感器可包括：第一绝缘层，以使第一电极部向第一绝缘层的一面上露出的方式形成，上述第一电极部包括不相互电连接的多个第一电极；第二绝缘层，在第二绝缘层的一面上设有第二电极部，上述第二电极部包括相互电连接的多个第二电极，上述第二绝缘层与第一绝缘层以相互隔开的方式平行配置；温度检测部，形成于第三绝缘层的一面，上述第三绝缘层位于第二绝缘层的另一面；以及加热部，形成于第四绝缘层的一面，上述第四绝缘层位于第三绝缘层的另一面，加热部用于对第一电极部及第二电极部进行加热，多个第一电极中的一个与第一电连接端子电连接，多个第二电极与第二电连接端子电连接，多个第一电极与多个第二电极以相对应的方式配置，第一电极借助堆积于多个第一电极之间的颗粒来相互电连接，从而可使第一电极和第二电极之间的静电容量发生变化。
在此情况下，多个第一电极及多个第二电极可分别以沿着上述第一绝缘层及第二绝缘层的长度方向平行的方式排列，多个第一电极及多个第二电极可以以向上述第一绝缘层及第二绝缘层的宽度方向相对应的方式排列。
在此情况下，颗粒物依次堆积于多个第一电极之间，使得多个第一电极相互电连接，由此，使第一电极与上述第二电极的静电容量随着第一电极的面积变宽而增加。
在此情况下，本发明还可包括介电层，上述介电层位于第一绝缘层及第二绝缘层之间。
在此情况下，可在第一绝缘层及介电层形成第一通孔，上述第一通孔用于使多个第二电极与第二电连接端子电连接。
在此情况下，可在第四绝缘层形成第三电连接端子及第四电连接端子和第五电连接端子，上述第三电连接端子及第四电连接端子与加热部电连接，上述第五电连接端子不与第三电连接端子及第四电连接端子电连接，在第三绝缘层形成第二通孔，上述第二通孔用于使上述温度检测部与位于第四绝缘层上的第三电连接端子及第五电连接端子电连接。
在此情况下，温度检测部的面积可在加热部的面积范围之内设定。
另一方面，根据本发明另一实施方式的废气净化系统可包括：排气歧管；废气微粒过滤器，用于去除包含在从排气歧管排出的废气中的微粒；以及颗粒物传感器，设置于与废气微粒过滤器相连接的流出侧排气管，上述颗粒物传感器用于检测经由废气微粒过滤器向下游侧流出的颗粒物，颗粒物质传感器可包括：第一绝缘层，以使第一电极部向第一绝缘层的一面上露出的方式形成，第一电极部包括不相互电连接的多个第一电极；第二绝缘层，在第二绝缘层的一面上设有第二电极部，第二电极部包括相互电连接的多个第二电极，第二绝缘层与第一绝缘层以相互隔开的方式平行配置；温度检测部，形成于第三绝缘层的一面，第三绝缘层位于第二绝缘层的另一面；以及加热部，形成于第四绝缘层的一面，第四绝缘层位于第三绝缘层的另一面，加热部用于对第一电极部及第二电极部进行加热，多个第一电极中的一个与第一电连接端子电连接，多个第二电极与第二电连接端子电连接，多个第一电极与多个第二电极以相对应的方式配置，第一电极借助堆积于多个第一电极之间的颗粒来相互电连接，从而可使第一电极和第二电极之间的静电容量，并通过测定所改变的静电容量来检测上述颗粒物。
本发明一实施例的废气净化系统所使用的颗粒物传感器具有如下优点，即，包含具有电导率的异物的颗粒物堆积于形成在多个第一电极部的空间中的多个一部分空间，来测定第一电极部与第二电极部之间的静电容量，从而可防止颗粒物传感器基于传感器的信号失真而发生破损。
附图说明
图1为简要表示车辆用柴油引擎的废气净化系统的整体结构的图；
图2为简要示出本发明一实施方式的颗粒物传感器的立体图；
图3为图2的颗粒物传感器的分解立体图；
图4为示出图2及图3的第一电极部及第二电极部的俯视图；
图5为示出图2及图3的加热部和温度检测部的俯视图；
图6为沿着图2的A-A′线截取的放大剖视图；
图7为示出本发明一实施例的颗粒物传感器的工作状态的剖视图；
图8为简要示出本发明一实施例的颗粒物传感器的第一电极部和第二电极部的图。
附图标记的说明
100：废气净化系统 110：引擎
120：排气歧管 130：涡轮
140：涡轮增压器 150：冷却器
160：阀 170：废气微粒过滤器
180：排气管 182：流出侧排气管
190：差压传感器 200：颗粒物传感器
210：绝缘基板 220：第一电极部
222：第一电极 224：第一电极引线
226：第一电连接端子 230：第二电极部
232：第二电极 234：第二电极引线
236：第二电连接端子 240：加热部
250：温度检测部
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的实施例，使得本发明所属技术领域的普通技术人员容易实施本发明。本发明可体现为多种不同形态，而且本发明并不局限于在此所说明的实施例。图中，为了明确说明本发明而省略了与说明无关的部分，并对整个说明书中的相同或类似的结构要素赋予了相同的附图标记。
在本发明图1的废气净化装置100中，可在引擎110的排气歧管120设置涡轮130，若与涡轮130连动的涡轮增压器140进行旋转，则可使被压缩的空气经由冷却器150向吸入歧管(未图示)流动，从排气歧管120排出的燃烧排气中的一部分排气可经由阀160及冷却器向吸入歧管(未图示)回流。
在与排气歧管120相连接的排气管180设有柴油氧化催化剂(未图示)及废气微粒过滤器170，从而，可使上述排气管180处理燃烧废气。即，在经过柴油氧化催化剂(未图示)的期间，在向排气管180所排出的燃烧废气中未燃烧的烃(HC)、一氧化碳(CO)及一氧化氮(NO)可被氧化，并在经过下游侧的废气微粒过滤器170的期间，可捕集由煤烟粒子(Soot)、可溶性有机成分(SOF)及无机成分组成的颗粒物。
当强制性地再生废气微粒过滤器170时，柴油氧化催化剂(未图示)可借助氧化燃烧所供给的燃料，来使排气温度得到上升，或者可氧化去除颗粒物质中的可溶性有机成分。并且，借助氮氧化物的氧化来生成的二氧化氮被用作堆积于后端废气微粒过滤器170的颗粒物的氧化剂，从而可进行连续的氧化。
废气微粒过滤器170可贯通用于划分气体流路的壳壁来形成多个细小的孔，并可捕获向废气微粒过滤器170导入的排气中的颗粒物。上述废气微粒过滤器170可由使柴油氧化催化剂和废气微粒过滤器170一体化的连续再生式柴油颗粒过滤器构成。
为了监控堆积于柴油颗粒过滤器170的颗粒物的数量，可在排气管180设置差压传感器190。由于差压传感器190与废气微粒过滤器170的上游侧及下游侧相连接，从而可输出基于前后差压的信号。
并且，在柴油氧化催化剂的上游及废气微粒过滤器170的上游和下游设有温度传感器(未图示)，从而可分别对上述柴油氧化催化剂和废气微粒过滤器170的排气温度进行监控。
控制电路(未图示)基于上述输出信号来监控柴油氧化催化剂的催化剂活性状态或者柴油颗粒过滤器170的颗粒物捕集状态，由此，若颗粒物捕集量大于允许量，则可通过实施强制再生来实施用于燃烧并去除颗粒物的再生控制。
颗粒物传感器200可设置于与废气微粒过滤器170的另一侧相连接的流出侧排气管182，来检测经由废气微粒过滤器170向下游流出的颗粒物。
本发明图2及图3的颗粒物传感器200可包括绝缘基板210、第一电极部220、第二电极部230、加热部240及温度检测部250。
绝缘基板210可由多个绝缘层212、214、216、217、218以相互平行的方式层叠而成，上述绝缘基板210可由玻璃材料、陶瓷材料、铝、尖晶石或二氧化钛等耐热性绝缘体形成。
具体地，在形成绝缘基板210的多个绝缘层212、214、216、217、218中形成于第一绝缘层212及第二绝缘层216之间的第五绝缘层214可形成具有电容率的介电层219。
在此情况下，介电层219可配置于第一电极222及第二电极232之间。
详细地，介电层219可形成于第一电极222和第二电极232之间，使得上述介电层219可体现第一电极222和第二电极232之间顺畅的静电容量的特性，上述介电层219可由陶瓷材料形成。
如图2及图3所示，第一电极部220可向绝缘基板210的表面露出，详细地，第一电极部220可形成于在多个绝缘层212、214、216、217、218中设置于最上部的第一绝缘层212。
第一电极部220还可包括多个第一电极222、第一电极引线224及第一电连接端子226，多个第一电极222可以在第一绝缘层212的表面一侧以直线形状来相互平行的方式隔开而成。
如图4的(a)部分所示，在多个第一电极222中，形成于外侧的一个第一电极222a可通过第一电极引线224与第一电连接端子226电连接，剩余多个第一电极222b不相互电连接。
以平行的方式配置于第一绝缘层212的第二绝缘层216可在它的一面形成第二电极部230。
第二电极部230还可包括多个第二电极232、第二电极引线234及第二电连接端子236，多个第二电极232可以在第二绝缘层216的一面以直线形状来相互平行的方式隔开而成。
在此情况下，多个第二电极232可相互电连接，在多个第二电极232中的一个第二电极232a可通过第二电极引线234与第二电连接端子236电连接。
尤其，可在第一绝缘层212及第五绝缘层214形成第一通孔212a、124a，上述第一通孔212a、214a用于对多个第二电极232与第二电连接端子236进行电连接。
如图4的(a)部分所示，设置于第一电极部220的多个第一电极222和设置于第二电极部230的多个第二电极232可以以相对应的方式形成于第一绝缘层212及第二绝缘层216，上述第一电极222和第二电极232可以以相互平行的方式重叠。
具体地，如图4的(b)部分及图6所示，多个第一电极222及多个第二电极232可沿着第一绝缘层212及第二绝缘层216的长度方向以平行的方式排列，多个第一电极222及多个第二电极232可以向第一绝缘层212及第二绝缘层216的宽度方向以相对应的方式排列。
并且，可在多个第一电极222之间形成多个空间228，并且，在形成于多个第一电极222之间的多个空间228可堆积颗粒物。
具体地，在形成于第一电极部220的整体空间228中，颗粒物从第一个空间228a依次堆积，之后，颗粒物可堆积于整体空间228。
鉴于此，多个第一电极222之间可借助被堆积的颗粒物相连接，由此，第一电极222的导电面积可依次变宽，从而，可测定第一电极部220和第二电极部230之间发生变化的静电容量。
具体的静电容量测定方法将通过参照图7来进行后述。
可在第四绝缘层218形成用于对第一绝缘层212及第二绝缘层216和介电层219进行加热的加热部240。
在此情况下，加热部240的两端可以与形成在第四绝缘层218的第三电连接端子242及第四电连接端子244电连接。
并且，可为了去除堆积于第一电极部220的颗粒物而设置加热部240，具体地，若加热器240以规定温度将第一电极部220加热至规定时间，则可去除堆积于第一电极部220的颗粒物。
并且，废气微粒过滤器(图1的170)的后端的排气环境约为300℃以上的高温，由于当用加热器加热时，上述温度会上升至约650℃以上，因此，若将一般的金属用作加热部，则上述金属被氧化的可能性很高，从而，加热部240可由在高温中不易氧化的物质形成。
温度检测部250用于测定第一绝缘层212及第二绝缘层216和介电层219的温度，上述温度检测部250可形成于第三绝缘层217，更详细地，上述温度检测部250可配置于第二电极部230与加热部240之间。
并且，温度检测部250的两端可借助第二通孔217a、271b分别与第四电连接端子242及第五电连接端子246电连接。
具体地，在温度检测部250的两端中的一端可以与第四电连接端子242电连接，上述第四电连接端子242与加热部240的一端相连接，温度检测部250的另一端可以与第五电连接端子246相连接，上述第五电连接端子246形成于第四绝缘层218。
在此情况下，形成于第四绝缘层218的第五电连接端子246不与第三电连接端子242及第四电连接端子244相连接。
在此情况下，可比较由温度检测部250测定的温度和由设置于车辆的温度传感器(未图示)测定的温度的测定值，来控制用于加热第一绝缘层212及第二绝缘层216的加热部240。
另一方面，如图5所示，温度检测部250的面积可以与加热部240的面积相同或小于加热部240的面积，使得温度检测部250的设置面积位于加热部240的设置面积之内。
如图7及图8所示，经由废气微粒处理器(图1的170)向流出侧排气管182流动的颗粒物P1以与设置于流出侧排气管182的一侧的颗粒物传感器200相邻的方式经过，此时，颗粒物P1可堆积于形成在多个第一电极222之间的多个空间228。
具体地，借助堆积于多个第一电极222中的一个第一电极222a和与一个第一电极222a相邻的第一电极222b之间的颗粒物，一个第一电极222a和与一个第一电极222a相邻的第一电极222b电连接，由此，用于通电的第一电极222的面积变宽，使得第一电极222与第二电极232之间的静电容量发生变化。
其中，第一电极222和第二电极232之间的静电容量可通过C＝εA/t公式来测定，在上述公式中，A为位于堆积颗粒物P1的空间228两侧的第一电极222a、222b的面积，t为堆积颗粒物P1的第一电极222与第二电极232之间的距离，从而可测定第一电极部220与第二电极部230之间的静电容量。
其中，在形成于第一电极部220的多个空间228中，每当从第一个空间依次堆积颗粒物P1时，多个第一电极222之间借助颗粒物相连接，使得第一电极222的面积依次变宽。
鉴于此，随着第一电极222的面积变宽，多个第一电极222相互电连接，从而可增加第一电极部220与第二电极部230之间的静电容量。
例如，假设三个第一电极222形成于绝缘基板210上，且各个第一电极222的面积为1、空间228的面积为1，则静电容量的面积A的范围可以为1至5，由此，静电容量的大小也可增加至1至5倍。
即，假设任意的第一电极222a的面积保持恒定，则静电容量可按照空间228面积的比例来增加，使用人员可调整第一电极222的面积和被堆积的颗粒物的面积，来将静电容量的大小调节为使用人员所需要的大小。
因此，废气净化系统所使用的颗粒物传感器具有如下优点，即，包含具有电导率的异物的颗粒物堆积于形成在多个第一电极部的空间中的多个一部分空间，来测定第一电极部与第二电极部之间的静电容量，从而可防止颗粒物传感器基于传感器的信号失真而发生破损。
以上，对本发明的一实施例进行了说明，但本发明的思想并不局限于本说明书所提出的实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员在相同的思想范围内可通过结构要素的附加、变更、删除、追加等来容易提出其他实施例，并且，上述其他实施例也应属于本发明的思想范围内。

Claims (8)

1.一种颗粒物传感器，其特征在于，
包括：
第一绝缘层，以使第一电极部向上述第一绝缘层的一面上露出的方式形成，上述第一电极部包括不相互电连接的多个第一电极；
第二绝缘层，在上述第二绝缘层的一面上设有第二电极部，上述第二电极部包括相互电连接的多个第二电极，上述第二绝缘层与上述第一绝缘层以相互隔开的方式平行配置；
温度检测部，形成于第三绝缘层的一面，上述第三绝缘层位于上述第二绝缘层的另一面；以及，
加热部，形成于第四绝缘层的一面，上述第四绝缘层位于上述第三绝缘层的另一面，上述加热部用于对上述第一电极部及第二电极部进行加热，
上述多个第一电极中的一个与第一电连接端子电连接，
上述多个第二电极与第二电连接端子电连接，
上述多个第一电极与上述多个第二电极以相对应的方式配置，上述多个第一电极借助堆积于上述多个第一电极之间的颗粒来相互电连接，使得上述第一电极与上述第二电极之间的静电容量发生变化。
2.根据权利要求1所述的颗粒物质传感器，其特征在于，
上述多个第一电极及上述多个第二电极分别以沿着上述第一绝缘层及第二绝缘层的长度方向平行的方式排列，
上述多个第一电极及上述多个第二电极以向上述第一绝缘层及第二绝缘层的宽度方向相对应的方式排列。
3.根据权利要求1所述的颗粒物质传感器，其特征在于，颗粒物依次堆积于上述多个第一电极之间，使得上述多个第一电极相互电连接，使上述第一电极与上述第二电极的静电容量随着上述第一电极的面积变宽而增加。
4.根据权利要求1所述的颗粒物质传感器，其特征在于，还包括介电层，上述介电层位于上述第一绝缘层及上述第二绝缘层之间。
5.根据权利要求4所述的颗粒物质传感器，其特征在于，在上述第一绝缘层及上述介电层形成第一通孔，上述第一通孔用于使上述多个第二电极与第二电连接端子电连接。
6.根据权利要求5所述的颗粒物质传感器，其特征在于，
在上述第四绝缘层形成第三电连接端子、第四电连接端子及第五电连接端子，上述第三电连接端子及第四电连接端子与上述加热部电连接，上述第五电连接端子不与上述第三电连接端子及第四电连接端子电连接，
在第三绝缘层形成第二通孔，上述第二通孔用于使上述温度检测部与位于上述第四绝缘层上的上述第三电连接端子及上述第五电连接端子电连接。
7.根据权利要求1所述的颗粒物质传感器，其特征在于，上述温度检测部的面积在上述加热部的面积范围之内。
8.一种废气净化系统，其特征在于，
包括：
排气歧管；
废气微粒过滤器，用于去除从上述排气歧管排出的废气中所包含的微粒；以及，
颗粒物传感器，设置于与上述废气微粒过滤器相连接的流出侧排气管，上述颗粒物传感器用于检测经由上述废气微粒过滤器向下游侧流出的颗粒物，
上述颗粒物质传感器包括：
第一绝缘层，以使第一电极部向上述第一绝缘层的一面上露出的方式形成，上述第一电极部包括不相互电连接的多个第一电极；
第二绝缘层，在上述第二绝缘层的一面上设有第二电极部，上述第二电极部包括相互电连接的多个第二电极，上述第二绝缘层与上述第一绝缘层以相互隔开的方式平行配置；
温度检测部，形成于第三绝缘层上，上述第三绝缘层位于上述第二绝缘层的另一面上；以及，
加热部，形成于第四绝缘层上，上述第四绝缘层位于上述第三绝缘层的另一面上，上述加热部用于对上述第一电极部及第二电极部进行加热，
上述多个第一电极中的一个与第一电连接端子电连接，
上述多个第二电极与第二电连接端子电连接，
上述多个第一电极与上述多个第二电极以相对应的方式配置，上述第一电极借助堆积于上述多个第一电极之间的颗粒来相互电连接，使得上述第一电极与上述第二电极之间的静电容量发生变化，并通过测定上述所改变的静电容量来检测上述颗粒物。
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