DE102016214349A1

DE102016214349A1 - Feinstaubsensor

Info

Publication number: DE102016214349A1
Application number: DE102016214349.2A
Authority: DE
Inventors: Dong Gu Kim; Sang-Hyeok Yang
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2017-06-08
Also published as: KR101755469B1; US20170160179A1; KR20170067607A

Abstract

Ein Feinstaub-(Particulate Matter – PM)Sensor umfasst ein Substrat aus Silizium, einen Temperatursensor, eine Heizelektrode und eine Messelektrode. Der Temperatursensor, die Heizelektrode und die Messelektrode sind auf dem Substrat angeordnet, um voneinander getrennt zu werden.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Feinstaub-(Particulate Matter – PM)Sensor.
HINTERGRUND
Ein Fahrzeug mit einem Dieselmotor ist ausgerüstet mit einem Dieselpartikelfilter (DPF), der eine Vorrichtung zum Verarbeiten von Feinstaub (Particulate Matter – PM) aus einem Abgas ist.
Der DPF sammelt PM aus dem Abgas und führt Wärme an den gesammelten PM zu, um den PM zu entfernen. Für eine solche Sammlung und Entfernung des PM wird ein PM-Sensor verwendet.
Ein typischer PM-Sensor weist auf mehrere Schichten, die eine Temperaturregelfunktion, eine Erwärmungsfunktion beziehungsweise eine Messfunktion durchführen.
Die obigen Informationen, die in diesem Abschnitt offenbart werden, dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und sie können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, die einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Bestreben gemacht worden, um eine Struktur/Konstruktion eines Feinstaub-(Particulate Matter – PM)Sensors zu vereinfachen.
Ein PM-Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Substrat aus Silizium, einen Temperatursensor, eine Heizelektrode und eine Messelektrode. Der Temperatursensor, die Heizelektrode und die Messelektrode sind auf dem Substrat angeordnet, um voneinander getrennt zu werden.
Der Temperatursensor kann an einem Rand des Substrats angeordnet sein und umgibt die Heizelektrode.
Die Messelektrode kann an/auf dem Temperatursensor und der Heizelektrode angeordnet sein.
Der PM-Sensor gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ferner umfassen eine isolierende Schicht/Isolationsschicht, die sowohl an dem Temperatursensor als auch der der Heizelektrode angeordnet ist.
Der PM-Sensor gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein an/auf der Isolationsschicht angeordnetes Höhenelement.
Die Messelektrode kann an/auf dem Höhenelement angeordnet sein.
Das Substrat kann einen ersten konkaven Abschnitt, einen zweiten konkaven Abschnitt und einen konvexen Abschnitt umfassen.
Der erste konkave Abschnitt kann an einem äußeren Rand des Substrats angeordnet sein und kann den zweiten konkaven Abschnitt umgeben.
Der konvexe Abschnitt kann zwischen dem ersten konkaven Abschnitt und dem zweiten konkaven Abschnitt angeordnet sein.
Der Temperatursensor kann in dem ersten konkaven Abschnitt angeordnet sein, die Heizelektrode kann in dem zweiten konkaven Abschnitt angeordnet sein und die Messelektrode kann in dem konvexen Abschnitt angeordnet sein.
Der zweite konkave Abschnitt kann mehrfach vorgesehen sein, so dass der konvexe Abschnitt zwischen den zweiten konkaven Abschnitten angeordnet ist.
Wie oben beschrieben, ist in dem PM-Sensor, da der Temperatursensor, die Heizelektrode und Messelektrode an/auf einem Substrat angeordnet sind, eine Struktur/Konstruktion des PM-Sensors vereinfacht und es besteht keine Notwendigkeit, eine Temperatur von 800°C oder mehr zuzuführen/anzuwenden, um den abgelagerten PM zu entfernen. Somit kann das Substrat aus Silizium hergestellt werden, das ein günstigeres Material als das des herkömmlichen Substrats ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch einen Feinstaub-(Particulate Matter – PM)Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Beispiel einer Schnittdarstellung von 1 entlang der Linie II-II.
3 stellt schematisch einen PM-Sensor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung dar.
4 stellt ein Beispiel einer Schnittdarstellung von 2 entlang der Linie IV-IV dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele gezeigt sind, ausführlicher beschrieben. Wie ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen würde, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weise modifiziert werden, alles ohne von der Lehre oder dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Im Gegensatz dazu werden die hierin vorgestellten Ausführungsbeispiele vorgesehen, um die offenbarten Inhalte gründlich und vollständig darzustellen und um die Lehre der vorliegenden Offenbarung an den Fachmann in ausreichender Weise zu vermitteln.
In den Zeichnungen werden die Dicke/Stärke von Schichten, Folien/Belägen, Platten, Bereichen usw. zur Klarheit übertrieben dargestellt. In den Zeichnungen werden zur Vereinfachung der Beschreibung die Dicken/Stärken einiger Schichten und Bereiche übertrieben dargestellt. Es versteht sich, dass, wenn ein Element, wie beispielsweise eine Schicht, eine Folie, ein Bereich oder ein Substrat, derart bezeichnet wird, dass sie/er/es sich “auf“ einem anderen Element befindet, sie/er/es sich direkt auf dem anderen Element befinden kann oder auch dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können.
Ein Feinstaub-(Particulate Matter – PM)Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Offenbarung ist als eine Abgasreinigungsvorrichtung für ein Fahrzeug an einem hinteren Ende eines Dieselpartikelfilters (DPF) vorgesehen und misst die Menge des an/in dem DPF abgelagerten PM und entfernt den abgelagerten PM, wenn die gemessene Menge des PM einen vorgegebenen Wert überschreitet.
1 zeigt schematisch einen PM-Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. 2 zeigt ein Beispiel einer Schnittdarstellung von 1 entlang der Linie II-II.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 umfasst der PM-Sensor 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Substrat 110, einen Temperatursensor 120, eine Heizelektrode 130 und eine Messelektrode 160.
Das Substrat 110 kann aus Silizium hergestellt werden.
Der Temperatursensor 120 und die Heizelektrode 130 sind auf dem Substrat 110 angeordnet und sind voneinander getrennt. Der Temperatursensor 120 ist an dem Randabschnitt/Randbereich des Substrats 110 angeordnet und umgibt die Heizelektrode 130.
Eine Isolationsschicht 140 ist an/auf dem Temperatursensor 120, der Heizelektrode 130 und dem Substrat 110 angeordnet, ein Höhenelement 150 ist an/auf der Isolationsschicht 140 angeordnet und die Messelektrode 160 ist an/auf dem Höhenelement 150 angeordnet. Das Höhenelement 150 ist an/auf dem Temperatursensor 120 und der Heizelektrode 130 angeordnet. Das Höhenelement 150 ist angeordnet in einem Abschnitt zwischen dem Temperatursensor 120 und der Heizelektrode 130 und einem der Heizelektrode 130 entsprechenden Abschnitt. Das heißt, das Höhenelement 150 überlappt die Heizelektrode 130. Somit überlappt auch die auf dem Höhenelement 150 angeordnete Messelektrode 160 die Heizelektrode 130. Jedoch ist das Ausführungsbeispiel nicht darauf beschränkt, in dem das Höhenelement 150 und die Messelektrode 160 die Heizelektrode 130 nicht notwendigerweise überlappen.
Die Messelektrode 160 umfasst eine Mehrzahl von Elektroden, die voneinander getrennt sind, und jede Elektrode weist eine kammartige Form auf, die eine Mehrzahl von Zweigelektroden/Verzweigungselektroden aufweist. Die Zweigelektroden von einer Elektrode sind abwechselnd mit Bezug auf die Zweigelektroden der anderen Elektrode angeordnet. Hierin dient das Höhenelement 150 dazu, um einen Raum, in dem der PM zwischen der Mehrzahl von Elektroden abgeschieden werden kann, sicherzustellen.
Wenn das Abgas über die Messelektrode 160 strömt, wird der PM an/auf der Messelektrode 160 abgeschieden. In diesem Fall wird der PM zwischen der Messelektrode 160 und der Mehrzahl von Elektroden, die die Messelektrode 160 bilden, abgeschieden. Der Widerstand oder die Kapazität zwischen der Mehrzahl von Elektroden variiert in Abhängigkeit von einer Menge des abgelagerten PM. Die Menge des PM wird gemessen, indem eine Änderung des Widerstandes oder der Kapazität zwischen der Mehrzahl von Elektroden gemessen wird.
Wenn die gemessene Menge des PM einen vorgegebenen Wert/Betrag überschreitet, wird Wärme unter Verwendung der Heizelektrode 130 auf den abgelagerten PM aufgebracht/zugeführt, wodurch der abgeschiedene PM entfernt wird. Im Allgemeinen beträgt eine Temperatur zum Entfernen des abgeschiedenen PM, die durch den Temperatursensor 120 gesteuert/geregelt wird, ungefähr 650°C.
Im Stand der Technik weist ein PM-Sensor eine Struktur auf, in der ein Substrat, wo eine Heizelektrode angeordnet ist, ein Substrat, wo ein Temperatursensor angeordnet ist, und ein Substrat, wo eine Messelektrode angeordnet ist, der Reihe nach/sequenziell gestapelt werden. Aufgrund einer solchen Struktur sind zwei Substrate zwischen der Heizelektrode und der Messelektrode angeordnet. Somit, um den abgelagerten PM zu entfernen, sollte eine Temperatur von ungefähr 800°C oder mehr zugeführt werden, die in der Regel höher ist als die Temperatur von ungefähr 650°C für die Entfernung des abgelagerten PM. Demzufolge sollte auch das Substrat, das der hohen Temperatur widerstehen kann, verwendet werden.
Jedoch besteht in dem PM-Sensor 100 gemäß dem aktuellen Ausführungsbeispiel, da der Temperatursensor 120, die Heizelektrode 130 und die Messelektrode 160 auf einem Substrat 110 angeordnet sind, keine Notwendigkeit, die Temperatur von ungefähr 800°C oder mehr zuzuführen, um den abgeschiedenen PM zu entfernen. Dementsprechend kann das Substrat aus Silizium hergestellt sein, das ein günstigeres Material als das des herkömmlichen Substrats ist.
Darüber hinaus, da der Temperatursensor 120, die Heizelektrode 130 und die Messelektrode 160 auf einem Substrat angeordnet sind, kann eine Struktur/Konstruktion des PM-Sensors 100 vereinfacht werden.
Ein PM-Sensor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Offenbarung wird nun unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
3 stellt schematisch einen PM-Sensor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung dar. 4 stellt ein Beispiel einer Schnittdarstellung von 2 entlang der Linie IV-IV dar.
Unter Bezugnahme auf 3 und 4 umfasst der PM-Sensor 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Substrat 210, einen Temperatursensor 220, eine Heizelektrode 230 und eine Messelektrode 240, die auf dem Substrat 210 angeordnet sind.
Das Substrat 210 ist aus Silizium hergestellt und umfasst einen ersten konkaven Abschnitt 211, einen zweiten konkaven Abschnitt 212 und einen konvexen Abschnitt 213. Der erste konkave Abschnitt 211 ist derart angeordnet, um einen Rand des Substrats 210 zu umgeben, und der zweite konkave Abschnitt 211 ist zwischen den ersten konkaven Abschnitten 211 angeordnet. Das heißt, der erste konkave Abschnitt 211 umgibt den zweiten konkaven Abschnitt 212. Der konvexe Abschnitt 213 ist zwischen dem ersten konkaven Abschnitt 211 und dem zweiten konkaven Abschnitt 212 angeordnet. Zusätzlich ist auch der konvexe Abschnitt 213 zwischen den zweiten konkaven Abschnitten 212 angeordnet.
Der Temperatursensor 220 ist in dem ersten konkaven Abschnitt 211 angeordnet und die Heizelektrode 230 ist in dem zweiten konkaven Abschnitt 212 angeordnet. Darüber hinaus ist die Messelektrode 240 in dem konvexen Abschnitt 213 angeordnet. Der Temperatursensor 220, die Heizelektrode 230 und die Messelektrode 240 sind durch den konvexen Abschnitt 213 voneinander getrennt.
Strukturen/Anordnungen und Funktionen des Temperatursensors 220, der Heizelektrode 230 und der Messelektrode 240 sind die gleichen wie jene des Temperatursensors, der Heizelektrode und der Messelektrode des PM-Sensors gemäß 2. Somit wird eine Beschreibung des Temperatursensors 220, der Heizelektrode 230 und der Messelektrode 240 weggelassen.
Wie oben beschrieben, wird in dem PM-Sensor 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel, da der Temperatursensor 220, die Heizelektrode 230 und die Messelektrode 240 auf einem Substrat 210 angeordnet sind, eine Struktur des PM-Sensors 210 vereinfacht und es besteht keine Notwendigkeit, Wärme von 800°C oder mehr zuzuführen, um abgelagerten PM zu entfernen, und das Substrat 210 kann aus Silizium hergestellt werden, das ein kostengünstigeres Material als das des herkömmlichen Substrats ist.
Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als praktische Ausführungsbeispiele erachtet werden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegensatz dazu vorgesehen ist, um verschiedene Abänderungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb der Lehre und des Umfangs der beigefügten Ansprüche umfasst sind.

Claims

Feinstaubsensor, aufweisend: ein Substrat aus Silizium; einen Temperatursensor; eine Heizelektrode; und eine Messelektrode, wobei der Temperatursensor, die Heizelektrode und die Messelektrode auf dem Substrat angeordnet und voneinander getrennt sind.
Feinstaubsensor nach Anspruch 1, wobei der Temperatursensor an einem Rand des Substrats angeordnet ist und die Heizelektrode umgibt.
Feinstaubsensor nach Anspruch 2, wobei die Messelektrode an dem Temperatursensor und der Heizelektrode angeordnet ist.
Feinstaubsensor nach Anspruch 3, ferner aufweisend eine Isolationsschicht, die sowohl an dem Temperatursensor als auch der der Heizelektrode angeordnet ist.
Feinstaubsensor nach Anspruch 4, ferner aufweisend ein auf der Isolationsschicht angeordnetes Höhenelement.
Feinstaubsensor nach Anspruch 5, wobei die Messelektrode an dem Höhenelement angeordnet ist.
Feinstaubsensor nach Anspruch 3, wobei das Substrat einen ersten konkaven Abschnitt, einen zweiten konkaven Abschnitt und einen konvexen Abschnitt umfasst.
Feinstaubsensor nach Anspruch 7, wobei der erste konkave Abschnitt an einem äußeren Rand des Substrats angeordnet ist und den zweiten konkaven Abschnitt umgibt.
Feinstaubsensor nach Anspruch 8, wobei der konvexe Abschnitt zwischen dem ersten konkaven Abschnitt und dem zweiten konkaven Abschnitt angeordnet ist.
Feinstaubsensor nach Anspruch 9, wobei der Temperatursensor in dem ersten konkaven Abschnitt angeordnet ist, die Heizelektrode in dem zweiten konkaven Abschnitt angeordnet ist und die Messelektrode in dem konvexen Abschnitt angeordnet ist.
Feinstaubsensor nach Anspruch 8, wobei der zweite konkave Abschnitt mehrfach vorgesehen ist, so dass der konvexe Abschnitt zwischen den zweiten konkaven Abschnitten angeordnet ist.