DE112016002629B4

DE112016002629B4 - Partikelsensor und Abgasreinigungssystem mit demselben

Info

Publication number: DE112016002629B4
Application number: DE112016002629.3T
Authority: DE
Inventors: Yeon-Soo CHUNG; Soo-Min Oh; Eun-ji Kim; Sung Jin Hong
Original assignee: Amotech Co Ltd
Current assignee: Amotech Co Ltd
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2036-06-09
Also published as: CN107709967A; JP6466002B2; US20180355779A1; CN107709967B; JP2018525608A; WO2016200132A1; DE112016002629T5; US10801389B2

Abstract

Partikelsensor, der Folgendes umfasst: ein Isolationssubstrat 110;eine erste Elektrodeneinheit 120, 220, die auf einer Oberfläche des Isolationssubstrats 110 gebildet ist und die eine Randelektrode 122 und mehrere beabstandete Elektroden 121, 221, die elektrisch nicht mit der Randelektrode 122 verbunden sind, beinhaltet;eine zweite Elektrodeneinheit 130, 230, die so innerhalb des Isolationssubstrats 110 angeordnet ist, dass sie um ein Intervall von der ersten Elektrodeneinheit 120, 220 beabstandet ist, und die mehrere Kondensatorelektroden 131 beinhaltet, die elektrisch miteinander verbunden sind, so dass eine Kapazität zwischen der ersten Elektrodeneinheit 120, 220 und der zweiten Elektrodeneinheit 130, 230 gemessen wird; undeine Heizgeräteinheit 140, die innerhalb des Isolationssubstrats 110 angeordnet ist, um Wärme zum Entfernen von Partikeln, die auf einer Erfassungseinheit 121a abgelagert sind, bereitzustellen, wobei die beabstandete Elektrode 121, 221 die Erfassungseinheit 121a, auf der die Partikel abgelagert werden, und eine Kondensatoreinheit 121b, die dazu konfiguriert ist, die Kapazität zu messen, beinhaltet und, wenn die Partikel abgelagert werden, die beabstandete Elektrode 121, 221 elektrisch mit der Randelektrode 122 verbunden wird, um die Kapazität zwischen der ersten Elektrodeneinheit 120, 220 und der zweiten Elektrodeneinheit 130, 230 zu messen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Partikelsensor und ein Abgasreinigungssystem, das denselben aufweist, und insbesondere einen Partikelsensor mit verbesserter Detektionsempfindlichkeit und verkürzter Reaktionszeit und ein Abgasreinigungssystem, das denselben aufweist.
Hintergrund
Allgemein hat ein Interesse an einer Nachbehandlungsvorrichtung zum Reinigen eines Abgases zugenommen, da Emissionskontrollen verschärft werden. Insbesondere werden Regulierungen für Partikel (PM: Particulate Matter) für Dieselfahrzeuge strenger.
Infolgedessen ist die effizienteste und praktischste Technik zum Reduzieren von PM die Verwendung einer Abgasreduzierungseinrichtung, die eine Abgasfiltervorrichtung verwendet.
Währenddessen wird, um ein Versagen der Abgasreduzierungseinrichtung zu diagnostizieren, ein PM-Sensor an einem hinteren Ende eines Dieselpartikelfilters (DPF: Diesel Particulate Filter) montiert und ist der PM-Sensor in einen PM-Sensor eines resistiven Typs und einen PM-Sensor eines kapazitiven Typs unterteilt.
Der PM-Sensor des resistiven Typs unter den oben beschriebenen Sensoren beinhaltet mehrere externe Elektroden, die so auf einer Oberfläche von diesem angeordnet sind, dass sie parallel zueinander sind, und, wenn PM zwischen den externen Elektroden abgelagert werden, fließt ein Strom zwischen den externen Elektroden durch die abgelagerten PM und wird eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Sensors gemessen, so dass PM, die durch den Abgaspartikelfilter hindurchgehen und zu einer Seite stromabwärts abgegeben wird, leicht detektiert werden.
Außerdem beinhaltet der PM-Sensor des kapazitiven Typs mehrere externe Elektroden, die so auf einer Oberfläche von diesem angeordnet sind, dass sie parallel zueinander sind, und mehrere interne Elektrode, die in einer vertikalen Richtung von den mehreren externen Elektroden angeordnet sind, und wird eine Kapazität zwischen der externen Elektrode und der internen Elektrode unter Verwendung eines Bereichs von PM, die zwischen den externen Elektroden abgelagert sind, und einem Abstand zwischen der externen Elektrode und der internen Elektrode gemessen, so dass die PM, die durch den Abgaspartikelfilter hindurchgehen und zu einer Seite stromabwärts abgegeben werden, leicht detektiert werden.
In Bezug auf den PM-Sensor des resistiven Typs und den PM-Sensor des kapazitiven Typs kann außerdem eine Reaktionszeit eines anfänglichen Stroms, der zwischen den externen Elektroden gebildet wird, durch eine Geschwindigkeit bestimmt werden, mit der Partikel zwischen den externen Elektroden abgelagert werden.
Da ein Intervall zwischen den externen Elektroden so gebildet ist, dass es größer als eine Breite der externen Elektrode ist, gibt es jedoch bei einem herkömmlichen PM-Sensor ein Problem, dass eine Reaktionszeit eines anfänglichen Stroms gemäß der Ablagerung von Partikeln zu langsam ist.
Da die Fläche der externen Elektrode so gebildet ist, dass sie kleiner als das Intervall zwischen den externen Elektroden ist, gibt es außerdem ein Problem, dass eine Detektionsempfindlichkeit einer Kapazität zwischen der externen Elektrode und der internen Elektrode niedrig ist.
Währenddessen beinhalten die mehreren externen Elektroden jeweils eine Erfassungseinheit, auf der PM abgelagert werden, und eine Kondensatoreinheit zum Messen einer Kapazität zwischen der externen Elektrode und der internen Elektrode und ist die Erfassungseinheit angrenzend an die Kondensatoreinheit gebildet. Wenn die Erfassungseinheit, auf der PM abgelagert werden, einem Abgas mit hoher Temperatur ausgesetzt wird, wird entsprechend die Kondensatoreinheit, die angrenzend an die Erfassungseinheit gebildet ist, auch durch die Temperatur der Wärme, die von dem Abgas übertragen wird, beeinflusst.
Jedoch weist ein Isolationssubstrat, das den PM-Sensor darstellt, eine abrupte Änderung der dielektrischen Konstante in einer Hochtemperaturumgebung durch Eigenschaften von einem Material von diesem auf. Wenn zum Beispiel das Isolationssubstrat aus Aluminiumoxid gebildet ist, tritt eine abrupte Änderung der dielektrischen Konstante bei 600 °C auf.
Wenn die Erfassungseinheit einer Hochtemperaturumgebung bei 600 °C oder mehr ausgesetzt ist, wird die Kondensatoreinheit angrenzend an die Erfassungseinheit auch durch die hohe Temperatur beeinflusst, so dass die abrupte Änderung der dielektrischen Konstante eine Schwierigkeit beim Implementieren einer konstanten Kapazität zwischen der externen Elektrode und der internen Elektrode verursacht.
Das heißt, wenn die Erfassungseinheit und die Kondensatoreinheit angrenzend aneinander gebildet sind, gibt es eine Schwierigkeit beim Messen einer konstanten Kapazität in einer Hochtemperaturumgebung bei einer vorbestimmten Temperatur oder darüber, wodurch eine Beschränkung der Verwendung verursacht wird.
Um auf dem PM-Sensor abgelagerte PM in einem Auffrischungsprozess zur Wiederverwendung zu entfernen, wird währenddessen Wärme durch eine Heizgeräteinheit auf den PM-Sensor angewandt. Entsprechend wird eine Temperatur des Isolationssubstrats durch die Wärme, die durch das Heizgerät angewandt wird, erhöht. In diesem Fall kann die Temperatur des Isolationssubstrats allgemein auf 650 °C bis 2200 °C erhöht werden.
Dementsprechend besteht eine Schwierigkeit, den PM-Sensor zu verwenden, bis die Temperatur des Isolationssubstrats auf eine vorbestimmte Temperatur oder darunter fällt, nachdem die abgelagerten PM unter Verwendung von Wärme von dem Heizgerät entfernt wurden.
Aus der DE 10 2013 205 837 A1 ist ein Partikelerfassungselement bekannt, welches durch einen Schichtkörper aufgebaut wird, der erste und zweite Elektrodenschichten enthält, die jeweils eine plattenartige Form und eine Dicke zwischen 50 µm und 500 µm haben und über eine Zwischenisolierschicht, die eine plattenartige Form und eine Dicke zwischen 3 µm und 20 µm hat, aufeinandergeschichtet sind. Eine Schnittoberfläche des Schichtkörpers in der Aufschichtungsrichtung wird als eine Erfassungsoberfläche des Partikelerfassungselements verwendet.
Die DE 10 2011 088 894 A1 offenbart einen Partikelerfassungssensor mit einem Partikel-Sensorelement, das in einem Abgasrohr einer Maschine installiert ist, bei dem Partikel-Erfassungselektroden in Erfassungsräumen in Schlitzen platziert sind, die in einem Isolationssubstrat ausgebildet sind. In dem Isolationssubstrat ist ein Schlitz zwischen einer Erzeugungselektrode eines elektrischen Felds und einer gemeinsamen Erzeugungselektrode eines elektrischen Felds eingebettet. Der andere Schlitz ist zwischen einer Erzeugungselektrode eines elektrischen Felds und der gemeinsamen Erzeugungselektrode eines elektrischen Felds eingebettet. Wenn elektrische Energie an die Erzeugungselektroden des elektrischen Felds zugeführt wird, wird in den Erfassungsräumen die gleiche Stärke eines elektrischen Felds erzeugt. Ein Durchschnittswert von Sensorausgaben, die von den Partikel-Erfassungselektroden übermittelt werden, wird als Sensorausgabe des Partikel-Sensorelements verwendet.
In der EP 2 221 598 A1 wird ein Partikel-Sensor offenbart, der ein Sensorelement umfasst, das Partikelsammelelektroden aufweist, an die eine Partikelsammelspannung angelegt wird, um zu bewirken, dass im Abgas enthaltene Partikel an einem Sensorelement anhaften, und Messelektroden, an die eine Messspannung zum Messen einer elektrischen Charakteristik des Sensorelements angelegt wird, wobei, nachdem eine Partikelsammelspannung an die Partikelsammelelektroden angelegt wurde, das Anlegen der Partikelsammelspannung in Reaktion auf die Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung gestoppt wird, die Messspannung an die Messelektroden angelegt wird und die elektrische Charakteristik des Sensorelements gemessen wird.
Offenbarung
Technisches Problem
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Bereitstellen eines Partikelsensors, der dazu in der Lage ist, eine Reaktionszeit einer Kapazität zu verkürzen und eine Detektionsempfindlichkeit zu verbessern, und ein Abgasreinigungssystem, das denselben aufweist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung das Bereitstellen eines Partikelsensors, der dazu in der Lage ist, eine konstante Kapazität zu realisieren, selbst bei einer Hochtemperaturumgebung, bei der eine dielektrische Konstante eines Isolationssubstrats abrupt geändert wird, und ein Abgasreinigungssystem, das denselben aufweist.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Offenbarung das Bereitstellen eines Partikel sensors, der dazu in der Lage ist, direkt ohne eine Wartezeit verwendet zu werden, nachdem ein Auffrischungsprozess für eine Widerverwendung durchgeführt wurde, und ein Abgasreinigungssystem, das denselben aufweist.
[Technische Lösung]
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt einen Partikelsensor bereit, der Folgendes beinhaltet: ein Isolationssubstrat; eine erste Elektrodeneinheit, die auf einer Oberfläche des Isolationssubstrats gebildet ist und die eine Randelektrode und mehrere beabstandete Elektroden, die elektrisch nicht mit der Randelektrode verbunden sind, beinhaltet; eine zweite Elektrodeneinheit, die so innerhalb des Isolationssubstrats angeordnet ist, dass sie um ein Intervall von der ersten Elektrodeneinheit beabstandet ist, und die mehrere Kondensatorelektroden beinhaltet, die elektrisch miteinander verbunden sind, so dass eine Kapazität zwischen der ersten Elektrodeneinheit und der zweiten Elektrodeneinheit gemessen wird; und eine Heizgeräteinheit, die innerhalb des Isolationssubstrats angeordnet ist, um Wärme zum Entfernen von Partikeln, die auf einer Erfassungseinheit abgelagert sind, bereitzustellen, wobei die beabstandete Elektrode die Erfassungseinheit, auf der die Partikel abgelagert werden, und eine Kondensatoreinheit, die dazu konfiguriert ist, die Kapazität zu messen, beinhaltet und, wenn die Partikel abgelagert werden, die beabstandete Elektrode elektrisch mit der Randelektrode verbunden wird, um die Kapazität zwischen der ersten Elektrodeneinheit und der zweiten Elektrodeneinheit zu messen.
Die erste Elektrodeneinheit kann eine Randelektrode, die so angeordnet ist, dass sie die mehreren beabstandeten Elektroden umgibt, und mehrere erweiterte Elektroden, die sich so erstrecken, dass sie in einer Richtung von der Randelektrode parallel zueinander sind, beinhalten, wobei die beabstandete Elektrode mit der Erfassungseinheit versehen sein kann, die zwischen einem Paar der erweiterten Elektroden, die aneinander angrenzen, oder zwischen der erweiterten Elektrode und der Randelektrode, die aneinander angrenzen, angeordnet ist.
Die Randelektrode kann eine erste Verbindungselektrode, mit der Endteile der mehreren erweiterten Elektroden verbunden sind, und zweite Verbindungselektroden, die sich so von beiden Enden der ersten Verbindungselektrode erstrecken, dass sie parallel zu der erweiterten Elektrode sind, beinhalten. Die erweiterten Elektroden, die angrenzend aneinander angeordnet sind, können in gleichen Intervallen bereitgestellt sein.
Die Erfassungseinheit und die Kondensatoreinheit können vorbestimmte Flächen aufweisen und eine zweite Fläche der Kondensatoreinheit kann größer als eine erste Fläche der Erfassungseinheit sein. Zum Beispiel kann die zweite Fläche der Kondensatoreinheit wenigstens zweimal größer als die erste Fläche der Erfassungseinheit sein.
Die Erfassungseinheit und die Kondensatoreinheit können durch eine Anschlussleitungseinheit voneinander beabstandet sein, die eine vorbestimmte Länge aufweist und zwischen diesen liegt.
Eine Gesamtlänge der Anschlussleitungseinheit, die die Erfassungseinheit mit der Kondensatoreinheit verbindet, kann größer als eine oder gleich einer Gesamtlänge der Erfassungseinheit sein.
Die Kondensatorelektrode kann eine Fläche aufweisen, die einer Fläche der Kondensatoreinheit entspricht.
Eine Gesamtfläche der Erfassungseinheit kann kleiner als eine Gesamtfläche der Kondensatoreinheit sein.
Eine dielektrische Schicht kann zwischen der ersten Elektrodeneinheit und der zweiten Elektrodeneinheit angeordnet sein.
Der Partikelsensor kann ferner eine Temperaturerfassungseinheit beinhalten, die zwischen der zweiten Elektrodeneinheit und der Heizgeräteinheit angeordnet ist und die Heizgeräteinheit steuert.
Das Isolationssubstrat kann aus Aluminiumoxid oder zirkoniumdioxidverstärktem Aluminiumoxid (ZTA: Zirconia Toughened Alumina) gebildet sein.
Der Partikelsensor kann so montiert werden, dass die Erfassungseinheit gegenüber einem Abgasrohr freigelegt ist, das mit einem hinteren Ende eines Abgaspartikelfilters eines Fahrzeugs verbunden ist.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Abgasreinigungssystem dar, das Folgendes beinhaltet: einen Abgaskrümmer; einen Abgaspartikelfilter, der dazu konfiguriert ist, Partikel, die in dem von dem Abgaskrümmer ausgegebenen Abgas enthalten sind, zu entfernen; und den oben beschriebenen Partikelsensor, der an einem ausgangseitigen Abgasrohr, das mit dem Abgaspartikelfilter verbunden ist, installiert ist, um Partikel zu detektieren, die durch den Abgaspartikelfilter hindurchgehen und zu einer Seite stromabwärts entweichen.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird, selbst wenn eine kleine Menge der Partikel abgelagert wird, eine Stromflussfläche einer ersten Elektrode erhöht, so dass ein Kapazitätswert zwischen der ersten Elektrodeneinheit und einer zweiten Elektrodeneinheit verstärkt werden kann.
Da eine Fläche einer Kondensatoreinheit einer beabstandeten Elektrode, die eine Kapazität eines Partikelfilters wesentlich ändert, so gebildet ist, dass sie größer als eine Fläche einer Erfassungseinheit ist, kann außerdem eine Detektionsempfindlichkeit einer Kapazität, die zwischen einer ersten Elektrodeneinheit und einer zweiten Elektrodeneinheit gemessen wird, erhöht werden.
Da eine Erfassungseinheit einer beabstandeten Elektrode zwischen einer erweiterten Elektrode angeordnet ist, wird außerdem ein Raum zwischen der Erfassungseinheit und der erweiterten Elektrode, die durch Partikel zu verbinden sind, erhöht, so dass eine Reaktionszeit, die erforderlich ist, um eine Kapazität zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode zu ändern, verkürzt wird.
Außerdem sind eine Erfassungseinheit, auf der Partikel abgelagert werden, und eine Kondensatoreinheit zur Erfassung einer Kapazität, während sie in einem vorbestimmten Intervall voneinander beabstandet sind, mit einer Anschlussleitungseinheit dazwischenliegend angeordnet, so dass eine Kondensatoreinheitsseite auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird, die keine abrupte Änderung aufweist, selbst wenn die Erfassungseinheit einer Hochtemperaturumgebung ausgesetzt wird, wodurch eine konstante Kapazität implementiert wird, ohne durch die Temperatur, selbst bei einer Hochtemperaturumgebung, beeinflusst zu werden.
Außerdem wird, selbst wenn eine Erfassungseinheit durch ein Heizgerät zum Entfernen von Partikeln, die auf der Erfassungseinheit abgelagert sind, erwärmt wird, Wärme nicht auf die Kapazitätsseite angewandt, die um einen vorbestimmten Abstand von der Erfassungseinheit beabstandet ist, so dass ein Partikelsensor ohne Wartezeit wiederverwendet werden kann.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die einen Partikelsensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
2 ist eine Explosionsansicht von 1.
3 ist eine vergrößerte Ansicht einer ersten Elektrodeneinheit, die auf den Partikelsensor in 1 angewandt ist.
4A ist eine Draufsicht einer ersten Elektrodeneinheit, die auf den Partikel sensor in 1 angewandt ist.
4B ist eine Draufsicht einer zweiten Elektrodeneinheit, die auf den Partikel sensor in 1 angewandt ist.
5 ist eine partielle Querschnittsansicht entlang Linie A-A aus 1.
6 ist eine partielle Querschnittsansicht entlang Linie B-B aus 1.
7 ist eine schematische Ansicht, die einen Partikelsensor gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
8 ist eine schematische Ansicht, die eine Platzierungsbeziehung von Hauptkomponenten in 7 veranschaulicht.
9 ist eine Draufsicht, die eine erste Elektrodeneinheit veranschaulicht, die auf den Partikelsensor in 7 angewandt ist.
10 ist eine Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem Partikel auf einer Erfassungseinheit einer ersten Elektrodeneinheit, die auf den Partikelsensor in 7 angewandt ist, abgelagert sind.
11 ist eine Ansicht, die eine Kondensatoreinheit und eine zweite Elektrodeneinheit veranschaulicht, die auf den Partikelsensor in 7 angewandt sind.
12 ist eine schematische Ansicht, die eine Gesamtkonfiguration eines Abgasreinigungssystems eines Dieselmotors für ein Fahrzeug veranschaulicht, auf den ein Partikelsensor gemäß der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist.

Formen der Offenbarung
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, so dass ein Fachmann die vorliegende Offenbarung einfach ausführen kann. Die vorliegende Offenbarung kann auf verschiedene Arten ausgeführt werden und ist nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt auszulegen. In den Zeichnungen wurden Teile, die für die Beschreibung irrelevant sind, aus Gründen der Klarheit der Beschreibung weggelassen und werden die gleichen Bezugsziffern verwendet, um durch die gesamte Beschreibung hindurch die gleichen Elemente zu bezeichnen.
Zuerst kann unter Bezugnahme auf 12 ein Abgasreinigungssystem 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung so konfiguriert sein, dass eine Turbine 13 auf einem Abgaskrümmer 12 eines Motors 11 installiert ist, und, wenn ein Turbolader 14 gemeinsam mit der Turbine rotiert, kann komprimierte Luft durch einen Kühler 15 hindurchgehen und an einen (nicht gezeigten) Ansaugkrümmer übertragen werden und kann ein Teil eines Verbrennungsabgases, das von dem Abgaskrümmer 12 ausgegeben wird, durch ein Ventil 16 und den Kühler an den Ansaugkrümmer zurückgegeben werden.
Ein Abgasrohr 18, das mit dem Abgaskrümmer 12 verbunden ist, ein (nicht gezeigter) Dieseloxidationskatalysator und ein Abgaspartikelfilter 17 sind installiert, um ein Verbrennungsabgas zu verarbeiten. Das heißt, das Verbrennungsabgas, das an das Abgasrohr 18 abgegeben wird, kann ermöglichen, dass nichtverbrannter Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Stickstoffmonoxid (NO) oxidiert werden, während sie auf einer Seite stromaufwärts durch den Dieseloxidationskatalysator hindurchgehen, und kann ermöglichen, dass Partikel, die Ruß, SOF-Komponenten (SOF: Soluble Organic Fraction - lösbare organische Fraktion) und anorganische Komponenten beinhalten, gesammelt werden, während sie durch den Abgaspartikelfilter 17 auf einer Seite stromabwärts hindurchgehen.
Der Dieseloxidationskatalysator kann zu einer Zeit, wenn eine erzwungene Regeneration des Abgaspartikelfilters 17 erzwungen regeneriert wird, eine Abgastemperatur durch Oxidationsverbrennung von bereitgestelltem Kraftstoff erhöhen oder SOF-Komponenten in den Partikeln oxidieren und entfernen. Außerdem kann NO₂, das durch die Oxidation von NO produziert wird, als ein Oxidationsmittel für Partikel verwendet werden, die auf dem Abgaspartikelfilter 17 an einem hinteren Ende des Systems abgelagert sind, wodurch eine kontinuierliche Oxidation ermöglicht wird.
Der Abgaspartikelfilter 17 kann mehrere Feinporen beinhalten, die durch eine Zellenwand hindurchlaufen, die Gasdurchgänge unterteilt, und kann Partikel einfangen, die in dem abgegebenen Gas enthalten sind, das in den Abgaspartikelfilter eingeleitet wird. Der Abgaspartikelfilter 17 kann in einem Dieselpartikelfilter eines Typs mit kontinuierlicher Regeneration, der einen mit dem Abgaspartikelfilter 17 integrierten Dieseloxidationskatalysator aufweist, bereitgestellt sein.
Ein Differentialdrucksensor 19 kann auf dem Abgasrohr 18 installiert sind, um die Menge von Partikel zu überwachen, die auf dem Abgaspartikelfilter 17 abgelagert werden. Der Differentialdrucksensor 19 ist mit einer Seite stromaufwärts und einer Seite stromabwärts von dem Abgaspartikelfilter 17 verbunden, um ein Signal auszugeben, das einem differentiellen Druck zwischen der Seite stromaufwärts und der Seite stromabwärts entspricht.
Außerdem sind (nicht gezeigte) Temperatursensoren jeweils auf der Seite stromaufwärts von dem Dieseloxidationskatalysator und der Seite stromaufwärts und der Seite stromabwärts von dem Abgaspartikelfilter 17 installiert, um die jeweiligen Abgastemperaturen zu überwachen.
Ein (nicht gezeigter) Steuerschaltkreis überwacht einen Zustand einer Katalysatoraktivierung in dem Dieseloxidationskatalysator oder einen Zustand von Partikeln, die in dem Abgaspartikelfilter 17 eingefangen werden, auf der Basis einer Ausgabe der obigen Sensoren und führt, wenn die Menge an eingefangenen Partikeln eine zulässige Menge überschreitet, eine erzwungene Regeneration durch, um eine Regenerationssteuerung zum Verbrennen und Entfernen von Partikeln durchzuführen.
Ein Partikelsensor 100, 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann an einem ausgangsseitigen Abgasrohr 18a installiert sein, das mit dem hinteren Ende des Abgaspartikelfilters 17 verbunden ist, um Partikel zu detektieren, die zu der Seite stromabwärts entweichen, indem sie durch den Abgaspartikelfilter 17 und das Abgasrohr hindurchgehen.
Die Partikelsensoren 100 und 200 können jeweils ein Isolationssubstrat 110, eine erste Elektrodeneinheit 120 oder 220, eine zweite Elektrodeneinheit 130 oder 230 und eine Heizgeräteinheit 140 beinhalten, wie in 1 und 7 gezeigt ist.
Das Isolationssubstrat 110 kann durch Stapeln mehrerer Isolationsschichten in einer Höhenrichtung gebildet werden und kann aus einem Isolator mit einer Hitzebeständigkeit, wie etwa Glas, Keramik, Spinell oder Titandioxid, gefertigt sein.
Zum Beispiel kann das Isolationssubstrat 110 durch Stapeln einer ersten bis fünften Isolationsschicht 111, 112, 113, 114 und 115, so dass sie parallelzueinander sind, wie in 2 gezeigt, gebildet werden und kann das Isolationssubstrat 110 aus Aluminiumoxid oder zirkoniumdioxidverstärktem Aluminiumoxid (ZTA) gebildet werden.
Es versteht sich jedoch, dass der Typ von und die Anzahl an Isolationsschichten, die das Isolationssubstrat 110 bilden, nicht darauf beschränkt sind. Die Anzahl an Schichten kann in Abhängigkeit von einer Gestaltungsbedingung variieren.
Die ersten Elektrodeneinheiten 120 und 220 können jeweils mit wenigstens einem Teil versehen sein, der durch eine Oberfläche des Isolationssubstrats 110 freigelegt ist (siehe 1 und 7).
Die erste Elektrodeneinheiten 120 und 220 können jeweils mehrere beabstandete Elektroden 121 oder 221, eine Randelektrode 122 und mehrere erweiterte Elektroden 123 beinhalten.
Die mehreren beabstandeten Elektroden 121 oder 221 können voneinander in einer Breitenrichtung des Isolationssubstrats 110 beabstandet sein, so dass sie nicht elektrisch miteinander verbunden sind, wie in 3 bis 9 gezeigt ist.
Die mehreren beabstandeten Elektroden 121 oder 122 können jeweils eine Erfassungseinheit 121a und eine Kondensatoreinheit 121b beinhalten.
Zum Beispiel können die Erfassungseinheit 121a und die Kondensatoreinheit 121b, die vorbestimmte Flächen aufweisen, an beiden Endteilen von jeder der beabstandeten Elektroden 121 und 221 gebildet sein.
Hier kann die Erfassungseinheit 121a in einer rechteckigen Form mit einer ersten Fläche gebildet sein und kann die Kondensatoreinheit 121b in einer rechteckigen Form mit einer zweiten Fläche gebildet sein.
In diesem Fall kann die Erfassungseinheit 121a eine Länge aufweisen, die jener der erweiterten Elektrode 123 entspricht, während sie so angeordnet ist, dass sie parallel zu der erweiterten Elektrode 123 ist, und kann zwischen den erweiterten Elektroden 123, die aneinander angrenzen, angeordnet sein oder kann zwischen der erweiterten Elektrode 123 und der Randelektrode 122, die aneinander angrenzen, in einem Intervall von der erweiterten Elektrode 123 und der Randelektrode 122 angeordnet sein.
Entsprechend können ein Abstand zwischen der erweiterten Elektrode 123 und der Erfassungseinheit 121a, die so angeordnet sind, dass sie parallel zueinander sind, und ein Abstand zwischen der Randelektrode 122 und der Erfassungseinheit 121a Ablagerungsräume 127 bilden, in denen Partikel abgelagert werden.
Da Partikel in dem Ablagerungsraum 127 abgelagert werden, können entsprechend die Erfassungseinheit 121a und die Randelektrode 122, die nicht elektrisch verbunden sind, elektrisch miteinander verbunden werden oder können die Erfassungseinheit 121a und die erweiterte Elektrode 123, die nicht elektrisch verbunden sind, elektrisch miteinander verbunden werden.
Die Kondensatoreinheiten 121b sind an einem anderen Endteil der beabstandeten Elektroden 121 und 221 gebildet und können durch Partikel, die in den Ablagerungsräumen 127 abgelagert sind, elektrisch miteinander verbunden werden. Auf diese Weise wird eine Stromflussfläche der ersten Elektrodeneinheit 120 oder 220 sequenziell erhöht und kann eine Änderung der Kapazität zwischen der ersten Elektrodeneinheit 120 oder 220 und der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 gemessen werden.
In diesem Fall kann, um die Kapazität zwischen der ersten Elektrodeneinheit 120 oder 220 und der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 zu erhöhen, die zweite Fläche der Kondensatoreinheit 121b so gebildet sein, dass sie größer als die erste Fläche der Erfassungseinheit 121a ist.
Zum Beispiel kann die zweite Fläche der Kondensatoreinheit 121b so gebildet werden, dass sie wenigstens zweimal größer als die erste Fläche der Erfassungseinheit 121a ist. Eine Breite der Kondensatoreinheit 121b kann größer als eine Breite der Erfassungseinheit 121a sein.
Entsprechend wird die Kapazität, die zwischen der Kondensatoreinheit 121b und der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 gebildet ist, erhöht, während die Detektionsempfindlichkeit oder -kapazität erhöht wird.
Die Randelektrode 122 kann in einer im Wesentlichen rechteckigen Rahmenform bereitgestellt und so angeordnet sein, dass sie die mehreren beabstandeten Elektroden 121 und 221 umgibt, und eine Seite der Randelektrode 122 kann elektrisch mit einem ersten elektrischen Verbindungsanschluss 161, der auf einer Oberfläche des Isolationssubstrats 110 angeordnet ist, durch eine Anschlussleitungseinheit 129 verbunden sein.
Zum Beispiel kann die Randelektrode 122 eine erste Verbindungselektrode 122a, mit der Endteile der erweiterten Elektroden 123 verbunden sind, und ein Paar von zweiten Verbindungselektroden 122b, die sich von beiden Endteilen der ersten Verbindungselektrode 122a in einer Längsrichtung des Isolationssubstrats 110 erstrecken, beinhalten und ein Paar von zweiten Verbindungselektroden 122b kann durch eine dritte Verbindungselektrode 122c mit einer vorbestimmten Länge miteinander verbunden sein.
Hier kann der erste elektrische Verbindungsanschluss 161 so angeordnet sein, dass er komplanar mit der ersten Elektrodeneinheit 120 oder 220 ist. In diesem Fall kann die erweiterte Elektrode 123 in mehreren erweiterten Elektroden bereitgestellt sein und können die mehreren erweiterten Elektroden 123 so angeordnet sein, dass sie in Intervallen in einer Breitenrichtung des Isolationssubstrats 110 parallel zueinander angeordnet sind.
Die mehreren erweiterten Elektroden 123 können sich von der Randelektrode 122 einwärts erstrecken, um die Randelektrode 122 elektrisch zu verbinden. Zum Beispiel können sich die mehreren erweiterten Elektroden 123 von der ersten Verbindungselektrode 122a um eine vorbestimmte Länge in einer Richtung parallel zu der zweiten Verbindungselektrode 122b erstrecken und können eine näherungsweise gleiche Länge wie jene der Erfassungseinheit 121a aufweisen.
In diesem Fall können die mehreren beabstandeten Elektroden 121 oder 221 so angeordnet sein, dass sich die Erfassungseinheit 121a zwischen den erweiterten Elektroden 123, die aneinander angrenzen, oder zwischen den erweiterten Elektroden 123 und der zweiten Verbindungselektrode 122b, die aneinander angrenzen, befinden, wie oben beschrieben ist.
Entsprechend können zwischen der erweiterten Elektrode 123 und der Erfassungseinheit 121a und zwischen der Randelektrode 122 und der Erfassungseinheit 121a die Ablagerungsräume 127 gebildet werden, in denen Partikel abgelagert werden.
Wenn Partikel P in den Ablagerungsräumen 127 abgelagert werden, bewirken entsprechend, wie in 3 und 10 gezeigt, die Partikel, dass die zweite Verbindungselektrode 122b und die Erfassungseinheit 121, die aneinander angrenzen, elektrisch verbunden werden, und bewirken, dass die erweitere Elektrode 123 und die Erfassungseinheit 121a, die aneinander angrenzen, elektrisch miteinander verbunden werden.
In diesem Fall werden die Partikel sequenziell in den Ablagerungsräumen beginnend von einem ersten Ablagerungsraum abgelagert, so dass die mehreren Erfassungseinheiten 121a sequenziell und elektrisch mit der Randelektrode 122 oder der erweiterten Elektrode 123 verbunden werden. Entsprechend kann die Kapazität zwischen den mehreren Kondensatoreinheiten 121a und der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 schrittweise erhöht werden.
Währenddessen wird mit den Partikelsensoren 100 und 200 gemäß der vorliegenden Erfindung die Breite der Erfassungseinheit 121a so bereitgestellt, dass sie schmäler als jene der Kondensatoreinheit 121b ist, und ist die Erfassungseinheit 121a zwischen den angrenzenden erweiterten Elektroden 123 bereitgestellt, so dass die Anzahl an Ablagerungsräumen 127, in denen Partikel abgelagert werden, zwischen der Erfassungseinheit 121a und der erweiterten Elektrode 123 erhöht ist, und ist der Ablagerungsraum 127, in dem Partikel abgelagert werden, mit einer kleineren Fläche versehen. Entsprechend kann eine Reaktionszeit, die erforderlich ist, um eine Kapazität zwischen der Kondensatoreinheit 121b und einer Kondensatorelektrode 131 der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 zu ändern, verkürzt werden, nachdem die beabstandete Elektrode 121 oder 122 elektrisch mit der Randelektrode 122 verbunden wurde.
Die zweite Elektrodeneinheit 130 oder 230 kann so angeordnet sein, dass sie parallel zu der ersten Elektrodeneinheit 120 oder 220 innerhalb des Isolationssubstrats 110 ist. Im Einzelnen kann die Elektrodeneinheit 130 oder 230 mehrere Kondensatorelektroden 131, die den Kondensatoreinheiten 121b entsprechen, beinhalten und können die mehreren Kondensatorelektroden 131 an Positionen angeordnet sein, die den Positionen der Kondensatoreinheiten 121b, die auf den mehreren beabstandeten Elektroden 121 und 122 gebildet sind, entsprechen (siehe 2 und 8).
Hier können die mehreren Kondensatorelektroden 131 elektrisch miteinander verbunden sein (siehe 4B und 11). Eine Seite der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 kann durch eine Anschlussleitungseinheit 132 in einer Längsrichtung des Isolationssubstrats 110 erweitert sein und ein Teil der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 kann durch ein Via-Loch 171 und 172 oder 271 und elektrisch mit einem zweiten elektrischen Verbindungsanschluss 162 verbunden sein, der auf einer Oberfläche des Isolationssubstrats 110 angeordnet ist (siehe 2 und 8). Außerdem können die mehreren Kondensatorelektroden 131 elektrisch an einem Endteil von diesen (siehe 4B) oder an beiden Endteilen (siehe 11) miteinander verbunden sein.
In diesem Fall kann der zweite elektrische Verbindungsanschluss 162 so angeordnet sein, dass er komplanar mit dem ersten elektrischen Verbindungsanschluss 161 ist, und kann so angeordnet sein, dass er parallel zu dem ersten elektrischen Verbindungsanschluss 161 in einer Breitenrichtung des Isolationssubstrats 110 ist.
Im Einzelnen kann die zweite Elektrodeneinheit 130 oder 230 innerhalb des Isolationssubstrats 110 angeordnet sein, wie in 2 und 8 gezeigt ist, und können die mehreren Kondensatorelektroden 131 vorbestimmte Flächen aufweisen, die jenen der Kondensatoreinheiten 121b der beabstandeten Elektrode 121 oder 221 entsprechen.
Außerdem können die mehreren Kondensatorelektroden 131 direkt unterhalb der Kondensatoreinheiten 121b angeordnet sein, so dass sie den Kondensatoreinheiten 121b entsprechen, die auf der beabstandeten Elektrode 121 oder 221 gebildet sind.
Außerdem können die mehreren Kondensatoreinheiten 121b und die mehreren Kondensatorelektroden 131 in Reihen in der Längsrichtung des Isolationssubstrats 110 angeordnet sein und können die mehreren Kondensatoreinheiten 121b so angeordnet sein, dass sie den mehreren Kondensatorelektroden 131 in der Breitenrichtung des Isolationssubstrats 110 entsprechen.
In diesem Fall können die Kondensatorelektroden 131 näherungsweise die gleiche Fläche wie jene der Kondensatoreinheit 121b, die ihnen entsprechen (siehe 11) aufweisen und die gleiche Länge wie die Summe der Längen der Kondensatoreinheit 121b und der Erfassungseinheit 121a (siehe 4A und 4B) aufweisen.
Entsprechend können die mehreren Kondensatorelektroden 131 jeweils eine Fläche größer oder gleich einer Fläche der Kondensatoreinheit 121b, die diesen entspricht, aufweisen.
Währenddessen kann eine dielektrische Schicht 160 mit einer dielektrischen Konstante zwischen der ersten Elektrodeneinheit 120 oder 220 und der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230, die in einer Höhenrichtung des Isolationssubstrats 110 vertikal angeordnet ist (siehe 2) angeordnet sein. Die dielektrische Schicht 160 kann zwischen der Kondensatoreinheit 121b der ersten Elektrodeneinheit 120 oder 220 und der Kondensatorelektrode 131 der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 angeordnet sein, um eine Kapazitätseigenschaft zwischen der Kondensatoreinheit 121b der beabstandeten Elektrode 121 oder 221 und der Kondensatorelektrode 131 der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 problemlos zu implementieren, und kann aus einem Keramikmaterial gebildet sein.
Es sollte angemerkt werden, dass die ersten Elektrodeneinheiten 120 und 220 und die zweiten Elektrodeneinheiten 130 und 230, die auf die Partikelsensoren 100 und 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung angewandt sind, nicht auf die oben beschriebene Struktur beschränkt sind und in verschiedene Formen geändert werden können.
Die Heizgeräteinheit 140 ist dazu konfiguriert, die Erfassungseinheit 121a zu erwärmen, und kann unterhalb der ersten Elektrodeneinheit 120 oder 220 innerhalb des Isolationssubstrats 110 angeordnet sein. In diesem Fall können beide Endteile der Heizgeräteinheit 140 durch Via-Löcher 172 und 173 oder 272 und 273 elektrisch mit einem dritten elektrischen Verbindungsanschluss 163 und einem Masseanschluss 165 verbunden sein, die auf einer unteren Oberfläche des Isolationssubstrats 110 bereitgestellt sind.
Entsprechend können, wenn die Heizgeräteinheit 140 die Erfassungseinheit 121a erwärmt, Partikel, die in dem Ablagerungsraum 127 abgelagert sind, entfernt werden.
Hier kann die Heizgeräteinheit 140 aus einem Material gebildet sein, das bei einer hohen Temperatur nicht leicht oxidiert wird. Dies liegt darin begründet, dass ein Abgas eine hohe Temperatur von etwa 300 °C oder mehr aufweist und zu einer Zeit des Erwärmens durch die Heizgeräteinheit 140 eine hohe Temperatur von 600 °C oder mehr gebildet wird, so dass eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Oxidation durch Hochtemperaturwärme besteht, wenn die Heizgeräteinheit aus einem üblichen Metall gebildet ist.
Währenddessen kann der Partikel sensor 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Erfassungseinheit 121a und die Kondensatoreinheit 121b aufweisen, die so angeordnet sind, dass sie in einem vorbestimmten Intervall voneinander beabstandet sind (siehe 9).
Zu diesem Zweck kann die beabstandete Elektrode 221 so bereitgestellt sein, dass die Erfassungseinheit 121a und die Kondensatoreinheit 121b, die auf gegenüberliegenden Seiten der beabstandeten Elektrode 221 gebildet sind, durch eine Anschlussleitungseinheit 121c mit einer vorbestimmten Länge verbunden sind.
In diesem Fall kann die Kondensatoreinheit 121b von der Erfassungseinheit 121a um ein Intervall beabstandet sein, das größer als eine oder gleich einer Gesamtlänge der Erfassungseinheit 121a ist. Zu diesem Zweck kann eine Gesamtlänge L2 der Anschlussleitungseinheit 121c näherungsweise gleich einer oder größer alseine Gesamtlänge L1 der Erfassungseinheit 121a sein.
Auf diese Art ist die Kondensatoreinheit 121b zum Messen einer Änderung der Kapazität in einem vorbestimmten Intervall von der Erfassungseinheit 121a beabstandet, die einer Hochtemperaturumgebung ausgesetzt wird, so dass die Kondensatoreinheit 121b eine konstante Kapazität implementierten kann, ohne durch die Temperatur beeinflusst zu werden.
Im Einzelnen dient die Erfassungseinheit 121a dazu, eine Fläche zu erweitern, in der die erste Elektrodeneinheit 220 durch die Partikel, die in dem Ablagerungsraum abgelagert sind, geleitet wird, und dementsprechend wird die Erfassungseinheit 121a nicht wesentlich durch eine Hochtemperaturumgebung beeinflusst. Jedoch kann die Kondensatoreinheit 121b zum Messen einer Änderung der Kapazität zwischen der ersten Elektrodeneinheit 220 und der zweiten Elektrodeneinheit 230 eine konstante Kapazität bei einer vorbestimmten Temperatur oder darunter gemäß einem Material, das das Isolationssubstrat 110 bildet, implementieren, aber bei der vorbestimmten Temperatur oder darüber unterliegt die dielektrische Konstante einer abrupten Änderung, so dass eine Schwierigkeit beim genauen Messen einer Änderung der Kapazität besteht.
Wenn zum Beispiel das Isolationssubstrat 110 aus Keramik gebildet ist, tritt eine abrupte Änderung der dielektrischen Konstante durch die Eigenschaften des Materials bei 600 °C auf. Wenn die Kondensatoreinheit 121b angrenzend an die Erfassungseinheit 121a gebildet ist, wird die Kondensatoreinheit 121b entsprechend durch eine Temperatur beeinflusst und ist entsprechend nicht dazu in der Lage, eine konstante Kapazität zu implementieren. Entsprechend besteht eine Schwierigkeit beim genauen Messen einer Kapazität bei einer Hochtemperaturumgebung mit einer vorbestimmten Temperatur oder mehr, was zu einer Beschränkung der Verwendung führt.
Jedoch weist der Partikelsensor 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Kondensatoreinheit 121b und die Erfassungseinheit 121a auf, die so angeordnet sind, dass sie voneinander beabstandet sind, wobei die Anschlussleitungseinheit 121c sie miteinander verbindet, so dass eine abrupte Änderung der dielektrischen Konstante bei einer hohen Temperatur verhindert wird, wodurch eine konstante Kapazität implementiert wird, selbst in einer Hochtemperaturumgebung.
Selbst wenn eine Temperatur der Erfassungseinheit 121a durch die Heizgeräteinheit 140 erhöht wird, wird die Kondensatoreinheit 121b außerdem auf einer Temperatur gehalten, die niedriger als jene der Erfassungseinheit 121a ist, so dass eine Wartezeit zur Wiederverwendung in einem Auffrischungsprozess nicht erforderlich ist.
Hier können die Kondensatoreinheit 121b und die Anschlussleitungseinheit 121c durch eine zusätzliche Isolationsschicht 128 bedeckt werden, so dass sie isoliert sind, ohne nach außen freigelegt zu sein.
Währenddessen kann der Partikel sensor 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ferner eine Temperaturerfassungseinheit 150 beinhalten, die dazu konfiguriert ist, eine Temperatur innerhalb des Isolationssubstrat 110 oder die Temperatur der Erfassungseinheit 121a zu messen (siehe 7).
Zu diesem Zweck kann die Temperaturerfassungseinheit 150 zwischen der Erfassungseinheit 121a und der Heizgeräteinheit 140 innerhalb des Isolationssubstrats 110 angeordnet sein.
Beide Enden der Temperaturerfassungseinheit 150 können durch Via-Löcher 274 und 275 elektrisch mit der Heizgeräteinheit 140 und einem vierten elektrischen Verbindungsanschluss 16 verbunden sein.
Im Einzelnen kann unter Bezugnahme auf 7 ein Ende der Temperaturerfassungseinheit 150 durch das Via-Loch 275, das mit der Heizgeräteinheit 140 verbunden ist, mit der Heizgeräteinheit 140 verbunden sein und kann das andere Ende der Temperaturerfassungseinheit 150 durch das Via-Loch 274 elektrisch mit dem vierten elektrischen Verbindungsanschluss 164 verbunden sein, das auf der unteren Oberfläche des Isolationssubstrats 110 gebildet ist.
Der vierte elektrische Verbindungsanschluss 164, der auf der unteren Oberfläche des Isolationssubstrats 110 gebildet ist, ist nicht elektrisch mit dem dritten elektrischen Verbindungsanschluss 163 und dem Masseanschluss 165 verbunden.
Entsprechend kann der (nicht gezeigte) Steuerschaltkreis des Fahrzeugs die Heizgeräteinheit dazu steuern, die Erfassungseinheit 121a durch Vergleichen der durch die Erfassungseinheit 150 gemessenen Temperatur mit der durch den Temperatursensor, der in dem Fahrzeug installiert ist, gemessenen Temperatur zu steuern.
Um eine Installationsfläche der Temperaturerfassungseinheit 150 innerhalb einer Installationsfläche der Heizgeräteinheit 140 bereitzustellen, kann währenddessen die Temperaturerfassungseinheit 150 mit einer Fläche bereitgestellt sein, die kleiner als jene oder gleich jener der Heizgeräteinheit 140 ist.
Der Partikelsensor 100 oder 200 mit dem oben beschriebenen Aufbau kann auf dem ausgangsseitigen Abgasrohr 18a, das mit dem hinteren Ende des Abgaspartikelfilters 17 des Fahrzeugs verbunden ist, installiert sein und die Erfassungseinheit 121a kann so montiert sein, dass die Erfassungseinheit 121a einem Abgas ausgesetzt wird.
Entsprechend passieren Partikel P1, die durch den Abgaspartikelfilter 17 (siehe 12) zu dem ausgangsseitigen Abgasrohr 18a fließen, angrenzend an den Partikelsensor 100 oder 200, der an einer Seite des ausgangsseitigen Abgasrohrs 18a montiert ist.
In diesem Fall können die Partikel P1 in den Räumen 127 abgelagert werden, die zwischen der Erfassungseinheit 121a der beabstandeten Elektrode 121 oder 221 und den erweiterten Elektroden 123 gebildet sind, wie in 5 und 10 gezeigt ist.
Entsprechend kann die Erfassungseinheit 121a durch die in dem Raum 127 abgelagerten Partikel elektrisch mit der erweiterten Elektrode 123 verbunden werden. Entsprechend wird die Stromflussfläche der Erfassungseinheit 121a, die einen Fluss eines elektrischen Stroms ermöglicht, erhöht und wird die Kondensatoreinheit 121b, die integral mit der Erfassungseinheit 121a gebildet ist, einer elektrischen Verbindung ausgesetzt, so dass eine Kapazität zwischen der beabstandeten Elektrode 121 oder 221 und der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 geändert wird.
In diesem Fall kann die Kapazität zwischen der Kondensatoreinheit 121b und der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 durch Gleichung 1 unten berechnet werden.
C = εW/t
In Gleichung 1 bezeichnet W eine Fläche der Kondensatoreinheit 121b der beabstandeten Elektrode, die elektrisch mit der Randelektrode verbunden ist, und bezeichnet t einen Abstand zwischen der Kondensatoreinheit 121b und der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230, so dass eine Kapazität zwischen der ersten Elektrodeneinheit 120 oder 220 und der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 gemessen werden kann. Hier kann die zweite Fläche der Kondensatoreinheit 121b der beabstandeten Elektrode 121 oder 221 größer als zweimal die zweite Fläche der Erfassungseinheit 121a sein.
In Bezug auf die Partikelsensoren 100 und 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht eine Fläche, die eine Messung einer Kapazität ermöglicht, wenn eine einzige Erfassungseinheit 121a elektrisch mit der Randelektrode 122 verbunden ist, der Fläche von sowohl der Erfassungseinheit 121a als auch der Fläche der Kondensatoreinheit 121b. Indem nur die Erfassungseinheit 121a der beabstandeten Elektrode 121 oder 221 elektrisch mit der Randelektrode 122 verbunden ist, kann entsprechend die Kapazität zwischen der beabstandeten Elektrode 121 oder 221 und der zweiten Elektrodeneinheit 130 oder 230 erhöht werden.
Außerdem ist in Bezug auf die Partikelsensoren 100 und 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Fläche der Kondensatoreinheit 121b, die die Kapazität zwischen der Kondensatoreinheit 121b und der Kondensatorelektrode 131 ändert, größer als die Fläche der Erfassungseinheit 121a, so dass eine Reaktionszeit, die erforderlich ist, um die Kapazität zwischen den beabstandeten Elektroden 121 oder 221 und den Kondensatorelektroden 131 zu ändern, verkürzt sein kann und eine große Änderung der Kapazität implementiert werden kann.
Außerdem ist in Bezug auf die Partikelsensoren 100 und 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Fläche der Erfassungseinheit 121a kleiner als jene der Kondensatoreinheit 121b und ist die Erfassungseinheit 121a zwischen den erweiterten Elektroden 123 der Randelektrode 122 angeordnet, so dass die Anzahl an Kontaktpunkten, die durch Partikel zwischen der Erfassungseinheit 121a und der Randelektrode 122 verbunden werden, erhöht werden kann, und dementsprechend kann die Reaktionszeit, die erforderlich ist, um die Kapazität zwischen den beabstandeten Elektroden 121 oder 221 und den Kondensatorelektroden 131 zu ändern, verkürzt werden.
Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, sollen die in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen die technische Idee der vorliegenden Erfindung nicht beschränken und versteht ein Fachmann, dass eine andere Ausführungsform durch Hinzufügungen, Modifikationen, Entfernungen, Ergänzungen und dergleichen, die innerhalb des Schutzumfangs der gleichen Idee vorgenommen werden, vorgeschlagen werden kann und die andere Ausführungsform auch innerhalb des Schutzumfangs und der Idee der vorliegenden Offenbarung enthalten sein kann.

Claims

Partikelsensor, der Folgendes umfasst: ein Isolationssubstrat 110; eine erste Elektrodeneinheit 120, 220, die auf einer Oberfläche des Isolationssubstrats 110 gebildet ist und die eine Randelektrode 122 und mehrere beabstandete Elektroden 121, 221, die elektrisch nicht mit der Randelektrode 122 verbunden sind, beinhaltet; eine zweite Elektrodeneinheit 130, 230, die so innerhalb des Isolationssubstrats 110 angeordnet ist, dass sie um ein Intervall von der ersten Elektrodeneinheit 120, 220 beabstandet ist, und die mehrere Kondensatorelektroden 131 beinhaltet, die elektrisch miteinander verbunden sind, so dass eine Kapazität zwischen der ersten Elektrodeneinheit 120, 220 und der zweiten Elektrodeneinheit 130, 230 gemessen wird; und eine Heizgeräteinheit 140, die innerhalb des Isolationssubstrats 110 angeordnet ist, um Wärme zum Entfernen von Partikeln, die auf einer Erfassungseinheit 121a abgelagert sind, bereitzustellen, wobei die beabstandete Elektrode 121, 221 die Erfassungseinheit 121a, auf der die Partikel abgelagert werden, und eine Kondensatoreinheit 121b, die dazu konfiguriert ist, die Kapazität zu messen, beinhaltet und, wenn die Partikel abgelagert werden, die beabstandete Elektrode 121, 221 elektrisch mit der Randelektrode 122 verbunden wird, um die Kapazität zwischen der ersten Elektrodeneinheit 120, 220 und der zweiten Elektrodeneinheit 130, 230 zu messen.
Partikelsensor nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrodeneinheit 120, 220 eine Randelektrode 122, die so angeordnet ist, dass sie die mehreren beabstandeten Elektroden 121, 221 umgibt, und mehrere erweiterte Elektroden 123, die sich so erstrecken, dass sie in einer Richtung von der Randelektrode 122 parallel zueinander sind, beinhaltet, wobei die beabstandete Elektrode 121, 221 mit der Erfassungseinheit 121a versehen ist, die zwischen einem Paar der erweiterten Elektroden 123, die aneinander angrenzen, oder zwischen der erweiterten Elektrode 123 und der Randelektrode 122, die aneinander angrenzen, angeordnet ist.
Partikelsensor nach Anspruch 2, wobei die Randelektrode 122 eine erste Verbindungselektrode 122a, mit der Endteile der mehreren erweiterten Elektroden 123 verbunden sind, und zweite Verbindungselektroden 122b, die sich so von beiden Enden der ersten Verbindungselektrode 122a erstrecken, dass sie parallel zu der erweiterten Elektrode 123 sind, beinhaltet.
Partikelsensor nach Anspruch 2, wobei die erweiterten Elektroden 123, die angrenzend aneinander angeordnet sind, in gleichen Intervallen bereitgestellt sind.
Partikelsensor nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinheit 121a und die Kondensatoreinheit 121b vorbestimmte Flächen aufweisen und eine zweite Fläche der Kondensatoreinheit 121b größer als eine erste Fläche der Erfassungseinheit 121a ist.
Partikelsensor nach Anspruch 5, wobei die zweite Fläche der Kondensatoreinheit 121b wenigstens zweimal größer als die erste Fläche der Erfassungseinheit 121a ist.
Partikelsensor nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinheit 121a und die Kondensatoreinheit 121b durch eine Anschlussleitungseinheit 129 voneinander beabstandet sind, die eine vorbestimmte Länge aufweist und zwischen diesen liegt.
Partikelsensor nach Anspruch 7, wobei eine Gesamtlänge der Anschlussleitungseinheit 129, die die Erfassungseinheit 121a mit der Kondensatoreinheit 121b verbindet, größer als eine oder gleich einer Gesamtlänge der Erfassungseinheit 121a ist.
Partikelsensor nach Anspruch 1, wobei die Kondensatorelektrode 131 eine Fläche aufweist, die einer Fläche der Kondensatoreinheit 121b entspricht.
Partikelsensor nach Anspruch 1, wobei eine Gesamtfläche der Erfassungseinheit 121a kleiner als eine Gesamtfläche der Kondensatoreinheit 121b ist.
Partikelsensor nach Anspruch 1, wobei eine dielektrische Schicht 160 zwischen der ersten Elektrodeneinheit 120, 220 und der zweiten Elektrodeneinheit 130, 230 angeordnet ist.
Partikelsensor nach Anspruch 1, der ferner eine Temperaturerfassungseinheit 150 umfasst, die zwischen der zweiten Elektrodeneinheit 130, 230 und der Heizgeräteinheit 140 angeordnet ist, um die Heizgeräteinheit 140 zu steuern.
Partikelsensor nach Anspruch 1, wobei das Isolationssubstrat 110 aus Aluminiumoxid oder zirkoniumdioxidverstärktem Aluminiumoxid gebildet ist.
Partikelsensor nach Anspruch 7, wobei der Partikelsensor 100, 200 so montiert ist, dass die Erfassungseinheit 121a gegenüber einem Abgasrohr 18a freigelegt ist, das mit einem hinteren Ende eines Abgaspartikelfilters 17 eines Fahrzeugs verbunden ist.