JP2018525608A - 粒子状物質センサ及びこれを含む排気ガス浄化システム - Google Patents

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Abstract

本発明は、粒子状物質センサを提供する。本発明の例示的な実施例による粒子状物質センサは、絶縁基板；前記絶縁基板の一面に形成され、リム電極及び前記リム電極に電気的に連結されない複数個の離隔電極を含む第１電極部；前記絶縁基板の内部に前記第１電極部と間隔を置いて離隔配置され、前記第１電極部との静電容量を測定するように互いに電気的に連結された複数個の容量電極を含む第２電極部；及び前記絶縁基板の内部に配置されて前記感応部に堆積した粒子状物質を除去するための熱を提供するヒーター部；を含み、前記離隔電極は、粒子状物質が堆積する感応部と、静電容量を測定するための容量部と、を含み、粒子状物質の堆積時に前記離隔電極とリム電極が互いに電気的に連結されて前記第１電極部と第２電極部との間の静電容量を測定し得る。

Description

本発明は、粒子状物質センサ及びこれを含む排気ガス浄化システムに関し、より詳しくは、検出敏感度を向上させて応答時間を短縮させ得る粒子状物質センサ及びこれを含む排気ガス浄化システムに関する。
一般的に、排気規制が一層強化されるに伴って排気ガスを浄化する後処理装置に対する関心が高まっている。特に、ディーゼル自動車に対する粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ；ＰＭ）に対する規制が一層厳格になっている。
その一例として、粒子状物質を低減させる一番効率的かつ実用化にアプローチする技術は、煤煙濾過装置を利用した排気ガス低減装置である。
一方、排気ガス低減装置の故障の有無を診断するためには、ＤＰＦフィルターの後端に粒子状物質センサ（ＰＭセンサ）が装着され、このような粒子状物質センサ（ＰＭ）は、抵抗方式と静電容量方式がある。
上の方式のうち抵抗方式の粒子状物質センサ（ＰＭセンサ）は、表面上に配置される複数個の外部電極が並んで配置され、外部電極の間に粒子状物質が沈澱し、沈澱した粒子状物質（ＰＭ）により外部電極の間に電流が形成されてセンサの電気伝導度の変化を測定することで、排気ガス微粒子フィルターを通過して下流側に抜け出る粒子状物質を容易に検出し得る。
また、静電容量方式は、表面上に並んで配置される複数個の外部電極と、複数個の外部電極と上／下方向に配置される複数個の内部電極と、で構成され、外部電極の間に堆積する粒子状物質の面積及び外部電極と内部電極との間の距離を利用して外部電極と内部電極との間の静電容量を測定することで、排気ガス微粒子フィルターを通過して下流側に抜け出る粒子状物質を容易に検出し得る。
このような抵抗方式及び静電容量方式の粒子状物質センサは、外部電極の間に粒子状が沈澱する速度に応じて外部電極の間に形成される初期電流の応答時間が決定され得る。
しかし、従来の粒子状物質センサは、外部電極の間が外部電極の幅より広い幅を有するように形成されるので、粒子の沈澱による初期電流の応答時間が非常に遅いという問題点がある。
また、外部電極の面積が外部電極の間の幅より狭く形成されるので、外部電極と内部電極との間の静電容量の検出敏感度が低いという問題点がある。
一方、複数個の外部電極は、粒子状物質が堆積する感応部と、内部電極との静電容量を測定するための容量部と、が各々具備され、感応部と容量部は、互いに隣接した位置に形成される。これによって、粒子状物質が堆積する感応部が高温の排気ガスに露出される場合、感応部と隣接した位置に形成された容量部も排気ガスから伝達される温度の影響を受けるようになる。
しかし、粒子状物質センサを構成する絶縁基板は、材料の特性上、高温の環境では誘電率の急激な変化が発生する。一例として、絶縁基板がアルミナからなる場合、６００℃付近で急激な誘電率の変化が発生する。
これによって、感応部が６００℃以上の高温の環境に露出される場合、感応部と隣接した位置に形成された容量部も高温の影響を受けるようになるので、急激な誘電率の変化により外部電極と内部電極との間に一定の静電容量を具現しにくい問題点がある。
すなわち、感応部と容量部が互いに隣接するように形成される場合、所定の温度以上の高温の環境では一定の静電容量を測定することが不可能であるので、使用上に制約が発生する。
一方、粒子状物質センサは、再使用のためのリフレッシュ過程で粒子状物質センサ上に堆積した粒子状物質を除去するためにヒーター部を通じて熱を加えるようになる。 これによって、ヒーター部から加わる熱により絶縁基板の温度が上昇する。この時、絶縁基板の温度は、通常的に６５０℃以上、２２００℃まで上昇し得る。
したがって、ヒーター部の熱を利用して堆積した粒子状物質を除去した後、絶縁基板の温度が所定の温度以下に落ちるまで使用しにくい問題点がある。
本発明は、前記のような点を考慮して案出されたもので、静電容量の応答時間を短縮させて検出敏感度を向上させ得る粒子状物質センサ及びこれを含む排気ガス浄化システムを提供することにその目的がある。
また、本発明は、絶縁基板の誘電率が急激に変化する高温の環境でも一定の静電容量を具現し得る粒子状物質センサ及びこれを含む排気ガス浄化システムを提供することに他の目的がある。
また、本発明は、再使用のためのリフラッシュ工程後に待機時間なしに直ちに使用可能である粒子状物質センサ及び排気ガス浄化システムを提供することにまた他の目的がある。
前記のような目的を達成するために本発明は、絶縁基板；前記絶縁基板の一面に形成され、リム電極及び前記リム電極に電気的に連結されない複数個の離隔電極を含む第１電極部；前記絶縁基板の内部に前記第１電極部と間隔を置いて離隔配置され、前記第１電極部との静電容量を測定するように互いに電気的に連結された複数個の容量電極を含む第２電極部；及び前記絶縁基板の内部に配置されて前記感応部に堆積した粒子状物質を除去するための熱を提供するヒーター部；を含み、前記離隔電極は、粒子状物質が堆積する感応部と、静電容量を測定するための容量部と、を含み、粒子状物質の堆積時に前記離隔電極とリム電極が互いに電気的に連結されて前記第１電極部と第２電極部との間の静電容量を測定する粒子状物質センサを提供する。
また、前記第１電極部は、前記複数個の離隔電極を取り囲むように配置されるリム電極、及び前記リム電極から一方向に平行に延長される複数個の延長電極を含み、前記各々の離隔電極は、互いに隣接する一対の延長電極の間または互いに隣接する延長電極とリム電極との間に前記感応部が配置され得る。
また、前記リム電極は、前記複数個の延長電極の端部が連結される第１連結電極及び前記第１連結電極の両端部から前記延長電極と平行に延長される第２連結電極を含み得る。この時、互いに隣接して配置される延長電極の間の間隔は、互いに同一に形成され得る。
また、前記感応部及び容量部は、所定の面積を有するように形成され、前記容量部の第２面積は、前記感応部の第１面積より相対的に広い面積を有し得る。一例として、前記容量部の第２面積は、前記感応部の第１面積の２倍以上であり得る。
また、前記感応部及び容量部は、所定の長さを有するリード部を媒介として互いに離隔配置され得る。
また、前記感応部及び容量部を連結するリード部の全体長さは、前記感応部の全体長さと同一であるか、それより長い長さを有するように形成され得る。
また、前記容量電極は、前記容量部と対応する面積を有し得る。
また、前記感応部の全体面積は、前記容量部の全体面積より狭い面積を有するように形成され得る。
また、前記第１電極部及び前記第２電極部の間には、誘電層が配置され得る。
また、前記第２電極部と前記ヒーター部との間に配置されて前記ヒーター部を制御する温度感知部をさらに含み得る。
また、前記絶縁基板は、アルミナまたはＺＴＡであり得る。
また、前記粒子状物質センサは、車両の排気ガス微粒子フィルターの後端に連結される排気管側に前記感応部が露出するように装着され得る。
一方、本発明は、排気マニホールド；前記排気マニホールドから排出される排気ガスに含まれた微粒子を除去するための排気ガス微粒子フィルター；及び前記排気ガス微粒子フィルターを通過して下流側に抜け出る粒子状物質を検出するように前記排気ガス微粒子フィルターに連結される流出側排気管に設置される上述した粒子状物質センサ；を含む排気ガス浄化システムを提供する。
本発明によると、少量の粒子状物質が堆積されても第１電極部の導通面積が広くなることで、第１電極部と第２電極部との間の静電容量値が増幅し得る。
また、本発明は、実質的に粒子状センサの静電容量を変化させる離隔電極の容量部の面積が感応部の面積より広く形成されることで、第１電極部と第２電極部との間で測定される静電容量の検出敏感度が増加し得る。
さらに、本発明は、離隔電極の感応部が延長電極の間に配置されて粒子状物質により連結される感応部と延長電極の間の空間が広くなることで、第１電極部と第２電極部との間で静電容量が変化するのにかかる応答時間を短縮し得る。
また、本発明は、粒子状物質が堆積する感応部と静電容量を感知する容量部がリード部を介して所定の間隔を置いて離隔配置されることで、感応部が高温の環境に露出されても容量部側に誘電率の急激な変化が発生しない低温を維持することが可能であるので、高温の環境でも温度に影響を受けず一定の静電容量を具現し得る。
また、本発明は、感応部に堆積した粒子状物質を除去するためにヒーター部を介して感応部を加熱しても一定間隔が離隔された容量部側には熱が加わらないので、待機時間なしに再使用が可能である。
図１は、本発明の一実施例による粒子状物質センサを概略的に示した図である。 図２は、図１の分解図である。 図３は、図１に適用される第１電極部を拡大した図である。 図４の（ａ）は、図１に適用される第１電極部を示した平面図である。 図４の（ｂ）は、図１に適用される第２電極部を示した平面図である。 図５は、図１のＡ−Ａ方向から見た一部断面図である。 図６は、図１のＢ−Ｂ方向から見た一部断面図である。 図７は、本発明の他の実施例による粒子状物質センサを概略的に示した図である。 図８は、図７で主要構成の配置関係を示すための概路図である。 図９は、図７に適用される第１電極部を示した平面図である。 図１０は、図７に適用される第１電極部のうち感応部に粒子状物質が堆積した状態を示した図である。 図１１は、図７に適用される容量部と第２電極部を示した図である。 図１２は、本発明による粒子状物質センサが適用可能な車両用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムの全体構成を概略的に示した図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者が本発明を容易に実施できるように詳しく説明する。本発明は、様々な相異なる形態で具現でき、ここで説明する実施例に限定されない。図面において本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通じて同一または類似の構成要素に対しては同一の参照符号を付与した。
まず、図１２を参照すると、本発明による排気ガス浄化システム１は、エンジン１１の排気マニホールド１２にタービン１３が設置され、タービン１３と連動するターボチャージャー１４が回転すると、圧縮された空気がクーラー１５を通過して吸気マニホールド（図示せず）に送られ、排気マニホールド１２から排出される燃焼排気の一部は、バルブ１６及びクーラーを通じて吸気マニホールド（図示せず）に還流され得る。
排気マニホールド１２に接続する排気管１８には、ディーゼル酸化触媒（図示せず）及び排気ガス微粒子フィルター１７が設置されて燃焼排気ガスを処理し得る。すなわち、排気管１８に排出された燃焼排気ガスは、上流側のディーゼル酸化触媒（図示せず）を通過する間に未燃焼の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び一酸化窒素（ＮＯ）が酸化され、下流側の排気ガス微粒子フィルター１７を通過する間に煤粒子（Ｓｏｏｔ）、可溶性有機成分（ＳＯＦ）及び無機成分からなる粒子状物質（ＰＭ）が捕集され得る。
ディーゼル酸化触媒（図示せず）は、排気ガス微粒子フィルター１７の強制再生時に、供給される燃料の酸化燃焼により排気温度を上昇させ、あるいは粒子状物質中のＳＯＦ成分を酸化除去し得る。また、ＮＯの酸化により生成するＮ０２は、後端の排気ガス微粒子フィルター１７に堆積した粒子状物質の酸化剤として使われて連続的な酸化を可能とし得る。
排気ガス微粒子フィルター１７は、ガス流路を区画するセル壁を貫通して多数の細い穴が形成され、排気ガス微粒子フィルター１７に導入される排出ガス中の粒子状物質を捕獲し得る。ディーゼル酸化触媒と排気ガス微粒子フィルター１７を一体化した連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルターとして構成してもよい。
排気管１８には、ディーゼル粒子状フィルター１７に堆積した粒子状物質の量を監視するため、差圧センサ１９が設置され得る。差圧センサ１９は、排気ガス微粒子フィルター１７の上流側及び下流側と接続されているので、その前後の差圧に応じた信号を出力し得る。
また、ディーゼル酸化触媒の上流及び排気ガス微粒子フィルター１７の上下流には、温度センサ（図示せず）が設置されて各々の排気温度を監視し得る。
制御回路（図示せず）は、これら出力に基づいてディーゼル酸化触媒の触媒活性状態やディーゼル粒子状フィルター１７の粒子状物質の捕集状態を監視し、粒子状物質の捕集量が許容量を超過すると、強制再生を実施して粒子状物質を燃焼除去する再生制御を実施し得る。
本発明による粒子状物質センサ１００、２００は、排気ガス微粒子フィルター１７の後端に連結される流出側排気管１８ａに設置されて排気ガス微粒子フィルター１７及び排気管を通じて下流側に抜け出る粒子状物質を検出し得る。
このような粒子状物質センサ１００、２００は、図１及び図７に示したように、絶縁基板１１０、第１電極部１２０、２２０、第２電極部１３０、２３０及びヒーター部１４０を含み得る。
前記絶縁基板１１０は、複数個の絶縁層が高さ方向に沿って積層されて形成され得、ガラス素材、セラミックス素材、スピネルまたは二酸化チタンなどのように耐熱性を有する絶縁体からなり得る。
一例として、前記絶縁基板１１０は、図２に示したように、第１〜第５絶縁層１１１、１１２、１１３、１１４、１１５が互いに並んで積層され得、前記絶縁基板１１０は、アルミナであるか、ＺＴＡ（ｚｉｒｃｏｎｉａ ｔｏｕｇｈｅｎｅｄ ａｌｕｍｉｎａ）であり得る。
しかし、前記絶縁基板１１０を形成するための絶縁層の種類及び積層数は、これに限定されるものではなく、設計条件によって多様な層数を有し得る。
前記第１電極部１２０、２２０は、前記絶縁基板１１０の一面に少なくとも一部が露出されるように具備し得る（図１及び図７参照）。
このような第１電極部１２０、２２０は、複数個の離隔電極１２１、２２１、リム電極１２２及び複数個の延長電極１２３を含み得る。
前記複数個の離隔電極１２１、２２１は、図３及び図９に示したように、互いに電気的に連結されないように前記絶縁基板１１０の幅方向に沿って一定間隔を置いて互いに離隔配置され得る。
このような前記複数個の離隔電極１２１、２２１は、感応部１２１ａ及び容量部１２１ｂを各々含み得る。
一例として、前記感応部１２１ａ及び容量部１２１ｂは、所定の面積を有して前記離隔電極１２１、２２１の両端部側に各々形成され得る。
ここで、前記感応部１２１ａは、第１面積を有する長方形状に形成され得、前記容量部１２１ｂは、第２面積を有する長方形状に形成され得る。
この時、前記感応部１２１ａは、前記延長電極１２３の長さと対応する長さを有するように具備されて前記延長電極１２３と平行に配置され得、互いに隣接する延長電極１２３の間に配置されるか、互いに隣接する延長電極１２３とリム電極１２２との間に間隔を置いて離隔配置され得る。
これに伴って、互いに平行に配列される延長電極１２３と感応部１２１ａとの間の空間と、リム電極１２２と感応部１２１ａとの間の空間には、粒子状物質が積もる堆積空間１２７が形成され得る。
これによって、前記堆積空間１２７に粒子状物質が堆積することで、電気的に連結されない感応部１２１ａ及びリム電極１２２または感応部１２１ａ及び延長電極１２３が互いに電気的に連結され得る。
前記容量部１２１ｂは、前記離隔電極１２１、２２１の他端部側に形成され、前記堆積空間１２７に堆積した粒子状物質により互いに電気的に連結され得る。これを通じて、前記第１電極部１２０、２２０の導通面積が順次に広くなることで、第１電極部１２０、２２０と第２電極部１３０、２３０との間で変化した静電容量を測定し得る。
この時、前記第１電極部１２０、２２０と第２電極部１３０、２３０との間の静電容量を増加させるために、前記容量部１２１ｂの第２面積は感応部１２１ａの第１面積より大面積で形成され得る。
一例として、前記容量部１２１ｂの第２面積は、感応部１２１ａの第１面積より２倍以上の面積を有するように形成され得、前記容量部１２１ｂの幅が感応部１２１ａの幅より広い幅を有し得る。
これを通じて、容量部１２１ｂと第２電極部１３０、２３０との間に形成される静電容量が大きくなると同時に静電容量の検出敏感度を上昇させ得る。
前記リム電極１２２は、四角フレーム形状で具備されて前記複数個の離隔電極１２１、２２１を取り囲むように配置され得、一側がリード部１２９を媒介として前記絶縁基板１１０の一面に配置される第１電気接続端子１６１と電気的に連結され得る。
一例として、前記リム電極１２２は、前記延長電極１２３の端部が連結される第１連結電極１２２ａと、前記第１連結電極１２２ａの両端部から絶縁基板１１０の長さ方向に沿って延長する一対の第２連結電極１２２ｂを含み得、前記一対の第２連結電極１２２ｂは、所定の長さを有する第３連結電極１２２ｃを介して互いに連結され得る。
ここで、前記第１電気接続端子１６１は、前記第１電極部１２０、２２０と同一面上に配置され得る。この時、前記延長電極１２３は、複数個で具備され、前記絶縁基板１１０の幅方向に沿って所定の間隔を置いて平行に離隔配置され得る。
また、前記複数個の延長電極１２３は、前記リム電極１２２から内側に延長されることで、前記リム電極１２２と電気的に連結され得る。一例として、前記複数個の延長電極１２３は、前記第１連結電極１２２ａから前記第２連結電極１２２ｂと平行な方向に一定の長さが延長され得、前記感応部１２１ａと略同一の長さを有し得る。
この時、前記複数個の離隔電極１２１、２２１は、上述したように、互いに隣接する延長電極１２３の間または互いに隣接する延長電極１２３と第２連結電極１２２ｂとの間に前記感応部１２１ａが位置するように配置され得る。
これによって、前記延長電極１２３と前記感応部１２１ａの間、リム電極１２２と感応部１２１ａの間には、粒子状物質が堆積する堆積空間１２７が形成され得る。
したがって、図３及び図１０に示したように、前記堆積空間１２７に粒子状物質Ｐが堆積することで、互いに隣接する第２連結電極１２２ｂと感応部１２１ａ、互いに隣接する延長電極１２３と感応部１２１ａが前記粒子状物質により互いに電気的に連結され得る。
この時、前記粒子状物質は、前記堆積空間１２７のうち初めに位置した空間から順次的に堆積することで、複数個の感応部１２１ａが順次にリム電極１２２または延長電極１２３と電気的に連結され得る。これによって、前記複数個の容量部１２１ａと第２電極部１３０、２３０との間の静電容量も順次に増加し得る。
一方、本発明による粒子状物質センサ１００、２００のように、感応部１２１ａの幅を容量部１２１ｂの幅より狭く形成し、互いに隣接する延長電極１２３の間に感応部１２１ａが位置するように配置すると、前記感応部１２１ａと延長電極１２３との間に粒子状物質が積もる堆積空間１２７が多くなるだけではなく、粒子状物質が積もる堆積空間１２７の面積を狭く形成し得る。これによって、離隔電極１２１、２２１がリム電極１２２と電気的に連結された後に容量部１２１ｂと第２電極部１３０、２３０の容量電極１３１の間で静電容量が変化するのにかかる応答時間が短縮され得る。
前記第２電極部１３０、２３０は、前記絶縁基板１１０内で前記第１電極部１２０、２２０と並んで離隔配置され得る。具体的に、前記第２電極部１３０、２３０は、前記容量部１２１ｂと対応する複数個の容量電極１３１を含み得、前記複数個の容量電極１３１は、前記複数個の離隔電極１２１、２２１に形成される容量部１２１ｂと互いに対応する位置に配置され得る（図２及び図８参照）。
ここで、前記複数個の容量電極１３１は、互いに電気的に連結され得（図４ｂ及び図１１参照）、前記第２電極部１３０、２３０は、一側がリード部１３２を媒介として前記絶縁基板１１０の長さ方向に沿って延長されてビアホール１７１、１７２、２７１を通じて絶縁基板１１０の一面に配置される第２電気接続端子１６２と電気的に連結され得る（図２及び図８参照）。また、前記複数個の容量電極１３１は、一端部のみ互いに電気的に連結されもよく（図４ｂ参照）、両端部が互いに電気的に連結されてもよい（図１１参照）。
この時、前記第２電気接続端子１６２は、前記第１電気接続端子１６１と同一面上に配置され得、前記絶縁基板１１０の幅方向に沿って第１電気接続端子１６１と並んで配列され得る。
具体的に説明すると、前記第２電極部１３０、２３０は、図２及び図８に示したように、絶縁基板１１０の内部に配置され得、複数個の容量電極１３１が前記離隔電極１２１、２２１の容量部１２１ｂと互いに対応する面積を有するように具備され得る。
また、前記複数個の容量電極１３１は、各々の離隔電極１２１、２２１に形成される容量部１２１ｂと互いに対応するように前記容量部１２１ｂの直下部に配置され得る。
また、前記複数個の容量部１２１ｂ及び複数個の容量電極１３１は、絶縁基板１１０に長さ方向に並んで配列され得、絶縁基板１１０の幅方向に互いに対応するように配列され得る。
この時、各々の容量電極１３１は、互いに対応する容量部１２１ｂと略同一の面積を有するように具備され得（図１１参照）、容量部１２１ｂと感応部１２１ａを合わせた長さと同一の長さを有するように具備されてもよい（図４ａ及び図４ｂ）
これに伴って、前記複数個の容量電極１３１は、少なくとも対応する容量部１２１ｂの面積と同一であるか、対応する容量部１２１ｂの面積より広い面積を有し得る。
一方、前記絶縁基板１１０の高さ方向に沿って上／下方向に配置される第１電極部１２０、２２０と第２電極部１３０、２３０の間には、誘電率を有する誘電層１６０が配置され得る（図２参照）。このような誘電層１６０は、離隔電極１２１、２２１の容量部１２１ｂと第２電極部１３０、２３０の容量電極１３１との間の円滑な静電容量の特性を具現し得るように前記第１電極部１２０、２２０の容量部１２１ｂと第２電極部１３０、２３０の容量電極１３１との間に配置され得、セラミックス素材からなり得る。
ここで、本発明の粒子状物質センサ１００、２００に適用される第１電極部１２０、２２０及び第２電極部１３０、２３０は、上述した構造に限定されるものではなく、多様な形状に変更され得る。
前記ヒーター部１４０は、前記感応部１２１ａを加熱するためのものであって、前記絶縁基板１１０の内部に配置され得、前記第１電極部１２０、２２０の下部側に位置するように配置され得る。この時、前記ヒーター部１４０の両端は、絶縁基板１１０の下部面に具備される第３電気接続端子１６３及び接地端子１６５とビアホール１７３、１７3、２７２、２７３を媒介として各々電気的に連結され得る。
これに伴って、前記ヒーター部１４０が前記感応部１２１ａを加熱すると、前記堆積空間１２７に堆積した粒子状物質が除去され得る。
ここで、前記ヒーター部１４０は、高温で酸化が十分に行われない材質からなり得る。これは、排気ガスが略３００℃以上の高温であり、ヒーター部１４０の加熱時に略６００℃以上の高温が発生するので、一般の金属をヒーター部で使用する場合、高温により酸化する可能性が高いためである。
一方、本発明の一実施例による粒子状物質センサ２００は、前記感応部１２１ａと容量部１２１ｂが互いに一定の間隔で離隔配置され得る（図９参照）。
このために、前記離隔電極２２１は、両端部側に各々形成される感応部１２１ａ及び容量部１２１ｂが所定の長さを有するリード部１２１ｃにより連結される形態であり得る。
この時、前記容量部１２１ｂは、前記感応部１２１ａの全体長さと同一であるか、前記感応部１２１ａの全体長さより一層長い長さに該当する間隔ほど前記感応部１２１ａから離隔配置され得る。このために、前記リード部１２１ｃの全体長さＬ２は、前記感応部１２１ａの全体長さＬ１と略同一の長さを有するか、前記感応部１２１ａの全体長さより一層長い長さを有するように具備され得る。
これは、静電容量の変化を測定するための容量部１２１ｂが高温の環境に露出される感応部１２１ａから一定の間隔で離隔された状態を維持して温度の影響を受けずに一定の静電容量を具現し得るようにするためである。
より詳しくは、前記感応部１２１ａは、前記堆積空間１２７に堆積する粒子状物質を通じて前記第１電極部２２０が導通する面積を広げる役目を実行するので、高温の環境に露出されても大きく影響を受けない。しかし、第１電極部２２０と第２電極部２３０との間の静電容量の変化を測定するための容量部１２１ｂは、絶縁基板１１０で使われる材料に応じて所定の温度以下では一定の静電容量が具現されるが、所定の温度以上の高温では誘電率の変化が急激に発生することで正確な静電容量の変化を測定しにくくなる。
一例として、前記絶縁基板１１０がセラミックス材料からなる場合、素材の特性上、６００℃付近で急激な誘電率の変化が発生するようになる。これに伴って、前記容量部１２１ｂが感応部１２１ａと隣接した位置に形成されると、容量部１２１ｂが温度の影響を受けて一定の静電容量を具現することが不可能であるので、所定の温度以上の高温の環境では正確な測定が困難であって使用上に制約が発生する。
しかし、本発明の一実施例による粒子状物質センサ２００は、容量部１２１ｂがリード部１２１ｃを媒介として感応部１２１ａから所定の間隔が離隔配置されるので、高温による急激な誘電率の変化が防止されることで高温の環境でも一定の静電容量を具現し得る。
また、前記ヒーター部１４０により前記感応部１２１ａの温度が上昇しても容量部１２１ｂ側の温度は感応部１２１ａの温度より低温を維持するようになるので、再使用のためのリフレッシュ工程時に再使用のための待機時間が不必要になる。
ここで、前記容量部１２１ｂ及びリード部１２１ｃは、外部に露出しないで絶縁されるように別途の絶縁層１２８を介して覆われ得る。
一方、本発明の一実施例による粒子状物質センサ２００は、絶縁基板１１０の内部または感応部１２１ａの温度を測定するように温度感知部１５０が追加して具備され得る（図7参照）。
このために、前記温度感知部１５０は、絶縁基板１１０の内部で感応部１２１ａとヒーター部１４０との間に配置され得る。
このような温度感知部１５０は、両端がビアホール２７４、２７５を媒介として前記ヒーター部１４０及び第４電気接続端子１６４に各々電気的に連結され得る。
具体的に、図7を参照すると、前記温度感知部１５０の両端のうち一端は、前記ヒーター部１４０と連結されるビアホール２７５を通じてヒーター部１４０と電気的に連結され得、温度感知部１５０の他端は、ビアホール２７４を通じて絶縁基板１１０の下部面に形成される第４電気接続端子１６４と電気的に連結され得る。
ここで、前記絶縁基板１１０の下部面に形成される第４電気接続端子１６４は、前記第３電気接続端子１６３及び接地端子１６５と互いに電気的に連結されない。
これによって、車両の制御回路（図示せず）は、前記温度感知部１５０で測定された温度と車両に設置される温度センサ（図示せず）で測定された温度の測定値とを比較して感応部１２１ａを加熱するヒーター部１４０を制御し得る。
一方、温度感知部１５０の設置面積は、ヒーター部１４０の設置面積内に位置するようにヒーター部１４０の面積と同一であるか、またはそれより小さく形成され得る。
上述のような構成を有する粒子状物質センサ１００、２００は、車両の排気ガス微粒子フィルター１７の後端に連結される流出側排気管１８ａ側に設置され得、前記感応部１２１ａが排気ガスに露出するように装着され得る。
これに伴って、排気ガス微粒子フィルター（図１２の１７）を通じて流出側排気管１８ａに流動した粒子状物質Ｐ１は、流出側排気管１８ａの一側に装着される粒子状物質センサ１００、２００を隣接して過ぎるようになる。
この時、図５及び図１０に示したように、粒子状物質Ｐ１は、前記離隔電極１２１、２２１の感応部１２１ａと延長電極１２３の間に形成された空間１２７上に堆積され得る。
これを通じて、前記空間１２７に堆積する粒子状物質により感応部１２１ａと延長電極１２３は互いに電気的に連結され得る。これに伴って、電気が通じる感応部１２１ａの導通面積が広くなり、感応部１２１ａと一体に形成される容量部１２１ｂも電気的に連結されることで、離隔電極１２１、２２１と第２電極部１３０、２３０との間の静電容量が変わるようになる。
この時、前記容量部１２１ｂと第２電極部１３０、２３０との間の静電容量は、下記式１によって測定され得る。
（式１）
Ｃ＝εＷ／ｔ
前記式１で、Ｗは、電気的にリム電極に連結された離隔電極の容量部１２１ｂの面積であり、ｔは、容量部１２１ｂと第２電極部１３０、２３０までの距離であるので、前記第１電極部１２０、２２０と第２電極部１３０、２３０との間の静電容量が測定できる。ここで、離隔電極１２１、２２１のうち容量部１２１ｂの第２面積は、感応部１２１ａの第２面積より広い面積を有し得る。
これによって、本発明の一実施例による粒子状物質センサ１００、２００は、一つの感応部１２１ａが電気的にリム電極１２２に連結されるとき、静電容量の測定が可能である面積が感応部１２１ａの面積だけでなく容量部１２１ｂの面積にも対応する。これによって、前記離隔電極１２１、２２１で感応部１２１ａが電気的にリム電極１２２に連結されることだけでも離隔電極１２１、２２１と第２電極部１３０、２３０との間の静電容量が大きくなり得る。
また、本発明の一実施例による粒子状物質センサ１００、２００は、容量電極１３１との間で静電容量を変化させる容量部１２１ｂの面積が感応部１２１ａの面積より広いので、離隔電極１２１、２２１と容量電極１３１との間の静電容量の変化するのにかかる応答時間を短縮し得、これによる静電容量の変化を大きくすることができる。
また、本発明の一実施例による粒子状物質センサ１００、２００は、前記感応部１２１ａの面積が容量部１２１ｂの面積より狭く、感応部１２１ａがリム電極１２２の延長電極１２３の間に配置されることで、粒子状物質により連結される感応部１２１ａとリム電極１２２の接点が多くなるので、前記離隔電極１２１、２２１と容量電極１３０、２３０との間の静電容量が変化するのにかかる応答時間を短縮し得る。
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明の思想は、本明細書に提示される実施例により限定されるものではなく、本発明の思想を理解する当業者であれば、同一な思想の範囲内で構成要素の付加、変更、削除、追加などによって他の実施例を容易に提案することができ、これも本発明の思想の範囲内に含まれる。

Claims (15)

  1. 絶縁基板；
    前記絶縁基板の一面に形成され、リム電極及び前記リム電極に電気的に連結されない複数個の離隔電極を含む第１電極部；
    前記絶縁基板の内部に前記第１電極部と間隔を置いて離隔配置され、前記第１電極部との静電容量を測定し得るように互いに電気的に連結された複数個の容量電極を含む第２電極部；及び
    前記絶縁基板の内部に配置されて前記感応部に堆積した粒子状物質を除去するための熱を提供するヒーター部；を含み、
    前記離隔電極は、粒子状物質が堆積する感応部と、静電容量を測定するための容量部と、を含み、
    粒子状物質の堆積時に、前記離隔電極とリム電極が互いに電気的に連結されて前記第１電極部と第２電極部との間の静電容量を測定することを特徴とする粒子状物質センサ。
  2. 前記第１電極部は、前記複数個の離隔電極を取り囲むように配置されるリム電極及び前記リム電極から一方向に平行に延長される複数個の延長電極を含み、
    前記各々の離隔電極は、互いに隣接する一対の延長電極の間または互いに隣接する延長電極とリム電極との間に前記感応部が配置されることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質センサ。
  3. 前記リム電極は、前記複数個の延長電極の端部が連結される第１連結電極及び前記第１連結電極の両端部から前記延長電極と平行に延長される第２連結電極を含むことを特徴とする請求項２に記載の粒子状物質センサ。
  4. 互いに隣接して配置される延長電極の間の間隔は、互いに同一に形成されることを特徴とする請求項２に記載の粒子状物質センサ。
  5. 前記感応部及び容量部は、所定の面積を有するように形成され、前記容量部の第２面積は、前記感応部の第１面積より相対的に広い面積を有することを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質センサ。
  6. 前記容量部の第２面積は、前記感応部の第１面積の２倍以上であることを特徴とする請求項５に記載の粒子状物質センサ。
  7. 前記感応部及び容量部は、所定の長さを有するリード部を媒介として互いに離隔配置されることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質センサ。
  8. 前記感応部及び容量部を連結するリード部の全体長さは、前記感応部の全体長さと同一であるか、それより長い長さを有するように形成されることを特徴とする請求項７に記載の粒子状物質センサ。
  9. 前記容量電極は、前記容量部と対応する面積を有することを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質センサ。
  10. 前記感応部の全体面積は、前記容量部の全体面積より狭い面積を有するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質センサ。
  11. 前記第１電極部及び前記第２電極部の間には、誘電層が配置されることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質センサ。
  12. 前記第２電極部と前記ヒーター部との間に配置されて前記ヒーター部を制御する温度感知部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質センサ。
  13. 前記絶縁基板は、アルミナまたはＺＴＡであることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質センサ。
  14. 前記粒子状物質センサは、車両の排気ガス微粒子フィルターの後端に連結される排気管側に前記感応部が露出するように装着されることを特徴とする請求項７に記載の粒子状物質センサ。
  15. 排気マニホールド；
    前記排気マニホールドから排出される排気ガスに含まれた微粒子を除去するための排気ガス微粒子フィルター；及び
    前記排気ガス微粒子フィルターを通過して下流側に抜け出る粒子状物質を検出するように前記排気ガス微粒子フィルターに連結される流出側排気管に設置される請求項１〜請求項１４のうちいずれか１項に記載の粒子状物質センサ；を含むことを特徴とする排気ガス浄化システム。
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