JP6600704B2

JP6600704B2 - 煤センサシステム

Info

Publication number: JP6600704B2
Application number: JP2018017170A
Authority: JP
Inventors: ケイヴァン・ヘダーヤト; ジョン・ハート; エリック・マットソン; マーク・ウィルソン; ノーマン・ポワリエ
Original assignee: ストーンリッジ・インコーポレッド
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2032-05-25
Also published as: JP6346560B2; CA2836326A1; CA2836326C; JP2014515486A; KR20140045951A; US20120324981A1; KR101992408B1; JP2018081113A; US9389163B2; US10416062B2; US20170023461A1; CN103733076B; BR112013030334A2; CN103733076A; EP2715371A1; WO2012162685A1; US20200018680A1; EP2715371A4; EP2715371B1; US11137333B2

Description

本出願は２０１１年５月２６日に出願された米国仮特許出願第６１／４９０３１０号明細書の優先権を主張し、その開示の全体は参照によって本明細書に組み込まれている。

本開示は、一般的に煤センサに関連し、より具体的には、排気ガス流内の煤を検出するセンサシステムに関連する。

煤センサは、エンジン排出用途、例えば搭載された診断システム（ＯＢＤ）に用いられうる。この種のセンサは微粒子物質のビルドアップ、例えばエンジン排気ガス内の煤の濃度を検出し、測定するのに用いられうる。特にディーゼルエンジンにおいて、排気ガスが大気中に放出される際に可能な限り低い煤粒子の濃度であることが望ましい。内燃エンジンの動作状態をモニターするために、内燃機関に関連した排気システム内に煤センサを配置することがこの目的に適している。煤センサは、ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）の上流または下流に配置されうる。ＤＰＦから下流に配置される場合、ＤＰＦをモニターする機能もまた、煤センサを用いることで発揮されうる。ＤＰＦが故障した場合、煤センサはエンジン排気内の過剰な煤を検出し、車両エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）に警告を発しうる。

煤センサは、比較的単純な抵抗性デバイスでありうる。図１は搭載加熱素子を有する煤センサの既知の構成の１つの概略的な上面図であり、図２は図１の煤センサの概略的な底面図である。センサ１００は、第１の表面１０４及び第１の表面１０４と対向する第２の表面１０６を画定する非導電性基板１０２を含みうる。感知エレメント１０８は、基板１０２の第１の表面１０４上に形成され、第１電極１１０及び分離した第２電極１１２を画定する導電性材料を含む。導電性材料は、高温に耐性を有するように選択された貴金属であってもよく、第１及び第２電極１１０、１１２はそれらの間に開回路を確立するように互いに電気的に離隔されていてもよい。

図示されるように、第１及び第２電極１１０、１１２は、第１及び第２電極１１０、１１２の間の外周を最大化する、互い違いに組んだ状態の「指」を有して構成されうる。第１電極１１０は、指の第１の組１１４を画定し、第２電極１１２は分離した指の第２の組１１６を画定する。動作時には、排気からの煤（図示されない）が感知素子１０８上に付着すると、煤に含まれる炭素が第１電極１１０と第２電極１１２とを電気的に接続し、それらの間の電気抵抗を効果的に低下させる。電極間の抵抗は煤の存在量の指標として測定される。

図３は、図１、２の煤センサの線３−３に沿って取られた拡大部分図である。図２、３に示されるように、いくつかの応用例において、センサ１００はまた基板１０２の第２の表面１０６上に実装された搭載加熱素子１１８も有する。搭載加熱素子１１８は、抵抗加熱を介して煤センサ１００を加熱するように構成される。例えば、基板１０２の第１及び／または第２の表面１０４、１０６上に集められた煤を除去するのに好適でありうる。既知の抵抗を有する白金線を含みうる搭載加熱素子１１８は活性化されて、比較的高温、例えば６５０℃まで感知素子１０８を加熱し、それによって堆積した煤粒子を焼却しうる。

上述した種類の煤センサは、排気システム内に存在する状況下で故障する可能性がある。電極は直接排気ガス流にさらされており、特定の排気物質によって電極の腐食及び／またはセンサ表面の汚染につながる恐れがあり、煤の蓄積の測定に干渉的な影響を与えうる。さらに、この煤センサの感知素子は、感知素子の配線内の損傷を感知することが可能な診断機能を有しない。さらに、この煤センサに含まれる搭載加熱素子は、高流動条件の間、蓄積された煤を十分に焼却するのに必要な高温に到達することが困難であった。

特許請求の範囲の対象の特徴及び利点は、それと合致した実施形態の以下の詳細な説明から明らかになり、説明は添付した図を参照して考慮されるべきである。

煤センサの概略的な上面図である。図１の煤センサの概略的な底面図である。図１、２の煤センサの線３−３に沿って取られた拡大部分図である。本開示に合致する煤センサの概略的な上面図である。本開示に合致する図４の煤センサの線５−５に沿って取られた一部の部分図である。本開示に合致する他の実施例に従う、図４の煤センサの線５−５に沿って取られた一部の部分図である。図５Ｂの煤センサの一部の拡大図である。本開示に合致する煤センサの他の実施形態の概略的な上面図である。図７の煤センサの一部の拡大図である。本開示に合致する他の実施形態に従う図７の煤センサの一部の拡大図である。本開示に合致する他の実施形態に従う図７の煤センサの一部の拡大図である。本開示に合致する煤センサティップの斜視図である。図９の煤センサティップの線１０−１０に沿って取られた拡大斜視部分図である。本開示に合致する煤センサシステムの例示的な実施形態のブロック図である。パシベーション層を含む図７の煤センサの概略的な上面図である。本開示に合致する煤センサの他の実施形態の概略的な上面図である。図１３の煤センサの一部の拡大図である。煤感知モードにある図１３の煤センサの概略的な上面図である。再生モードにある図１３の煤センサの概略的な上面図である。第１及び第２の再生モードにある図１３の煤センサの概略的な上面図及び関連した回路である。第１及び第２の再生モードにある図１３の煤センサの概略的な上面図及び関連した回路である。第１及び第２の再生モードにある図１３の煤センサの概略的な上面図及び関連した回路である。第１及び第２の再生モードにある図１３の煤センサの概略的な上面図及び関連した回路である。本開示に合致する煤センサアセンブリの部分斜視図である。図１８の煤センサアセンブリの実施形態の斜視図である。図１８の煤センサアセンブリの実施形態の斜視図である。図１８の煤センサアセンブリの一部の拡大斜視図である。本開示に合致する他の煤センサアセンブリの分解斜視図である。組み立てられた状態の図２０の煤センサアセンブリの斜視図である。図２１の煤センサアセンブリの線Ａ−Ａに沿って取られた部分図である。図２１の煤センサアセンブリの線Ｂ−Ｂに沿って取られた断面図である。図２０の煤センサアセンブリの一部の実施形態の斜視図である。図２０の煤センサアセンブリの一部の実施形態の断面図である。図２０の煤センサアセンブリの一部の他の実施形態の斜視図である。図２０の煤センサアセンブリの一部の他の実施形態の断面図である。図１３の煤センサに結合された回路の概略図である。図１３の煤センサに結合された信号処理システムのブロック図である。図２６の信号保護回路の概略図である。本開示に合致する例示的な煤センサに関連する抵抗に対する出力電圧のプロットである。本開示に合致する例示的な煤センサに関連する時間に対する出力電圧のプロットを含む。本開示に合致する例示的な煤センサに関連する回路の概略図である。本開示に合致する例示的な煤センサに関連する回路の概略図である。図３０Ａ〜３０Ｂの回路に関連する時間に対する抵抗のプロットである。本開示に合致する例示的な煤センサに関連する空気の流量率に対する供給電力のプロットである。本開示に合致する例示的な煤センサに関連する時間に対する供給電圧のプロットである。本開示に合致する例示的な煤センサに関連する時間に対する供給電圧のプロットである。本開示に合致する例示的な煤センサに関連する時間に対する供給電圧のプロットである。本開示に合致する例示的な煤センサに関連する時間に対する供給電圧のプロットである。本開示に合致する例示的な煤センサに関連する時間に対する抵抗のプロットである。図３４のプロットに関連する時間に対する煤蓄積のプロットである。本開示に合致する例示的な煤センサに関連する時間に対するセンサの反応のプロットである。

本開示は一般的に煤粒子を検出するための煤センサ及び煤センサシステムに指向される。一般に、本開示に合致する煤センサシステムは、第１の表面及び第１の表面に対向する第２の表面を画定する基板を含む。少なくとも１つの導電性材料の連続的なループを有する少なくとも１つの素子が、基板の第１の表面上に配置される。少なくとも１つの素子は基板の少なくとも第１の表面上の煤の蓄積を感知する第１のモードで動作し、基板の少なくとも第１の表面上に蓄積された煤を除去する第２のモードで動作するように構成される。第１及び第２の電気的コンタクトは少なくとも１つの素子の対向する端部に配置される。回路は第１及び第２の電気的コンタクトに電気的に結合され、基板の第１の表面及び素子上に蓄積された煤の量を決定し、煤の蓄積に応じて素子の加熱を制御するように構成される。

本開示に合致する煤センサ及び／または煤センサシステムは、ディーゼルエンジンを有する自動車の排気システム内に位置されるように構成されるものであってもよい。さらに、煤センサ及び／または煤センサシステムは、オイル加熱システムにおける家庭用技術の分野における使用のために構成されてもよく、例えば、用途に応じて適切に設計された支持を有して提供される。自動車の排気システムにおける使用に関して、本開示に合致する煤センサシステムは、排気ガス流から煤の蓄積を検出するように構成されてもよい。さらに、煤センサシステムは、自動車の搭載診断システムに結合され通信するように構成されるものであってもよい。さらに、煤センサは、ディーゼルエンジンを有する自動車のディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）の下流に配置されてもよく、センサはＤＰＦの動作をモニターするように構成されてもよい。

図４を参照すると、本開示に合致する煤センサの実施形態が概略的に示されている。煤センサ４００は、例えば誘電体または非導電性材料からなり、第１の表面４０４（例えば図５Ａに示されるように上面）及び第１の表面４０４と対向する第２の表面４０６（例えば図５Ａに示されるように下面）を画定する基板４０２を含む。煤センサ４００は、基板４０２の第１の表面４０４上に形成されたセンサ素子４０８を含む。センサ素子４０８は、基板４０２上に配置された導電性材料の少なくとも１つの連続的なループ４１０を含む。ループ４１０はどのような規則的及び／または不規則な幾何学的形状、例えば蛇行、らせん状、長方形、円形などをとるものであってもよい。

図示された例示的な実施形態において、ループ４１０は複数の起伏部４１２の第１の組及び複数の起伏部４１２のそれぞれの範囲内であって間に画定される複数の間隙Ｇ１、Ｇ２を含む蛇行構成に配置される。図示された実施形態において、センサの側部４１３に隣接する折り返し部４１１を含むループ４１０の部分は間隙Ｇ１によって離隔され、センサの側部４１７に隣接する折り返し部４１５を含むループ４１０の部分は、間隙Ｇ２によって離隔され、間隙Ｇ１は間隙Ｇ２よりも広い。本明細書で用いられるような「蛇行」という用語は、どのような形状の折り返し部を含む構成も指し、例えば図４に示されるような弓型、角型、弓型と角形などとの組み合わせを含み、さらに均一な及び／または異なる大きさの間隙によって離隔された折り返し部を含む。

センサ素子４０８はさらにループ４１０の両端における第１及び第２の電気的コンタクト４１４、４１６を含む。第１及び第２の電気的コンタクト４１４、４１６は、ループ４１０を通る電流を提供する回路に結合するように構成されるものであってもよい。図示された実施形態において、入力電流Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}が第１の電気的コンタクト４１４（または第２の電気的コンタクト４１６）に提供されるものであってもよい。

Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}の値はセンサ４００上に置かれた煤の量を表しうる。図示された実施形態において、例えば、煤粒子４２８は、センサ素子４０８上に含む、基板４０２の第１の表面４０４上に蓄積されるとして示される。煤４２８がセンサ素子上に蓄積していくと、ループ４１０の抵抗値が変化し、これはＩ_{ｓｅｎｓｅ}の値を変化させる。Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}の値はそのためセンサ上に蓄積された煤の量を表す。

センサ素子４００はさらに基板４０２の第１の表面４０４上に形成された加熱素子４１８を含む。加熱素子４１８は、基板４０２上に配置された導電性材料の少なくとも１つの連続的なループ４２０を含む。ループ４２０はどのような規則的な及び／または不規則な幾何学的形状をとってもよく、例えば蛇行、らせん、長方形、円形、などをとることができ、長さの少なくとも一部にセンサ素子ループ４１０に隣接して位置されうる。

図示された例示的な実施形態において、ループ４２０は複数の起伏部４１２の第１の組と相補的であり編み込まれている複数の起伏部４２２の第２の組を含む蛇行形状構成に配置される。加熱素子４１８はさらにループ４２０の両端に第１及び第２の電気的コンタクト４２４、４２６を含む。第１及び第２の電気的コンタクト４２４、４２６は、ループ４２０を通して電流を提供するための回路に結合するように構成されてもよい。図示された実施形態において、入力電力Ｉ_{ｈｅａｔｅｒ}は第１の電気的コンタクト４２４（または第２の電気的コンタクト４２６）に提供されてもよい。１つの実施形態において、例えば、煤４２８の閾量がセンサ素子４０８上に、例えばＩ_{ｓｅｎｓｅ}の閾値に到達するように決定されるように蓄積すると、加熱素子電流Ｉ_{ｈｅａｔｅｒ}は加熱素子４１８に加熱させ、煤４２８を少なくとも部分的に除去、例えば焼却するように印加されてもよく、それによって連続的な使用のためにセンサ４００を洗浄／再生する。

センサ素子４０８は、金、白金、オスミウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム及びその類似したもののような導電性材料または金属を、前述の金属の少なくとも１つを含む酸化物、合金及び組み合わせと同様に含むものであってもよい。加熱素子４１８は様々な材料を含むものであってもよい。例えば、材料は白金、金、パラジウム及びそれに類似するもの並びに／または合金、酸化物及びそれらの組み合わせを含むものであってもよい。基板４０２は、非導電性及び／または電気的絶縁性材料を含むものであってもよい。材料はアルミナ、ジルコニア、イットリア、酸化ランタン、シリカ及び／または上述の少なくとも１つを含む組み合わせ、または導通を妨げることができ構造的な集積及び／または物理的な保護を提供することができるどのような類似した材料を含むがそれに限定されない酸化物を含んでもよい。さらに、煤センサ４００は、厚膜及び／または薄膜構造を含むものであってもよい。

図５Ａは、本開示の１つの実施形態に合致する図４の煤センサ４００の線５−５に沿って取られた一部の部分図である。図示された実施形態において、煤粒子４２８は少なくともセンサ素子４０８上に蓄積される。特に、排気ガス流にさらされた場合には、煤粒子４２８はセンサ素子４０８のループ４１０の複数の起伏部４１２のそれぞれの内部であって間に画定される複数の間隙Ｇ１及び／またはＧ２の少なくとも１つの内に蓄積しうる。センサ素子４０８にどのような煤粒子もないときには、第１及び第２の電気的コンタクト４１４、４１６の間に形成されるセンサ素子４０８の電気的回路は第１の抵抗を有する。煤粒子４２８がセンサ素子４０８上、特に複数の間隙Ｇ１及び／またはＧ２の少なくとも１つに蓄積すると、煤粒子４２８がループ４１０と接触し、第１及び第２の電気的コンタクト４１４、４１６間の抵抗が変化しうる。抵抗は、煤粒子４２８が集まり蓄積するにつれて増加しうる。加熱素子４１８は、蓄積された煤粒子４２８を煤センサ４０８から除去することが望まれる際に活性化されうる。加熱素子４１８は、煤粒子４２８が焼却される温度に達するように構成されうる。

図５Ｂは、本開示に合致する他の実施形態に従う図４の煤センサの線５−５に沿って取られた一部の部分図であり、図６は図５Ｂの煤センサの一部の拡大図である。１つの実施形態において、保護層５３２は基板４０２の第１の表面４０４上に形成され、それぞれセンサ及び加熱素子４０８、４１８の起伏部４１２、４２２の少なくとも一部を覆う。保護層５３２は、排気ガス流からセンサ素子４０８の起伏部４１２の少なくとも一部を絶縁するように構成されてもよい。保護層５３２はセンサ素子４０８の起伏部４１２によって画定される複数の間隙Ｇ１に対応し複数の間隙Ｇ１に位置合わせされる複数のチャネル５３４をさらに確定する。

図６を参照すると、複数のチャネル５３４のそれぞれはセンサ素子の少なくとも一部、例えば起伏部４１２の端部６３６を排気ガス流動及び煤粒子４２８にさらす。図示された実施形態において、複数のチャネル５３４のそれぞれは、煤粒子４２８を複数のチャネル５３４及び対応する間隙Ｇ１の少なくとも１つに蓄積できるような大きさ及び／または形であり、煤粒子４２８は露出されたセンサ素子４０８の導電性材料の少なくとも一部、例えば起伏部４１２の端部６３６と接触する。

図７は、本開示に合致する煤センサの他の実施形態の概略的な上面図であり、図８Ａは図７の煤センサの一部の拡大図である。この実施形態は図４の実施形態に類似しており、類似した構成要素は４００ではなく７００台の類似した参照符号で示されている。煤センサ７００は、第１の表面７０４を画定する基板７０２を含む。センサ素子７０８及び加熱素子７１８は、第１の表面７０４上に形成される。センサ及び加熱素子７０８、７１８はそれぞれ、基板７０２上に配置された導電性材料７１０、７２０の少なくとも１つの連続的なループを含む。図４の実施形態に類似して、ループ７１０、７２０は起伏部の第１の組７１２及び第２の組７２２を含む蛇行構成に配置されるものであってよい。図８Ａを参照すると、起伏部の第１の組７１２及び第２の組７２２は、起伏部の第１のサブセット８２８及び第２のサブセット８３０をさらにそれぞれ画定する。複数の間隙８３２は、複数の起伏部の第１のサブセット８２８及び第２のサブセット８３０のそれぞれの内部であって間に画定される。

センサ素子７０８はループ７１０の両端の第１及び第２の電気的コンタクト７１４、７１６をさらに含む。第１及び第２の電気的コンタクト７１４、７１６は、ループ７１０を通じて電流を提供するための回路に結合するように構成されるものであってよい。図示された実施形態において、入力電流Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}は第１の電気的コンタクト７１４（または第２の電気的コンタクト７１６）に提供されるものであってよい。同様に、加熱素子７１８はループ７２０の両端に第１及び第２の電気的コンタクト７２４、７２６をさらに含む。第１及び第２の電気的コンタクト７２４、７２６はループ７２０を通じて電流を提供するための回路に結合するように構成されてもよい。図示された実施形態において、入力電流Ｉ_{ｈｅａｔｅｒ}は第１の電気的コンタクト７２４（または第２の電気的コンタクト７２６）に提供されうる。

図示された実施形態において、センサ及び加熱素子７０８、７１８は図４の実施形態に関して上述されたような互いに離隔され独立して動作されるように構成されてもよい。追加的に、煤センサ７００は、それぞれコンタクト７２４、７１６に選択的に接続、切断するための加熱素子７１８及びセンサ素子７０８の第１及び第２の電気的コンタクト７２４、７１６に接続されるスイッチＳ１をさらに含む。スイッチＳ１が開状態のとき、感知電流Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}はコンタクト７１４、７１６の間の導電性材料のループ７１０に関連した抵抗によって決定され、ループ７１０に堆積された煤粒子によって変化し、それによってセンサ素子が煤粒子を感知することが可能になる。スイッチＳ１が閉状態の場合、ループ７１０、７２０はコンタクト７１４、７２６の間の導電性材料の単一の連続的なループを確立するように直列に電気的に接続される。ついで、電流Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}は、センサ素子７０８及び加熱素子７１８の両方を通過してセンサ素子７０８及び加熱素子７１８の両方を単一の加熱素子として働かせることを可能とするものであってよい。

図８Ｂは、本開示に合致する他の実施形態に従う図７の煤センサの一部の拡大図である。図示された実施形態において、センサ素子及び加熱素子７０８、７１８は、第１の表面７０４上に配置された導電性材料の連続的なループ８１０、８２０を含む。ループ８１０、８２０は、複数の起伏部８１２、８２２の第１及び第２の組を含む蛇行構成に配置される。複数の起伏部の第１及び第２の組８１２、８２２はさらにそれぞれ複数の起伏部の第１及び第２のサブセット８３４、８３６を画定する。複数の間隙８３８は、複数の起伏部の第１及び第２のサブセット８３４、８３６のそれぞれの内部であって間に画定され、間隙８３８は大きさ及び／または形状の点で実質的に均一である。

図示された実施形態において、ループ８１０は、図８Ａに示されるループ７１０よりも幅が実質的に狭く、それによってループ８１０の抵抗をループ７１０の抵抗よりも大きな値に増加させる。抵抗の増加によって、ループ８１０はループ７１０よりも高精度で温度を感知するように構成されることが可能でありうる。

図８Ｃは、本開示に合致する他の実施形態に従う図７の煤センサの一部の拡大図である。図示された実施形態において、複数の間隙８４０、８４２は、複数の起伏部の第１及び第２のサブセット８３４、８３６のそれぞれの内部であって間に画定され、間隙８４０、８４２は大きさ及び／または形状がさまざまである。例えば、間隙８４０は幅Ｗ_１を有し、間隙８４２は幅Ｗ_２を有し、幅Ｗ_１は幅Ｗ_２よりも一般的に大きい。様々な大きさ及び／または形状の間隙８４０、８４２によってセンサ素子７０８は煤粒子の蓄積を感知する際の反応のより幅広いダイナミックレンジを有することが可能となりうる。

図９は本開示に合致する煤センサティップの斜視図であり、図１０は図９の煤センサティップの線１０−１０に沿って取られた拡大斜視部分図である。ティップ９００は、煤センサ１０１４を少なくとも部分的に閉じ込めるように構成され、煤センサ１０１４は本開示に合致する実施形態を含むものであってもよい。ティップ９００は、外部表面９０４、内部表面１００４、近位端９０８及び遠位端９１０を有する実体部９０２を含む。図示された実施形態において、実体部９０２は近位端９０８において概して丸い形状から遠位端９１０において概して四角形の形状へ徐々に遷移する。実体部９０２の幾何学的形状は、ティップ９００の内部における体積を最小化するように構成される。実体部９０２は、実体部９０２の外部表面９０４から実体部９０２の内部表面１００６への経路１０１６を画定する、角度を有して配置された少なくとも１つのチャネル９１２を画定する。

経路１０１６は、排気ガス流動を煤センサ１０１４に指向するように構成され、図１０の矢印Ａで示されるように、煤センサ１０１４の第１の表面１０１８に対して９０度よりも小さな角度θの向きの側壁によって画定されるものであってもよい。そのため経路１０１６は、排気ガス流動からの煤が実体部の内部に入ることができるように第１の表面１０１８に対して９０度よりも小さな角度であり、煤センサ１０１４を煤センサ１０１４の第１の表面１０１８に対して９０度よりも小さな角度で衝撃するように構成されるものであってよい。実体部９０２は、実体部の外周全体に沿って位置するように角度を有して配置された複数のチャネル９１２を画定するものであってもよい。

図１１は、本開示に合致する煤センサシステムの１つの例示的な実施形態のブロック図である。煤センサシステム１１００は、煤センサ４００を含む。明確さ及び説明の目的のために、参照は図４の煤センサ４００に対してなされる。しかしながら、煤センサシステム１１００は、本開示に合致する煤センサの他の実施形態も含むものであってよいことに注意すべきである。煤センサシステム１１００は、煤センサ４００に電気的に結合され、煤センサ４００に電流を提供するように構成された回路１１０２をさらに含む。１つの実施形態において、回路１１０２はそれぞれセンサ素子４０８及び加熱素子４１８の第１及び第２の電気的コンタクト４１４、４１６、４２４、４２６に結合されて電流Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}及び／またはＩ_{ｈｅａｔｅｒ}を提供するものであってよい。

回路１１０２は、コントローラ１１０６に電気的に結合され通信するように構成された測定回路１１０４を含む。測定回路はまた煤センサ４００に、例えばセンサ素子４０８の第１及び第２の電気的コンタクト４１４、４１６並びに／または加熱素子４１８の第１及び第２の電気的コンタクト４２４、４２６に電気的に結合される。測定回路１１０４は、第１及び第２の電気的コンタクト４１４、４１６の間に電圧を印加し、Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}の結果的な値を表すコントローラ１１０６の出力を提供するように構成されるものであってよい。コントローラ１１０６は、自動車の既知のエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）であってよく、煤センサ４４０、測定回路１１０４及びコントローラの間の通信は既知のＣＡＮバスを介して実施されるものであってよい。

センサ素子４０８を通る電流Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}の値は煤センサ４００上に堆積された煤の量を決定するのに利用されてもよく、センサ４００と通ずる排気流内の煤の量をさらに示しうる。前述したように煤が第１及び第２の電気的コンタクト４１４、４１６の間に堆積されると、コンタクト４１４、４１６間の導電パスの電気抵抗が変化し、Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}が対応して変化することとなる。Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}の値がセンサ４００上に堆積された煤の量を表す。

測定回路１１０４はまた、加熱素子の第１及び第２の電気的コンタクト４２４、４２６の間に電圧を印加するように構成されてもよい。Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}の値が所定の閾値に到達すると、コントローラ１１０６は測定回路１１０４に出力を提供して測定回路が加熱素子４１８に電流Ｉ_{ｈｅａｔｅｒ}を提供することによって加熱素子４１８を活性化するものであってよい。加熱素子４１８の活性化において、加熱素子４１８は蓄積された煤粒子が焼却される温度まで加熱し、それによって煤センサ４００、特にセンサ素子４０８から煤粒子を除去するものであってよい。

さらに、回路１１０２はセンサ及び／または加熱素子４０８、４１８の開回路及び／または損傷を検出するように構成されてもよい。例えば、センサ素子４０８が損傷を有すると、センサ素子のコンタクト４１４、４１６間の回路は開回路または通常よりも高い抵抗値を有する回路となる。そのため、電流Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}が所定の閾値まで低下すると、コントローラ１１０６はセンサ素子内の損傷を示す出力を提供するものであってよい。

図１２は、パシベーション層を含む図７の煤センサの概略的な上面図である。図示された実施形態において、煤センサ７００は、センサ素子７０８の少なくとも第１及び第２の電気的コンタクト７１４、７１６並びに／または加熱素子７１８の第１及び第２の電気的コンタクト７２４、７２６を画定するパッド部１２４４を含むものであってよい。煤センサ７００はさらに、基板７０２の第１の表面７０４上及び少なくともパッド部１２４４上に配置されるパシベーション層１２４６を含むものであってよい。パシベーション層１２４６は、センサ素子７０８の第１及び第２の電気的コンタクト７１４、７１６の間並びに／または加熱素子７１８の第１及び第２の電気的コンタクト７２４、７２６の間のどのような導通も抑制しまたは防ぐように構成されてもよい。さらに、パシベーション層１２４６は、高い加熱の発生を抑制し及び／または防ぐように構成されてもよい。パシベーション層１２４６は、非導電性及び／または電気的に絶縁性の材料を含むものであってよい。材料は限定されることなく、アルミナ、ジルコニア、イットリア、酸化ランタン、シリカ及び／または前述の少なくとも１つを含む組み合わせを含む酸化物または導通を抑制することが可能などのような類似の材料も含むものであってよい。さらに、パシベーション層１２４６は、熱絶縁を提供するように構成された材料を含むものであってもよい。図示された実施形態において、パシベーション層１２４６は、厚い膜のガラスを含むものであってもよい。

図１３は、本開示に合致する煤センサ１３００の他の実施形態の概略上面図であり、図１４は図１３の煤センサ１３００の一部の拡大図である。一般的に、煤センサ１３００は、第１の表面１３０４を画定する基板１３０２を含む。第１のセンサ／加熱素子１３０８及び第２のセンサ／加熱素子１３１８は第１の表面１３０４上に形成される。本明細書でさらに詳細に説明されるように、第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８は、図４に示されたセンサ素子４０８と同様に煤の蓄積を感知するようにそれぞれ構成されてもよい。さらに、第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８は蓄積された煤を加熱して少なくとも部分的に除去、例えば焼却するようにそれぞれ構成されてもよく、それによって連続的な使用のためにセンサ１３００を浄化／再生する。

第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８のそれぞれは、基板１３０２上に配置された導電性材料の少なくとも１つの連続的なループ１３１０、１３２０をそれぞれ含む。図４の実施形態に類似して、ループ１３１０、１３２０はそれぞれ起伏部の第１及び第２の組１３１２、１３２２を含む蛇行構成に配置されてもよい。図１４を参照すると、起伏部の第１及び第２の組１３１２、１３２２はさらにそれぞれ起伏部の第１及び第２のサブセット１３２８、１３３０を画定する。複数の間隙１３３２は複数の起伏部の第１及び第２のサブセット１３２８、１３３０のそれぞれの内部であって間に画定される。複数の間隙１３３２は、複数の起伏部の第１及び第２のサブセット１３２８、１３３０のそれぞれの内部であって間に画定される。図示されるように、間隙１３３２は実質的に均一な大きさ及び／または形状を有するものであってもよい。図示された実施形態において、間隙１３３２は幅Ｗを有するものであってもよい。間隙１３３２の幅Ｗは、１０ミクロンから１００ミクロンの範囲であってもよい。１つの実施形態において、間隙１３３２の幅Ｗは２０ミクロンである。複数の間隙１３３２のいくつかは大きさ及び／または形状が異なるものであってもよく、それによってセンサ／加熱素子１３０８、１３１８は煤粒子の蓄積を感知する場合により幅広い応答のダイナミックレンジを有することができるようになる。

図示されるように、第１のセンサ／加熱素子１３０８は、ループ１３１０の両端に第１及び第２の電気的コンタクト１３１４、１３１６を含む。第１及び第２の電気的コンタクト１３１４、１３１６は、ループ１３１０を介して電流を提供するための回路に結合するように構成されてもよい。同様に、第２のセンサ／加熱素子１３１８は、ループ１３２０の両端に第１及び第２の電気的コンタクト１３２４、１３２６を含む。第１及び第２の電気的コンタクト１３２４、１３２６は、ループ１３２０を介して電流を提供するための回路に接続するように構成されてもよい。

第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８は、アルミナ、金、白金、オスミウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、及びその類似した導電性材料または金属を、上述の金属の少なくとも１つを含む酸化物、合金及び組み合わせと同様に含むものであってもよい。１つの実施形態において、素子１３０８、１３１８はその一部の上に成膜された薄膜白金線を有するアルミナを含むものであってもよい。基板１３０２は、非導電性及び／または電気的に絶縁性の材料を含むものであってもよい。材料はアルミナ、ジルコニア、イットリア、酸化ランタン、シリカを含むがそれに限定されない酸化物、及び／または上述の少なくとも１つを含む組み合わせ、または導通を妨げることが可能であり構造的な整合性及び／または物理的な保護を提供するどのような類似の材料を含むものであってもよい。さらに、煤センサ１３００は、厚い膜及び／または薄膜構造を含むものであってもよい。

本明細書にさらに詳細に説明されるように、煤センサ１３００は第１のモード（本明細書では以下「煤感知モード」と称する）で動作するように構成され、第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１０は煤センサ１３００の少なくとも第１の表面１３０４上への煤の蓄積を感知するように構成される。煤センサ１３００は、第２のモード（本明細書では以下「再生モード」と称する）で動作するようにさらに構成されることができ、第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８は第１の表面１３０４上に蓄積された煤の少なくとも一部を加熱して除去（例えば焼却）するように構成され、それによってセンサ１３００を浄化／再生する。

第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８は、図４の実施形態に関して説明されたように、互いに個別に独立して動作するように構成されてもよい。さらに、煤センサ１３００は、コンタクト１３１６、１３２６を選択的に接続及び切断するための、それぞれ第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８の第２の電気的コンタクト１３１６、１３２６に接続されたスイッチＳ１をさらに含むものであってもよい。例えば、スイッチＳ１が開状態のとき、第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８は互いに別個に動作しうる。スイッチＳ１が閉状態のとき、第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８は互いに電気的に接続されて、コンタクト１３１４、１３２４間に伝導性材料の連続的なループを確立しうる。

センサ１３００が煤感知モードにある時、図１５に示されるように、入力電流Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}は第１の電気的コンタクト１３１４（または第２の電気的コンタクト１３１６）に提供されうる。Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}の値はセンサ１３００上にある煤の量を表すものでありうる。図１５に示されるように、スイッチＳ１が閉状態にあるとき、第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１０は互いに電気的に接続されて、コンタクト１３１４、１３２４の間の伝導性材料の連続的なループを確立する。このとき電流Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}は第１のセンサ／加熱素子１３０８及び第２のセンサ／加熱素子１３１８の両方を通過して第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８が単一のセンサ素子として働くことが可能になりうる。煤粒子１３３３は図示されるように第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８上に含む、基板１３０８の第１の基板上に蓄積される。煤１３３３がセンサ／加熱素子１３０８、１３１８上に蓄積してくると、連続的なループ（例えば、ループ１３１０、１３２０からなる）の抵抗が変化し、Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}の値を変化させる。そのためＩ_{ｓｅｎｓｅ}の値がセンサ上に蓄積された煤の量を表す。

例えばＩ_{ｓｅｎｓｅ}の閾値に到達することによって決定されるような煤１３３３の閾量が第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８上に蓄積すると、煤センサ１３００は図１６、１７Ａから１７Ｂに示されるように再生モードに入るように構成されてもよい。図１６に示されるように、センサ１３００が再生モードにあるとき、入力電流Ｉ_{ｈｅａｔｅｒ１}が第１のセンサ／加熱素子１３０８の第１の電気的コンタクト１３１４（または第２の電気的コンタクト１３１６）に提供されうる。同様に、入力電流Ｉ_{ｈｅａｔｅｒ２}が第２のセンサ／加熱素子１３１８の第１の電気的コンタクト１３２４（または第２の電気的コンタクト１３２６）に提供されうる。１つの実施形態において、例えばＩ_{ｓｅｎｓｅ}の閾値に到達することによって決定されるように煤１３３３の閾量が第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８上に蓄積すると、加熱電流Ｉ_{ｈｅａｔｅｒ１}及び／またはＩ_{ｈｅａｔｅｒ２}が対応する第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８に煤４３３を加熱させ、少なくとも部分的に除去、例えば焼却するように印加されてもよく、それによって連続した使用のためにセンサ１３００を浄化／再生する。

１つの実施形態において、スイッチＳ１が開状態であるとき、第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８は互いに独立に動作するものでありえ、加熱電流Ｉ_{ｈｅａｔｅｒ１}が第１のセンサ／加熱素子１３０８のみを加熱させるように印加されうる。同様に、加熱電流Ｉ_{ｈｅａｔｅｒ２}は第２のセンサ／加熱素子１３１８のみを加熱するように印加されうる。スイッチＳ１が閉状態のとき、ループ１３１０、１３２０は電気的に互いに接続されてコンタクト１３１４、１３２４の間で伝導性材料の単一の連続的なループを確立する。電流Ｉ_{ｈｅａｔｅｒ１}はこのとき第１のセンサ／加熱素子１３０８及び第２のセンサ／加熱素子１３１８の両方を通って素子１３０８、１３１８の両方が単一の加熱素子として働き、加熱することができるようにする。

煤センサ１３００は、図１７Ａから１７Ｄに示されるように、第１の再生モード及び第２の再生モードで動作するように構成されてもよい。図１７Ａは、第１の再生モードにある煤センサ１３００を示しており、図１７Ｂは第１の再生モードにある煤センサ１３００と関連する回路の概略図を示している。示されるように、第１の再生モードにあるとき、第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８は互いに平行に配置されてもよい。この構成は第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８が高温であり抵抗が高く、それによって高い流量条件の間に素子１３０８、１３１８の加熱を増加させるために素子１３０８、１３１８により多くの入力電流を通過させる必要があるような状況に関して適したものでありうる。

図１７Ｃは、第２の再生モードにある煤センサ１３００を図示しており、図１７Ｄは第２の再生モードにある煤センサ１３００と関連した回路の概略図を図示している。示されるように、第２の再生モードにあるとき、第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８は互いに直列に配置されうる。第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８の直列配置は、一般的に並列配置（図１７Ａに示される）よりも大きな抵抗となる。そのため、第２の再生モード（例えば、直列構成）での動作は、電流消費を制限することが望ましいような状況及び／または第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８が冷えており急速加熱が望ましいような状況で好適でありうる。さらに、より高い抵抗は、より高い分解能のために再生の間に素子１３０８、１３１８の改善された温度測定も提供しうる。第１及び第２の再生モードは、ソリッドステートスイッチング及びソフトウェア制御で制御されうる。従って、本開示に合致するいくつかの実施形態において煤センサは段階的な加熱を提供するように構成されてもよく、第１及び／または第２の再生モードにおける素子１３０８、１３１８の動作は排気流速及び／または排気温度を把握するようにリアルタイムまたはリアルタイムに近い状態で（例えば始動、停止、一時停止、モード間の変更など）制御されうる。

図１８は本開示に従う煤センサアセンブリ１８００の１つの実施形態の断面斜視図である。一般的に、煤センサアセンブリ１８００は第１の端部１８０４及び第２の端部１８０６を有するハウジング１８０２を含む。ハウジング１８０２は、スラグインサート１８１０を部分的に閉じ込めるような形状及び／または大きさである。ハウジング１８０２は、金属及び／または非金属材料を含むものであってもよい。図示されるように、ハウジング１８０２の第２の端部１８０６は、スラグインサート１８１０の一部を受容し、スラグインサート１８１０をスラグインサート１８１０の少なくとも一部に結合されたリング１８０８によって保持するような形状及び／または大きさである。リング１８０８は、当業者に周知の様々な方法によってハウジング１８０２に結合されてもよい。１つの実施形態において、リング１８０８は、ハウジング１８０２にレーザー溶着されてもよく、それによってハウジング１８０２とリング１８０８との間の気密封止を提供する（例えば、空気及び／またはガスに対して実質的に不浸透性である）。

煤センサアセンブリ１８００は、スラグインサート１８１０に結合された煤センサ１３００をさらに含む。明確化及び説明の目的のため、図１３の煤センサ１３００を参照してなされる。しかしながら、煤センサアセンブリ１８００は本開示に合致する煤センサの他の実施形態を含むものであってもよいことは注意すべきである。煤センサアセンブリ１８００は、少なくともハウジング１８０２に結合され、少なくとも部分的に煤センサ１３００を閉じ込めるように構成されたセンサティップ１８１２をさらに含む。センサティップ１８１２は、近位開口端１８１６及び遠位閉鎖端１８１８を有するボディ１８１４を含む。ボディ１８１４は、外部表面１８１９Ａ及び内部表面１８１９Ｂを含む。

図示された実施形態において、センサティップ１８１２の近位端１８１６はハウジング１８０２の第２の端部１８０６のフランジ部１８２２と嵌合結合するように構成されたフランジ部１８２０を画定するものであってよい。センサティップ１８１２は、それぞれのフランジ部１８２０、１８２２において少なくともハウジング１８０２に結合されてもよく、フランジ部１８２０、１８２２は互いにシールされているものであってもよい。さらに、ハウジング１８０２は、煤センサ１３００に電気的に結合され、煤センサ１３００に電流を提供するように構成された回路１１０２を部分的に閉じ込めるように構成されてもよい。

図１９Ａ、１９Ｂは、図１８の煤センサアセンブリ１８００のスラグインサート１８１０の斜視図である。図１９Ａはリング１８０８から離隔されたスラグインサート１８１０を示し、図１９Ｂはリング１８０８に結合されたスラグインサート１８１０を示している。リング１８０８は、内部表面１９２８及び境界を有する周縁部１９２６を画定するボディ１９２４を含むものであってもよい。リング１８０８はスラグインサート１８１０の少なくとも一部を受容するように構成されてもよい。リング１８０８は、金属及び／または非金属材料を含むものであってもよい。

図示された実施形態において、スラグインサート１８１０は、近位端１９３２及び遠位端１９３４を有するボディ１９３０を含む。ボディ１９３０はまた、リング１８０８の周縁部１９２６の境界よりも小さな境界を有する個別部１９３６も含み、個別部１９３０はリング１８０８にフィットし、内部表面１９２８に結合するように構成される。スラグインサート１８１０の個別部１９３６は、当業者に周知の様々な方法によってリング１８０８の内部表面１９２８に結合されてもよい。１つの実施形態において、例えば、スラグインサート１８１０の個別部１９３６はろう付け法によってリング１８０８の内部表面１９２８に接続されてもよく、それによってスラグインサート１８１０とリング１８０８との間の実質的な気密封止を提供する。

スラグインサート１８１０のボディ１９３０はまた、煤センサ１３００の少なくとも一部を支持するように構成された第１の表面１９３８及び電気的接続、例えば煤センサ１３００のリード１９４４に、矢印１９４７で示されるように結合された相互接続ワイヤ１９４６を支持するように構成された第２の表面１９４０を含む。ボディ１９３０は、少なくとも第２の表面１９４０からボディ１９３０を通してスラグインサート１８１０の近位端１９３２まで通ったアパーチャ１９４２をさらに含む。アパーチャ１９４２は、相互接続ワイヤ１９４６を受容し、相互接続ワイヤ１９４６がハウジング１８０２内の回路１１０２からスラグインサート１８１０の一部を通して（例えばボディ１９３０）、第２の表面１９４０まで通すことを可能にするように構成される。

第１の表面１９３８は、煤センサ１３００の少なくとも一部を受容するような形状及び／または大きさのチャネルを画定するものであってもよい。第１の表面１９３８はさらに煤センサと最小限の接触を提供し、煤センサの再生プロセス（加熱素子の加熱）の間の熱損失を防ぐように構成されてもよい。センサ素子１３００は、ガラスで第１の表面１９３８にシールされてもよく、それによって製品組み立て時の煤センサ１３００の耐久性を向上し、振動傾向を低減する。当業者であれば理解するように、煤センサ１３００は、他の既知の方法によって第１の表面１９３８に結合されてもよい。

図示されるように、第２の表面１９４０は、リードワイヤ１９４４の一部及びそれに結合される関連する相互接続ワイヤ１９４６を受容するような形状及び／または大きさのチャネルを画定してもよい。アパーチャ１９４２を通過する相互接続ワイヤ１９４６を有するアパーチャ１９４２は、ガラスのような封止材で充填されてもよく、それによって相互接続ワイヤ１９４６と関連するアパーチャ１９４２との間の気密封止を提供する。

スラグインサート１８１０は、非導電性及び／または電気的に絶縁性の材料を含んでもよい。材料はアルミナ、ジルコニア、イットリア、酸化ランタン、シリカ及び／または少なくともそれらの１つを含む組み合わせ、または導通を阻害することが可能などのような類似の材料も含むがそれに限定されない酸化物を含んでもよい。図示された実施形態において、スラグインサート１８１０は、セラミック材料を含んでもよい。

図１９Ｃは、図１８の煤センサアセンブリ１８００の一部の拡大斜視図である。前述のように、煤センサアセンブリ１８００は少なくともハウジング１８０２に結合され、少なくとも部分的に煤センサ１３００を閉じ込めるように構成されてもよい。図示された実施形態において、センサティップのボディ１８１４は、ボディ１８１４の外部表面１８１９Ａからボディ１８１４の内部表面１８１９Ｂまでの経路１９５０を画定する角度を有して配置された少なくとも１つのチャネル１９４８を画定する。図９の実施形態と同様に、経路１９５０は、煤センサ１３００に排気ガス流を導くように構成される。図示された実施形態において、センサティップ１８１２のボディ１８１４は、ボディ１８１４の境界全体に沿って位置する角度をつけて配置された複数のチャネル１９４８を画定する。煤センサアセンブリ１８００は、本開示に合致するセンサティップの他の実施形態を含んでもよいことに注意すべきである。

図示された実施形態において、センサティップ１８１２の近位端１８１６はフランジ部１８２０を画定してもよい。フランジ部１８２０は、ハウジング１８０２の第２の端部１８０６のフランジ部１８２２と嵌合結合するように構成される。センサティップ１８１２のフランジ部１８２０は、ハウジング１８０２のフランジ部１８２２にレーザービーム溶接されてもよく、それによって矢印１９５２に示されるように気密封止を提供する。当業者が容易に理解するように、フランジ部１８２０、１８２２はその他の既知の方法によって互いに結合されてもよい。

図２０は、本開示に合致する他の煤センサアセンブリ２０００の分解斜視図であり、図２１は組立てた状態の図２０の煤センサアセンブリ２０００の斜視図である。一般的に、煤センサアセンブリ２０００は、煤センサの一部を受容し、保持するように構成された絶縁部２００２を含む。明確化及び説明の目的のため、図１３の煤センサ１３００が参照される。しかしながら、煤センサアセンブリ２０００は、本開示に合致する煤センサの他の実施形態を含んでもよいことには注意すべきである。絶縁部２００２は、非導電性及び／または電気的に絶縁性の材料を含んでもよい。材料は、アルミナ、ジルコニア、イットリア、酸化ランタン、シリカ及び／またはそれらの少なくとも１つを含む組み合わせ、または導通を阻害し及び／または比較的高温（例えば６００℃）に耐えることの可能な類似の材料を含むがそれに限定されない酸化物を含んでもよい。図示された実施形態において、絶縁部２００２は、セラミック材料を含んでもよい。

図示されるように、アセンブリ２０００はさらに第１の端部２００６及び第２の端部２００８を有する内部ハウジング部２００４及び第１の端部２００６から第２の端部２００８まで延設する長手方向に配置された通過経路２０１０を含む。通過経路２０１０は、その中に絶縁部２００２の一部を受容するような形状及び／または大きさである。本明細書でさらに詳細に説明されるように、内部ハウジング部２００４は、相対的に固定された位置でリードワイヤを固定する（図２２Ａ、２２Ｂに示される）ように構成された１つ以上の材料を受容するような形状及び／または大きさであってもよい。

図示されるように、煤センサアセンブリ２０００は、内部ハウジング部２００４の一部に結合されるように構成されたセンサティップをさらに含む。明確化及び説明の目的のため、図１８のセンサティップ１８１２が参照される。しかしながら、煤センサアセンブリ２０００が本開示に合致するセンサティップの他の実施形態を含んでもよいことは注意されるべきである。センサティップ１８１２は、少なくとも内部ハウジング部２００４に結合されてもよく、煤センサ１３００を部分的に閉じ込めるように構成される。図示された実施形態において、センサティップ１８１２のフランジ部１８２０は、内部ハウジング部２００４の第２の端部２００８上に画定されるフランジ部２０１２と嵌合結合するように構成される。センサティップ１８１２は、それぞれフランジ部１８２０、２０１２で少なくとも内部ハウジング部２００４に結合されてもよく、フランジ部１８２０、２０１２は互いにシールされてもよい。

アセンブリ２０００は、内部ハウジング部２００２の第１の端部２００６に隣接して位置する第１のスペーサ部２０１４をさらに含む。第１のスペーサ部２０１４の大きさ（例えば幅）は、例えばリードワイヤの望ましい長さに依存するものであってもよい。煤センサアセンブリ２０００は、スペーサ部２０１６に隣接して位置する第２のスペーサ部２０１６をさらに含む。明確化の目的のために、第２のスペーサ部２０１６は、部分的に区分して図示されている。第２のスペーサ部２１０６の大きさ（例えば、幅）は、例えば端子２０１８の望ましい長さに依存するものであってよい。第１及び第２のスペーサ部２０１４、２０１６は、非導電性及び／または電気的に絶縁性の材料を含んでもよい。材料は、アルミナ、ジルコニア、イットリア、酸化ランタン、シリカ及び／またはそれらの少なくとも１つを含む組み合わせ、または導通を阻害することができるどのような類似の材料を含んでもよいがそれに限定されない酸化物を含んでもよい。図示された実施形態において、第１及び／または第２のスペーサ部２０１４、２０１６は、セラミック材料を含んでもよい。

煤センサアセンブリ２０００は、内部の端子２０１８のそれぞれの一部を受容し保持するように構成された応力緩和ナゲット２０２０をさらに含む。ナゲット２０２０は、ワイヤーハーネスアセンブリ２１３６にさらに結合されてもよい（図２１に示されている）。図示されるように、ナゲット２０２０は、内部に受容されるそれぞれの端子２０１８のための１つ以上の通過経路を含んでもよい。ナゲット２０２０は、２つの相補的な半分の部分を含んでもよく、互いに隣接し相補的に位置するとき、それらは図示されるように一体のナゲット２０２０を形成するように組み合わされる。ナゲット２０２０は、その一部の上に画定される半径方向の溝２０２２をさらに含んでもよい。溝２０２２は、外部ハウジング部２０２６の一部がナゲット２０２０の方へ内部で波形となることが可能となる間隔（例えば空間）を提供してもよく、外部ハウジング部２０２６の波形部は、ナゲット２０２０にほとんどまたは全く力を印加しない。

ナゲット２０２０は、ワイヤーハーネスアセンブリ２１３６のワイヤーを端子２０１８に結合する接続（例えば溶着）の応力緩和を提供するように構成されてもよい。例えば、ナゲット２０２０は、ワイヤーハーネスアセンブリ２１３６が導入時または通常の使用時に引っ張られた場合に応力緩和を提供しうる。ナゲット２０２０は、非導電性及び／または電気的に絶縁性の材料を含んでもよい。さらに、ナゲット２０２０は、プラスチックが上にモールドされた材料を含んでもよい。

図示されるように、グロメット２０２４がナゲット２０２０に隣接して位置してもよい。グロメット２０２４は、中空のチューブ状断面を有してもよく、ワイヤーハーネスアセンブリ２１３６はグロメット２０２４を通過し、端子２０１８に結合されてもよい。グロメット２０２４は、モールドされた高温ゴムのような柔軟で弾力のある材料を含んでもよい。

煤センサアセンブリ２０００は、第１の端部２０２８及び第２の端部２０３０を有する外部ハウジング部２０２６及び第１の端部２０２８から第２の端部２０３０まで延設する長手方向に配置された通過経路２０３２をさらに含む。通過経路２０３２は、その内部に第１及び第２のスペーサ部２０１４、２０１６、端子２０１８、センサ１３００からのリードワイヤとのそれぞれの接続部（図２２Ａ、２２Ｂに示されている）、ナゲット２０２０並びにグロメット２０２４の一部を受容し、閉じ込めるような形状及び／または大きさである。外部ハウジング部２０２６は、導通を阻害し、内部の構成要素の構造的な統合性及び／または物理的な保護を提供することができる１つ以上の材料を含んでもよい。外部ハウジング部２０２６はまた、高温に耐えることができる材料を含んでもよい。

図示された実施形態において、外部ハウジング部２０２６の第２の端部２３０は、フランジ部２０３４を画定する。フランジ部２０３４は、内部ハウジング部２００４の第２の端部２００８のフランジ部２０１２と嵌合結合するように構成される。そのようにして、外部ハウジング部２０２６は、それぞれのフランジ部２０３４、２０１２において少なくとも内部ハウジング部２００４と結合されてもよく、フランジ部２０３４、２０１２は一般的に緊密なシールを提供するどのような既知の方法によって互いにシールされてもよく、それによって水分及び／またはその他の汚染が第２の端部２０３０を介して外部ハウジング部２０２６の通過経路２０３２に入ることを防止する。

外部ハウジング部２０２６がアセンブリ２０００の構成要素の上に（例えばスライドして）位置するとき、第１の端部２０２８の位置または近傍の外部ハウジング部２０２６の一部は波形となってもよく、外部ハウジング部２０２６の直径が第１の端部２０２８の位置または近傍で減少してもよい。波形部２１３８は、通過経路２０３２内に位置するグロメット２０２４の一部を圧迫してもよく、グロメット２０２４の圧迫された部分は一般的に緊密なシールを提供し、水分及び／またはその他の汚染物質が外部ハウジング部２０２６の第１の端部２０２８に入ることを防ぐものであってもよい。波形部２１３８は、外部ハウジング部２０２８の通過経路２０３２内でナゲット２０２０をさらに緊密に保持し固定するものであってもよい。

図２２Ａは、線Ａ−Ａに沿って取られた図２１の煤センサアセンブリの上面部分図であり、図２２Ｂは、線Ｂ−Ｂに沿って図２１の煤センサアセンブリの側面部分図である。図示されるように、煤センサ１３００の一部は絶縁部２００２内に位置し、保持される。図示された実施形態において、センサ１３００に結合された（例えば、素子１３０８、１３１８の第１の電気的コンタクト１３１４、１３２３及び第２の電気的コンタクト１３２４、１３２６に結合された）リードワイヤ２２４０は、センサ１３００から離れ内部ハウジング部２００４の通過経路２０１０に入り、次いで外部ハウジング部２０２６の通過経路２０３２に入るように延設する。リードワイヤ２２４０は、矢印２２４２に示されるように、関連する端子２０１８と結合してもよい。

リードワイヤ２２４０の一部は、内部ハウジング部２００４の内部で相対的に固定された位置に、固定材料２２４４によって固定されてもよい。１つの実施形態において、固定材料２２４４は、内部ハウジング部２００４の通過経路２０１０の一部の中に配置され、リードワイヤ２２４０の一部を完全に取り囲んでもよい。固定材料２２４４は、液体の形で提供され次いで硬化されてもよい。固定材料２２４４は、センサ１３００及びリードワイヤ２２４０に対して安定性及び振動保護を提供するように構成されてもよく、それによって熱応答を改善する。固定材料２２４４は、熱硬化性プラスチックのような水分及び／または腐食耐性材料と同様に、非導電性及び／または電気的に絶縁性の材料を含んでもよい。

１つの実施形態において、固定材料２２４４は、ガラスを含んでもよく、リードワイヤ２２４０の一部及びセンサ１３００を内部ハウジング部２００４の通過経路２０１０の一部の内部にシールするように用いられてもよく、それによって製品組み立て時の煤センサ１３００及び／またはリードワイヤ２２４０の耐久性を向上させ、振動傾向を低減する。当業者に理解されるように、リードワイヤ２２４０の一部は例えば様々な既知のポッティング法のようなその他の既知の方法によって内部ハウジング部２００４内に固定されシールされてもよい。

図２３Ａ、２３Ｂに戻ると、図２０の煤センサアセンブリの内部ハウジング部２３０４の１つの実施形態のそれぞれ斜視図及び部分図が概して図示されている。この実施形態は図２０の実施形態に類似しており、類似した構成要素は２０００ではなくむしろ２３００台の類似した参照符号で示されている。一般的に、内部ハウジング部２３０４は、第１の端部２３０６及び第２の端部２３０８並びに第１の端部２３０６から第２の端部２３０８に延設する長手方向に配置された通過経路２３１０を含む。第２の端部２３０８は、センサティップ１８１２のフランジ部１８２０に嵌合結合するように構成されたフランジ部２３１２を画定する。内部ハウジング部２３０４は、内部ハウジング部２３０４の半径方向に沿って画定された拡張部２３１４をさらに含む。図２３Ｂに示されるように、拡張部２３１４は、通過経路２３１０の内部表面２３１８上に形成された相補的な凹部２３１６となる。

前述したように、ガラスのような固定材料２２４４は、例えば、通過経路２３１０の一部の中に充填されてその内部に１つ以上のリードワイヤ２２４０をしっかりと固定するものであってもよい。固定材料２２４４は、通過経路２３１０の内部で凹部２３１６を充填してもよい。固定材料２２４４が硬化されると、凹部２３１６は通過経路２３１０内部で硬化された固定材料２２４４を動かないように固定する手段を提供してもよい。より具体的には、凹部２３１６内の固定材料２２４４の硬化された部分は、少なくとも長手方向（すなわち、内部ハウジング部２３０４の第１の端部２３０６から第２の端部２３０８まで）の硬化された固定材料２２４４の実質的な移動を防ぐこととなる。さらに、通過経路２３１０の内部表面２３１８は、固定材料２２４４と内部ハウジング部２３０４との間の相互作用を改善するように構成されてもよい。例えば、１つの実施形態において、内部表面２３１８は、固定材料２２４４と内部表面２３１８との間の改善された相互作用を提供するようなどのような既知の手段（例えば、しかし限定されないが、酸化など）によって粗面化されてもよい。

図２４Ａ、２４Ｂは、図２０の煤センサアセンブリ２０００の内部ハウジング部２４０４の他の実施形態のそれぞれ斜視図及び部分図である。一般に、内部ハウジング部２４０４は第１の端部２４０６及び第２の端部２４０８並びに第１の端部２４０６から第２の端部２４０８へ延設する長手方向に配置された通過経路２４１０を含む。第２の端部２４０８は、センサティップ１８１２のフランジ部１８２０に嵌合結合するように構成されたフランジ部２４１２を画定する。内部ハウジング部２４０４は、内部ハウジング部２４０４の半径に沿って画定された凹部２４１４をさらに含む。図２４Ｂに示されるように、凹部２３１４は一般的に内部表面２４１８から通過経路２４１０の中央に向かって延設する一般的に相補的な輪状の尾根部２４１６となる。

固定材料２２４４が通過経路２４１０の内部に充填されるとき、固定材料２２４４は、通過経路２４１０の内部の尾根部２４１６の周囲に結合し、充填してもよい。固定材料２２４４が硬化されると、尾根部２４１６は硬化された固定材料２２４４が動くことを防ぎ、それによって通過経路２４１０内で硬化した固定材料２２４４を固定する。図２３Ａ、２３Ｂの実施形態と同様に、通過経路２４１０の内部表面２４１８は、固定材料２２４４と内部ハウジング部２４０４との間の相互作用を改善するように構成されてもよい。例えば、１つの実施形態において、内部表面２４１８は固定材料２２４４と内部表面２４１８との間の改善された相互作用を提供するように様々な既知の手段（例えば、しかしそれに限定はされないが、酸化など）によって粗面化されてもよい。

図２５は図１３の煤センサに結合された回路の概略図である。図２５の回路は、煤センサ１３００の煤の集積を促進しようとするときに漏洩電流効果を無効化する手段を提供する。図示されるように、第１及び第２のセンサ／加熱素子（例えばセンサ／加熱素子１及びセンサ／加熱素子２）は、回路２５００に結合して第１及び第２のセンサ／加熱素子の導電性材料を通る電流を提供するように構成されてもよく、電流は、例えば３８Ｖの入力電流を供給するように構成された電力供給によって提供されてもよい。図示された実施形態において、回路２５００は、第１のトランジスタＱｓ１、第２のトランジスタＱｓ２、第３のトランジスタＱｓ３及び第４のトランジスタＱｓ４を含んでもよい。トランジスタＱｓ１からＱｓ４は、どのような種類のスイッチングデバイスを含んでもよい。図示された実施形態において、トランジスタＱｓ１からＱｓ４はＭＯＳＦＥＴを含んでもよい。トランジスタＱｓ１からＱｓ４は、電力供給から第１及び／または第２の加熱素子への電流の印加を制御するように構成されてもよい。

図示されるように、Ｑｈはオフであり、第３のトランジスタＱｓ３がオフであり、これによって抵抗Ｒｓ９を介してゲートと同じ電位（０Ｖ）をソースに提供する。２．５Ｖの電圧が第１及び第２のトランジスタＱｓ１、Ｑｓ２に印加され、それによって第１及び第２のトランジスタＱｓ１、Ｑｓ２の両方がオフになる。第１のトランジスタＱｓ１がオフのとき、５Ｖの電圧がプルアップ抵抗Ｒｓ７を介して第２のトランジスタＱｓ２のドレインに印加されることとなる。２．５Ｖの電位がそれによって第３のトランジスタＱｓ３のドレイン及び第２のトランジスタＱｓ２のソースに、抵抗Ｒ５ｒを介して提供される。説明されたように構成された回路において、第２のトランジスタＱｓ２はドレインに５Ｖの電位を有し、ソースに２．５Ｖの電位を有し、それによって２．５Ｖのドレイン−ソース間電圧降下となる。さらに、第２のトランジスタＱｓ２のソースに２．５Ｖ、ゲートに２．５Ｖのとき、第２のトランジスタＱｓ２はゲートとソースとの間の電位差が０Ｖとなる。第３のトランジスタＱｓ３はドレインにおいて２．５Ｖの電位を有し、ソースは接地され、ソースにおいて０Ｖの電位であり、その結果ドレイン−ソース間の電圧降下は２．５Ｖとなり、第２のトランジスタＱｓ２のそれと整合する。第２のトランジスタＱｓ２のゲート及びソースが第３のトランジスタＱｓ３のそれと同一の電位であるので、結果的に生じる第３のトランジスタＱｓ３のゲートとソースとの間の電位差は０Ｖであり、再び第２のトランジスタＱｓ２のそれと整合する。第２及び第３のトランジスタＱｓ２、Ｑｓ３の両方が等しくバイアスされているので、煤の測定を漏洩電流効果が相殺された状態で行うことができる。

図２６は、図１３の煤センサに結合された交流（ＡＣ）結合された信号処理システムのブロック図である。ＡＣ結合された信号処理システム２６００は、図１３に示されるような、入力ＡＣ供給電圧Ｖａｃを受容するように構成され、煤センサ１３００を通して流れる信号電流を受容するように構成された増幅器２６０２に結合された煤センサ１３００を含んでもよく、第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８の間の抵抗（Ｒｓｏｏｔ）を含む。システム２６００は、増幅器２６０２に結合されたベースライン再生回路２６０４をさらに含んでもよい。ベースライン再生回路２６０４は増幅器２６０２からの信号を同期的に接地するように構成されてもよい。ピーク検出器２６０６は、ベースライン再生回路２６０４に結合され、ベースライン再生回路２６０４からの信号を受容するように構成されてもよい。さらに、単一増幅オペアンプのようなバッファ２６０８（図２０に示される）が、ピーク検出器２６０６に結合され、ピーク検出器２６０６からの信号を受容するように構成されてもよい。システム２６００は、バッファ２６０８に結合され、バッファ２６０８からの信号を受容するように構成されたローパスフィルタ２６１０をさらに含んでもよく、ローパスフィルタ２６１０は受信されたものからスイッチング過渡信号を除去するように構成されてもよい。接地及び入力電力供給の両方に対して５００ＭΩの動的抵抗の仮定で、ＡＣ等価回路は接地に対して２つの５００ＭΩの抵抗として示される。さらに、付随的に、２つの５００ＭΩの抵抗は接地とオペアンプ２６０２の反転入力との間に結合され、そのようにして、ＡＣ信号（電流）にはほとんど影響を及ぼさないことがありうる。

図２７は、図２６の信号処理システムの回路の概略図である。煤センサ１３００の回路のトランジスタに発生しうるＤＣ漏洩電流の効果を低減するために、ＡＣ結合された手法が実装されることができる。トランジスタのＤＣ漏洩の動的抵抗がＤＣ抵抗よりもずっと大きいものでありうるという事実のために、ＡＣ電圧分割器がこの効果に有利である。理想的な一定電流源の動的抵抗は∞Ωである。トランジスタの漏洩の動的抵抗はδｖ／δｉである。一例において、動的抵抗はおよそ５００ＭΩでありうる。この値は、漏洩及び動作点の変化に対してより安定でありうる。

ＡＣ結合された信号処理システムの利用によって、トランジスタのＤＣ漏洩を抵抗測定値Ｒｓｏｏｔから効果的に取り除くことができる。システム２６００は漏洩電流のソースの非常に高い動的抵抗という利点を有しうる。例えば、システム２６００は、方形波励起及びその結果としてキャパシタを介したＡＣ信号を結合することができるという利点を有し、それによって望ましいＡＣ信号を減衰されることなく回路を通過させることができる（適切な大きさのキャパシタを用いて）。望ましくないＤＣ電圧（トランジスタの漏洩電流のため）及び／または熱効果によるゆっくりと変化する電圧が除去されうる。

図２７を参照すると、煤センサ１３００は、システム及び／またはセンサに含まれるどのよなソフトウェア及び／またはファームウェア及び／またはハードウェアも考慮に入れた応用に依存して、様々な波形（方形、鋸歯、サイン波など）を有する様々な信号周波数を受容するように構成されてもよい。図示された実施形態において、煤センサ１３００は、５０Ｈｚの周波数を有する方形波を有する信号を受容するように構成されてもよい。最適な周波数はＥＭＣに対する堅牢性を追加する助けとなり、ハードウェアと同様にソフトウェアおよびファームウェアとより良好に集積されることができ、信号ノイズ比の効果も有し、おそらくは製品寿命に渡って安定性を追加しうることに注意すべきである。

さらに、波は０ボルトの周囲でバランスされてもよく、波は接地に対して周期的に等しく正及び負となりうる。さらに、接地から３０Ｖｄｃのようなある所定の電圧レベルまで周期的に変化するバランスされていない波形となる標準波形が用いられてもよい。バランスされていない場合は、ＰｔのマイグレーションのためにＰｔ電極の寿命を低下させうる。しかしながら、コストが考慮される限りにおいて、バランスされていない方が、より安価に実装されうる。

ＡＣ結合された信号処理システム２６００は、煤センサ回路のトランジスタからＤＣ漏洩を効果的に除去するように構成されてもよい。動作中は、ベース再生回路２６０４は、方形波の低電圧側の間に信号を同期的に接地するように構成されてもよく、それによって１．０μＦキャパシタの出力側に０Ｖベースの方形波を発生させる。さらに、直列接続されたＭＯＳＦＥＴが１．０ｎＦキャパシタへこの方形波のピーク値を同期的に通過させる。このキャパシタは次の周期までこのピーク値を保持する。この電圧は単一増幅オペアンプ２６０８によってバッファされ、次いで出力はローパスフィルタ２６１０によって低周波側をフィルターされてスイッチング過渡信号を除去する。電流の漏洩がないような一例において、Ｒｓｏｏｔが１００Ｍである場合、Ｖｏｕｔは５ｖ＊５．０μＡ／（３．０μＡ＋１００Ｍ）＝０．２４Ｖである。同様に、Ｒｓｏｏｔが５Ｍである場合、Ｖｏｕｔは５ｖ＊５．０μＡ／（５．０μＡ＋５．０Ｍ）＝２．５Ｖである。

図２８は、本開示に合致する例示的な煤センサに関連する、抵抗に対する出力電圧のプロットである。以下の表（直下に示される）は、煤測定周期の間の２つの加熱素子間の抵抗Ｒｓｏｏｔの測定値並びに２５℃及び１０５℃における対応する出力電圧Ｖｏｕｔを含む。

図示された実施形態において、ＡＣ結合信号処理システム２６００の回路の設計のために、出力電圧Ｖｏｕｔは１／Ｒｓｏｏｔに比例する。このデータは、高度な温度安定性を示している。１／Ｒｓｏｏｔ法は、Ｒｓｏｏｔのより低い値において高い解像度を与え、望ましいものである。

図２９は、本開示に合致する例示的な煤センサに関連する時間に対する出力電圧のプロットを含む。抵抗Ｒｓｏｏｔを測定するのに用いられる電圧（ピーク対ピーク）信号は、センサの応答時間に影響を与える可能性がある。電圧が増大すると、応答時間が減少する。ＡＣ結合信号処理システムの回路は５Ｖｄｃ供給で動作するように構成されうるので、チャージポンプまたはその他の手段が実装されてもよく、それによってセンサの励起電圧を増大させる。このことによって５Ｖｄｃ供給から必要な電流が増大することとなりうる。

図３０Ａ、３０Ｂは、本開示に合致する例示的な煤センサに関連する回路の概略図である。図３０Ａはプルアップ抵抗の構成を示しており、図３０Ｂはプルダウン抵抗の構成を示している。

図３１は図３０Ａ、３０Ｂのプルアップ及びプルダウン抵抗構成に関連する時間に対する抵抗のプロットを含む。図３１は、１０Ｖおよび５Ｖを含む、２つの分離した励起電圧でのプルアップ及びプルダウン抵抗構成の抵抗値を示している。図示された実施形態において、プルダウン抵抗構成は、より平滑な出力信号を有するわずかに改善されたセンサ応答を発生させる。

図３２は、２００℃の温度を有する排気ガスにさらされる本開示に合致する例示的な煤センサに関連する空気流量率に対する供給電力のプロットである。本明細書で説明される煤センサの実施形態は０℃から６５０℃の温度範囲、短期的には９５０℃で動作するように構成されてもよい。例えば、本開示に合致する煤センサは、１５０℃から６５０℃の範囲の排気ガス温度で動作するように構成されてもよい。センサがその再生温度を得るのに必要な電力は、排気温度及び流速とともに変化する。電力はこれらの異なる条件に関して予測可能であり再現可能である。図示された実施形態において、ｘ軸は異なる排気速度を示しており、ｙ軸はセンサが再生温度に到達するのに必要な電力を示している。電力は、第１及び第２の加熱素子を通過する電流と共に第１及び第２の加熱素子に渡る電圧を測定することによって計算される。電圧及び電流を知ることによって、加熱素子の抵抗を計算することも可能となる。加熱素子の温度に対する抵抗の曲線も知られている。再生温度における加熱素子の抵抗をモニターすることにより、加熱素子の抵抗が変化したまたは許容可能なウィンドウ外に偏移したか否かを決定することができる。

煤センサが排気ガス流にさらされると、排気ガス内に存在するある物質はセンサ再生間に加熱素子によって完全に焼却されない可能性がある。これらの材料は例えば灰及び／または酸化鉄を含みうる。これらの物質は時間に渡ってセンサの表面上に蓄積し、センサの応答曲線の遷移を発生させうる（応答曲線とは：センサ表面上に存在する煤のｍｇに対するセンサ抵抗の変化である）。時間に対するこれらの物質の効果を軽減するような仕組が実装されうる。例えば、露点に達した後、センサは再生サイクルを通して取られることができ、センサは煤がない状態の現在の抵抗値を保存してもよい。この抵抗が以前に見られたものと異なる場合には、オフセットが用いられて期待されるセンサ反応曲線に補正することができる。

１つの態様において、本開示は煤センサ上の煤濃度を予測する方法を有してもよい。この方法はセンサ再生の間の時間を測定し、その時間フレームにおける平均の煤濃度を決定することを含むものであってよい。再生の間の時間は、典型的な煤濃度水準で数分から２０分以上よりも短いものであることができる。しかしながら、非常に低い煤の濃度水準では、再生周期の間の時間はずっと長くすることができる。この方法の主な欠点は、特に低い煤の濃度水準では遅くなるかなり長い時間間隔に渡る平均煤濃度水準を提供するのみであるということである。

他の態様において、本開示は煤センサ上の煤の濃度を予測する方法を有する。この方法は上述した前述の方法よりも煤の濃度の決定においてより速くなりうる。センサの実際の反応（時間に対するセンサ抵抗の変化）は時間のより小さな分割、「リアルタイム」でセンサ上に存在する煤の質量を計算するのに用いられる。この方法は時間に対する抵抗値の変化または時間に対する電圧の変化を測定値として用いる。

図３３Ａから３３Ｄは、本開示に合致する例示的な煤センサに関連する時間に対する供給電圧のプロットである。図３３Ａから３３Ｄに示された曲線は、１５ｍ／ｓの排気ガス流及び２７０℃の排気温度で示されている。ｘ軸は時間を分で表しており、ｙ軸は供給電圧のパーセンテージである。曲線のそれぞれで用いられる煤センサは、低電圧側でプルダウン抵抗（図３０Ｂに示されている）に結合されている。電圧測定値（出力信号）は、プルダウン抵抗上で測定される。図３３Ａから３３Ｄに最も明確にみられるように、煤濃度が増加すると、センサの勾配も増加する。水平の青い線はセンサが再生される供給電圧のパーセンテージを示している。示された青い線は、センサの応答がセンサ応答勾配の線形領域でまず測定可能となるように選択される。センサ再生間の時間間隔を、静的な状態で１０％などのようにさらに短縮することが可能である。煤濃度が大きく変化する（センサの曲線の勾配変化によって知られる）場合、他のパーセンテージを使用することが可能である。このことによって、センサ上の煤をより少なくすることとなり、再生がより迅速に行われることを可能とする。

図３４は、本開示に合致する例示的な煤センサに関連する時間に対する抵抗のプロットである。煤センサは約１０．４ｍｇ／ｍ^３の既知の煤濃度、約１５．５ｍ／ｓの流量率及び約２７３℃の温度を有する排気ガスにさらされた。煤センサの抵抗は、全サイクルを通して測定された（例えば煤センサの全再生に渡って煤の蓄積を感知する）。矢印Ａによって示されるように、センサの抵抗値は煤の蓄積とともに低下を始める。矢印Ｂに示されるように、所定の閾抵抗値に到達すると、センサは煤感知モードから再生モードへ切り替わる。煤が煤センサから除去されると、抵抗値は増加しはじめる。矢印Ｃで示されるように、再生モードが終了した。

図３５は、図３４のプロットと対応する時間に対する煤の蓄積のプロットである。一般に、図３５は図３４の時間に対する抵抗値の測定の線形近似である。図示されるように、煤は抵抗値が低下し始めるのとほぼ同時に蓄積し始める（図３４に示されている）。同様に、煤が蓄積し、矢印Ｂで示されるように所定の閾値に到達した瞬間に、再生モードが始まり、煤の蓄積レベルが低下し始める（図３４の抵抗の増加に一致する）。時間に対する抵抗値の時間に対する煤の蓄積のプロットへの線形近似は、センサＶｏｕｔ＝９２０６／√Ｒの公式を用いて決定されたものであり、センサＶｏｕｔはセンサの出力電圧であり、Ｒは抵抗値である。これは例示的な公式であり、図３４のプロットの線形近似に関して他の数式が用いられてもよいことに注意すべきである。

図３６は、本開示に合致する例示的な煤センサに関連する時間に対するセンサ応答のプロットである。煤センサは、約２７．５ｍ／ｓの流量率及び約２７５℃の温度を有する排気ガスにさらされたものである。

本開示に合致する煤センサは、多くの利点を提供する。図１３の煤センサ１３００の第１及び第２のセンサ／加熱素子１３０８、１３１８の単一層設計は、例えば、数多くの特有かつ有利な特徴を提供する。例えば、煤センサの再生効率は素子が煤の蓄積の感知及び基板表面の再生（すなわち浄化）のための加熱の両方が可能でありうるという事実によって改善される。そのようにして、素子は両方の役割を果たすものであってよく、基板の第２の対向する表面（例えば背面）のような離れた表面を加熱する必要はない。さらに、高流量条件での再生が改善される。基板の第２の表面（例えば背面）は、システムに価値及び多用途性をさらに追加し、コストを低減しうる他のセンサ（例えば、高精度排気ガス温度センサなど）のような追加的な構成要素を利用可能としうるものである。

単一層設計はまた、白金を含むがそれに限定されない材料を、いくつかの現在既知の抵抗性ＰＭセンサと比較して、より少ない量で使用する。貴金属の価格は比較的高く、限られた供給のために上昇しつづけうる。

本開示に合致する煤センサ回路はまたキー上で及び再生モードで動作しない冷却時始動の間に、即時のセンサ診断自己チェックを提供する。回路は比較的単純かつ信頼性があり、診断チェックは低電流ループを用いて実施されうる。

本開示の１つの実施形態に合致して、煤センサが提供される。煤センサは、第１の表面及び第１の表面に対向する第２の表面を画定する基板を含む。煤センサはさらに基板の第１の表面上に配置された導電性材料の少なくとも１つの連続的なループを有する第１の素子をさらに含む。少なくとも１つの素子は基板の少なくとも第１の表面上の煤の蓄積を感知する第１のモードで動作し、基板の少なくとも第１の表面上に蓄積された煤を除去する第２のモードで動作するように構成される。

本開示の他の実施形態に合致して、煤センサシステムが提供される。煤センサシステムは煤センサを含む。煤センサは第１の表面及び第１の表面に対向する第２の表面を画定する基板を含む。煤センサは、基板の第１の表面上に配置された導電性材料の少なくとも１つのループを有する第１の素子をさらに含む。少なくとも１つの素子は基板の少なくとも第１の表面上の煤の蓄積を感知する第１のモードで動作し、基板の少なくとも第１の表面上に蓄積された煤を除去する第２のモードで動作するように構成される。

煤センサシステムは、第１の素子に電気的に結合された回路をさらに含む。回路は第１の素子への電流を提供し、基板の第１の表面及び第１の素子上に蓄積された煤の量を決定し、基板の第１の表面及び第１の素子上に蓄積された煤に応じて第１の素子の加熱を制御するように構成される。

本開示のさらに他の実施形態に合致して、煤センサ上に蓄積された煤の量を測定する方法が提供される。この方法は煤センサの提供を含む。煤センサは、第１の表面及び第１の表面に対向する第２の表面を画定する基板を含む。煤センサは、基板の第１の表面上に配置された導電性材料の少なくとも１つの連続的なループを有する第１の素子をさらに含む。少なくとも１つの素子は基板の少なくとも第１の表面上の煤の蓄積を感知する第１のモードで動作し、基板の少なくとも第１の表面上に蓄積された煤を除去する第２のモードで動作するように構成される。

この方法はさらに第１の素子を通る感知電流のモニタリングを含み、電流は第１の素子に蓄積された煤の量を表す。この方法はさらに、煤電流が所定の閾値に到達した場合にモニタリングステップに応じて第１の素子を通る加熱電流を提供することを含み、それによって第１の素子上に蓄積された煤の少なくとも一部を除去する。

本発明のいくつかの実施形態が本明細書において説明され、例示されたが、当業者であれば本明細書に説明された機能を実施する及び／または結果及び／または１つ以上の利点を得るための様々なその他の手段及び／または構造を容易に考えるであろう。そのような変形及び／または改良のそれぞれは本発明の範囲にあるものと考えられる。より一般的には、当業者であれば、本明細書に説明された全てのパラメータ、大きさ、材料および構成が例示的なものであり、実際のパラメータ、大きさ、材料及び／または構成が本発明の教示が用いられる特定の１つまたは複数の用途に依存することを容易に理解するであろう。当業者であれば、単にルーチンの実験を用いて、本明細書に説明された発明の特定の実施形態の多くの等価物を理解し、または解明することができるであろう。従って、前述の実施形態は単に例によって提示されたものであり、添付された特許請求の範囲及びその等価物の範囲内で、発明は具体的に説明され主張された以外に実行されてもよいことは理解されるであろう。本発明は本明細書に説明された個別の特徴、システム、記載、材料、キット及び／または方法のそれぞれに指向される。さらに、２つ以上のそのような特徴、システム、記載、材料、キット及び／または方法のどのような組み合わせも、そのような特徴、システム、記載、材料、キット及び／または方法が相互に矛盾していない限り、本発明の範囲に含まれる。

本明細書で定義され用いられるように、全ての記述は辞書通りの記述、参照によって組み込まれた文献における記述及び／または記述される用語の通常の意味で理解されるべきである。

本明細書及び特許請求の範囲に用いられるような限定されない記載である「１つの」は反対に明確に示されていない限り、「少なくとも１つの」を意味するとして理解されるべきである。

本明細書及び特許請求の範囲に用いられるような用語「及び／または」は、要素の「いずれかまたは両方」を意味する、すなわち、結合された、いくつかの場合では結合されて表されその他の場合では結合していないとして表された要素であるとして理解されるべきである。その他の要素は反対に明確に示されていない限り、具体的に特定された要素に関連するまたは関連しないかに関わらず、「及び／または」の節によって具体的に特定される要素以外に任意に存在するものであってよい。

１００センサ
１０２基板
１０４第１の表面
１０６第２の表面
１０８感知エレメント
１１０第１電極
１１２第２の電極
１１４指の第１の組
１１６指の第２の組
１１８加熱素子
４００煤センサ
４０２基板
４０４第１の表面
４０６第２の表面
４０８センサ素子
４１０ループ
４１１折り返し部
４１２起伏部
４１３センサの側部
４１４第１の電気的コンタクト
４１５折り返し部
４１６第２の電気的コンタクト
４１７センサの側部
４１８加熱素子
４２０ループ
４２２起伏部
４２４第１の電気的コンタクト
４２６第２の電気的コンタクト
４２８煤粒子
５３２保護層
５３４チャネル
６３６端部
７００煤センサ
７０２基板
７０４第１の表面
７０８センサ素子
７１０ループ
７１２起伏部の第１の組
７１４第１の電気的コンタクト
７１６第２の電気的コンタクト
７１８加熱素子
７２０ループ
７２２起伏部の第２の組
７２４第１の電気的コンタクト
７２６第２の電気的コンタクト
８１０ループ
８１２起伏部の第１の組
８２０ループ
８２２起伏部の第２の組
８２８起伏部の第１のサブセット
８３０起伏部の第２のサブセット
８３２間隙
８３４起伏部の第１のサブセット
８３６起伏部の第２のサブセット
８４０間隙
８４２間隙
９００ティップ
９０２実態部
９０４外部表面
９０８近位端
９１０遠位端
１００４内部表面
１００６内部表面
１０１４煤センサ
１０１６経路
１０１８第１の表面
１１００煤センサシステム
１１０２回路
１１０４測定回路
１１０６コントローラ
１２４４パッド部
１２４６パシベーション層
１３００煤センサ
１３０２基板
１３０４第１の表面
１３０８第１のセンサ／加熱素子
１３１０ループ
１３１２起伏部の第１の組
１３１４第１の電気的コンタクト
１３１６第２の電気的コンタクト
１３１８第２のセンサ／加熱素子
１３２０ループ
１３２２起伏部の第２の組
１３２８起伏部の第１のサブセット
１３３０起伏部の第２のサブセット
１３３２間隙
１８００煤センサアセンブリ
１８０２ハウジング
１８０４第１の端部
１８０６第２の端部
１８０８リング
１８１０スラグインサート
１８１２センサティップ
１８１４ボディ
１８１６近位端
１８１９Ａ外部表面
１８１９Ｂ内部表面
１８２０フランジ部
１８２２フランジ部
１９２４ボディ
１９２６周縁部
１９２８内部表面
１９３０ボディ
１９３２近位端
１９３４遠位端
１９４０第２の表面
１９４４リード
１９４６相互接続ワイヤ
１９４８チャネル
１９５０経路
２０００煤センサアセンブリ
２００２絶縁部
２００４内部ハウジング部
２００６第１の端部
２００８第２の端部
２０１０通過経路
２０１２フランジ部
２０１４第１のスペーサ部
２０１６第２のスペーサ部
２０１８端子
２０２０応力緩和ナゲット
２０２２溝
２０２４グロメット
２０２６外部ハウジング部
２０２８第１の端部
２０３０第２の端部
２０３２通過経路
２０３４フランジ部
２１３６ワイヤーハーネスアセンブリ
２１３８波形部
２２４０リードワイヤ
２２４４固定材料
２３０４内部ハウジング部
２３０６第１の端部
２３０８第２の端部
２３１０通過経路
２３１２フランジ部
２３１４拡張部
２３１６凹部
２３１８内部表面
２４０４内部ハウジング部
２４０６第１の端部
２４０８第２の端部
２４１０通過経路
２４１２フランジ部
２４１４凹部
２４１６尾根部
２４１８内部表面
２５００回路
２６００信号処理システム
２６０２増幅器
２６０４ベースライン再生回路
２６０６ピーク検出器
２６０８バッファ
２６１０ローパスフィルタ

Claims

第１の表面及び前記第１の表面に対向する第２の表面を画定する基板と、
前記基板の前記第１の表面上に配置された導電性材料の少なくとも１つの連続的なループをそれぞれ有する第１の素子及び第２の素子であって、前記第１及び第２の素子がそれぞれ、前記基板の少なくとも前記第１の表面上の煤の蓄積を感知する第１のモードで動作し、前記基板の少なくとも第１の表面上に蓄積された煤を除去する第２のモードで動作するように構成される第１の素子及び第２の素子と、
前記第１の素子と前記第２の素子とを直列または並列に選択的に接続するように構成されたスイッチと、を含む煤センサであって、
前記スイッチが前記第１及び第２の素子を直列に接続する場合、感知電流が前記第１及び第２の素子に印加されると前記煤センサが前記第１のモードで動作するように構成され、加熱電流が前記第１及び第２の素子に印加されると前記煤センサが前記第２のモードで動作するように構成され、
前記スイッチが前記第１及び第２の素子を並列に接続する場合、前記感知電流が前記第１または第２の素子の少なくとも１つに印加されると前記煤センサが前記第１のモードで動作するように構成され、加熱電流が前記第１または第２の素子の少なくとも１つに印加されると前記煤センサが前記第２のモードで動作するように構成された、煤センサ。
前記第１の素子が、複数の起伏部の第１のセット及び前記複数の起伏部のそれぞれの間に画定される複数の間隙を含む蛇行構成で提供される、請求項１に記載の煤センサ。
前記基板の前記第１の表面上に形成され、前記第１の素子の少なくとも一部を覆う保護層をさらに含み、前記保護層が、排気ガス流から前記第１の素子の少なくとも一部を絶縁するように構成された、請求項１に記載の煤センサ。
前記保護層が、前記第１の素子の前記複数の間隙に対応し、前記複数の間隙に位置合わせされた複数のチャネルを画定し、前記第１の素子の前記導電性材料の一部が排気ガス流及び排気ガス流からの煤粒子にさらされる、請求項３に記載の煤センサ。
前記第２の素子が、前記第１の素子の前記複数の起伏部の前記第１のセットと編み込まれた複数の起伏部の第２のセットを含む蛇行構成に提供され、前記第２の素子が、その両端に第１及び第２の電気的コンタクトを含み、
前記第２の素子の前記複数の起伏部に対向する前記第１の素子の前記複数の起伏部の側部が、起伏部の第１のサブセットを含み、
前記第１の素子の前記複数の起伏部に対向する前記第２の素子の前記複数の起伏部の側部が、起伏部の前記第１のサブセットに編み込まれるように配置された起伏部の第２のサブセットを含む、請求項２に記載の煤センサ。
前記基板を少なくとも部分的に閉じ込めるように構成されたティップをさらに含み、前記ティップが外部表面及び内部表面を有するボディを含み、前記ボディが、前記ボディの前記外部表面から前記ボディの前記内部表面までの経路を画定する、角度をつけて配置された少なくとも１つのチャネルを画定し、前記経路が排気ガス流を前記基板に導くように構成された、請求項１に記載の煤センサ。
第１の表面及び前記第１の表面に対向する第２の表面を画定する基板と、
前記基板の前記第１の表面上に配置された導電性材料の少なくとも１つの連続的なループを有する第１の素子であって、前記少なくとも１つの素子が、前記基板の少なくとも前記第１の表面上の煤の蓄積を感知する第１のモードで動作し、前記基板の少なくとも前記第１の表面上に蓄積された煤を除去する第２のモードで動作するように構成された第１の素子と、
前記基板の前記第１の表面上に配置された導電性材料の少なくとも１つの連続的なループを有する第２の素子であって、前記第２の素子が、前記基板の少なくとも前記第１の表面上の煤の蓄積を感知する第１のモードで動作し、前記基板の少なくとも前記第１の表面上に蓄積された煤を除去する第２のモードで動作するように構成された第２の素子と、
を含む煤センサと、
前記第１及び第２の素子に電気的に結合された回路であって、
前記回路が、前記第１の素子及び前記第２の素子を直列または並列のいずれかに接続することを選択するように構成され、
前記第１の素子及び前記第２の素子が並列に接続される場合、
前記回路がさらに、感知電流を前記第１または第２の素子の少なくとも１つに印加して、前記基板の前記第１の表面上に蓄積した煤を検出するように構成され、
前記回路がさらに、加熱電流を前記第１または第２の素子の少なくとも１つに印加して、前記基板の前記第１の表面上に蓄積された前記煤に応じて前記第１の素子の加熱を制御するように構成され、
前記第１の素子及び前記第２の素子が直列に接続される場合、
前記回路がさらに、前記感知電流を前記第１及び第２の素子に印加して、前記基板の前記第１の表面に蓄積された煤を検出するように構成され、
前記回路がさらに、前記加熱電流を前記第１及び第２の素子に印加して、前記基板の前記第１の表面に蓄積された前記煤に応じて前記第１の素子の加熱を制御するように構成された回路と、を含む煤センサシステム。
前記第１の素子が、複数の起伏部の第１のセット及び前記複数の起伏部のそれぞれの間に画定された複数の間隙を含む蛇行構成に提供される、請求項７に記載のシステム。
前記基板の前記第１の表面上に形成され、前記第１の素子の少なくとも一部を覆う保護層をさらに備え、前記保護層が、排気ガス流から前記第１の素子の少なくとも一部を絶縁するように構成された、請求項７に記載のシステム。
前記第２の素子が、前記第１の素子の前記複数の起伏部の前記第１のセットと編み込まれた複数の起伏部の第２のセットを含む蛇行構成に提供され、前記第２の素子がその両端に第１及び第２の電気的コンタクトを含み、
前記第２の素子の前記複数の起伏部に対向する前記第１の素子の前記複数の起伏部の側部が起伏部の第１のサブセットを含み、
前記第１の素子の前記複数の起伏部に対向する前記第２の素子の前記複数の起伏部の側部が前記起伏部の第１のサブセットに編み込まれるように配置された起伏部の第２のサブセットを含む、請求項８に記載のシステム。
前記煤センサを少なくとも部分的に閉じ込めるように構成されたティップをさらに含み、前記ティップが、外部表面及び内部表面を有するボディを含み、前記ボディが前記ボディの前記外部表面から前記ボディの前記内部表面への経路を画定する、角度をつけて配置された少なくとも１つのチャネルを画定し、前記経路が排気ガス流を前記煤センサに導くように構成された、請求項７に記載のシステム。
前記回路が、前記第１の素子上に蓄積された前記煤が所定の閾レベルに到達したときに前記第２のモードで動作するように前記第１の素子を活性化するように構成され、前記第１の素子が、前記第１の素子及び前記基板の前記第１の表面上に蓄積された前記煤の少なくとも一部を除去する温度まで加熱するように構成された、請求項７に記載のシステム。
煤センサを作動させる方法であって、前記煤センサが、
第１の表面及び前記第１の表面に対向する第２の表面を画定する基板と、
前記基板の前記第１の表面上に配置された導電性材料の少なくとも１つの連続的なループを有する第１の素子と、
前記基板の前記第１の表面上に配置された導電性材料の少なくとも１つの連続的なループを有する第２の素子と、を含み、
前記方法が、前記第１の素子及び前記第２の素子を並列に接続する段階を含み、
前記並列に接続する段階において、前記第１の素子及び前記第２の素子が並列に接続される場合、前記方法がさらに、
感知電流を前記第１または第２の素子の少なくとも１つに印加する段階であって、前記感知電流が前記基板の前記第１の表面上に蓄積された煤の量を表す、感知電流を印加する段階と、
所定の閾値に到達した前記感知電流に応じて前記第１または第２の素子の少なくとも１つに加熱電流を印加し、それによって前記煤センサ上に蓄積された前記煤の少なくとも一部を除去する段階と、を含み、
前記方法が、前記第１の素子及び前記第２の素子を直列に接続する段階を含み、
前記直列に接続する段階において、前記第１の素子及び前記第２の素子が直列に接続される場合、前記方法がさらに、
前記感知電流を前記第１または第２の素子に印加する段階と、
前記所定の閾値に到達した前記感知電流に応じて前記第１または第２の素子に加熱電流を印加する段階と、を含む、煤センサを作動させる方法。
前記第１の素子の導電性材料の前記少なくとも１つの連続的なループ及び前記第２の素子の導電性材料の前記少なくとも１つの連続的なループがそれぞれ、その両端に配置された第１及び第２のコンタクトを含み、前記第１及び第２の素子の前記第１のコンタクトが、互いにすぐ隣に隣接して配置され、前記第１及び第２の素子の前記第２のコンタクトが、互いにすぐ隣に隣接して配置された、請求項１に記載の煤センサ。
前記基板が前記基板の縁の少なくとも一部にそって配置されたパッド部を含み、前記第２の素子の前記第１のコンタクトが、前記第１の素子の前記第１のコンタクト及び前記第２の素子の前記第２のコンタクトのすぐ隣に隣接して配置され、前記第２の素子の前記第２のコンタクトが、前記第２の素子の前記第１のコンタクト及び前記第１の素子の前記第２のコンタクトのすぐ隣に隣接して配置された、請求項１４に記載の煤センサ。
前記パッド部並びに前記第１及び第２の素子の前記第１及び第２のコンタクトの上のみに配置されたパシベーション層をさらに含む、請求項１５に記載の煤センサ。
前記第１の素子の導電性材料の前記少なくとも１つの連続的なループ及び前記第２の素子の導電性材料の前記少なくとも１つの連続的なループがそれぞれ、その両端に配置された第１及び第２のコンタクトを含み、前記第１及び第２の素子の前記第１のコンタクトが、互いにすぐ隣に隣接して配置され、前記第１及び第２の素子の前記第２のコンタクトが、互いにすぐ隣に隣接して配置された、請求項７に記載のシステム。
前記基板が前記基板の縁の少なくとも一部にそって配置されたパッド部を含み、前記第２の素子の前記第１のコンタクトが、前記第１の素子の前記第１のコンタクト及び前記第２の素子の前記第２のコンタクトのすぐ隣に隣接して配置され、前記第２の素子の前記第２のコンタクトが前記第２の素子の前記第１のコンタクト及び前記第１の素子の前記第２のコンタクトのすぐ隣に隣接して配置された、請求項１７に記載のシステム。
前記パッド部並びに前記第１及び第２の素子の前記第１及び第２のコンタクトの上のみに配置されたパシベーション層をさらに含む、請求項１８に記載のシステム。
前記回路がさらに、前記第１または第２の素子の少なくとも１つに印加された診断感知電流に基づいて、前記第１または第２の素子の少なくとも１つの開回路を検出するように構成された、請求項７に記載のシステム。
前記第１または第２の素子に印加された診断感知電流に基づいて、前記第１または第２の素子の少なくとも１つの開回路を検出する段階をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
前記第１の素子の導電性材料の前記少なくとも１つの連続的なループ及び前記第２の素子の導電性材料の前記少なくとも１つの連続的なループがそれぞれ、その両端に配置された第１及び第２のコンタクトを含み、前記第１及び第２の素子の前記第１のコンタクトが互いにすぐ隣に隣接して配置され、前記第１及び第２の素子の前記第２のコンタクトが互いにすぐ隣に隣接して配置された、請求項１３に記載の方法。