KR101558373B1 - 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따라서 배기가스가 지나는 배기라인에 배치되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛은 베이스기판, 상기 베이스기판의 외측면에 형성되고, 근처를 지나는 입자상물질을 감지하는 전극부, 및 상기 베이스기판의 내부에 형성되어 발열을 통해서 상기 전극부에 부착된 입자상물질을 태워 제거하는 히터전극을 포함할 수 있다. 상기 히터전극을 커버하는 절연층을 더 포함할 수 있다. 상기 베이스기판은 일측에 배치되는 상부기판, 및 상기 상부기판에 접합되는 하부기판을 포함하고, 상기 절연층은 상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 개재될 수 있다.

Description

입자상 물질을 센싱하는 센서유닛{SENSOR UNIT THAT SENSES PARTICULATE MATTERS}
본 발명은 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상물질이 근처를 지날 때 발생되는 전하량을 통해서 입장상물질을 감지하고, 부착된 입자상물질을 제거하는 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛에 관한 것이다.
자동차에는 매연을 감소시키기 위한 입자상물질 필터(PF: particulate filter)가 적용되고 있으며, 이러한 입자상물질 필터에 포집되는 매연의 양을 감지하기 위해서 차압센서가 적용된다.
여기서, 입자상물질 필터는 디젤자동차, 가솔린자동차, 가스자동차, 등 모든 내연기관에 선택적으로 적용될 수 있다.
앞으로, 배기가스규제에 따라서 기존의 차압센서를 이용하여 상기 디젤입자상물질 필터에 포집되는 입자상물질의 감지 정밀도가 떨어질 수 있고, 상기 디젤입자상물질 필터의 파손도 감지하기 쉽지 않다.
한편, 입자상물질을 감지하는 센서에 대한 연구가 지속적으로 연구되고 있고, 아울러 입자상물질이 센서에 부착되었을 때 이를 제거함으로써 센서의 감도를 유지할 수 있도록 하는 연구도 함께 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 배기가스에 포함된 입자상물질을 정밀하게 감지하고 히터전극을 통해서 전극부에 부착된 입자상물질을 용이하게 제거할 수 있는 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따라서 배기가스가 지나는 배기라인에 배치되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛은 베이스기판, 상기 베이스기판의 외측면에 형성되고, 배기가스에 포함된 전하를 띤 입자상물질이 근처를 지날 때, 상기 입자상물질에 의해서 전하가 발생되는 정전유도 방식의 전극부, 및 상기 베이스기판의 내부에 형성되어 발열을 통해서 상기 전극부에 부착된 입자상물질을 태워 제거하는 히터전극을 포함할 수 있다.
상기 히터전극을 커버하는 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 베이스기판은 일측에 배치되는 상부기판, 및 상기 상부기판에 접합되는 하부기판을 포함하고, 상기 절연층은 상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 개재될 수 있다.
상기 베이스기판은 YSZ 또는 Al2O3로 만들어질 수 있다.
상기 전극부는 상기 베이스기판의 일면에 설정된 영역에 형성되는 베이스전극, 상기 베이스전극에서 설정된 라인을 따라서 돌출되는 돌출전극, 및 상기 베이스기판의 일면에 형성되되, 상기 베이스전극과 전기적으로 연결되며, 외부와 전기적으로 연결되는 연결전극를 포함할 수 있다.
상기 돌출전극은 상기 베이스기판의 폭 방향 또는 길이 방향으로 연장될 수 있다.
상기 베이스전극, 상기 돌출전극, 및 상기 연결전극은 Pt를 포함할 수 있다.
상기 베이스기판의 외측면에는 히터단자가 형성되고, 상기 히터단자와 상기 히터전극을 전기적으로 연결하는 브릿지가 상기 베이스기판을 통해서 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛은, 베이스기판(substrate)의 내부에 히터전극을 설치하고, 상기 히터전극을 통해서 양면에 배치되는 전극부에 부착된 입자상물질을 용이하게 태워 제거할 수 있다.
아울러, 베이스기판을 관통하는 브릿지를 통해서 히터전극을 외부전원과 연결하여 전원을 용이하게 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A라인에 따른 입자상 물질을 센성하는 센서유닛의 폭방향 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센서유닛의 길이방향 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 센서유닛이 배기라인에 배치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 센서유닛과 입자상물질과의 거리변화에 따라서 발생되는 전하량을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에서 센서가 디젤입자상물질 필터에 적용되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 가솔린엔진, 가스엔진, 바이오연료를 사용하는 바이오엔진, 등 입자상물질을 배출하는 모든 내연기관에 선택적으로 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 센서는 입자상물질 필터, 디젤입자상물질 필터, 가솔린입자상물질 필터 등에 변경되어 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 센서유닛은 베이스기판(100), 연결전극(110), 및 전극부(140)를 포함하고, 상기 전극부(140)는 베이스전극(120)와 돌출전극(130)를 포함한다. 상기 베이스기판(100)은 YSZ 또는 Al2O3로 만들어진다.
상기 베이스기판(100)의 일측면의 한쪽 영역에 상기 베이스전극(120)이 설정된 두께로 형성되고, 상기 베이스전극(120) 위에 상기 돌출전극(130)이 형성된다. 상기 돌출전극(130)은 상기 베이스기판(100)의 길이 방향으로 연장되고, 폭 방향으로 간격을 두고 형성된다.
상기 연결전극(110)의 일단은 상기 베이스전극(120)와 연결되고, 타단은 상기 베이스기판(100)의 길이방향으로 연장된다. 상기 베이스전극(120), 상기 돌출전극(130), 및 상기 연결전극(110)는 Pt를 포함하고 전기를 통과시킨다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전극부(140)는 상기 베이스기판(100)의 외측면에 형성되되, 배기가스에 포함된 전하를 띤 입자상물질이 근처를 지날 때, 상기 입자상물질에 의해서 전하가 발생되는 정전유도 방식이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 센서유닛은 베이스기판(100), 연결전극(110), 및 전극부(140)를 포함하고, 상기 전극부(140)는 베이스전극(120)와 돌출전극(130)를 포함한다. 상기 베이스기판(100)은 YSZ 또는 Al2O3로 만들어진다.
상기 베이스기판(100)의 일측면의 한쪽 영역에 상기 베이스전극(120)이 설정된 두께로 형성되고, 상기 베이스전극(120) 위에 상기 돌출전극(130)이 형성된다. 상기 돌출전극(130)은 상기 베이스기판(100)의 폭 방향으로 연장되고, 길이방향으로 간격을 두고 형성된다.
상기 연결전극(110)의 일단은 상기 베이스전극(120)와 연결되고, 타단은 상기 베이스기판(100)의 길이방향으로 연장된다. 상기 베이스전극(120), 상기 돌출전극(130), 및 상기 연결전극(110)는 Pt를 포함하고 전기를 통과시킨다.
도 3은 도 2의 A-A라인에 따른 입자상 물질을 센성하는 센서유닛의 폭방향단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 베이스기판(100)은 상부기판(100a), 절연층(310), 히터전극(300), 및 하부기판(100b)을 포함하고, 상기 베이스기판(100)의 상하면에 상기 베이스전극(120)이 형성되고, 상기 베이스전극(120) 위에 상기 돌출전극(130)이 각각 형성된다.
상기 베이스기판(100)의 상기 상부기판(100a)과 상기 하부기판(100b) 사이에 상기 절연층(310)이 형성되고, 상기 절연층(310) 안에 상기 히터전극(300)이 형성된다. 여기서, 상기 상부기판(100a)과 상기 하부기판(100b)은 서로 접합되어 상기 절연층(310)을 커버한다.
상기 히터전극(300)은 전기를 통과시키는 재질로써 공급되는 전기에너지를 통해서 열을 발생시키고, 상기 절연층(310)은 상기 히터전극(300)을 커버하여 상기 베이스기판(100)과 상기 히터전극(300) 사이를 절연시킨다.
본 발명의 실시예에서, 배기가스에 포함된 전하를 뜬 입자상 물질이 센서유닛의 상기 전극부(140)의 상기 돌출전극(130)를 지나면서, 전기적인 신호가 상기 돌출전극(130)에 형성되고, 상기 베이스전극(120)와 상기 연결전극(110)를 통해서 외부의 제어부(미도시)로 전달된다.
아울러, 상기 전극부(140)와 상기 베이스기판(100)에 부착되는 입자상물질은 상기 히터전극(300)에서 발생되는 열에 의해서 용이하게 제거된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센서유닛의 길이방향 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 센서유닛의 상기 전극부(140)가 일단부 일측면에 형성되고, 그 반대측인 타단부의 다른쪽 면에는 히터단자(420)가 형성되고, 상기 히터단자(420)와 상기 히터전극(300)을 연결하기 위해서 연결홀(410)에 브릿지(430)가 형성된다.
상기 브릿지(430)는 히터전극(300)과 상기 히터단자(420)를 전기적으로 연결하여 상기 히터전극(300)으로 전원을 안정적으로 공급한다.
도 5에서는 상기 전극부(140)가 한쪽면에 형성되는 것으로 묘사하였으나, 양면에 형성될 수 있고, 양면에 형성되는 상기 전극부(140)를 연결하는 별도의 연결홀 안에 브릿지를 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛의 사시도이다.
도 4에서는 도 1 및 도 2와 구별되는 부분에 대해서 설명하고, 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
상기 돌출전극(130)은 상기 베이스기판(100)의 폭 방향으로 연장되어 형성되고, 길이방향으로 설정된 간격을 두고 그루브(groove)형태로 형성된다. 아울러, 상기 연결전극(110)의 단부에는 그 폭이 넓어지는 확장부(400)가 형성되고, 상기 확장부(400)가 실질적으로 외부와 전기적으로 연결된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 센서유닛이 배기라인에 배치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 센서유닛과 입자상물질과의 거리변화에 따라서 발생되는 전하량을 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 배기라인(500)의 내부에 배기가스가 흐르고, 배기가스 안에는 입자상물질(510)이 포함되어 있다.
상기 입자상물질(510)은 센서유닛(520)의 전극부(140)를 인접해서 지나게 되고, 상기 입자상물질(510)이 지나감에 따라서 상기 센서유닛(520)의 전극부(140)는 신호를 발생시킨다.
상기 센서유닛(520)에서 신호가 발생되는 요인은 대전된 입자상물질이 지날 때 상기 센서유닛(520)의 전극부(140)에 유도되는 전하에 의해서 발생되는 것이다.
도 7을 참조하면, 센서와 입자상물질의 거리 x에 따른 유도된 전하신호 그래프를 보여준다.
센서 전극 계면에서 대전 입자상물질에 의한 전기장 값과 동일한 크기의 표면전하가 센서 전극에 발생하게 된다. 직교좌표계에서 z가 0인 평면에 놓인 도체 평판에 대해서 Q값의 전하량을 갖는 대전 점전하가 놓여있을 때, 점전하에 의해 전위가 생성된다.
거리 x에 대해서 대전 입자에 의해 센싱 전극에 유도되는 유도 전하량을 그래프로 표현해 보면, 대전 입자와 전극간의 거리변화에 따라 위 그림과 같이 펄스 형태의 신호가 발생하게 된다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 베이스기판 100a: 상부기판
100b: 하부기판 110: 연결전극
120: 베이스전극 130: 돌출전극
140: 전극부 300: 히터전극
310: 절연층 410: 연결홀
420: 히터단자 430: 브릿지

Claims (8)

  1. 배기가스가 지나는 배기라인에 배치되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛에 있어서,
    베이스기판;
    상기 베이스기판의 외측면에 형성되고, 배기가스에 포함된 전하를 띤 입자상물질이 근처를 지날 때, 상기 입자상물질에 의해서 전하가 발생되는 정전유도 방식의 전극부; 및
    상기 베이스기판의 내부에 형성되어 발열을 통해서 상기 전극부에 부착된 입자상물질을 태워 제거하되, 상기 베이스기판의 내부에 형성되고, 절연층에 의해서 커버되어 외부로 부터 밀폐된 히터전극; 을 포함하고,
    상기 베이스기판의 외측면에는 히터단자가 형성되고, 상기 히터단자와 상기 히터전극을 전기적으로 연결하는 브릿지가 상기 베이스기판을 관통해서 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 베이스기판은 일측에 배치되는 상부기판; 및
    상기 상부기판에 접합되는 하부기판; 을 포함하고,
    상기 절연층은 상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛.
  4. 제1항에서,
    상기 베이스기판은 YSZ 또는 Al2O3로 만들어지는 것을 특징으로 하는 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛.
  5. 제1항에서,
    상기 전극부는 상기 베이스기판의 일면에 설정된 영역에 형성되는 베이스전극;
    상기 베이스전극에서 설정된 라인을 따라서 돌출되는 돌출전극; 및
    상기 베이스기판의 일면에 형성되되, 상기 베이스전극과 전기적으로 연결되며, 외부와 전기적으로 연결되는 연결전극;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛.
  6. 제5항에서,
    상기 돌출전극은 상기 베이스기판의 폭 방향 또는 길이 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛.
  7. 제5항에서,
    상기 베이스전극, 상기 돌출전극, 및 상기 연결전극은 Pt를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질을 센싱하는 센서유닛.
  8. 삭제
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