KR101776734B1 - 입자상 물질 센서 유닛 - Google Patents

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양상혁
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현대자동차 주식회사
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Abstract

입자상 물질 센서 유닛이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 입자상 물질 센서 유닛은 차량의 배기가스에 포함된 입자상 물질을 감지하는 입자상 물질 센서 유닛에 있어서, 배기라인 내부의 입자상 물질을 감지하는 감지수단; 상기 감지수단의 외측을 감싸는 복수개의 홀더로 형성되며, 각 홀더의 전방 외면이 테이퍼진 경사외면으로 형성되는 홀딩수단; 상기 홀딩수단이 삽입되어 끼워지도록 내부에 중공부를 형성하고, 상기 경사외면에 대응하여 상기 중공부의 내부에 경사내면이 형성되는 쉘; 상기 쉘의 전방에 설치되어 상기 감지수단의 감지체를 감싸며, 배기가스의 흐름이 상기 감지체를 거치도록 안내하는 캡수단; 및 상기 쉘의 후단부에 고정되어 상기 홀딩수단을 지지하며, 중앙부에 터미널 관통홀이 형성되는 커버를 포함한다.

Description

입자상 물질 센서 유닛{PARTICULATE MATTER SENSOR UNIT}
본 발명은 입자상 물질 센서 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기계적으로 패키징하여 결합 공정을 단순화할 수 있는 입자상 물질 센서 유닛에 관한 것이다.
최근 차량의 배기가스 규제가 한층 강화됨에 따라 배기가스를 정화하는 후처리 장치에 대한 관심이 높아지고 있다.
특히, 디젤 엔진 차량은 가변량의 입자상 물질(Particulate Matter: PM)을 포함하는 배기류(Exhaust flow)를 생성함으로써, 대기 오염의 주요 원인으로 알려져 있어 이에 대한 규제가 더욱 엄격하다.
이러한 디젤 차량의 입자상 물질을 감소시키기 위해 배기라인에는 디젤 입자상 필터(Disel Particulate Filter: DPF)가 적용되며, 상기 디젤 입자상 필터에 포집되는 매연의 양을 감지하기 위해 입자상 물질 센서 유닛이 적용된다.
상기 입자상 물질 센서 유닛은 배기 중에 포함된 입자상 물질이 감지부에 누적되어 발생하는 저항 또는 정전용량 변화를 검출하는 장치이며, 배기라인에서 디젤 입자상 필터의 후단에 설치된다.
상기 입자상 물질 센서 유닛은 패키징 시, 기판 상에 접합체를 통하여 감지부를 고정하고, 비아 홀(Via hole)을 가공하여 전기적으로 연결된다.
이때, 상기 접합체는 일반적으로 은(Ag)으로 이루어진 접합체를 사용한다.
그러나 상기와 같이 종래 기술에 따른 입자상 물질 센서 유닛은 패키징 시, 기판과 감지부를 고정하기 위하여 접합체를 형성해야하며, 전기적으로 연결하기 위하여 비아 홀을 가공해야하는 등의 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 쉘의 내면에 형성된 경사내면과 홀더수단의 외면에 형성된 경사외면이 상호 맞닿아 캠작동을 이루어 상기 홀더수단에 개재된 감지체를 기계적으로 패키징함으로써, 간단한 결합 구조를 가지는 입자상 물질 센서 유닛을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 차량의 배기가스에 포함된 입자상 물질을 감지하는 입자상 물질 센서 유닛에 있어서, 배기라인 내부의 입자상 물질을 감지하는 감지수단; 상기 감지수단의 외측을 감싸는 복수개의 홀더로 형성되며, 각 홀더의 전방 외면이 테이퍼진 경사외면으로 형성되는 홀딩수단; 상기 홀딩수단이 삽입되어 끼워지도록 내부에 중공부를 형성하고, 상기 경사외면에 대응하여 상기 중공부의 내부에 경사내면이 형성되는 쉘; 상기 쉘의 전방에 설치되어 상기 감지수단의 감지체를 감싸며, 배기가스의 흐름이 상기 감지체를 거치도록 안내하는 캡수단; 및 상기 쉘의 후단부에 고정되어 상기 홀딩수단을 지지하며, 중앙부에 터미널 관통홀이 형성되는 커버를 포함하는 입자상 물질 센서 유닛을 제공할 수 있다.
또한, 입자상 물질이 포집되면 정전용량값이 가변되어 입자상 물질을 감지하는 감지체; 상기 감지체의 상부에 위치하며, 일면에 상부 고정홈이 형성되고, 상기 상부 고정홈 상에는 상기 감지체가 일정부분 노출되도록 측정홀이 관통 형성되는 상부 기판; 및 상기 감지체의 하부에 위치하며, 상기 상부 기판의 일면에 대응하는 일면에 하부 고정홈이 형성되는 하부 기판으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 감지체는 상기 상부 기판 및 하부 기판의 각각에 형성된 고정홈에 고정되어 일부가 노출될 수 있다.
또한, 상기 상부 기판은 상기 고정홈의 내면에 감지체의 전극과 접촉되는 접점이 형성되고, 상기 접점은 상부 기판의 내부와 일면에 형성된 전극 패턴에 의해 상기 상부 기판의 선단부 일면과 타면에 구성된 전극 패드와 연결될 수 있다.
또한, 상기 상부 기판은 상기 하부 기판 보다 길이가 길게 형성되며, 상기 터미널 관통홀을 통해 커버의 외측으로 돌출되어 각 전극 패드를 통해 터미널과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 감지체는 감지 기판; 상기 감지 기판 상에 일정 패턴으로 형성되어 포집되는 입자상 물질을 태워 제거하는 히터전극; 상기 감지 기판 상에 상기 히터 전극의 외곽을 따라 일정 패턴으로 형성되어 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 온도센서 및 히터전극의 상부에 형성되는 절연층의 내부에 형성되어 포집되는 입자상 물질에 의해 정전용량값이 가변되는 측정전극으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 홀딩수단은 2개의 홀더가 반원 단면으로 이루어지며, 결합된 상태로 전방 외면이 원뿔대 형상으로 이루어지는 지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 2개의 홀더는 상기 상부 기판이 안착되도록 길이방향을 따라 상부 지지홈이 형성되는 상부 홀더; 및 상기 하부 기판이 안착되도록 길이방향을 따라 일정구간 하부 지지홈이 형성되는 하부 홀더로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 쉘은 전방에 상기 캡수단이 끼워지는 캡 설치단; 상기 캡 설치단의 후측에 형성되어 배기라인과 체결되도록 외주면 둘레에 나사탭이 형성되는 배기라인 체결단; 상기 배기라인 체결단의 후측에 다각형의 단면으로 형성된 툴 적용단; 및 상기 툴 적용단의 후측에 형성되며, 상기 커버가 체결되도록 외주면 둘레에 나사탭이 형성되는 커버 설치단으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 캡수단은 상기 감지체를 감싸도록 수용부가 형성되고, 상기 수용부의 후단에 상기 쉘에 고정하기 위한 고정단이 일체로 형성되며, 상기 수용부의 전방 중앙에 배출홀이 형성되고, 상기 수용부와 고정단을 연결하는 전면 둘레를 따라 일정간격으로 복수개의 흡입홀이 형성되는 내부 캡; 및 상기 수용부의 외부를 감싸면서 후단이 상기 고정단의 단차면에 끼워져 설치되고, 상기 수용부의 외면과의 사이에 외부의 배기가스가 유입되어 상기 흡입홀로 안내되도록 배기가스 유입통로를 형성하는 외부 캡으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 입자상 물질을 감지하는 감지체가 홀더수단에 의해 개재되어 쉘에 삽입된 상태로, 상기 쉘의 내면에 형성된 경사내면과 홀더수단의 외면에 형성된 경사외면이 상호 맞닿아 캠작동을 이룸으로써, 간단한 구조로 결합할 수 있는 효과가 있다.
이외에, 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 입자상 물질 센서 유닛의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 입자상 물질 센서 유닛의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 입자상 물질 센서 유닛의 감지체의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 입자상 물질 센서 유닛의 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 입자상 물질 센서 유닛의 단면도이다.
차량의 배기라인의 내부에는 배기가스가 흐르고, 상기 배기가스는 입자상 물질이 포함되어 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 입자상 물질 센서 유닛은 배기라인에 배치되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 감지한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 입자상 물질 센서 유닛(10)은 감지수단(100), 홀딩수단(200), 쉘(300), 캡수단(400) 및 커버(500)를 포함한다.
먼저, 상기 감지수단(100)은 감지체(110), 상부 기판(120) 및 하부 기판(130)으로 이루어지며, 상기 상부 기판(120) 및 하부 기판(130)의 각각에 형성된 고정홈(121, 131)에 고정된 감지체(110)를 통하여 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질을 감지한다.
이때, 상기 감지체(110)는 배기가스 내의 입자상 물질이 포집되면, 정전용량값이 가변되어 입자상 물질을 감지하는 것이다.
이러한 감지체(110)는 감지 기판(111), 히터전극(113), 온도센서(미도시) 및 측정전극(117)을 포함한다.
즉, 상기 감지체(110)는 감지 기판(111) 상에 일정 패턴으로 형성되어 포집되는 입자상 물질을 태워 제거하는 히터전극(113), 상기 감지 기판(111) 상에 히터 전극(113)의 외곽을 따라 일정 패턴으로 형성되어 온도를 감지하는 온도센서 및 상기 온도센서 및 히터전극(113)의 상부에 형성된 절연층(119)의 내부에 형성되어 포집되는 입자상 물질에 의해 정전용량값이 가변되는 측정전극(117)으로 이루어진다.
상기와 같은 감지체(110)는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 상부 기판(120)은 상기 감지체(110)의 상부에 위치하며, 일면에 상부 고정홈(121)이 형성된다.
상기 상부 기판(120)의 상부 고정홈(121) 상에는 감지체(110)가 일정부분 노출되도록 측정홀(123)이 관통 형성된다.
또한, 상기 상부 기판(120)은 상기 상부 고정홈(121)의 내면에 감지체(110)의 전극과 접촉되는 접점(125)이 형성된다.
상기 접점(125)은 상부 기판(120)의 내부와 일면에 형성된 전극 패턴(127)에 의해 상부 기판(120)의 선단부 일면과 타면에 구성되는 전극 패드(129)와 상호 연결된다.
이러한 상부 기판(120)은 하부 기판(130) 보다 길이가 길게 형성되며, 커버(500)에 형성된 터미널 관통홀(510)을 통해 상기 커버(500)의 외측으로 돌출되어 각 전극 패드(129)를 통해 터미널(20)과 전기적으로 연결된다.
그리고 상기 하부 기판(130)은 감지체(110)의 하부에 위치하며, 상기 상부 기판(120)의 일면에 대응하는 일면에 하부 고정홈(131)이 형성된다.
한편, 상기 홀딩수단(200)은 상기 감지수단(100)의 상부 기판(120) 및 하부 기판(130)의 외측을 감싸는 복수개의 홀더로 형성된다.
상기 홀딩수단(200)은 각 홀더의 전방 외면이 테이퍼진 경사외면(230)으로 형성된다.
즉, 상기 홀딩수단(200)은 2개의 홀더가 반원 단면으로 이루어지며, 결합된 상태로 전방 외면이 원뿔대 형상으로 이루어진다.
이때, 상기 2개의 홀더는 상부 홀더(210) 및 하부 홀더(220)로 이루어진다.
상기 상부 홀더(210)는 상기 상부 기판(120)이 안착되도록 길이방향을 따라 상부 지지홈(211)이 형성된다.
또한, 상기 하부 홀더(220)는 상기 하부 기판(130)이 안착되도록 길이방향을 따라 일정구간 하부 지지홈(221)이 형성된다.
그리고 상기 쉘(300)은 상기 홀딩수단(200)이 삽입되어 끼워지도록 내부에 중공부를 형성한다.
또한, 상기 쉘(300)은 상기 홀딩수단(200)의 경사외면(230)에 대응하여 상기 중공부의 내부에 경사내면(330)이 형성된다.
이러한 쉘(300)은 캡 설치단(313), 배기라인 체결단(315), 툴 적용단(317) 및 커버 설치단(319)으로 구성된다.
먼저, 상기 캡 설치단(313)은 전방에 캡수단(400)이 끼워진다.
또한, 배기라인 체결단(315)은 캡 설치단(313)의 후측에 형성되어 배기라인과 체결되도록 외주면 둘레에 나사탭이 형성된다.
그리고 툴 적용단(317)은 상기 배기라인 체결단(315)의 후측에 다각형의 단면으로 형성된다.
상기 툴 적용단(315)은 입자상 물질 센서 유닛(10)이 배기라인에 조립되기 위해 사용하는 툴에 대응하여 그 형상이 변경될 수 있다.
또한, 커버 설치단(319)은 툴 적용단(317)의 후측에 형성되며, 커버(500)가 체결되도록 외주면 둘레에 나사탭이 형성된다.
그리고 상기 캡수단(400)은 쉘(300)의 전방에 설치되며, 상기 감지수단(100)의 감지체(110)를 감싸도록 형성되어 배기라인 내부의 배기가스의 흐름이 상기 감지체(110)를 거치도록 안내한다.
이러한 캡수단(400)은 내부 캡(410) 및 외부 캡(420)으로 구성된다.
상기 내부 캡(410)은 감지체(110)를 감싸도록 수용부(411)가 형성되며, 상기 수용부(411)의 후단에 쉘(300)에 고정하기 위한 고정단(413)이 일체로 형성된다.
또한, 상기 내부 캡(410)은 수용부(411)의 전방 중앙에 배출홀(415)이 형성되고, 상기 수용부(411)와 고정단(413)을 연결하는 전면 둘레를 따라 일정간격으로 복수개의 흡입홀(417)이 형성된다.
그리고 상기 외부 캡(420)은 수용부(411)의 외부를 감싸면서 후단이 고정단(413)의 단차면에 끼워져 설치된다.
상기 외부 캡(420)은 수용부(411)의 외면과의 사이에 외부의 배기가스가 유입되어 흡입홀(417)로 안내되도록 배기가스 유입통로(421)를 형성한다.
마지막으로, 상기 커버(500)는 쉘(300)의 후단부에 고정되어 홀딩수단(200)을 지지하며, 중앙부에 터미널 관통홀(510)이 형성된다.
이러한 커버(500)는 상기 쉘(300)의 후단부에 형성된 커버 설치단(319)에 체결된다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 입자상 물질 센서 유닛(10)은 상부 기판(120)과 하부 기판(130) 각각의 고정홈(121, 131) 사이에 감지체(110)가 끼워지고, 상부 홀더(210) 및 하부 홀더(220) 각각의 지지홈(211, 221)을 통해 고정된 상태로, 쉘(300)의 내부로 끼워져 상기 상부 홀더(210)와 하부 홀더(220)의 경사외면(230)이 쉘(300)의 경사내면(330)과 맞닿은 상태에서 커버(500)를 이용해 압입하여 결합한다.
이때, 상기 감지체(110)는 쉘(300)의 전방으로 노출되고, 상기 상부 홀더(210)는 커버(500)의 터미널 관통홀(510)을 통해 외부로 노출되어 터미널(20)과 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 감지체(110)는 쉘(300)의 전방에 설치되는 캡수단(400)을 통해 보호된다.
그리고 배기가스는 상기 캡수단(400)에 형성된 배기가스 유입통로(421) 및 흡입홀(417)을 통해 유입되어, 감지체(110)를 거쳐 배출홀(415)로 배출된다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 입자상 물질 센서 유닛(10)은 홀딩수단(200)의 경사외면(230)과 쉘(300)의 경사내면(330)이 맞닿아 캠작동을 이루며 조립됨으로써, 간단한 구조의 기계적 패키징이 가능하다.
또한, 상기 입자상 물질 센서 유닛(10)은 히터전극(113)의 구동으로 인한 고온의 조건에서도 접합 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 ... 입자상 물질 센서 유닛 20 ... 터미널
100 ... 감지수단 110 ... 감지체
111 ... 감지 기판 113 ... 히터전극
117 ... 측정전극 119 ... 절연층
120 ... 상부 기판 121 ... 상부 고정홈
123 ... 측정홀 125 ... 접점
127 ... 전극 패턴 129 ... 전극 패드
130 ... 하부 기판 131 ... 하부 고정홈
200 ... 홀딩수단 210 ... 상부 홀더
211 ... 상부 지지홈 220 ... 하부 홀더
221 ... 하부 지지홈 230 ... 경사외면
300 ... 쉘 313 ... 캡 설치단
315 ... 배기라인 체결단 317 ... 툴 적용단
319 ... 커버 설치단 330 ... 경사내면
400 ... 캡수단 410 ... 내부 캡
411 ... 수용부 413 ... 고정단
415 ... 배출홀 417 ... 흡입홀
420 ... 외부 캡 421 ... 배기가스 유입통로
500 ... 커버 510 ... 터미널 관통홀

Claims (10)

  1. 차량의 배기가스에 포함된 입자상 물질을 감지하는 입자상 물질 센서 유닛에 있어서,
    배기라인 내부의 입자상 물질을 감지하는 감지수단;
    상기 감지수단의 외측을 감싸는 복수개의 홀더로 형성되며, 각 홀더의 전방 외면이 테이퍼진 경사외면으로 형성되는 홀딩수단;
    상기 홀딩수단이 삽입되어 끼워지도록 내부에 중공부를 형성하고, 상기 경사외면에 대응하여 상기 중공부의 내부에 경사내면이 형성되는 쉘;
    상기 쉘의 전방에 설치되어 상기 감지수단의 감지체를 감싸며, 배기가스의 흐름이 상기 감지체를 거치도록 안내하는 캡수단; 및
    상기 쉘의 후단부에 고정되어 상기 홀딩수단을 지지하며, 중앙부에 터미널 관통홀이 형성되는 커버;
    를 포함하되,
    상기 홀딩수단은 2개의 홀더가 반원 단면으로 이루어지며, 결합된 상태로 전방 외면이 원뿔대 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지수단은
    입자상 물질이 포집되면 정전용량값이 가변되어 입자상 물질을 감지하는 감지체;
    상기 감지체의 상부에 위치하며, 일면에 상부 고정홈이 형성되고, 상기 상부 고정홈 상에는 상기 감지체가 일정부분 노출되도록 측정홀이 관통 형성되는 상부 기판; 및
    상기 감지체의 하부에 위치하며, 상기 상부 기판의 일면에 대응하는 일면에 하부 고정홈이 형성되는 하부 기판;
    으로 이루어지는 입자상 물질 센서 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감지체는
    상기 상부 기판 및 하부 기판의 각각에 형성된 고정홈에 고정되어 일부가 노출되는 입자상 물질 센서 유닛.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 상부 기판은
    상기 고정홈의 내면에 감지체의 전극과 접촉되는 접점이 형성되고, 상기 접점은 상부 기판의 내부와 일면에 형성된 전극 패턴에 의해 상기 상부 기판의 선단부 일면과 타면에 구성된 전극 패드와 연결되는 입자상 물질 센서 유닛.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 상부 기판은
    상기 하부 기판 보다 길이가 길게 형성되며, 상기 터미널 관통홀을 통해 커버의 외측으로 돌출되어 각 전극 패드를 통해 터미널과 전기적으로 연결되는 입자상 물질 센서 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 감지체는
    감지 기판;
    상기 감지 기판 상에 일정 패턴으로 형성되어 포집되는 입자상 물질을 태워 제거하는 히터전극;
    상기 감지 기판 상에 상기 히터 전극의 외곽을 따라 일정 패턴으로 형성되어 온도를 감지하는 온도센서; 및
    상기 온도센서 및 히터전극의 상부에 형성되는 절연층의 내부에 형성되어 포집되는 입자상 물질에 의해 정전용량값이 가변되는 측정전극;
    으로 이루어지는 입자상 물질 센서 유닛.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 홀더는
    상기 감지수단의 상부 기판이 안착되도록 길이방향을 따라 상부 지지홈이 형성되는 상부 홀더; 및
    상기 감지수단의 하부 기판이 안착되도록 길이방향을 따라 일정구간 하부 지지홈이 형성되는 하부 홀더;
    로 이루어지는 입자상 물질 센서 유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 쉘은
    전방에 상기 캡수단이 끼워지는 캡 설치단;
    상기 캡 설치단의 후측에 형성되어 배기라인과 체결되도록 외주면 둘레에 나사탭이 형성되는 배기라인 체결단;
    상기 배기라인 체결단의 후측에 다각형의 단면으로 형성된 툴 적용단; 및
    상기 툴 적용단의 후측에 형성되며, 상기 커버가 체결되도록 외주면 둘레에 나사탭이 형성되는 커버 설치단;
    으로 구성되는 입자상 물질 센서 유닛.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 캡수단은
    상기 감지체를 감싸도록 수용부가 형성되고, 상기 수용부의 후단에 상기 쉘에 고정하기 위한 고정단이 일체로 형성되며, 상기 수용부의 전방 중앙에 배출홀이 형성되고, 상기 수용부와 고정단을 연결하는 전면 둘레를 따라 일정간격으로 복수개의 흡입홀이 형성되는 내부 캡; 및
    상기 수용부의 외부를 감싸면서 후단이 상기 고정단의 단차면에 끼워져 설치되고, 상기 수용부의 외면과의 사이에 외부의 배기가스가 유입되어 상기 흡입홀로 안내되도록 배기가스 유입통로를 형성하는 외부 캡;
    으로 구성되는 입자상 물질 센서 유닛.
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