KR101822268B1 - 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서 - Google Patents
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Abstract
본 기술의 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서는 일단이 고정체에 고정된 센서바디; 센서바디 내부에 매립되어 주위를 가열하는 히터; 센서바디의 상부 또는 하부에 형성되어 히터가 동작할 시, 배기가스의 질소산화물 농도를 센싱하는 NOx센서부; 및 센서바디의 상부 또는 하부에 형성되어 히터가 동작하지 않을 시, 배기가스의 입자상물질(PM) 양을 센싱하는 PM센서부;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 배기가스의 입자상물질 및 질소산화물을 통합하여 센싱하는 통합감지센서에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에서 배출되는 배기가스는 배기 파이프의 중간에 배치되는 촉매장치로 유도되어 정화되고 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 배기 파이프를 통해 대기로 방출된다.
한편, OBD(On Board Diagnosis) 규제는 강화된 배기가스의 규제뿐만 아니라 배기가스 관련 부품의 고장, 열화 정도까지 감지하도록 하는 진단 능력의 향상과 개선, 그리고 A/S 시장에서의 표준화와 관련된 여러가지 규정을 만족하도록 요구하고 있다. 여기서, 배기가스 규제의 주요 대상은 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM:Particulate Matter)이다.
일반적으로 디젤 유로-6 배기가스 규제의 법규 대응을 위해 PM센서가 차량의 배기파이프 내에 설치되는데, 여기서 PM센서는 배기가스후처리장치(DPF:Disel Particulate Filter)에서 필터링되지 못하고 배출되는 입자상물질(PM)의 수준을 측정하는 장치이며, ECU는 PM센서의 측정값을 통해 DPF의 고장 여부를 진단하여 이와 관련된 고장 여부를 운전자에게 알려 차량 정비를 받도록 유도한다.
또한, 배기가스의 NOx를 저감하기 위해, NOx 흡수 장치 또는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매와 같은 다양한 후처리 장치를 사용하는데, SCR 촉매가 효율적으로 작동하는지 확인하기 위해 NOx센서가 사용된다.
본 발명은 상술한 종래의 PM센서와 NOx센서의 기능을 하나로 통합한 센서를 구현함으로써 PM센서 및 NOx센서의 제작 원가를 저감하는데 그 목적이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 배기가스 내부의 질소산화물(NOx) 농도와 입자상물질(PM)의 양을 센싱하는 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서는 일단이 고정체에 고정된 센서바디; 상기 센서바디 내부에 매립되어 주위를 가열하는 히터; 상기 센서바디의 상부 또는 하부에 형성되어 상기 히터가 동작할 시, 배기가스의 질소산화물 농도를 센싱하는 NOx센서부; 및 상기 센서바디의 상부 또는 하부에 형성되어 상기 히터가 동작하지 않을 시, 배기가스의 입자상물질(PM) 양을 센싱하는 PM센서부;를 포함할 수 있다.
상기 센서바디를 감싸도록 마련되되, 일단이 상기 고정체에 고정되고, 타단이 개방되어 배기가스를 공급받도록 마련된 제1튜브; 및 상기 제1튜브 내부에서 상기 센서바디를 감싸도록 마련되되, 외주면에 상기 제1튜브 내부의 배기가스를 공급받도록 공기홀이 형성되고, 타단이 개방되어 내부의 배기가스를 외부로 배출하도록 형성된 제2튜브;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2튜브의 공기홀은 상기 고정체로부터 설정거리 이격된 위치에 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 NOx센서부는 상기 센서바디에 마련되되, 상기 고정체로부터 설정거리 이내에 형성되고, 상기 PM센서부는 상기 고정체로부터 설정거리 이상 간격을 두고 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2튜브는 일단이 상기 고정체에 고정되고, 내주면에 상기 NOx센서부와 마주하는 위치에 차단벽이 돌출형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2튜브는 일단이 상기 고정체로부터 설정거리 이격된 위치에서 절곡되어 상기 제1튜브 내측면에 고정되고, 상기 제1튜브 내주면에는 상기 NOx센서부와 마주하는 위치에 차단벽이 돌출형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 NOx센서부는, 상기 센서바디의 상단면 또는 하단면에서 배기가스를 공급받는 유입구; 상기 센서바디 내부에 마련되어 상기 유입구와 연통되는 챔버; 및 상기 챔버 내부로 유입된 배기가스의 질소산화물 농도를 센싱하는 전극;으로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 PM센서부는 상기 센서바디의 상단면 또는 하단면에 결합되어 배기가스의 입자상물질 양을 센싱하는 감지전극으로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서에 따르면 NOx센서와 PM센서를 각각 제작하는 경우보다 제작원가 및 패키지 부피를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서를 도시한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서를 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서는 일단이 고정체(70)에 고정된 센서바디(10); 상기 센서바디(10) 내부에 매립되어 주위를 가열하는 히터(20); 상기 센서바디(10)의 상부 또는 하부에 형성되어 상기 히터(20)가 동작할 시, 배기가스의 질소산화물 농도를 센싱하는 NOx센서부(30); 및 상기 센서바디(10)의 상부 또는 하부에 형성되어 상기 히터(20)가 동작하지 않을 시, 배기가스의 입자상물질(PM) 양을 센싱하는 PM센서부(40);를 포함할 수 있다.
본 기술에서 세라믹이 적층된 형상의 센서바디(10)에는 배기가스 내부의 질소산화물 농도를 센싱하는 NOx센서부(30)와 입자상물질(PM)의 양을 센싱하는 PM센서부(40)가 모두 구비되는바, 단일의 센서로 배기가스에 포함된 질소산화물과 입자상물질을 감지하여 OBD규제에 대응할 수 있다.
상기 NOx센서부(30)와 PM센서부(40)는 각각 히터(20)의 동작에 따라 센싱을 수행하는데, 이는 NOx센서는 약 800℃에 달하는 높은 온도에서 질소산화물 농도를 센싱하고, PM센서는 히터(20)가 동작하지 않는 평상시의 배기 온도에서 입자상물질 양을 센싱하기 때문이다.
예를 들어, 히터(20)가 동작할 경우에는 센서바디(10) 측의 온도가 상승하는바, NOx센서부(30)를 이용한 질소산화물 농도 센싱을 수행하고, PM센서부(40)는 동작하지 않되 PM센서의 재생을 실시한다. 반대로, 히터(20)가 동작하지 않을 경우에는 주변의 온도가 평소 배기온도로 고정되는바, NOx센서부(30)는 센싱을 대기하고, PM센서부(40)는 센싱을 실시하여 배기가스의 입자상물질 양을 감지한다.
좀 더 구체적으로, 본 기술은 상기 센서바디(10)를 감싸도록 마련되되, 일단이 상기 고정체(70)에 고정되고, 타단이 개방되어 배기가스를 공급받도록 마련된 제1튜브(50); 및 상기 제1튜브(50) 내부에서 상기 센서바디(10)를 감싸도록 마련되되, 외주면에 상기 제1튜브(50) 내부의 배기가스를 공급받도록 공기홀(63)이 형성되고, 타단이 개방되어 내부의 배기가스를 외부로 배출하도록 형성된 제2튜브(60);를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 제1튜브(50)와 제2튜브(60)는 예민하게 반응하는 NOx센서부(30)와 PM센서부(40)를 보호하면서도, 배기가스가 센서바디(10) 측으로 유도되도록 하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 제1튜브(50)와 제2튜브(60)는 PM센서부(40) 측에 배기가스가 흐르면서 입자상물질(PM) 누적이 용이하게 발생하도록 배기가스의 유속을 감소시키도록 마련된다.
도 1의 화살표로 도시된 바와 같이 배기가스는 제1튜브(50) 내주면과 제2튜브(60) 외주면 사이 공간으로 공급된 후, 제2튜브(60)에 형성된 공기홀(63)로 가스가 유입됨으로써 유동방향의 변화와 긴 유동거리에 의해 유속이 감소하게 된다. 이와 같이 유속이 감소된 배기가스를 센서바디(10) 측으로 유도함으로써 PM센서부(40) 측의 PM누적 효율을 상승시킬 수 있다.
한편, 상기 제2튜브(60)의 공기홀(63)은 상기 고정체(70)로부터 설정거리 이격된 위치에 형성될 수 있다. 상기 공기홀(63)은 제2튜브(60)의 외주면을 따라 복수 개로 마련됨으로써 배기가스의 흐름을 원활하게 할 수 있다.
아울러, 상기 NOx센서부(30)는 상기 고정체(60)로부터 설정거리 이내에 상기 센서바디에 마련되고, 상기 PM센서부(40)는 상기 고정체(70)로부터 설정거리 이상 간격을 두고 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, NOx센서부(30)는 입자상물질(PM)이 누적되는 것을 최소화하기 위해 배기가스의 주 흐름으로부터 벗어나게 형성되는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 바와 같이 공기홀(63)로부터 유입된 배기가스는 타측으로 유동하는바, 상기 NOx센서부(30)가 공기홀(63)이 형성된 위치보다 일측 즉, 고정체(70)로부터 설정거리 이내에 마련됨으로써 배기가스의 주 흐름으로부터 벗어나 질소산화물과 같은 가스 형태만이 NOx센서부(30)로 유입되도록 마련할 수 있다.
반대로, PM센서부(40)는 입자상물질(PM)의 누적성 향상을 위해 배기가스의 주 흐름을 따라 형성되는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 바와 같이 공기홀(63)로부터 타측 즉, 고정체(70)로부터 설정거리 이상 간격을 두고 상기 센서바디(10)에 형성됨으로써 입자상물질(PM)의 누적을 극대화할 수 있다.
한편, 본 기술의 제1 실시 예로서 도 1과 같이 상기 제2튜브(60)는 일단이 상기 고정체(70)에 고정되고, 내주면에 상기 NOx센서부(30)와 마주하는 위치에 차단벽(65)이 돌출형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서를 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면 본 기술의 제2 실시예로서 상기 제2튜브(60)는 일단이 상기 고정체(70)로부터 설정거리 이격된 위치에서 절곡되어 상기 제1튜브(50) 내측면에 고정되고, 상기 제1튜브(50) 내주면에는 상기 NOx센서부(30)와 마주하는 위치에 차단벽(65)이 돌출형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 상기 NOx센서부(30)에는 배기가스의 주 흐름으로부터 벗어나 최소한의 입자상물질(PM)이 유입되고, 질소산화물(NOx)과 같은 가스 형태만이 유입되는 것이 바람직한데, 이를 위해 NOx센서부(30) 측에 차단벽(65)이 마련됨으로써 NOx센서부(30) 측으로 입자상물질(PM)이 포함된 배기가스가 과도하게 NOx센서부(30)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 NOx센서부(30)는 상기 센서바디(10)의 상단면 또는 하단면에서 배기가스를 공급받는 유입구(33); 상기 센서바디(10) 내부에 마련되어 상기 유입구(33)와 연통되는 챔버(35); 및 상기 챔버(35) 내부로 유입된 배기가스의 질소산화물 농도를 센싱하는 전극(37);으로 구성될 수 있다.
상기 유입구(33)는 고정체(70)로부터 설정거리 이내에 형성되어 질소산화물(NOx) 등의 가스만이 챔버(35)로 유입되도록 유도한다. 이렇게 상기 챔버(35)에 유입된 가스는 전극(37)에 의해 산소제거 및 농도 측정이 이루어지고, 산화질소가 질소와 산소로 분해되어 전하가 발생된다. 이때, 발생하는 전하를 이용하여 질소산화물의 농도를 센싱할 수 있다. 물론, 도 1 내지 도 2에는 전극(37)이 한 쌍으로 이루어진 것으로 도시되었지만, 상기 전극(37)은 복수 쌍으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 PM센서부(40)는 상기 센서바디(10)의 상단면 또는 하단면에 결합되어 배기가스의 입자상물질(PM) 양을 센싱하는 감지전극으로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, PM센서부(40)의 감지전극은 센서바디(10) 외부에 노출되도록 결합됨으로써 배기가스가 유동하면서 입자상물질(PM)이 감지전극에 최대한 누적되도록 마련된다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서에 따르면 NOx센서와 PM센서를 각각 제작하는 경우보다 제작원가 및 패키지 부피를 절감할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 센서바디 20: 히터
30: NOx센서부 33: 유입구
35: 챔버 37: 전극
40: PM센서부 50: 제1튜브
60: 제2튜브 63: 공기홀
65: 차단벽 70: 고정체
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40: PM센서부 50: 제1튜브
60: 제2튜브 63: 공기홀
65: 차단벽 70: 고정체
Claims (8)
- 일단이 고정체에 고정된 센서바디;
상기 센서바디 내부에 매립되어 주위를 가열하는 히터;
상기 센서바디의 상부 또는 하부에 형성되어 상기 히터가 동작할 시, 배기가스의 질소산화물 농도를 센싱하는 NOx센서부; 및
상기 센서바디의 상부 또는 하부에 형성되어 상기 히터가 동작하지 않을 시, 배기가스의 입자상물질(PM) 양을 센싱하는 PM센서부;
상기 센서바디를 감싸도록 마련되되, 일단이 상기 고정체에 고정되고, 타단이 개방되어 배기가스를 공급받도록 마련된 제1튜브; 및
상기 제1튜브 내부에서 상기 센서바디를 감싸도록 마련되되, 외주면에 상기 제1튜브 내부의 배기가스를 공급받도록 공기홀이 형성되고, 타단이 개방되어 내부의 배기가스를 외부로 배출하도록 형성된 제2튜브;를 포함하며,
상기 제2튜브의 공기홀은 상기 고정체로부터 설정거리 이격된 위치에 형성되고,
상기 NOx센서부는 상기 고정체로부터 설정거리 이내에 형성되며,
상기 PM센서부는 상기 고정체로부터 설정거리 이상 간격을 둔 지점에 형성된 것을 특징으로 하는 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제2튜브는 일단이 상기 고정체에 고정되고, 내주면에 상기 NOx센서부와 마주하는 위치에 차단벽이 돌출형성된 것을 특징으로 하는 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2튜브는 일단이 상기 고정체로부터 설정거리 이격된 위치에서 절곡되어 상기 제1튜브 내측면에 고정되고,
상기 제1튜브 내주면에는 상기 NOx센서부와 마주하는 위치에 차단벽이 돌출형성된 것을 특징으로 하는 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서. - 청구항 1에 있어서,
상기 NOx센서부는,
상기 센서바디의 상단면 또는 하단면에서 배기가스를 공급받는 유입구;
상기 센서바디 내부에 마련되어 상기 유입구와 연통되는 챔버; 및
상기 챔버 내부로 유입된 배기가스의 질소산화물 농도를 센싱하는 전극;으로 구성된 것을 특징으로 하는 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서. - 청구항 1에 있어서,
상기 PM센서부는 상기 센서바디의 상단면 또는 하단면에 결합되어 배기가스의 입자상물질 양을 센싱하는 감지전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 입자상물질 및 질소산화물 통합감지센서.
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2016
- 2016-04-05 KR KR1020160041364A patent/KR101822268B1/ko active IP Right Grant
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Also Published As
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| KR20170114466A (ko) | 2017-10-16 |
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