KR101992408B1 - 수트 센서 시스템 - Google Patents

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존 하트
에릭 맷슨
마크 윌슨
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Abstract

수트 센서 시스템은 수트 센서의 제1 부품을 포함하는 수트 센서를 포함한다. 수트 센서 시스템은 수트 센서 및 수트 센서의 제1 부품에 전기적으로 연결된 회로를 포함할 수 있다. 회로는 제1 부품에 축적이 된 수트(soot)의 양을 결정하고, 수트 축적에 반응하여 제1 부품의 가열을 제어하도록 형성된다.

Description

수트 센서 시스템{SOOT SENSOR SYSTEM}
본 출원은 2011년5월26일에 출원된 미국 가출원 번호 61/490,310에 대한 우선권을 주장한다.
본 출원은 전체적으로 수트 센서(soot sensor)에 관한 것이고, 그리고 보다 구체적으로 배기가스 흐름에 있는 수트(soot)을 탐지하기 위한 센서 시스템에 관한 것이다.
수트 센서는, 예를 들어 온-보드 진단(on-board diagnostics: OBD)과 같은 엔진 배출 응용에 사용될 수 있다. 이러한 형태의 센서는 엔진 배기(배출) 가스에 있는, 예를 들어 수트 농도(검댕 농도, 매연 농도)(soot concentration)와 같은, 미립 물질 형성(축적)을 탐지하고 그리고 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 특별히, 디젤 엔진에서, 배기 가스가 주변 환경으로 방출이 되는 경우 가능한 가장 낮은 수트 입자 농도를 가지는 것이 바람직하다. 내연 기관의 작동 상태를 감시하기 위하여, 내연 기관과 관련된 배기 시스템에 수트 센서를 위치시키는 것이 이러한 목적을 위하여 편리하다. 수트 센서는 디젤 입자 필터(DPF)로부터 업-스트림 또는 다운-스트림으로 배치가 될 수 있다. 만약, DPF로부터 다운-스트림으로 배치가 된다면, DPF의 감시 기능이 또한 수트 센서를 사용하여 실행될 수 있다. DPF가 작동되지 않는 경우, 수트 센서는 엔진 배기에서 과도한 수트를 탐지하고 그리고 차량 엔진 제어 유닛(ECU)에 경보를 발생시킬 수 있다.
수트 센서는 또한 상대적으로 간단한 저항성 기기(resistive devices)가 될 수 있다. 도 1은 온-보드 부품을 가지는 수트 센서의 하나의 공지된 구성의 개략적인 평면도이고, 그리고 도 2는 도 1의 수트 센서의 개략적인 저면도이다. 센서(100)는 제1 표면(104) 및 제1 표면(104)의 맞은편에(반대편에) 제2 표면(106)을 형성하는 비-전도성 기판(102)을 포함할 수 있다. 센서 부품(108)은 기판(102)의 제1 표면(104)에 형성되고, 그리고 제1 전극(110) 및 분리된 제2 전극(112)을 형성하는 전도성 소재를 포함한다. 전도성 소재는 고온을 견딜 수 있는 귀금속(precious metal)이 될 수 있고 그리고 제1 및 제2 전극(110, 112)은 그들 사이에 개방된(open) 회로를 형성하도록 서로 전기적으로 분리가 될 수 있다.
도시된 것처럼. 제1 및 제2 전극(110, 112)은 제1 및 제2 전극(110, 112) 사이의 둘레를 최대로 만드는 인터-디지털 방식(inter-digitized)의 핑거(fingers) 형상을 이용하여 형성될 수 있다. 제1 전극(110)은 핑거(114)들의 제1 셋을 형성하고 그리고 제2 전극(112)은 그와 분리된 핑거(116)들의 제2 셋을 형성한다. 작동 과정에서, 배출로 인한 수트(도시되지 않음)가 탐지 부품(108)에 닿는 경우, 수트에 있는 탄소가 그들 사이의 저항을 효과적으로 감소시키면서 제1 및 제2 전극(110, 112)을 전기적으로 연결한다. 전극 사이의 저항이 존재하는 수트의 양을 ㄴ나타내도록 측정이 된다.
도 3은 라인 3-3을 따라 취해진 도 1 및 도 2의 수트 센서의 확대 단면도이다. 도 2 및 3에 도시된 것처럼, 몇몇 적용에서, 센서(100)는 또한 기판(102)의 제2 표면(106)에 구성되는 온-보드 히터 부품(118)을 가질 것이다. 온-보드 히터 부품(118)은 저항성 가열을 통하여 수트 센서(100)를 가열하도록 형성된다. 예를 들어, 기판(102)의 제1 및/또는 제2 기판(104, 106) 위에 축적된 수트를 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 공지된 저항을 가진 백금 트레이스를 포함할 수 있는 온-보드 히터 부품(118)은 활성화가 되어 예를 들어 650 ℃ 와 같은 상대적으로 높은 온도에 이르도록 센서 부품(108)을 가열하고, 그에 의하여 임의의 축적이 된 수트 입자를 태워버릴 수 있다.
위에서 설명이 된 종류의 수트 센서는 배기 시스템에 존재하는 조건에서 고장이 나기 쉽다. 전극은 직접 배기가스 흐름에 노출이 되고, 상기에서 어떤 배출 물질은 전극의 부식을 발생시키거나 그리고/또는 센서 표면의 오염을 발생시킬 수 있고, 이러한 것은 수트 축적 측정에 방해되는 효과를 가질 수 있다. 추가로 현재의 수트 센서의 센서 부품은 센서 부품 트레이스에서 고장을 탐지할 수 있는 진단 기능이 부족하다. 더욱이 현행의 수트 센서에 포함된 온-보드 히터는 높은 흐름 상태(고 배기 상태)에서 축적된 수트를 충분히 소각시키기 위하여 요구되는 고온에 도달하기 어렵다.
본 발명의 목적은 진단 기능 및 수트 제거 기능을 가진 수트 센서 및 수트 센서 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 실시 형태에 따르면, 수트 센서는 제1 표면 및 상기 제1 표면과 마주보는 제2 표면을 형성하는 기판; 상기 기판의 상기 제1 기판 위에 배치되는 전도성 소재의 적어도 하나의 연속적인 루프를 가지는 제1 부품을 포함하고, 상기 적어도 하나의 부품은 상기 기판의 적어도 하나의 상기 제1 표면 위에 수트의 축적을 감지하는 제1 모드에서 작동하고 그리고 상기 기판의 적어도 상기 제1 표면 위에 축적된 수트를 제거하는 제2 모드에서 작동하도록 형성된다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 수트 센서 시스템은, 제1 표면 및 상기 제1 표면과 반대편의 제2 표면을 형성하는 기판, 상기 기판의 상기 제1 표면에 배치되는 전도성 소재의 적어도 하나의 연속적인 루프를 가지는 적어도 하나의 제1 부품, 상기 적어도 하나의 제1 부품은 상기 기판의 적어도 상기 제1 표면에서 수트의 축적을 감지하는 제1 모드에서 작동하고 그리고 상기 기판의 적어도 상기 제1 표면에서 축적된 수트를 제거하는 제2 모드에서 작동하도록 형성되고; 및 상기 제1 부품에 전기적으로 결합되고, 상기 제1 부품에 전류를 제공하고, 상기 기판의 상기 제1 표면과 상기 제1 부품 위에 축적된 수트의 양을 결정하고, 상기 기판의 상기 제1 표면과 상기 제1 부품 위에 축적된 상기 수트에 반응하여 상기 제1 부품을 가열하는 회로를 포함하는, 수트 센서를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 수트 센서 위에 쌓인 수트의 양을 측정하는 방법은 제1 표면 및 상기 제1 표면과 마주보는 제2 표면을 형성하는 기판; 상기 기판의 상기 제1 표면 위에 배치된 전도성 소재의 적어도 하나의 연속 루프를 가지고, 적어도 하나는 상기 기판의 적어도 상기 제1 표면 위에 수트의 축적을 감지하는 제1 모드에서 작동하고 그리고 상기 기판의 적어도 상기 제1 표면 위에 축적된 수트를 제거하는 제2 모드에서 작동하도록 형성된 제1 부품을 포함하는 수트 센서를 제공하는 단계; 상기 제1 부품을 통하여 흐르는 감지 전류를 감시하고, 상기 전류는 상기 제1 부품 위에 축적된 수트의 양을 나타내는 단계; 및 상기 감지 전류가 미리 결정된 문턱에 도달하고, 그에 의하여 상기 제1 부품 위에 축적된 상기 수트의 적어도 일부를 제거하는 경우 상기 감시하는 단계에 반응하여 상기 제1 부품을 통하여 히터 전류를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 수트 센서는 부품에 축적이 되는 수트의 양이 정확하게 측정될 수 있도록 하면서 이와 동시에 수트를 소각시켜 부품의 재생이 가능하도록 한다는 이점을 가진다.
청구된 주제의 특징 및 이점이 본 발명에 따른 실시 예의 아래의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이고, 이러한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 고려되어야 하고, 도면은 아래와 같은 것을 나타낸다.
도 1은 수트 센서의 개략적인 평면도이고;
도 2는 도 1의 수트 센서의 개략적인 저면도이고;
도 3은 라인 3-3을 따라 취해진 도 1 및 2의 수트 센서의 확대된 단면도이고;
도 4는 본 개시에 따른 수트 센서의 개략적인 평면도이고;
도 5A는 본 개시에 따른 라인 5-5를 따라 취해진 도 4의 수트 센서의 부분 단면도이고;
도 5B는 본 개시의 다른 실시 형태에 따른 라인 5-5를 따라 취해진 도 4의 수트 센서의 부분 단면도이고;
도 6은 도 5B의 수트 센서의 부분 확대도이고;
도 7은 본 개시에 따른 수트 센서의 다른 실시 형태의 개략적인 평면도이고;
도 8A는 도 7의 수트 센서의 부분 확대도이고;
도 8B는 본 개시의 다른 실시 형태에 따른 도 7의 수트 센서의 부분 확대도이고;
도 8C는 본 개시에 또 다른 실시 형태에 따른 도 7의 수트 센서의 부분 확대도이고;
도 9는 본 개시에 따른 수트 센서 팁의 사시도이고;
도 10은 라인 10-10을 따라 취해진 도 9의 수트 센서의 확대된 투시 단면도이고;
도 11은 본 개시에 따른 수트 센서 시스템의 하나의 예시적인 실시 형태의 블록 다이어그램이고;
도 12는 패시베이션 층(passivation layer)을 포함하는 도 7의 수트 센서의 개략적인 평면도이고;
도 13은 본 개시에 따른 수트 센서의 다른 실시 형태의 개략적인 평면도이고;
도 14는 도 13의 수트 센서의 부분 확대도이고;
도 15는 수트 센서 모드에 있는 도 13의 수트 센서의 개략적인 평면도이고;
도 16은 재생 모드에 있는 도 13의 수트 센서의 개락적인 평면도이고;
도 17A-17D는 제1 및 제2 재생 모드에 있는 도 13의 수트 센서의 개락적인 평면도 및 관련 회로이고;
도 18은 본 개시에 따른 수트 센서 어셈블리의 실시 형태의 사시 단면도이고;
도 19A-19B는 도 18의 수트 센서 어셈블리의 실시 형태의 사시도이고;
도 19C는 도 18의 수트 센서 어셈블리의 부분 확대 사시도이고;
도 20은 본 개시에 따른 또 다른 수트 센서 어셈블리의 분해 사시도이고;
도 21은 조립된 상태에 있는 도 20의 수트 센서 어셈블리의 사시도이고;
도 22A는 라인 A-A를 따라 취해진 도 21의 수트 센서 어셈블리의 단면도이고;
도 22B는 라인 B-B를 따라 취해진 도 21의 수트 센서 어셈블리의 단면도이고;
도 23A-23B는 도 20의 수트 센서 어셈블리의 일부의 실시 형태의 사시도 및 단면도이고;
도 24A-24B는 도 20의 수트 센서 어셈블리의 일부의 또 다른 실시 형태의 사시도 및 단면도이고;
도 25는 도 13의 수트 센서에 결합된 회로의 개략도이고;
도 26은 도 13의 수트 센서에 결합된 단일 처리 시스템의 블록 다이어그램이고;
도 27은 도 26의 신호 보호 회로의 개락도이고;
도 28은 본 개시에 따른 예시적인 실시 형태의 수트 센서와 관련된 출력 전압 대 저항의 도표이고;
도 29는 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 출력 전압 대 시간의 도표를 포함하고;
도 30A는 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 회로의 개략도이고;
도 30B는 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 회로의 개략도이고;
도 31은 도 30A-30B의 회로와 관련된 저항 대 시간의 도표이고;
도 32는 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 공급 전력 대 공기 흐름 속도의 도표이고;
도 33A-33D는 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 공급 전압 대 시간의 도표이고;
도 34는 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 저항 대 시간의 도표이고;
도 35는 도 34의 도표와 관련된 수트 축적대 시간의 도표이고; 그리고
도 36은 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 센서 반응 대 시간의 도표이다.
본 개시(disclosure)는 전체적으로 수트 입자를 탐지하기 위한 수트 센서 및 수트 센서 시스템에 관한 것이다. 전체적으로, 본 개시에 따른 수트 센서 시스템은 제1 표면 및 제1 표면과 반대편의(마주보는) 제2 표면을 형성(구성)하는 기판을 포함한다. 전도성 소재의 적어도 하나의 연속 루프를 가지는 적어도 하나의 부품이 기판의 제1 표면에 배치된다. 적어도 하나의 부품(one element)은 상기 기판의 적어도 상기 제1 표면 위에 수트(soot)의 축적을 탐지하는 제1 모드에서 작동하고, 그리고 상기 기판의 적어도 상기 제1 기판 위에 축적된 수트를 제거하는 제2 모드에서 작동하도록 형성된다. 제1 및 제2 전기 접점(전기 접속체)(electrical contacts)이 적어도 하나의 부품의 양끝단에 배치된다. 회로가 전기적으로 제1 및 제2 전기 접점에 연결이 되고 그리고 기판과 부품의 제1 표면 위에 축적된 수트의 양을 결정하고 그리고 수트 축적(soot accumulation)에 대응하여 부품의 가열을 제어하도록 형성된다.
본 개시에 따른 수트 센서 및/또는 수트 센서 시스템은 디젤 엔진을 가지는 모터 차량의 배기 시스템에 배치되도록 형성될 수 있다. 추가로, 수트 센서 및/또는 수트 센서 시스템은 예를 들어 그 응용 제품에 따라 적절하게 설계가 된 지지체가 제공되어 기름 가열 시스템 중 가정용 기술의 영역에 사용되도록 형성될 수 있다. 모터 차량의 배기 시스템에서 사용을 위하여, 본 개시에 따른 수트 센서 시스템은 배기 가스 흐름(exhaust gas flow)으로부터 수트 축적을 탐지하도록 형성될 수 있다. 추가로 수트 센서 시스템은 차량의 온-보드 진단(on-board diagnostics) 시스템에 연결되어 통신을 하도록 형성될 수 있다. 추가로 수트 센서는 디젤 엔진을 가지는 모터 차량의 디젤 입자 필터(DPF, Diesel Particle Filter)으로부터 다운스트림에 배치될 수 있고, 상기에서 센서는 DPF의 성능을 모니터하도록 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 개시에 따른 수트 센서의 실시 형태가 개략적으로 도시된다. 수트 센서(400)는 예를 들어 절연체 또는 비-전도성 소재로부터 만들어지고, 제1 표면(404)(예를 들어 도 5A에 도시된 천정 면)및 제1 표면의 반대편의(마주보는) 제2 표면(406)(예를 들어 도 5A에 도시된 바닥 면)을 형성하는 기판(402)을 포함한다. 수트 센서(400)는 기판(402)의 제1 표면(404)에 형성된 센서 부품(408)을 포함한다. 센서 부품(408)은 기판(402) 위에 배치된 전도성 소재의 적어도 하나의 연속 루프(continuous loop)(410)를 포함한다. 루프(410)는 예를 들어 구불구불한 형상(serpentine), 스파이럴(spiral), 사각형 또는 원형과 같은 임의의 규칙적인 또는 불규칙적인 기하학적 형상을 가질 수 있다.
제시된 예시적인 실시 형태에서, 루프(410)는, 다수 개의 파동(undulation)(412) 및 다수 개의 파동(412)의 각각의 내부 및 파동 사이에 형성된 다수 개의 갭(G1, G2)의, 제1 셋을 포함하는 구불구불한 형상으로 배열이 된다. 제시된 실시 형태에서, 센서의 측면(413)에 인접하는 회전(turn)(411)을 포함하는 루프(410)의 일부가 갭(G1)에 의하여 분리되고 그리고 센서의 측면(417)에 인접하는 회전(415)을 포함하는 루프(410)의 일부가 갭(G2)에 의하여 분리되고, 그리고 갭(G1)은 갭(G2)에 비하여 폭이 크다. 본 명세서에서 사용된 용어 "구불구불함(serpentine)"은 예를 들어 도 4에 도시된 아치형, 사각형, 아치형과 사각형의 조합과 같은 임의의 형상의 회전(turn)을 포함하는 구성을 의미하며, 그리고 이 구성은 균일한 및/또는 서로 다른 크기의 갭에 의하여 분리된 회전을 또한 포함한다.
센서 부품(408)은 추가로 루프(410)의 양끝단에 있는 제1 및 제2 전기 접점(electrical contacts)(414, 416)을 포함한다. 제1 및 제2 전기 접점(414, 416)은 루프(410)를 통하여 전류를 제공하기 위한 회로에 연결되도록 형성될 수 있다. 제시된 실시 형태에서, 입력 전류(Isense)는 제1 전기 접점(또는 제2 전기 접점(416))에 제공될 수 있다.
전류(Isense)의 값은 센서(400) 위에 축적된 수트의 양을 나타낼 수 있다. 제시된 실시 형태에서, 예를 들어 수트 입자(428)가 센서 부품(408)을 포함하는 기판(402)의 제1 표면 위에 축적된 것을 보여준다. 수트(428)는 센서 부품 위에 쌓이므로, 루프(410)의 저항이 변하고, 이것은 전류(Isense)의 값을 변화시킨다. 전류(Isense)의 값은 이로 인하여 센서 위에 축적된 수트의 양을 나타낸다.
수트 센서(400)는 추가로 기판(402)의 제1 표면(404) 위에 형성된 히터 부품(418)을 포함한다. 히터 부품(418)은 기판(402) 위에 배치된 전도성 소재의 적어도 하나의 연속적인 루프(420)를 포함한다. 루프(420)는 예를 들어, 구불구불한 형태, 나선형, 사각형, 원형과 같은 임의의 규칙적 및/또는 불규칙적인 기하학적 형상을 가질 수 있고 그리고 적어도 길이의 일부에서 센서 부품 루프(410)에 인접하게 배치될 수 있다.
제시된 예시적인 실시 형태에서, 루프(420)는, 다수 개의 파동(412)의 제1 셋에 보충적이거나 또는 서로 섞어 짜인(인터위브하는)(interweaving), 다수 개의 파동(422)의 제2 셋을 포함하는 구불구불한 형상으로 배열이 된다. 히터 부품(418)은 추가로 루프(420)의 맞은편 끝단에 제1 및 제2 전기 접점(424, 426)을 포함한다. 제1 및 제2 전기 접점(424, 426)은 루프(420)를 통하여 전류를 제공하기 위하여 회로에 연결되도록 형성될 수 있다. 제시된 실시 형태에서, 입력 전류(Iheater)는 제1 전기 접점(424)(또는 제2 전기 접점(426))에 제공될 수 있다. 하나의 실시 형태에서, 예를 들어 수트(428)의 문턱(임계) 양이, 예를 들어 전류(Isense)의 문턱 값에 도달하는 것으로 결정되는, 센서 부품(408)에 축적이 되는 경우, 히터 전류(Iheater)는 히터 부품(418)이 수트(428)을 가열하여 소각시키는 것과 같이 적어도 부분적으로 제거하도록 적용될 수 있고, 그에 의하여 계속적인 사용을 위하여 센서(400)를 클리닝/재생한다.
센서 부품(408)은 예를 들어 금, 백금, 오스뮴, 로듐, 이리듐, 루테늄, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄 및 그와 같은 것을 비롯하여 언급된 금속의 적어도 하나를 포함하는 산화물, 합금 및 합성물과 같은 전기적으로 전도성이 되는 소재 또는 금속을 포함할 수 있다. 히터 부품(418)은 다양한 소재룰 포함할 수 있다. 예를 들어, 히터부품 소재는 백금, 금, 팔라듐 및 그와 같은 것 그리고/또는 그들의 합금, 산화물 및 합성물을 포함할 수 있다. 기판(402)은 비-전도성 및/또는 전기적으로 절연성을 가지는 소재를 포함할 수 있다. 기판 소재는 이에 제한되지 않지만, 알루미나, 지르코니아, 산화이트륨(yttria), 란타늄 산화물, 실리카를 포함하는 산화물 및/또는 언급된 적어도 하나를 포함하는 합성물 또는 전기적 통신을 금지시키고 그리고 구조적 통합성 및 물리적 보호를 제공할 수 있는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 추가로 수트 센서(400)는 두꺼운 필름 및/또는 얇은 필름 구조를 포함할 수 있다.
도 5A는 본 개시의 하나의 실시 형태에 따른 도 4의 라인 5-5를 따라 취해진 수트 센서(400)의 일부의 단면도이다. 제시된 실시 형태에서, 수트 입자(428)는 적어도 센서 부품(408) 위에 축적된다. 특히, 배기가스 흐름에 노출이 되는 경우, 수트 입자(428)는 센서 부품(408)의 루프(410)의 다수 개의 파동(412) 각각의 내부 및 파동 사이에 형성된 다수 개의 갭(G1 및 G2)의 적어도 하나의 내부에 축적될 수 있다. 센서 부품(408)에 임의의 수트 입자가 없는 경우, 제1 및 제2 전기 접점(414, 416) 사이에 생성된 센서 부품(408)의 전기 회로는 제1 저항을 가진다. 수트 입자(428)가 센서 부품(408) 위에 축적이 되는 경우 그리고 특히 다수 개의 갭(G1 및/또는 G2)의 적어도 하나의 내부에 축적이 되어 수트 입자(428)가 루프(410)와 접촉이 되는 경우, 제1 및 제2 전기 접점(414, 416) 사이의 저항은 변할 수 있다. 수트 입자(428)가 수집되어 축적이 됨에 따라 저항은 증가될 수 있다. 축적된 수트 입자(428)를 수트 센서(408)로부터 제거하는 것이 바람직한 경우 히터 부품(418)이 활성화가 될 수 있다. 히터 부품(418)은 수트 입자(428)가 소각이 되는 온도에 도달하도록 형성(구성)될 수 있다.
도 5B는 본 개시의 다른 실시 형태에 따른 도 4의 라인 5-5를 따라 취해진 수트 센서의 일부의 단면도이다. 그리고, 도 6은 도 5B의 수트 센서의 일부의 확대도이다. 하나의 실시 형태에서, 보호 층(532)이 기판(402)의 제1 평면(404) 위에 형성되고 그리고 각각, 센서 부품(408) 및 히터 부품(418)의 파동(412, 422)의 적어도 일부를 덮는다. 보호 층(532)은 센서 부품(408)의 파동(412)의 적어도 일부를 배기가스 흐름으로부터 절연시키도록 형성될 수 있다. 보호 층(532)은 추가로, 센서 부품(408)의 파동에 의하여 정의되는 다수 개의 갭(G1)에 대응되어 정렬되는 다수 개의 채널(534)을 정의(형성)한다.
도 6을 참조하면, 다수 개의 채널(534)의 각각은 예를 들어 파동(412)의 가장자리(edges)(636)와 같은 센서 부품의 적어도 일부를 배기가스 흐름 및 수트 입자(428)에 노출시킨다. 제시된 실시 형태에서, 다수 개의 채널(534)의 각각은 다수 개의 채널(534) 및 대응되는 갭(G1) 중 적어도 하나의 내부에 수트 입자(428)를 축적시키는 것을 허용하는 크기 및/또는 형상이 될 수 있고, 이로 인하여 수트 입자(428)는 예를 들어 파동(412)의 가장자리(636)과 같은 노출된 센서 부품(408)의 전도성 물질의 적어도 일부와 접촉이 되도록 만든다.
도 7은 본 개시에 따른 수트 센서의 다른 실시 예의 개략적인 평면도이고 그리고 도 8A는 도 7의 수트 센서의 일부의 확대도이다. 이러한 실시 형태는 도 4의 실시 형태와 유사하고, 그리고 동일한 구성요소에 대하여 4백대가 아니라 7백대의 동일한 참조 부호가 부여된다.
수트 센서(700)는 제1 표면(704)을 형성하는 기판(702)를 포함한다. 센서 부품(708) 및 히터 부품(718)이 제1 표면(704) 위에 형성된다. 센서 부품(708) 및 히터 부품(718) 각각은 기판(702) 위에 배치된 전도성 소재(710, 720)의 적어도 하나의 연속 루프를 각각 포함한다. 도 4의 실시 형태와 유사하게, 루프(710, 720)는 파동의 제1(712) 및 제2(722) 셋을 포함하는 구불구불한 형상으로 배열이 될 수 있다. 도 8A를 참조하면, 제1(712) 및 제2(722) 셋의 파동은 추가로 파동의 제1(828) 및 제2(830) 서브셋을 각각 형성한다. 다수 개의 갭(832)은 파동의 다수 개의 제1(828) 및 제2(830)의 서브 셋의 각각의 내부 및 각각의 사이에 형성된다.
센서 부품(708)은 추가로 루프(710)의 맞은편 양끝단에 제1(714) 및 제2(716) 전기 접점을 포함한다. 제1 및 제2 전기 접점(714, 716)은 루프(710)를 통하여 전류를 제공하기 위하여 회로에 연결되도록 형성될 수 있다. 제시된 실시 형태에서, 입력 전류(감지 전류)(Isense)는 제1 전기 접점(714)(또는 제2 전기 접점(716))에 제공될 수 있다. 유사하게 히터 부품(718)은 추가로 루프(720)의 맞은편 양끝단에 제1(724) 및 제2(726) 전기 접점을 포함한다. 제1 및 제2 전기 접점(724, 726)은 루프(720)를 통하여 전류를 제공하기 위하여 회로에 연결되도록 형성될 수 있다. 제시된 실시 형태에서, 입력 전류(히터 전류)(Iheater)는 제1 전기 접점(724)(또는 제2 전기 접점(726))에 제공될 수 있다.
제시된 실시 형태에서, 센서 부품(708) 및 히터 부품(718)은 도 4의 실시 형태와 관련하여 위에서 기술이 된 것처럼 서로 서로에 대하여 분리되어 독립적으로 작동이 되도록 형성될 수 있다. 추가로 수트 센서(700)는 접점(724, 716)를 선택적으로 연결시키거나 분리시키기 위하여 각각 히터(718)의 제1 전기 접점(724)과 센서(708)의 제2 전기 접점(716)에 연결된 스위치(S1)을 포함할 수 있다. 스위치(S1)가 개방되는 경우, 감지 전류(센서 전류)(Isense)가 접점(714, 716) 사이의 전도성 물질의 루프(710)와 관련된 저항에 의하여 결정되고 그리고 루프(710)에 쌓이는 수트 입자에 따라 변하고, 그에 의하여 센서 부품이 수트 입자를 탐지하는 것이 가능하다. 스위치(S1)가 닫히는 경우, 루프(710, 720)가 전기적으로 연결되어 접점(714, 726) 사이의 전도성 물질의 직렬의 단일 연속 루프를 형성한다. 이후, 전류(Isense)가 센서 부품(708) 및 히터 부품(718) 양쪽을 통하여 흘러 센서 부품(708) 및 히터 부품(718)이 단일 히터 부품으로 작동하는 것을 허용한다.
도 8B는 본 개시의 또 다른 실시 형태에 따른 도 7의 수트 센서의 일부의 확대도이다. 제시된 실시 형태에서, 센서 부품(708) 및 히터 부품(718)은 제1 표면(704) 위에 배치된 전도성 소재의 연속 루프(810, 820)를 포함한다. 루프(810, 820)는 다수 개의 파동(812, 822)의 제1 및 제2 셋을 포함하는 구불구불한 형상으로 배열된다. 다수 개의 파동의 제1 및 제2 셋(812, 822)은 추가로 다수 개의 파동의 제1 및 제2 서브 셋(834, 836)을 각각 형성한다. 다수 개의 갭(838)이 다수 개의 파동의 제1 및 제2 서브 셋(834, 836)의 각각의 내부 및 사이에 형성되고, 여기에서 갭(838)은 크기 및/또는 형상에서 실질적으로 균일하다.
제시된 실시 형태에서, 루프(810)는 도 8A에 도시된 루프(710)에 비하여 실질적으로 좁은 폭을 가지고, 그에 의하여 루프(710)의 저항에 비하여 큰 값에 이르도록 루프(810)의 저항을 증가시킨다. 저항의 증가는 루프(810)가 루프(710)에 비하여 높은 정확성을 가지고 온도를 감지하도록 형성되는 것을 허용할 수 있다.
도 8C는 본 개시의 또 다른 실시 형태에 따른 도 7의 수트 센서의 일부의 확대도를 도시한 것이다. 제시된 실시 형태에서, 다수 개의 갭(840, 842)이 다수개의 파동의 제1 및 제2 서브 셋(834, 836)의 각각의 내부 및 사이에 형성되고, 여기에서 갭(840, 842)은 크기 및/또는 형상이 다양하다. 예를 들어 갭(840)은 폭(W1)을 가지고 그리고 갭(842)는 폭(W2)을 가지고, 여기에서 폭(W1)은 전체적으로 폭(W2)에 비하여 크다. 수트 입자 축적을 탐지하는 경우 다양한 크기 및/또는 형상의 갭(840, 842)은 센서 부품(708)이 더 넓은 동적 범위의 반응을 하는 것을 허용할 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 수트 센서의 사시도이고 그리고 도 10은 라인 10-10을 따라 취해진 도 9의 수트 센서 팁의 확대 사시 단면도이다. 팁(900)은 수트 센서(1014)를 적어도 부분적으로 감싸도록 형성되고, 여기에서 수트 센서(1014)는 본 개시에 따른 여러 실시 형태에 따를 수 있다. 팁(900)은 외부 표면(904)과 내부 표면(1006) 및 인접 끝(proximal end)(908) 및 말단 끝(distal end)(910)을 포함하는 몸체(902)를 가진다. 제시된 실시 형태에서, 몸체(902)는 인접 끝(908)에서 전체적으로 둥근 형상으로부터 말단 끝(910)에서 전체적으로 사각형의 형상으로 점차적으로 이행한다. 몸체(902)의 기학학적 형상은 팁(902)의 내부 체적이 최소가 되도록 구성된다. 몸체(902)는 몸체의 외부 표면(904)으로부터 몸체의 내부 표면(1006)에 이르는 경로(path)(1016)를 형성하는, 적어도 하나의 각이 지도록(경사지도록)(angularly) 배치된 채널(912)을 형성한다.
경로(1016)는 배기가스 흐름을 수트 센서(1014)로 유도하도록 형성되고, 그리고 도 10의 화살표(A)로 표시되어 있는 것처럼, 수트 센서(1014)의 제1 표면(1018)과 관련하여 90도에 비하여 작은 각도의 방향의 측면 벽에 의하여 정의될 수 있다. 경로(1016)는 이로 인하여 제1 표면(1018)과 관련하여 90도에 비하여 작은 각으로 형성되어 배가가스 흐름으로부터 수트가 몸체의 내부로 진입하고 그리고 수트 센서(1014)의 제1 표면(1018)과 관련하여 90도에 비하여 작은 각에서 수트 센서(1014)에 충돌하는 것을 허용할 수 있다. 몸체(902)는 몸체의 전체 둘레를 따라 위치하고, 각이 지도록(angularly) 배치된 다수 개의 채널(912)을 형성한다.
도 11은 본 개시에 따른 수트 센서 시스템의 하나의 예시적인 실시 형태의 블록 다이어그램이다. 수트 센서 시스템(1100)은 수트 센서(400)를 포함한다. 명확성 및 설명의 목적을 위하여, 도 4의 수트 센서(400)가 참조될 것이다. 그러나 수트 센서 시스템(1100)은 본 개시에 따른 수트 센서의 다른 실시 형태를 포함할 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 수트 센서 시스템(1100)은 추가로 수트 센서(400)에 전기적으로 연결이 되고 그리고 수트 센서(400)에 전기 전류를 제공하도록 형성된 회로(1102)를 포함한다. 하나의 실시 형태에서, 회로(1102)는 전류(Isense) 및/또는 전류(Iheater)를 제공하기 위하여 센서 부품(408) 및 히터 부품(418)의 제1 및 제2 전기 접점(414, 416, 424, 426)에 연결될 수 있다.
회로(1102)는 제어장치(1106)에 전기적으로 연결되어 통신하도록 형성된 측정 회로(1104)를 포함한다. 측정 회로는 또한 수트 센서(400)에, 예를 들어 센서 부품(408)의 제1 및 제2 전기 접점(414, 416) 및/또는 히터 부품(418)의 제1 및 제2 전기 접점(424, 426)에, 전기적으로 연결된다. 측정 회로(1104)는 제1 및 제2 전기 접점(414, 416) 사이에 전압을 인가하고 그리고 전류(Isense)의 결과 값을 나타내는 출력을 제어징치(1106)에 제공한다. 제어장치(1106)는 자동차의 공지된 엔진 제어 유닛(ECU)이 될 수 있고, 수트 센서(440) 및 측정 회로(1104) 사이에 통신이 되도록 할 수 있고 그리고 제어 장치는 공지된 CAN 버스를 통하여 완성될 수 있다.
센서 부품(408)을 통하여 흐르는 전류(Isense)의 값은 수트 센서(400) 위에 쌓이는 수트의 양을 결정하기 위하여 이용될 수 있고, 이것은 추가로 수트 센서(400)와 소통하는 배기 스트림에 있는 수트의 양을 나타낼 수 있다. 위에서 언급된 것처럼, 수트가 제1 및 제2 전기 접점(414, 416) 사이에 쌓이는 경우, 접점(414, 416)사이의 전도성 경로의 전기 저항이 변하고, 이것은 전류(Isense)에서 대응하는 변화에 이르도록 한다. 전류(Isense)의 값은 센서(400) 위에 쌓인 수트의 양을 나타낸다.
측정 회로(1104)는 또한 히터 부품의 제1 및 제2 전기 접점(424, 426) 사이에 전압을 인가하도록 형성될 수 있다. 전류(Isense)의 값이 미리 결정된 문턱 값에 도달하는 경우, 제어장치(1106)는 측정 회로(1104)의 출력을 제공하여 측정 회로가 히터 부품(418)으로 흐르는 전류(Isense)를 제공하는 것에 의하여 히터 부품(418)을 활성화하도록 만들 수 있다. 히터 부품(418)이 활성화되는 경우, 히터 부품(418)은 축적된 수트 입자가 소각이 되는 온도에 이르도록 열을 가할 수 있고, 그에 의하여 수트 센서(400), 특히 센서 부품(408)으로부터 수트 입자를 제거한다.
추가로, 회로(1102)는 센서 부품(408) 및/또는 히터 부품(418)에 개방 회로 및/또는 고장을 탐지하도록 형성된다. 예를 들어, 만약 센서 부품(408)이 고장이 난다면 센서 부품의 접점(414, 416) 사이의 회로는 개방 회로가 되거나 또는 비-정상적인 높은 저항을 가진 회로가 될 것이다. 이로 인하여, 이로 인하여 만약 전류(Isense)가 미리 결정된 문턱 값 아래로 떨어진다면, 제어장치(1106)는 제어 부품의 고장을 나타내는 출력을 제공할 것이다.
도 12는 패시베이션 층(passivation layer)을 포함하는 도 7의 수트 센서의 개략적인 평면도이다. 제시된 실시 형태에서, 수트 센서(700)는 적어도 센서 부품(708)의 제1(714) 및 제2(716) 전기 접점 및/또는 히터 부품(718)의 제1(724) 및 제2(726) 전기 접점을 정의(구성)하는 패드 부분(1244)를 포함할 수 있다. 수트 센서(700)는 추가로 기판(702)의 제1 표면(704) 위에 그리고 적어도 패드 부분(1244) 위쪽에 배치된 패시베이션 층(1246)을 포함할 수 있다. 패시베이션 층(1246)은 센서 부품(708)의 제1(714) 및 제2(716) 전기 접점 사이 및/또는 히터 부품(718)의 제1(724) 및 제2(726) 전기 접점 사이의 임의의 전기 전도를 억제 및/또는 방지하도록 형성될 수 있다. 추가로, 패시베이션 층(1246)은 높은 열의 발생을 억제 및/또는 방지하도록 형성될 수 있다. 패시베이션 층(1246)은 비-전도성 및/또는 전기적 절연성 소재를 포함할 수 있다. 소재는 이에 제한되지 않지만 알루미나, 지르코니아, 이트륨 산화물(yttria), 란탄 산화물, 실리카를 포함하는 산화물 및/또는 위에서 언급된 적어도 하나를 포함하는 합성물을 또는 통전(electrical communication)을 방해할 수 있는 임의의 유사한 소재를 포함할 수 있다. 추가로 패시베이션 층(1246)은 열 절연성을 제공하도록 형성된 소재를 포함할 수 있다. 제시된 실시 예에서, 패시베이션 층(1246)은 두꺼운 필름(film) 유리(glass)를 포함할 수 있다.
도 13은 본 개시에 따른 수트 센서(1300)의 다른 실시 예의 개략적인 평면도이고 그리고 도 14는 도 13의 수트 센서(1300)의 일부의 확대도이다. 전체적으로 수트 센서(1300)는 제1 표면(1304)을 형성하는 기판(1302)을 포함한다. 제1 센서/히터 부품(1308) 및 제2 센서/히터 부품(1318)이 제1 표면(1304) 위에 형성된다. 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)은, 본 명세서에서 상세하게 설명이 된 것처럼, 각각 도 4에 도시된 센서 부품(408)과 유사한 방법으로 수트 축적을 감지하도록 형성될 수 있다. 추가로 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)은 예를 들어 축적된 수트를 가열하여 예를 들어 소각하는 것과 같이 적어도 부분적으로 축적된 수트를 제거하도록 각각 형성되고, 그에 의하여 계속적인 사용을 위하여 수트 센서(1300)를 클리닝/재생을 할 수 있다.
제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318) 각각은 기판(1302) 위에 배치된 전도성 소재(1310, 1320)의 적어도 하나의 루프를 포함한다. 도 4의 실시 형태와 유사하게, 루프(1310, 1320)는 각각 파동의 제1 셋 및 제2 셋(1312, 1322)을 포함하는 구불구불한 형상으로 배열될 수 있다. 도 14을 참조하면, 파동의 제1 및 제2 셋(1312, 1322)은 추가로 각각 파동의 제1(1328) 및 제2(1330) 서브셋을 형성한다. 다수 개의 갭(1332)이 다수 개의 파동의 제1(1328) 및 제2(1330)의 각각의 내부 및 파동 사이에 형성된다. 도시된 것처럼, 갭(1332)은 실질적으로 균일한 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다. 제시된 실시 형태에서, 갭(1332)은 폭(W)을 가질 수 있다. 갭(1332)의 폭(W)은 10 마이크론으로부터 100 마이크론에 이르는 범위가 될 수 있다. 하나의 실시 예에서, 갭(1332)의 폭(W)은 20 마이크론이다. 다수 개의 갭(1332)은 크기 및/또는 형상이 다양할 수 있고, 그에 의하여 수트 축적을 감지하는 경우 센서/히터 부품(1308, 1318)이 반응의 더 넓은 동적 범위의 반응을 가지도록 허용할 수 있다.
도시된 것처럼, 제1 센서/히터 부품(1308)은 루프(1310)의 맞은편 양끝단에서 제1(1314) 및 제2(1316) 전기 접점을 포함한다. 제1 및 제2 전기 접점(1314, 1316)는 루프(1310)를 통하여 전류를 제공하기 위하여 회로에 연결되도록 형성될 수 있다. 유사하게 제2 센서/히터 부품(1318)은 루프(1320)의 맞은편 양끝단에 제1(1324) 및 제2(1326) 전기 접점을 포함한다. 제1 및 제2 전기 접점(1324, 1326)은 루프(1320)를 통하여 전류를 제공하기 위하여 회로에 연결되도록 형성될 수 있다.
제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)은 예를 들어 알루미나, 금, 백금, 오스뮴, 로듐, 이리듐, 루테늄, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄과 같은 전기 전도성 소재 및 산화물, 합금 및 위에서 언급된 금속의 적어도 하나를 포함하는 합성물을 포함할 수 있다. 하나의 실시 형태에서, 부품(1308, 1318)은 그들의 일부 위에 증착이 된 필름 백금 트레이스(trace)를 가지는 알루미나를 포함할 수 있다.
기판(1302)은 비-전도성 및/또는 전기 절연 소재를 포함할 수 있다. 소재는 이에 제한되지 않지만 알루미나, 지르코늄을 포함하는 산화물, 이트륨 산화물, 란탄 산화물, 실리카 및/또는 앞에서 언급된 것의 적어도 하나를 포함하는 합성물 또는 통전 (electrical communication)을 방해하고 구조적 통합성 및/또는 물리적 보호를 제공할 수 있는 임의의 유사한 소재를 포함할 수 있다. 추가로 수트 센서(1300)는 두꺼운 필름 및/또는 얇은 필름 구조를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 매우 상세하게 설명이 된 것처럼, 수트 센서(1300)는 제1 모드(이후 수트 감지 모드(soot sensing mode)라고 명함)에서 작동하도록 형성되고, 여기에서 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)이 수트 센서(1300)의 적어도 제1 표면(1304) 위에 축적이 된 수트를 감지하도록 형성된다. 수트 센서(1300)는 추가로 제2 모드(이후 재생 모드(regeneration mode)라고 명함)에서 작동하도록 형성될 수 있고, 여기에서 제1 센서/히터 부품(1308, 1318)은 제1 표면(1304) 위에 축적된 수트의 적어도 일부를 가열하여 제거하도록(예를 들어 소각시켜) 형성되고, 그에 의하여 수트 센서(1300)을 클리닝/재생할 수 있다.
제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)은 도 4의 실시 형태와 관련하여 설명이 된 것처럼 서로 분리되며, 그리고 독립적으로 작동하도록 형성될 수 있다. 추가로 수트 센서(1300)는 접점(1316, 1326)를 선택적으로 연결시키고 그리고 분리시키기 위하여 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)의 제2 접점(1316, 1326)에 각각 연결된 스위치(S1)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치(S1)가 열리는 경우, 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)은 서로 독립적으로 작동할 수 있다. 스위치(S1)가 닫히는 경우, 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)은 서로 전기적으로 연결이 되어, 접점들(1314, 1324) 사이에 전도성 소재의 연속 루프를 확립한다.
도 15에 도시된 것처럼, 센서(1300)가 수트 감지 모드에 있는 경우, 입력 전류(Isense)가 제1 전기 접점(1314)(또는 제2 전기 접점(1316))에 제공될 수 있다. 전류(Isense)의 값은 센서(1300) 위에 쌓인 수트의 양을 나타낼 수 있다. 도 15에 도시된 것처럼, 스위치(S1)가 닫히는 경우, 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1310)이 전기적으로 서로 연결되고 그리고 접점(1314, 1324) 사이에 전도성 소재의 연속 루프를 확립한다. 전류(Isense)는 이후 제1 센서/히터 부품(1308) 및 제2 센서/히터 부품(1318) 양쪽을 통하여 흐르고 제1 센서/히터 부품(1308, 1318) 양쪽이 단일 센서 부품으로 작동하는 것을 허용한다. 수트 입자(1333)가 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318) 위를 포함하여 기판(1302)의 제1 표면 위에 축적된 상태가 도시되어 있다. 수트(1333)가 센서/히터 부품(1308, 1318) 위에 쌓임에 따라, 연속 루프(예를 들어 루프(1310, 1320)로 만들어진)의 저항이 변하고, 이것은 전류(Isense)의 값을 변화시킨다. 전류(Isense)의 값은 이로 인하여 센서 위에 축적이 된 수트의 양을 나타낸다.
수트(1333)의 문턱(임계) 양이, 예를 들어 전류(Isense)의 문턱 값에 도달하는 것에 의하여 결정되는, 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318) 위에 축적이 되는 경우, 수트 센서(1300)는 도 16 및 도 17A-17B에 도시된 것과 같이 재생 모드를 시작하도록 형성될 수 있다. 도 16에 도시된 것처럼, 센서(1300)가 재생 모드에 있는 경우, 입력 전류(Iheater1)가 제1 센서/히터 부품(1308)의 제1 전기 접점(1314)(또는 제2 전기 접점(1316))에 제공될 수 있다. 유사하게, 입력 전류(Iheater2)가 제2 센서/히터 부품(1318)의 제1 전기 접점(1324)(또는 제2 전기 접점(1326))에 제공될 수 있다. 하나의 실시 형태에서, 수트(1333)의 문턱 양이, 예를 들어 전류(Isense)의 문턱 값에 도달하는 것에 의하여 결정되는, 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318) 위에 축적이 되는 경우, 히터 전류 1(Iheater1 ) 및/또는 히터 전류 2(Iheater2)가 적용되어 대응하는 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)이 수트(422)을 가열하고 그리고 예를 들어 소각시키는 것과 같이 적어도 부분적으로 수트를 제거하도록 만들어질 수 있고, 그에 의하여 계속 사용을 위하여 센서(1300)를 클리닝/재생시킬 수 있다.
하나의 실시 형태에서, 스위치(S1)가 열리는 경우, 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)이 서로에 독립적으로 작동할 수 있고, 여기에서 히터 전류(Iheater1)가 적용되어 단지 제1 센서/히터 부품(1308)이 가열이 되도록 만들 수 있다. 유사하게, 히터 전류(Iheater2)가 적용되어 단지 제2 센서/히터 부품(1318)이 가열이 되도록 만들 수 있다. 스위치(S1)가 닫히는 경우, 루프(1310, 1320)가 서로 전기적으로 연결되어, 접점(1314, 1324) 사이에 전도성 소재의 단일 연속 루프를 형성한다. 전류(Iheater1)는 이후 제1 센서/히터 부품(1308) 및 제2 센서/히터 부품(1318)을 통하여 흐르고 양쪽 부품(1308, 1318)이 단일 히터 부품으로 작동하여 가열시키는 것을 허용할 수 있다.
수트 센서(1300)는 도 17A-17D에 도시된 것처럼 제1 재생 모드 및 제2 재생 모드에서 작동하도록 형성될 수 있다. 도 17A는 제1 재생 모드에 있는 수트 센서(1300)를 예시한 것이고, 그리고 도 17B는 제1 재생 모드에 있는 수트 센서(1300)와 관련된 회로의 개략적인 도면을 예시한 것이다. 도시된 것처럼, 제1 재생 모드에 있는 경우, 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)은 서로 병렬로 배열될 수 있다. 이러한 구성은 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)이 뜨거워지고 그리고 저항이 높은 상황에 적합할 수 있고, 그에 의하여 높은 흐름(high flow) 조건 과정에서 부품(1308, 1318)의 가열을 증가시키기 위하여 부품(1308, 1318)을 통하여 더 많은 입력 전류가 흐르도록 하는 필요성이 요구되도록 한다.
도 17C는 제2 재생 조건에 있는 수트 센서(1300)를 예시한 것이고 그리고 17D는 제2 재생 조건에 있는 수트 센서(1300)와 관련된 회로의 개략적인 도면을 예시한 것이다. 도시된 것처럼, 재2 재생 조건에 있는 경우, 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)은 서로 직렬로 배열될 수 있다. 전체적으로 직렬로 연결된 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)의 배열은 병열 배열(도 17A에 도시된)의 저항에 비하여 더 높은 저항을 발생시킨다. 이로 인하여 제2 재생 모드(예를 들어 직렬 구성)에서 작동은 전류 소비를 제한하는 것이 요구되는 상황 및/또는 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)이 냉각되고 그리고 신속한 가열이 요구되는 경우에 대하여 적합할 수 있다. 추가로, 더 높은 저항은 또한, 더 높은 해상도(resolution)로 인하여 재생 과정 동안 부품(1308, 1318)의 향상된 온도 측정을 제공할 수 있다. 제1 및 제2 재생 모드는 솔리드 스테이트(반도체 소자) 스위칭 및 소프트웨어 제어 아래에서 제어될 수 있다는 점이 유의되어야 한다. 따라서 본 개시에 따른 몇몇 실시 형태에서 수트 센서는 단계적인(staged) 가열을 제공하도록 형성될 수 있고, 여기에서 배기 흐름 속도 및/또는 배기 온도를 파악하기 위하여 제1 및/또는 제2 재생 모드에 있는 부품(1308, 1318)의 작동이 실시간으로 또는 실시간에 근접한 시간 간격으로 제어될 수 있다(예를 들어, 시작, 중단, 일시 정지, 모드 사이의변환 등).
도 18은 본 개시에 따른 수트 센서 어셈블리(1800)의 하나의 실시 형태의 투시 단면도이다. 수트 센서 어셈블리(1800)는 제1 끝 부분(제1 끝단)(1804) 및 제2 끝 부분(제2 끝단)(1806)을 가지는 하우징(1802)을 포함한다. 하우징(1802)은 슬러그 인서트(1810)를 부분적으로 둘러싸는 형태로 그리고/또는 그러한 크기로 형성된다. 하우징(1802)은 금속 및/또는 비금속 소재를 포함할 수 있다. 도시된 것처럼, 하우징(1802)의 제2 끝 부분(1806)은 슬러그 인서트(1810)의 적어도 일부에 연결된 링(1808)에 의하여 슬러그 인서트(1810)의 일부를 수용하는 형태로 그리고/또는 그러한 크기로 형성된다. 링(1808)은 이 분야에서 공지된 다양한 방법에 의하여 하우징(1802)에 결합될 수 있다. 하나의 실시 형태에서, 링(1808)은 하우징(1802)에 레이저로 용접이 될 수 있고, 그에 의하여 하우징(1802)과 링(1808) 사이에 밀폐된 실(seal)을 제공한다(예를 들어 실제로 공기 및/또는 기체에 불투성이 되는).
수트 센서 어셈블리(1800)는 추가로 슬러그 인서트(1810)에 연결된 수트 센서(1300)를 포함한다. 간결성과 설명의 목적을 위하여, 도 13의 수트 센서(1300)를 참조한다. 그러나 수트 센서 어셈블리(1800)는 본 개시에 따른 수트 센서의 다른 실시 형태를 포함할 수 있다는 것이 유의하여야 한다. 수트 센서 어셈블리(1800)는 추가로 적어도 하우징(1802)에 연결되고 그리고 수트 센서(1300)를 적어도 부분적으로 감싸도록 형성된 센서 팁(1812)을 포함한다. 센서 팁(1812)은 개방 인접 끝 부분(개방 인접 끝단)(open proximity end)((1816) 및 폐쇄 말단 끝 부분(closed distal end)(1818)을 가진 몸체(1814)를 포함한다. 몸체(1814)는 외부 표면(1819A) 및 내부 표면(1819B)를 포함한다.
제시된 실시 형태에서, 센서 팁(1812)의 인접 끝 부분(1816)은 하우징(1802)의 제2 끝 부분(1806)의 플랜지 부분(1822)과 짝을 이루어 결합하도록 형성되는 플랜지 부분(flange protion)(1820)을 정의할 수 있다. 센서 팁(1812)은 각각의 플랜지 부분(1820, 1822)에서 적어도 하우징(1802)에 결합될 수 있고, 여기에서 플랜지 부분들(1820, 1822)은 서로 밀봉이 될 수 있다. 추가로 하우징(1802)은 수트 센서(1300)에 전기적으로 연결되고 수트 센서(1300)에 전기 전류를 제공하는 회로(1102)를 부분적으로 감싸도록 형성될 수 있다.
도 19A-19B는 도 18의 수트 센서 어셈블리(1800)의 슬러그 인서트(1810)의 사시도이다. 도 19A는 링(1808)으로부터 분리된 슬러그 인서트(1810)를 예시한 것이고 그리고 도 19B는 링(1808)에 연결된 슬러그 인서트(1810)을 예시한 것이다. 링(1808)은 내부 표면(1928) 및 원주를 가지는 주변 부분(1926)을 형성하는 몸체(1924)를 포함할 수 있다. 링(1808)은 슬러그 인서트(1810)의 적어도 일부를 수용하도록 형성될 수 있다. 링(1808)은 금속 및/또는 비금속 소재를 포함할 수 있다.
제시된 실시 형태에서, 슬러그 인서트(1810)는 인접 끝 부분(1932) 및 말단 끝 부분(1934)을 가지는 몸체(1930)를 포함한다. 몸체(1930)는 또한 링(1808)의 주변 부분(1926)의 둘레에 비하여 작은 둘레를 가지는 이산 부분(별도 부분)(discrete portion)을 포함하고, 이로 인하여 이산 부분(1930)은 링(1808)의 내부에 끼워지도록 그리고 내부 표면(1928)에 결합이 되도록 형성된다. 슬러그 인서트(1810)의 이산 부분(1936)은 이 분야의 통상의 기술자에게 공지된 다양한 방법에 의하여 링(1808)의 내부 표면(1928)에 결합될 수 있다.
하나의 실시 형태에서, 예를 들어, 슬러그 인서트(1810)의 이산 부분(discrete portion)(1936)이 납땜(brazing) 방식에 의하여 링(1808)의 내부 표면(1928)에 결합이 될 수 있고, 그에 의하여 슬러그 인서트(1810)와 링(1808) 사이에 실질적으로 긴밀한 밀봉(밀폐 봉인)을 제공할 수 있다.
슬러그 인서트(1810)의 몸체(1930)는 또한 수트 센서(1300)의 적어도 일부를 지지하는 제1 표면(1938)과, 그리고 예를 들어 화살표(1947)로 표시된 것처럼 수트 센서(1300)의 리드(leads)(1994)에 연결된 상호 연결 와이어(1946)와 같은 전기 연결체를 지지하도록 형성된 제2 표면(1940)을 포함한다. 몸체(1930)는 추가로 적어도 제2 표면(1940)으로부터 몸체(1930)를 관통하여 통과하여 슬러그 인서트(1810)의 인접 끝 부분(1932)에 이르는 애퍼처(apertures)(1942)를 포함한다. 애퍼처(1942)는 상호 연결 와이어(1946)를 수용하고, 상호 연결 와이어(1946)가 하우징(1802)에 있는 회로(1102)로부터 슬러그 인서트(1810)(즉, 몸체(1930))의 일부를 통과하여 제2 표면(1940)에 이르는 것을 허용한다.
제1 표면(1938)은 수트 센서(1300)의 적어도 일부를 수용하는 형상 그리고/또는 그러한 크기를 가지는 채널을 형성할 수 있다. 제1 표면(1938)은 추가로 수트 센서와 최소 접촉을 제공하고 그리고 수트 센서 재생 과정(히터 부품(들)의 가열) 동안 열 손실을 방지하도록 형성될 수 있다. 센서 부품(1300)은 유리(glass)를 이용하여 제1 표면(1938)에 대하여 밀봉이 될 수 있고, 그에 의하여 생산 조립 동안 히터 센서(1300)의 내구성을 증가시키고 진동 성향을 감소시킬 수 있다. 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인지되어 있는 것처럼, 수트 센서(1300)는 다른 공지된 방법에 따라 제1 표면에 결합될 수 있다.
도시된 것처럼, 제2 표면(1940)은 리드 와이어(1944)의 일부 및 그들에게 연결된 관련한 상호 연결 와이어(1946)를 수용하는 형상 그리고/또는 그러한 크기를 가지는 채널을 형성할 수 있다. 그들을 관통하여 통과하는 상호 연결 와이어(1946)를 가지는 애퍼처(1942)는 예를 들어 유리와 같은 밀봉 제제(sealant)로 채워질 수 있고, 그에 의하여 상호 연결 와이어(1946)와 관련한 아피쳐(1942) 사이에 긴밀한 밀봉(밀폐 봉인)을 제공할 수 있다.
슬러그 인서트(1810)는 비-전도성 및/또는 전기 절연 소재를 포함할 수 있다. 소재는 이에 제한되지 않지만 알루미나, 지르코늄을 포함하는 산화물, 이트륨 산화물, 란탄 산화물, 실리카 및/또는 앞에서 언급된 것의 적어도 하나를 포함하는 합성물 또는 통전(electrical communication)을 방해하는 임의의 유사한 소재를 포함할 수 있다. 제시된 실시 형태에서, 슬러그 인서트(1810)는 세라믹 소재를 포함할 수 있다.
도 19C는 도 18의 수트 센서 어셈블리(1800)의 일부의 확대 사시도이다. 위에서 설명이 된 것처럼, 수트 센서 어셈블리(1800)는 적어도 하우징(1802)에 연결되고 수트 센서(1300)를 적어도 부분적으로 감싸도록 형성된 센서 팁(1812)을 포함할 수 있다. 예시된 실시 형태에서, 센서 팁의 몸체(1814)는 몸체(1814)의 외부 표면(1819A)으로부터 몸체(1814)의 내부 표면(1819B)에 이르는 경로(path)(1950)를 형성하는 적어도 하나의 각이 지도록 배치된 채널(1948)을 형성한다. 도 9의 실시 형태와 유사하게, 경로(1950)는 배기 흐름을 수트 센서(1300)로 유도하도록 형성된다. 예시된 실시 형태에서, 센서 팁(1812)의 몸체(1814)는 몸체(1814)의 전체 둘레를 따라 위치하는 다수 개의 각이 지도록 배치된 채널(1948)을 형성한다. 수트 센서 어셈블리(1800)는 본 개시에 따른 센서 팁의 다른 실시 형태를 포함할 수 있다는 점을 유의하여야 한다.
제시된 실기 형태에서, 센서 팁(1812)의 인접 끝부분(1816)은 플랜지 부분(1820)을 형성할 수 있다. 플랜지 부분(1820)은 하우징(1802)의 제2 끝 부분(1806)의 플랜지 부분(1822)과 짝을 이루면서 결합되도록 형성된다. 센서 팁(1812)의 플랜지 부분(1820)은 하우징(1802)의 플랜지 부분(1822)에 레이저 빔 용접이 될 수 있고, 그에 의하여 화살표(1952)로 표시된 것처럼, 긴밀한 밀봉(밀폐 봉인)을 제공할 수 있다. 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있는 것처럼, 플랜지 부분(1820, 1822)은 다른 공지된 방법에 의하여 서로 연결이 될 수 있다.
도 20은 본 개시에 따른 다른 수트 센서 어셈블리(2000)의 분해 사시도이고 그리고 도 21은 조립된 상태에서 있는 도 20의 수트 센서 어셈블리의 사시도이다. 일반적으로 수트 센서 어셈블리(2000)는 수트 센서의 일부를 수용하여 유지하도록 형성된 절연 멤버(2002)를 포함한다. 명확성 및 설명 목적을 위하여, 도 13의 수트 센서(1300)를 참조로 한다. 그러나 수트 센서 어셈블리(2000)는 본 개시에 따른 수트 센서의 다른 실시 형태를 포함할 수 있다는 점이 유의되어야 한다. 절연 멤버(2002)는 비-전도성 및/또는 전기 절연 소재를 포함할 수 있다. 소재는 이에 제한되지 않지만 알루미나, 지르코니아, 이트륨 산화물, 란탄 산화물, 실리카를 포함하는 산화물 및/또는 앞에서 언급된 것의 적어도 하나를 포함하는 합성물 또는 통전(electrical communication)을 방해하고 그리고/또는 상대적으로 높은 온도(예를 들어 600 에 견딜 수 있는) 이와 유사한 소재를 포함할 수 있다. 제시된 실시 형태에서, 절연 부재(2002)는 세라믹 소재를 포함할 수 있다.
도시된 것처럼, 어셈블리(2000)는 추가로 제1 끝 부분(2006) 및 제2 끝 부분(2008)을 가지고 그리고 제1 끝 부분(2006)부터 제2 끝 부분까지 연장되는 세로 방향으로(longitudinally) 배치된 통로(2010)를 가지는 내부 하우징 멤버(2004)를 포함한다. 통로(2010)는 내부에 절연 멤버(2002)의 일부를 수용하는 형상 그리고/또는 그러한 크기를 가진다. 본 명세서에서 매우 상세하게 기술이 된 것처럼, 내부 하우징 멤버(2004)는 상대적으로 고정된 위치에서 리드 와이어(도 22A-22B에 도시된)를 고정하도록 형성된 하나 또는 그 이상의 소재를 수용하는 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다.
도시된 것처럼, 수트 센서 어셈블리(2000)는 추가로 내부 하우징 멤버(2004)의 일부에 연결되도록 형성된 센서 팁을 포함한다. 간결성 및 설명 목적을 위하여, 도 18의 센서 팁(1812)을 참조한다. 그러나 수트 센서 어셈블리(2000)는 본 개시에 따른 센서 팁의 다른 실시 형태를 포함할 수 있다는 점이 유의되어야 한다. 센서 팁(1812)은 적어도 내부 하우징 부재(2004)에 연결될 수 있고 그리고 수트 센서(1300)를 부분적으로 감싸도록 형성된다. 예시된 실시 형태에서, 센서 팁(1812)의 플랜지 부분(2012)은 내부 하우징 멤버(2004)의 제2 끝 부분(2008)에 형성된 플랜지 부분(2012)과 짝을 이루면서 결합이 되도록 형성된다. 센서 팁(1812)은 각각의 플랜지 부분(1820, 2012)에서 적어도 내부 하우징 멤버에 연결될 수 있고, 상기에서 플랜지 부분(1820, 2012)은 서로에 대하여 밀봉이 된다.
어셈블리(2000)는 추가로 하우징 멤버(2002)의 제1 끝 부분(2006)에 인접하도록 배치된 제1 이격 부재(2014)를 포함한다. 제1 이격 부재(2014)의 크기(예를 들어 폭)는 예를 들어 리드 와이어의 요구되는 길이에 따라 달라질 수 있다. 수트 센서 어셈블리(2000)는 추가로 이격 멤버(2014)에 인접하여 배치된 제2 이격 멤버를(2016)를 포함한다. 간결성을 위하여, 제2 이격 멤버(2016)는 부분적으로 단면으로 제시된다. 제2 이격 멤버(2016)의 크기(즉, 폭)는 예를 들어 터미널(2018)의 요구되는 길이에 따라 달라질 수 있다. 제1 및 제2 이격 멤버(2014,2016)는 비-전도성 및/또는 전기 절연 소재를 포함할 수 있다. 소재는 이에 제한되지 않지만 알루미나, 지르코늄을 포함하는 산화물(지르코니아), 이트륨 산화물, 란탄 산화물, 실리카를 포함하는 산화물 및/또는 앞에서 언급된 것의 적어도 하나를 포함하는 합성물 또는 통전(electrical communication)을 방해하는 임의의 유사한 소재를 포함할 수 있다. 제시된 실시 형태에서, 제1 및/또는 제2 이격 멤버(2014, 2016)는 세라믹 소재를 포함할 수 있다.
수트 센서 어셈블리(2000)는 추가로 내부에 각각의 터미널(2018)의 일부를 수용하여 유지하도록 형성된 스트레인 릴리프 너깃(strain relief nugget)(2020)을 포함한다. 너깃(2020)은 추가로 와이어 하니스 어셈블리(wire harness assembly)(2136)(도 21에 도시된)에 연결될 수 있다. 도시된 것처럼, 너깃(2020)은 내부에 수용되는 각각의 터미널(2018)을 위하여 하나 또는 그 이상의 통로를 포함할 수 있다. 너깃(2020)은 2개의 보충 하프(complementary halves)를 포함할 수 있고, 여기에서 서로 인접하여 보충적으로 배치되는 경우, 2개의 보충 하프는 도시된 것처럼 단일 너깃(2020)을 형성하도록 결합된다. 너깃(2020)은 그들의 일부 위에 형성된 방사상 홈(radial groove)(2022)을 포함할 수 있다. 홈(2022)은 틈(clearance)(예를 들어 간격(space))을 제공하여 외부 하우징 부재(2026)의 일부가, 외부 하우징 부재(2026)의 주름 부분(crimped portion)이 너깃(2020)에 거의 또는 아무런 힘이 작동하지 않도록 하기 위하여, 너깃(2020)을 향하여 안쪽으로 주름이 지게 할 수 있다.
너깃(2020)은 와이어 하니스 어셈블리(2136)의 와이어가 터미널(2018)에 결합시키는 연결체(예를 들어 용접과 같은)를 위한 스트레인 릴리프(strain relief)를 제공하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 만약 와이어 하니스 어셈블리(2136)가 설치 과정 또는 통상적인 사용 과정에서 당겨지는 경우, 너깃(2020)은 스트레인 릴리프를 제공할 수 있다. 너깃(2020)은 비-전도성 및/또는 전기 절연 소재를 포함할 수 있다. 추가로 너깃(2020)은 플라스틱-오버-몰드(plastic-over-molded) 소재를 포함할 수 있다.
도시된 것처럼, 그로밋(grommet)(2024)이 너깃(2020)에 인접하여 배치될 수 있다. 그로밋(2024)은 속이 빈(hollow) 관형(tubular) 단면을 가질 수 있고, 이로 인하여 와이어 하니스 어셈블리(2136)는 그로밋(2024)를 통과할 수 있고 그리고 터미널(2018)에 연결될 수 있다. 그로밋(2024)은 예를 들어 몰딩이 된 고온 고무와 같은 유연성 및 신축성 소재를 포함할 수 있다.
수트 센서 어셈블리(2000)는 추가로 제1 끝 부분(2028) 및 제2 끝 부분(2030)을 가지고 그리고 제1 끝 부분(2028)으로부터 제2 끝 부분(2030)으로 연장하면서 세로 방향으로 배치된 통로(2032)를 가지는 외부 하우징 부재(2026)를 포함한다. 통로(2032)는, 제1 및 제2 이격 멤버(2014, 2016), 터미널(2018) 및 센서(1300)(도 22A-22B에 도시된)로부터 리드 와이어를 가진 각각의 연결체, 너깃(2020) 및 내부에 그로밋(2024)의 일부를 수용하여 감싸는 형상 및/또는 그러한 크기를 가진다. 외부 하우징 멤버(2026)는 통전을 방해하고, 그리고 내부의 구성요소에 대한 구조적 통합 및/또는 물리적 보호를 제공할 수 있는 하나 또는 그 이상의 소재를 포함할 수 있다. 외부 하우징 멤버(2026)는 또한 높은 온도를 견딜 수 있는 소재를 포함할 수 있다.
예시된 실시 형태에서, 외부 하우징 멤버(2026)의 제2 끝 부분(2030)은 플랜지 부분(2034)을 정의한다. 플랜지 부분(2034)은 내부 하우징 멤버(2004)의 제2 끝 부분(2008)의 플랜지 부분(2012)과 짝을 이루면서 결합하도록 형성된다. 그리하여, 외부 하우징 멤버(2026)는 각각의 플랜지 부분(2034, 2012)에서 적어도 내부 하우징 멤버(2004)에 연결될 수 있고, 여기에서 플랜지 부분(2034, 2012)은 임의의 공지된 방법에 의하여 서로 밀봉이 되어 전체적으로 견고한 밀봉을 제공할 수 있고, 그에 의하여, 습기 및/또는 오염물이 제2 끝 부분(2030)을 경유하여 외부 하우징 멤버(2026)의 통로(2032)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
외부 하우징 멤버(2026)가 어셈블리(2000)의 구성요소의 위쪽에 배치되는 경우(예를 들어 슬리드(slid)), 제1 끝 부분(2028)에서 또는 그 근처에서 외부 하우징 멤버(2026)의 일부가 주름이 질 수 있고, 이로 인하여 외부 하우징 멤버(2026)의 직경이 제1 끝 부분(2028)에서 또는 그 근처에서 감소될 수 있다. 주름 부분(2138)은 통로(2032) 내부에 배치된 그로밋(2024)의 일부에 압력을 가할 수 있고, 여기에서 그로밋(2024)의 압력을 받은 부분은 전체적으로 견고한 밀봉을 제공하고 그리고 외부 하우징(2026)의 제1 끝 부분(2028)으로 습기 및/또는 오염물이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 주름 부분(2138)은 추가로 외부 하우징 멤버(2028)의 통로 내부에 너깃(2020)을 안정적으로 유지하면서 고정시킬 수 있다.
도 22A는 라인 A-A를 따라 취해진 도 21의 수트 센서 어셈블리의 평면 단면도이고 그리고 도 22B는 라인 B-B를 따라 취해진 도 21의 수트 센서 어셈블리의 측면 단면도이다. 도시된 것처럼, 수트 센서(1300)의 일부가 절연 멤버(2002)의 내부에 배치되어 유지될 수 있다. 예시된 실시 형태에서, 센서(1300)에 연결된 리드 와이어(2240)[부품(1308, 1318)의 제1(1314, 1323) 및 제2(1324, 1326) 전기 접점에 연결된]는 센서(1300)로부터 그리고 내부 하우징 멤버(2004)의 통로(2010)로 그리고 궁극적으로 외부 하우징 멤버(2026)의 통로(2032)로 연장된다. 리드 와이어(2240)는 화살표(2242)에 의하여 표시된 것처럼, 관련한 터미널(2018)에 연결될 수 있다.
리드 와이어(2240)의 일부는 고정 소재(2242)에 의하여 내부 하우징 멤버(2004) 내부에 상대적으로 고정된 위치에 고정될 수 있다. 하나의 실시 형태에서, 고정 소재(2244)는 내부 하우징 멤버(2004)의 통로(2010)의 일부에 배치될 수 있고 그리고 리드 와이어(2240)의 일부를 완전히 감쌀 수 있다. 고정 소재(2244)는 액체로 제공될 수 있고 그리고 이후 경화될 수 있다. 고정 소재(2244)는 센서(1300) 및 리드 와이어(2240)에 대하여 안정성 및 진동에 대한 보호를 제공하도록 형성될 수 있다. 고정 부재(2244)는 비-전도성 및/또는 전기 절연 소재를 비롯하여 예를 들어 열경화성 플라스틱과 같은 습기 및/또는 부식 저항 소재를 포함할 수 있다.
하나의 실시 형태에서, 고정 소재(2244)는 유리를 포함할 수 있고 그리고 내부 하우징 멤버(2004)의 통로의 일부에서 리드 와이어(2240)의 일부 및 센서(1300)를 밀봉하기 위하여 사용될 수 있고, 그에 의하여 생산 조립 과정 동안 수트 센서(1300) 및/또는 리드 와이어(2240)의 내구성을 증가시키고 그리고 진동 경향을 감소시킬 수 있다. 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식되는 것처럼, 리드 와이어(2240)의 일부가 예를 들어 임의의 공지된 도포 방법(potting method)과 같은 다른 공지된 방법에 의하여 내부 하우징 멤버(2004) 내부에 고정되고 밀봉이 될 수 있다.
도 23A-23B를 참조하면, 도 20의 수트 센서 어셈블리(2000)의 내부 하우징 멤버(2304)의 하나의 실시 형태의 사시도 및 단면도가 각각 전체적으로 제시된다. 이러한 실시 형태는 도 20의 실시 형태에 유사하고 그리고 동일한 구성요소에 대하여 2000대가 아니라 2300 대에서 동일한 도면 부호가 부여된다. 전체적으로 내부 하우징 멤버(2304)는 제1 끝 부분(2306) 및 제2 끝 부분(2308) 및 제1 끝 부분(2306)으로부터 제2 끝 부분(2308)까지 연장하는 세로 방향으로 배치된 통로(2310)을 포함한다. 제2 끝 부분(2308)은 센서 팁(1812)의 플랜지 부분(1820)과 짝을 이루면서 결합하도록 형성된 플랜지 멤버(2312)를 형성한다. 내부 하우징 멤버(2304)는 추가로 내부 하우징 멤버(2304)의 반지름을 따라 형성된 확장 부분(2314)을 포함한다. 도 23B에 도시된 것처럼, 확장 부분(2314)은 통로(2310)의 내부 표면(2318)에 형성된 보충 오목 부분(recessed portion)(2316)에 이르게 된다.
위에서 설명이 된 것처럼, 예를 들어 유리와 같은 고정 소재(2244)가 통로(2310)의 일부에 채워져 그 내부에 하나 또는 그 이상의 리드 와이어(2240)를 안정적으로 고정시킬 수 있다. 고정 소재(2244)는 통로(2310)의 내부에 있는 오목 부분(2316)을 채울 수 있다. 고정 소재(2244)가 경화되는 경우, 오목 부분(2316)은 통로(2310)의 내부의 경화된 고정 소재(2244)을 고정시키는 수단을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 오목 부분(2316) 내부에 있는 경화된 고정 소재(2244)는 적어도 세로 방향으로[즉, 내부 하우징 멤버(2304)의 제1 끝 부분으로부터 제2 끝 부분(2306, 2308)까지] 경화된 고정 소재(2244)의 실질적인 이동을 방지할 것이다. 추가로 통로(2310)의 내부 표면(2318)이 고정 소재(2244)와 내부 하우징 멤버(2304) 사이의 상호 작용을 향상시키도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시 형태에서, 내부 표면(2318)은 고정 소재(2244)와 내부 표면(2318) 사이의 향상된 상호 작용을 제공하기 위하여 임의의 공지된 수단(이에 제한되지 않지만 산화와 같은)에 의하여 거칠게 만들어질 수 있다.
도 24A-24B는 도 20의 수트 센서 어셈블리(2000)의 내부 하우징 멤버(2404)의 다른 실시 형태의 사시도 및 단면도이다. 전체적으로 내부 하우징 멤버(2404)는 제1 끝 부분(2406) 및 제2 끝 부분(2408) 및 제1 끝 부분(2406)으로부터 제2 끝 부분(2408)로 연장하는 세로방향으로 배치된 통로(2410)를 포함한다. 제2 끝 부분(2408)은 센서 팁(1812)의 플랜지 부분(1820)과 짝을 이루면서 결합시키도록 형성된 플랜지 멤버(2412)를 형성한다. 내부 하우징 멤버(2404)는 추가로 내부 하우징 멤버(2404)의 반지름을 따라 형성된 오목 부분(2414)을 포함한다. 도 24B에 도시된 것처럼, 오목 부분(2314)은 전체적으로 내부 표면(2418)으로부터 통로(2410)의 중앙을 향하여 연장하는 보충적인 전체적으로 환형의 마루 부분(ridge portion)을 형성할 수 있다.
고정 소재(2244)가 통로(2410) 내부에 채워지는 경우, 고정 소재(2244)는 통로(2410) 내부에서 마루 부분(2416)과 결합하여 주위를 채울 수 있다. 고정 소재(2244)가 경화가 된 경우, 마루 부분(2416)은 경화된 고정 소재(2244)의 이동을 방지할 수 있고, 그에 의하여 통로(2410)의 내부에 경화된 고정 소재(2244)를 고정시킬 수 있다. 도 23A-23B의 실시 형태와 유사하게, 통로(2410)의 내부 표면(2418)은 고정 소재(2244) 및 내부 하우징 멤버(2404) 사이의 상호 작용을 향상시키도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시 형태에서, 내부 표면(2418)은 고정 소재(2244)와 내부 표면(2418) 사이의 향상된 상호 작용을 제공하기 위하여 임의의 고정된 수단(이에 제한되지 않지만 예를 들어 산화와 같은)에 의하여 거칠게 만들어질 수 있다.
도 25는 도 13의 수트 센서에 연결되는 회로의 도식도이다. 수트 센서(1300)의 수트 수집을 향상시키도록 시도하는 경우, 도 25의 회로는 누설 전류 효과를 무효화시키는 수단을 제공한다. 도시된 것처럼. 제1 및 제2 센서/히터 부품(예를 들어 센서/히터1 및 센서/히터2와 같은)은 제1 및 제2 센서/히터 부품의 전도성 소재를 통하여 전류를 제공하기 위하여 회로(2500)를 연결시키도록 형성될 수 있고, 상기에서 전류는 예를 들어 38 V와 같은 입력 전류를 제공하도록 형성된 전력 공급원에 의하여 제공될 수 있다. 예시된 실시 형태에서, 회로(2500)는 제1 트랜지스터(Qs1), 제2 트랜지스터(Qs2), 제3 트랜지스터(Qs3) 및 제4 트랜지스터(Qs4)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(Qs1-Qs4)는 임의의 형태의 스위칭 기기를 포함할 수 있다. 제시된 실시 형태에서, 트랜지스터(Qs1-Qs4)는 MOSFEFs를 포함할 수 있다. 트랜지스터(Qs1-Qs4)는 전력 공급원으로부터 제1 및/또는 제2 히터 부품까지에 대한 전류의 적용을 제어하도록 형성될 수 있다.
도시된 것처럼, Qh가 오프가 되고 그리고 제3 트랜지스터(Qs3)가 오프가 되고, 그에 의하여 전원에서 저항(Rs9)을 통하는 게이트와 동일한 전압(0V)을 제공한다. 2.5 V의 전압이 제1 및 제2 트랜지스터(Qs1, Qs2)에 적용이 되고, 그에 의하여 제1 및 제2 트랜지스터(Qs1, Qs2)가 오프가 되는 결과를 발생시킨다. 제1 트랜지스터(Qs1)가 오프가 되는 경우, 5 V의 전압이 풀-업 저항(Rs7)을 통하여 제2 트랜지스터(Qs2)의 드레인에 인가될 것이다. 그에 의하여 2.5 V의 전압이 저항(R5r)을 통하여 제3 트랜지스터(Qs3)의 드레인 및 제2 트랜지스터(Qs2)의 소스(source)에 제공된다. 회로가 위에서 기술된 것처럼 배열된 상태에서, 제2 트랜지스터(Qs2)가 드레인에서 5 V 그리고 소스에서 2.5 V를 가지고, 2.5 V의 드레인-소스 전압 강하를 발생시킬 것이다. 추가로 소스에서 2.5 V 그리고 제2 트랜지스터(Qs2)의 게이트에서 2.5 V인 상태에서, 제2 트랜지스터(Qs2)는 게이트와 소스 사이의 전압에서 0 V의 차이를 가질 것이다. 제3 트랜지스터(Qs3)는 그것의 드레인에서 2.5 V 전위를 가지고, 소스가 접지되어, 소스에서 0 V의 전위가 되고 2.5 V의 드레인-소스 전압 강하를 발생시키고, 제2 트랜지스터(Qs2)의 전위와 매칭이 된다. 제2 트랜지스터(Qs2)의 게이트 및 소스가 제3 트랜지스터(Qs3)의 게이트 및 소스와 동일한 전위에 있는 상태에서, 제3 트랜지스터(Qs3)의 게이트-소스 사이의 전위 차이는 다시 0 V가 되고, 다시 제2 트랜지스터(Qs2)의 전위와 매칭이 된다. 제2 및 제3 트랜지스터(Qs2, Qs3) 양쪽이 동일하게 바이어스가 된 상태에서 수트 측정이, 누설 전류가 무시되는 상태에서 얻어질 수 있다.
도 26은 도 13의 수트 센서에 연결된 교류(AC) 결합(coupled) 신호 처리 시스템의 블록 다이어그램이다. AC 결합 신호 처리 시스템(2600)은 도 13에 도시된 것처럼, 입력 AC 공급 전압(Vac)을 수신하고 그리고 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318) 사이의 저항(Rsoot)을 포함하면서, 수트 센서(1300)를 통하여 흐르는 신호 전류를 수신하도록 형성된 증폭기(2602)에 연결된 수트 센서(1300)를 포함할 수 있다. 시스템(2600)은, 추가로 증폭기(2602)에 연결된 DC 복원 기기(restorer)(2604)를 포함할 수 있다. DC 복원 기기(2604)는 상기 증폭기(2602)로부터 신호를 동시에 접지하도록 형성될 수 있다. 피크 탐지기(2606)는 DC 복원 기기(2606)에 연결되어 신호를 수신하도록 형성될 수 있다. 추가로, 예를 들어 통합 이득 작동 증폭기(도 20에 도시된)와 같은 버퍼(2608)가 피크 탐지기(2606)에 연결되어 신호를 수신하도록 형성될 수 있다. 시스템(2600)은 추가로 버퍼(2608)에 연결되고 그리고 버퍼(2606)로부터 신호를 수신하도록 형성된 저역 필터(2610)를 포함할 수 있고, 상기에서 저역 필터(2610)는 수신된 신호로부터 스위칭(개폐) 과도현상(transietns)을 제거하도록 형성될 수 있다. 접지 및 입력 전력 공급 양쪽에 대해 500 메가 옴(M Ohms)의 동적 저항을 가정하면, AC 등가 회로가 접지에 대한 2개의 500 메가 옴 저항으로 예시된다. 추가로, 2개의 500 메가 옴 저항이 접지와 작동 증폭기(2602)의 인버팅 입력(inverting input) 사이에 연결되고 그리고 일반적으로 AC 신호(전류)에 거의 영향을 미치지 않는다.
도 27은 도 26의 신호 처리 시스템의 회로의 개략도이다. 수트 센서(1300)의 회로의 트랜지스터에서 발생할 수 있는 DC 누설 전류의 효과를 감소시키기 위하여, AC 결합 접근이 실행될 수 있다. 트랜지스터의 DC 누설의 동적 저항이 DC 저항에 비하여 상당히 클 수 있다는 사실로 인하여, AC 전압 분배기가 이러한 효과의 이점을 가질 수 있다. 이상적인 일정 전류 공급원의 동적 저항은 무한대 옴이 된다. 트랜지스터의 누설의 동적 저항은 델타v/델타i가 된다. 하나의 실시 예에서, 동적 저항은 약 500 메가 옴이 될 수 있다. 이러한 값은 누설 및 작동 점에서 변화에 대하여 보다 안정적일 수 있다.
AC 결합 신호 처리 시스템(2600)의 이용에 의하여, 트랜지스터의 저항 측정(Rsoot)시 DC 누설을 효과적으로 제거할 수 있다. 시스템(2600)은 누설 전류의 ㅅ소스의 매우 높은 저항의 이점을 이용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 시스템(2600)은 구형파(square wave) 자극 및 결과로 발생하는 커패시터를 경유하는 AC 신호를 결합시킬 수 있는 이점을 가지고, 그에 의하여 요구되는 AC 신호가 약화되지 않고 회로(적절한 크기를 가진 커패시터를 이용하여)를 통과하는 것을 허용한다. 요구되지 않는 DC 전압(트랜지스터의 누설 전류로 인하여) 및/또는 열적 효과로 인한 느린 변동성을 가지는 전압이 제거될 수 있다.
도 27을 참조하면, 수트 센서(1300)는 시스템 및/또는 센서에 포함된 임의의 소프트웨어 및/또는 펌웨어 및/또는 하드웨어를 고려하여 적용에 따라 다양한 파형(사각형, 톱니 형태, 사인 형태)을 가지는 다양한 신호 주파수를 수신하도록 형성될 수 있다. 제시된 실시 형태에서, 수트 센서(1300)는 50 Hz의 주파수를 가지는 정사각형 파형을 가지는 신호를 수신하도록 형성될 수 있다. 최적 주파수가 EMC에 강건함을 추가하는 것을 도울 수 있고, 소프트웨어 및 펌웨어를 비롯하여 하드웨어와 함께 더 좋은 통합을 허용할 수 있고 그리고 또한 신호 대 잡음 비율의 효과를 가질 수 있고 그리고 작동 기간에 걸쳐 안전성을 추가할 수 있다.
추가로 파(wave)는 0 V 근처에서 균형이 맞추어질 수 있고, 이로 인하여 파(wave)는 접지에 대하여 균일하게 양과 음을 순환할 수 있다. 추가로 표준 파형이 접지로부터 미리 결정된 예를 들어 불-균형 파형에 이르는 30 Vdc와 같은 전압 수준까지 순환하도록 사용될 수 있다. 불-균형 형태는 백금의 이동(migration)으로 인하여 백금 전극의 수명을 감소시킬 수 있다. 그러나 불-균형 형태는 비용 관련하여서는 값이 싼 실행 형태가 될 수 있다.
AC 결합 신호 처리 시스템(2600)이 수트 센서 회로에서 트랜지스터로부터 DC 누설을 효과적으로 제거하도록 형성될 수 있다. 작동 과정에서, DC 저항(2604)이, 정사각형 파의 낮은 전압 위치 동안, 신호를 동기적으로(sybchronuosly) 접지시키도록 형성될 수 있고, 그에 의하여 1.0 ㎌ 커패시터의 출력 측의 구형파(square wave)에 기초하여 0 볼트를 발생시킬 수 있다. 추가로 일련의 연결된 MOSFET가 1.0 ㎋ 커패시터에 대한 이러한 구형파의 피크 값을 동기적으로 통과한다. 이 커패시터는 다음 사이클까지 이러한 피크 값을 유지한다. 이러한 전압은 통합 이득 작동 증폭기(op-amp)(2608)에 의하여 완충이 되고 그리고 이후 출력은 저역 필터(2610)를 경유하여 저역으로 필터가 되어 개폐(스위칭) 과도현상을 제거한다. 누설 전류가 존재하지 않는 하나의 실시 예에서, 만약 Rsoot가 100 M라면, Vout는 5 V*5.0 / (3.0 +100 M) = 0.24 V가 된다. 유사하게 만약 Rsoot가 5 M라면, 이때 Vout는 5 V*5.0 /(5.0 + 5 M) = 2.5 V가 된다.
도 28은 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 출력 전압 대 저항의 도표이다. 아래의 표(바로 아래에 제시된)는 수트 측정 사이클 동안 2개의 히터 부품 사이의 저항(Rsoot), 및 25 ℃ 및 105 ℃에서 해당하는 출력 전압(Vout)을 포함한다.
Rsoot(메가 옴) 25 ℃에서 Vout(V) 105 ℃에서 Vout(V)
2 4.55 4.55
5 1.84 1.83
10 0.88 0.88
20 0.44 0.44
50 0.18 0.18
100 0.09 0.09
제시된 실시 형태에서, AC 결합 신호 처리 시스템(2600)의 회로의 설계로 인하여, 출력 전압(Vout)은 1/Rsoot에 비례한다. 이러한 데이터는 온도 안정성의 높은 수준을 나타낸다. 1/Rsoot 방법은 그것이 요구되는 상황에서 Rsoot의 보다 작은 값에서 높은 정확성(resolution)을 준다.
도 29는 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 출력 전압 대 시간의 도표를 포함한다. 저항(Rsoot)을 측정하기 위하여 사용된 전압(피크 대 피크) 신호는 센서 반응 시간에 영향을 미칠 수 있다. 전압이 증가함에 따라, 반응 시간이 감소한다. AC 결합 신호 처리 시스템의 회로는 5 V dc 공급에서 작동하도록 형성될 수 있으므로, 충전 펌프 또는 다른 수단이 구성되고, 그에 의하여 센서 여기 전압(excitation voltage)을 증가시킨다. 이것은 요구되는 전류를 5 V dc 공급 전압으로부터 증가시키는 결과를 가져올 수 있다.
도 30A 및 도 30B는 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 회로의 개략도이다. 도 30A는 풀업 저항 구성을 나타낸 것이고 그리고 도 30B는 풀다운 저항 구성을 나타낸 것이다.
도 31은 도 30A-30B의 풀업 저항 및 풀다운 저항 구성과 관련된 저항 대 시간의 도표를 포함한다. 도 31은 10 V 및 5 V를 포함하는 2개의 독립적인 여기 전압에서 도 30A-30B의 풀업 및 풀다운 저항의 구성을 예시한다. 제시된 실시 형태에서, 풀다운 저항 구성은 보다 부드러운 출력 신호를 가진 약간 향상된 센서 반응을 발생시켰다.
도 32는 200 ℃의 온도를 가지는 배기가스에 노출된 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 공급 전력(supply wattage) 대 공기 흐름 속도(air flow rate)의 도표이다. 본 명세서에서 개시된 수트 센서의 실시 형태는 0 ℃ 내지 650 ℃의 온도 범위에서, 일시 작동(excursions)으로는 950 ℃에 이르는, 작동하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 개시에 따른 수트 센서는 150 ℃ 내지 650 ℃에 이르는 배기가스 온도 범위에서 작동하도록 형성될 수 있다. 센서가 그것의 재생 온도에 도달하도록 요구되는 전력은 배기 온도 및 유속에 따라 변한다. 전력은 이러한 서로 다른 조건에 대해 예측 가능하고 반복 가능하다. 예시된 실시 형태에서, x-축은 서로 다른 배기 속도(공기 흐름 속도)를 나타내고 그리고 y-축은 센서가 그것의 재생 온도에 도달하기 위하여 요구되는 전력을 예시한다. 전력(wattage)은 제1 및 제2 히터 부품 사이의 전압을 비롯하여 제1 및 제2 히터 부품을 흐르는 임의의 전류를 측정하는 것에 의하여 산출된다. 또한 전압 및 전류를 아는 것은 히터의 저항이 계산된다. 히터의 저항 대 온도 곡선이 또한 공지되어 있다. 재생 온도에서 히터의 저항을 감시하는 것에 의하여, 히터 저항이 변했는지 또는 수용 가능한 범위를 벗어나도록 이동했는지 여부가 결정될 수 있다.
수트 센서가 배기가스 스트림에 노출이 되는 경우, 배기가스에 존재하는 어떤 물질은 센서 재생 과정 동안 히터 부품에 의하여 완전하게 소각되지 않을 수 있다. 이러한 물질은 예를 들어 재(ash) 및/또는 산화철을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 시간에 걸쳐 센서의 표면 위에 쌓이고 센서의 반응 곡선(반응 곡선: 센서 저항의 변화 대 센서 표면에 존재하는 수트의 mg)의 천이를 발생시킬 수 있다. 계획은 시간에 걸쳐 이러한 효과에 대하여 대응하도록 실행될 수 있다. 예를 들어 이슬점(dew point)이 도달된 이후, 센서는 재생 사이클을 통하여 과정을 알게 되고 그리고 센서는 수트가 없는 상태에서 현재 저항을 저장할 수 있다. 만약 이러한 저항이 이전에 나타난 것과 다르다면, 이러한 경우 예측되는 센서 반응 곡선을 보상하기 위하여 오프셋(offset)을 사용할 수 있다.
하나의 양상에서, 본 개시는 수트 센서 위의 수트 농도를 예상하는 방법을 제공할 수 있다. 방법은 수트 재생 사이의 시간을 측정하는 것과 그 시간 프레임 동안 평균 수트 농도를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 재생 사이의 시간은 전형적인 수트 농도 레벨을 이용하여 20 분을 초과하여 몇 분 이내일 수 있다. 그러나 매우 낮은 수트 농도 수준을 이용하여, 재생 사이클 사이의 시간이 훨씬 길어질 수 있다. 이러한 방법에 대한 주요한 불이익은 상당히 긴 시간 주기에 걸쳐, 단지 평균 수트 농도 수준을 알려주어, 늦다는, 특히 낮은 수트 농도 수준에서, 점이다.
다른 양상에서, 본 개시는 수트 센서 위에 수트 농도를 예측하는 방법을 특징으로 삼을 수 있다. 이러한 방법은 위에서 설명된 이전 방법에 비하여 수트 농도 결정에 있어 더 빠를 수 있다. 센서의 실제 반응(센서 저항의 변화 대 시간)이 실시간으로 더 작은 시간 간격으로 센서에 존재하는 수트의 양을 계산하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 방법은 저항 대 시간의 변화 또는 전압 대 시간의 변화를 사용한다.
도 33A-33D은 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 공급 전압 대 시간의 도표이다. 도 33A-33D에 예시된 곡선은 15 m/s의 배기 흐름 및 270 ℃의 배기 온도에서 나타낸 것이다. x-축은 분 단위가 되고 그리고 y-축은 공급 전압의 퍼센티지가 된다. 각각의 곡선에서 사용된 수트 센서는 아래 측의 풀다운 저항(도 30B에 도시된)에 연결된다. 전압 측정(출력 신호)은 풀다운 저항을 가로질러 측정된다. 도 33A-33D에서 가장 명확하게 제시될 수 있는 것처럼, 수트 농도가 증가함에 따라, 센서의 경사가 또한 증가한다. 수평 청색(굵은 색) 라인은 센서가 재생이 되는 때에 공급 전압의 퍼센티지를 나타낸다. 도시된 청색(굵은 색) 라인은 센서 반응이 센서 반응 경사의 선형 영역에서 주로 측정이 되는 것을 허용하도록 취해졌다. 추가로 예를 들어 정적(static) 상태에서 10 %와 같이 센서 재생 사이의 시간 간격(span)이 짧아지도록 하는 것이 가능하다. 만약 수트 농도가 많이(센서 곡선에서 경사 변화에 의하여 알려지는) 변하고 있다면, 다른 퍼센티지가 사용될 수 있다. 이것은 센서에 더 작은 양의 수트와 보다 빠른 재생의 발생을 허용하는 결과를 발생시킬 것이다.
도 34는 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된 저항 대 시간의 도표이다. 수트 센서는 약 10.4 mg/m3의 수트 농도, 15.5 m/s의 배기(유동) 속도 및 약 273 ℃의 온도를 가지는 배기가스에 노출되었다. 수트 센서의 저항이 전체 사이클(즉, 수트 센서의 전체 재생을 통해 수트 축적을 탐지)을 통하여 측정이 되었다. 화살표(A)로 표시된 것처럼, 센서 저항은 수트 축적과 함께 떨어지기 시작한다. 일단 화살표(B)로 표시된 것처럼, 미리 결정된 문턱(임계) 저항에 도달되면, 센서가 센서 탐지 모드로부터 재생 모드로 전환한다. 수트가 수트 센서로부터 제거되면서, 저항이 증가하기 시작한다. 화살표(C)로 표시된 것처럼, 재생 모드가 끝난다.
도 35는 도 34의 도표와 관련되는 수트 축적 대 시간의 도표이다. 전체적으로 도 35는 도 34의 시간 대 저항의 측정과 대비된다. 도시된 것처럼, 수트가 저항이 떨어지기 시작하는 것(도 34에 도시된 )과 근사적으로 동일한 시점에 수트의 축적이 시작한다. 유사하게, 수트가 쌓이고(축적되고) 그리고 화살표(B)로 도시된 것처럼, 그 축적이 미리 결정된 문턱 값에 도달하는 순간, 재생 모드가 시작하고 그리고 수트의 축적 수준이 떨어지기 시작한다(도 34의 저항의 증가와 일치한다). (저항 대 시간)의 (수트 축적 대 시간)으로의 선형화는 방정식, 센서 Vout = 9206/√R을 사용하여 결정된다(센서 Vout 은 센서의 출력 전압이고, R은 저항). 이러한 식은 예시적이며, 다른 수식이 도 34의 도표의 선형화를 위하여 사용될 수 있다는 점에 유의하여야 한다.
도 36은 본 개시에 따른 예시적인 수트 센서와 관련된, 센서 반응 대 시간,의 도표이다. 수트 센서는 약 27.5 m/s의 흐름(배기) 속도 및 약 275 ℃의 온도를 가지는 배기가스에 노출이 되었다.
본 개시에 따른 수트 센서는 수많은 이점을 제공한다. 예를 들어 도 13의 수트 센서(1300)의 제1 및 제2 센서/히터 부품(1308, 1318)의 단일-층(single-layer) 설계는 수많은 독특하면서 유리한 특징을 제공한다. 예를 들어, 수트 센서의 재생의 효과가 부품이 수트 축적을 탐지하고 그리고 기판 표면을 재생시키도록[즉, 세척(클리닝)을 하도록] 가열을 하는 양쪽에 대한 능력을 가질 수 있는 점에 의해 개선된다. 따라서, 부품은 양쪽 역할(수트 축적 감지 및 기판 표면 재생)을 제공하고 그리고 기판의 제2 맞은편 표면(예를 들어 후면)과 같은 독립된 표면을 가열할 필요가 없다. 추가로 고 유동(흐름) 조건(high flow conditions)에서 재생이 향상된다. 기판의 제2 표면(예를 들어, 후면)이, 예를 들어 다른 센서(예를 들어 높은 정밀도의 배기가스 온도 센서와 같은)와 같은 추가적인 구성요소를 위하여 이용 가능하여 추가로 시스템에 대하여 가치 및 다양성을 추가하고 그리고 비용을 감소시킬 수 있다.
단일 층 설계는 또한 몇몇 현재 공지된 저항성 PM 센서와 비교될 때, 더 적은 소재, 이에 제한되지 않지만 백금을 포함하여,를 사용한다. 귀금속의 가격이 상대적으로 높고 그리고 한정된 공급으로 인하여 가격 상승이 지속될 수 있다.
본 개시에 따른 수트 센서 회로는 또한, 재생 모드에서의 작동없이, 키(key) 상태에서 및 콜드 작동 개시 과정에서 빠른 센서 진단 자기 점검을 제공한다. 회로가 상대적으로 간단하고 그리고 신뢰성을 가지고 그리고 진단 점검은 낮은 전류 루프를 사용하여 실행될 수 있다.
본 개시의 하나의 실시 형태에 따라, 수트 센서가 제공된다. 수트 센서는 제1 표면 및 제1 표면과 마주보는(제1 표면과 반대편의) 제2 표면을 형성(구성)하는 기판을 포함한다. 수트 센서는 추가로 기판의 제1 표면 위에 배치된 전도성 소재의 적어도 하나의 연속 루프를 가지는 제1 부품을 포함한다. 적어도 하나의 제1 부품은 기판의 적어도 제1 표면 위에 수트의 축적을 탐지하는 제1 모드에서 작동하고 그리고 기판의 적어도 제1 표면 위에 축적된 수트를 제거하는 제2 모드에서 작동하도록 형성(구성)된다.
본 개시의 또 다른 실시 형태에 따르면, 수트 센서 시스템이 제공된다. 수트 센서 시스템은 수트 센서를 포함한다. 수트 센서는 제1 표면 및 제1 표면과 마주보는(제1 표면과 반대편의) 제2 표면을 형성(구성)하는 기판을 포함한다. 수트 센서는 추가로 기판의 제1 표면 위에 배치된 전도성 소재의 적어도 하나의 연속적인 루프를 가지는 제1 부품을 포함한다. 적어도 하나의 제1 부품은 기판의 적어도 제1 표면 위에 수트의 축적을 탐지하는 제1 모드에서 작동하고 그리고 기판의 적어도 제1 표면 위에 축적된 수트를 제거하는 제2 모드에서 작동하도록 형성(구성)된다.
수트 센서 시스템은 추가로 제1 부품에 전기적으로 연결된 회로를 포함한다. 회로는 제1 부품에 전기 전류를 제공하고 그리고 기판의 제1 표면 및 제1 부품 위에 축적된 수트의 양을 결정하고 그리고 기판의 제1 기판 및 제1 부품 위에 축적된 수트에 반응하여 제1 부품의 가열을 제어하도록 형성된다.
본 개시의 또 다른 실시 형태에 따르면, 수트 센서 위에 쌓인 수트의 양을 측정하는 방법이 제공된다. 방법은 수트 센서를 제공하는 단계를 포함한다. 수트 센서는 제1 표면과 제1 표면과 마주보는(제1 표면과 반대편의) 제2 표면을 형성(구성)하는 기판을 포함한다. 수트 센서는 추가로 기판의 제1 표면 위에 쌓인 전도성 소재의 적어도 하나의 연속적인 루프를 가지는 제1 부품을 포함한다. 적어도 하나의 부품은 기판의 적어도 제1 표면 위에 수트의 축적을 감지하는 제1 모드에서 작동하고 그리고 기판의 적어도 제1 표면 위에 축적된 수트를 제거하는 제2 모드에서 작동하도록 형성(구성)된다.
방법은 추가로 제1 부품을 통하여 흐르는 감지(센서) 전류를 감시하는 단계를 포함하고, 전류는 제1 부품 위에 축적된 수트의 양을 나타낸다. 방법은 추가로 감지(센서) 전류가 미리 결정된 문턱 값에 도달하고 그에 의하여 제1 부품 위에 축적된 수트의 적어도 일부를 제거하는 경우 단계를 감시하는 것에 반응하여 제1 부품을 통하여 히터 전류를 제공하는 단계를 포함한다.
본 개시의 여러 가지 실시 형태가 본 명세서에서 기술되었고 그리고 예시된 한편, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에서 기술된 기능을 실행하고 그리고/또는 결과 및/또는 하나 또는 그 이상의 이점을 얻기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 용이하게 생각해 낼 수 있을 것이고, 그리고 각각의 그와 같은 변형 및/또는 수정은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 여겨진다. 보다 일반적으로, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에서 기술된 모든 매개 변수, 치수, 소재 및 구성은 예시적인 것을 의미하고 그리고 실질적인 매개 변수, 치수, 소재 및/또는 구성은 본 개시에서 개시된 내용(들)이 사용되는 특정 응용 제품 또는 제품들에 따를 것이라고 생각할 것이다. 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 일상적인 실험과 동일한 또는 본 명세서에서 기술된 발명의 특정 실시 형태에 대한 많은 등가물을 인식하거나 또는 사용하는 것을 확신할 수 있을 것이다. 그러므로 위에서 기술된 실시 형태는 단지 실시 예로 제시된 것이고 그리고 첨부된 청구범위 및 그들의 등가물의 범위 내에서 본 발명은 구체적으로 기술되고 그리고 청구된 것과 다르게 실시될 수 있을 것으로 이해되어야 한다. 본 발명은 본 명세서에서 기술된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 소재, 키트 및/또는 방법을 지향한다. 추가로 둘 또는 그 이상의 특징, 시스템, 물품, 소재, 키트 및/또는 방법은 만약 그와 같은 특징, 시스템, 물품, 소재, 키트 및/또는 방법이 서로 간에 불일치하지 않는다면 본 발명의 범위 내에 포함된다.
본 명세서에서 규정되고 그리고 사용된 모든 정의는 사전적인 의미, 참조로 결합된 문서에서 정의 및/또는 정의된 용어의 일반적인 의미를 넘어 규제하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서 사용된 것으로 특정되지 않은 하나의('a' 및 an')라는 항목은 명확하게 모순이 되지 않는다면 적어도 하나를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서의 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서 사용된 및/또는이라는 용어는 결합된 소자, 즉 어떤 사례에서 공동으로 존재하고 그리고 다른 사례에서 서로 분리되어 존재하는 소자의 어느 하나 또는 양쪽"을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 다른 구성요소는 명확하게 반대가 되는 것으로 제시되는 않는다면 구체적으로 식별이 된 그와 같은 구성 요소에 관련되거나 또는 관련되지 않는지 여부에 따라 및/또는이라는 용어에 의하여 구체적으로 식별이 된 구성 요소와 달리 선택적으로 존재할 수 있다.
100: 센서 102: 기판
104: 제1 표면 106: 제1 표면
108: 센서 부품 110, 112: 전극
114, 116: 핑거 118: 히터 부품
400: 수트 센서 402: 기판
404: 제1 표면 406: 제2 표면
408: 센서 부품 410: 루프
412: 파동 414, 416: 전기 접점
418: 히터 부품 420: 루프
428: 수트 입자 532:보호 층
534: 채널 636: 가장자리
700: 수트 센서 702: 기판
704: 제1 표면 708: 센서 부품
718: 히터 부품 712, 720: 전도성 소재
710, 720: 루프 714, 716: 전기 접점
900: 팁 912: 채널
1014: 수트 센서 1016:경로
1100: 수트 센서 시스템 1102: 회로
1104: 측정 회로 1106: 제어 장치
1244: 패드 부분 1246: 패시베이션 층
1302: 기판 1300: 수트 센서
1316, 1326: 접점 1333: 수트
1800: 수트 센서 어셈블리 1802: 하우징
1808: 링 1810: 슬러그 인서트
1812: 센서 팁 1820: 플랜지 부분
1930: 이산 부분 1948: 채널
2000: 수트 센서 어셈블리 2002: 절연 부재
2020: 너깃 2024: 그로밋
2242:고정 소재 2240: 리드 와이어 2404: 하우징 멤버 2600: 신호 처리 시스템 2602: 증폭기 2606: 피크 탐지기

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  11. 제1 표면 및 상기 제1 표면과 반대편의 제2 표면을 형성하는 기판;
    상기 기판의 상기 제1 표면에 배치되는 전도성 소재의 연속적인 트레이스를 가지는 제1 부품 및 제2 부품, 상기 제1 부품은 서로 맞은편에 위치하는 상기 제1 부품의 제1 전기 접점 및 제2 전기 접점을 포함하고, 상기 제2 부품은 서로 맞은편에 위치하는 상기 제2 부품의 제1 전기 접점 및 제2 전기 접점을 포함하고, 상기 제1 부품 및 상기 제2 부품은 각각 상기 기판의 적어도 상기 제1 표면에서 수트의 축적을 감지하는 제1 모드에서 작동하고, 그리고 상기 기판의 적어도 상기 제1 표면에서 축적된 수트를 제거하는 제2 모드에서 작동하도록 형성되고; 및
    상기 제1 부품 및 상기 제2 부품에 전기적으로 결합되는 회로를 포함하고, 상기 회로는 상기 제1 부품과 상기 제2 부품을 직렬 또는 병렬로 연결할 것을 선택하고,
    상기 제1 부품과 상기 제2 부품이 병렬로 연결되는 경우에, 상기 회로는, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품 중 적어도 하나에 감지 전류를 제공하고, 그리고 상기 기판의 상기 제1 표면에 축적된 수트를 검출하게 하고, 상기 기판의 상기 제1 표면에 축적된 수트의 검출에 대응하여, 수트 센서의 가열을 제어하기 위하여, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품 중 적어도 하나에 히터 전류를 제공하게 하고,
    상기 제1 부품과 상기 제2 부품이 직렬로 연결되는 경우에, 상기 회로는, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품에 감지 전류를 제공하고, 그리고 상기 기판의 상기 제1 표면에 축적된 수트를 검출하게 하고, 상기 기판의 상기 제1 표면에 축적된 수트의 검출에 대응하여, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품의 가열을 제어하기 위하여, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품에 히터 전류를 제공하게 하는, 수트 센서를 포함하는, 수트 센서 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 부품은 다수 개의 파동들의 제1 셋을 포함하고, 상기 제2 부품은 다수 개의 파동들의 제2 셋을 포함하며, 상기 제1 셋의 파동들과 상기 제2 셋의 파동들은 서로 섞여 짜여지고, 상기 제1 부품의 다수 개의 파동들의 제1 셋 및 상기 제2 부품의 다수 개의 파동들의 제2 셋은, 각각, 파동들의 제 1 서브셋 및 제 2 서브셋을 포함하고, 상기 제1 서브셋의 파동들과 상기 제2 서브셋의 파동들은 서로 섞여 짜여지는 것을 특징으로 하는 수트 센서 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 표면 위에 형성되고, 상기 제1 부품의 적어도 일부를 덮는 보호 층을 더 포함하고, 상기 보호 층은 상기 제1 부품의 적어도 일부를 배기가스 흐름으로부터 절연시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 수트 센서 시스템.
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  17. 청구항 11에 있어서, 상기 회로는, 추가로 상기 제1 부품의 상기 제1 및 제2 전기 접점의 하나 및 상기 제2 부품의 상기 제1 및 제2 전기 접점의 하나 사이에 연결된 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수트 센서 시스템.
  18. 청구항 11에 있어서, 상기 수트 센서를 적어도 부분적으로 감싸도록 형성된 팁을 포함하고, 상기 팁은 외부 표면 및 내부 표면을 가지는 몸체를 포함하고, 상기 몸체는 상기 몸체의 상기 외부 표면으로부터 상기 몸체의 상기 내부 표면에 이르는 경로를 형성하도록 배치된 적어도 하나의 각이 진 채널을 형성하고, 상기 경로는 배기가스 흐름을 상기 수트 센서로 유도하는 것을 특징으로 하는 수트 센서 시스템.
  19. 청구항 11에 있어서, 상기 수트 센서 위에 축적된 수트가 미리 결정된 문턱 수준에 도달하는 경우, 상기 회로는, 상기 제2 모드에서 작동하도록 상기 제1 부품을 활성화시키고, 상기 제1 부품은 상기 기판 위에 축적된 상기 수트의 적어도 일부를 제거하는 온도까지 가열하도록 형성된 것을 특징으로 하는 수트 센서 시스템.
  20. 제1 표면 및 상기 제1 표면과 반대편의 제2 표면을 형성하는 기판,
    상기 기판의 상기 제1 표면에 배치된 전도성 소재의 적어도 하나의 연속 트레이스를 가지는 제1 부품, 상기 제1 부품은 서로 맞은편에 위치하는 상기 제1 부품의 제1 전기 접점 및 제2 전기 접점을 포함하고, 및
    상기 기판의 상기 제1 표면에 배치된 전도성 소재의 적어도 하나의 연속 트레이스를 가지는 제2 부품, 상기 제2 부품은 서로 맞은편에 위치하는 상기 제2 부품의 제1 전기 접점 및 제2 전기 접점을 포함하고,을 포함하는 수트 센서의 동작 방법에 있어서,
    상기 동작 방법은,
    상기 제1 부품과 상기 제2 부품을 병렬로 연결하는 경우, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품을 병렬로 연결하고, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품 중 적어도 하나에 감지 전류를 제공하고, 여기에서 상기 감지 전류는 상기 기판의 상기 제1 표면에 축적된 수트의 양을 나타내며, 상기 감지 전류가 미리 결정된 문턱에 도달함에 대응하여, 수트 센서에 축적된 수트의 적어도 일부분을 제거하기 위하여 히터 전류를 제공하게 하고,
    상기 제1 부품과 상기 제2 부품을 직렬로 연결하는 경우, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품이 직렬로 연결하고, 상기 제1 부품 또는 상기 제2 부품에 감지 전류를 제공하고, 상기 감지 전류가 미리 결정된 문턱에 도달함에 대응하여, 상기 제1 부품 또는 상기 제2 부품에 히터 전류를 제공하게 하는, 수트 센서의 동작 방법.
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