KR20120111310A - 차량 배기 가스 입자 측정 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 배기 가스 입자 측정 센서에 관한 것으로, 차량의 배기 가스의 유속을 이용하여 미세 입자를 센서 내부로 유입시킴으로써, 별도의 흡입 장치 없이도 미세 입자의 농도를 측정할 수 있고, 흡입 장치가 불필요함에 따라 저렴한 비용으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 더욱 단순하고 콤팩트한 구조로 제작 가능하여 차량 배기관에 용이하게 장착할 수 있으며, 이에 따라 차량의 배기 가스 중에 함유된 미세 입자의 농도를 각 차량에서 자체적으로 측정할 수 있고, 차량의 배기 가스 중에 함유된 미세 입자를 단극으로 하전시키고 단극으로 하전된 입자의 유동에 의해 발생되는 전압 변화를 통해 미세 입자의 농도를 측정함으로써, 더욱 정확한 미세 입자의 농도 측정이 가능한 차량 배기 가스 입자 측정 센서를 제공한다.

Description

차량 배기 가스 입자 측정 센서{Measurement Sensor of Particle Matter in Exhaust Gas of Vehicle}
본 발명은 차량 배기 가스 입자 측정 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는 차량의 배기 가스의 유속을 이용하여 미세 입자를 센서 내부로 유입시킴으로써, 별도의 흡입 장치 없이도 미세 입자의 농도를 측정할 수 있고, 흡입 장치가 불필요함에 따라 저렴한 비용으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 더욱 단순하고 콤팩트한 구조로 제작 가능하여 차량 배기관에 용이하게 장착할 수 있으며, 이에 따라 차량의 배기 가스 중에 함유된 미세 입자의 농도를 각 차량에서 자체적으로 측정할 수 있고, 차량의 배기 가스 중에 함유된 미세 입자를 단극으로 하전시키고 단극으로 하전된 입자의 유동에 의해 발생되는 전압 변화를 통해 미세 입자의 농도를 측정함으로써, 더욱 정확한 미세 입자의 농도 측정이 가능한 차량 배기 가스 입자 측정 센서에 관한 것이다.
차량에서 배출되는 배기 가스에는 다량의 미세 입자가 포함되어 있으며, 이러한 미세 입자는 대부분 나노 입자에 해당한다. 나노 입자는 대기 중으로 배출되면 대기 화학 반응을 통해 초미세 입자를 생성시키고, 2차 오염 물질의 원인인 오존을 발생시킨다. 또한, 자동차에서 배출되는 나노 미세 입자는 다량의 발암 성분을 포함하고 있으며, 호흡시 기도나 점막에 걸러지지 않고 폐포 깊숙이 박히거나 뇌로 이동할 수도 있는 등 체내 축적이 잘되어 다양한 형태로 사람의 건강을 위협하고 있다.
이러한 이유로 자동차 배기가스 환경규제 기준은 미국을 비롯하여 유럽 연합 등에서 법을 강화하고 있으며, 유럽에서는 2013년 12월 31일부터 상용차에 유로 6 기준이 적용된다. 유로 6은 차량으로부터 배출되는 미세 입자의 저감에 그 초점이 맞추어진 것으로, 유로 5의 기준보다 약 66%의 미세 입자를 저감하도록 규정하고 있다.
또한, 유로 6에서는 미세 입자의 배출 규제로 현재 질량 농도 기준에서 질량과 개수 농도 기준으로 변경되며, 차량 자체적으로 OBD(On-Board Diagnostics), 즉 자가 진단할 수 있는 센서들을 의무적으로 설치하도록 규정하고 있다.
이러한 차량의 배기가스 배출 규제 강화에 따라 최근에는 차량 배기관에 설치되는 매연 저감 장치의 성능을 향상시키는 등 다양한 형태로 기술 개발이 되고 있으나, 아직까지 차량 자체적으로 미세 입자 배출량을 측정할 수 있는 측정 센서가 개발되지 않고 있어 이에 대한 필요성이 더욱 커지고 있는 상황이다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 차량 배기관에 장착하여 차량의 배기 가스 중에 함유된 미세 입자의 농도를 각 차량에서 자체적으로 측정할 수 있는 차량 배기 가스 입자 측정 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량의 배기 가스의 유속을 이용하여 미세 입자를 센서 내부로 유입시킴으로써, 별도의 흡입 장치 없이도 미세 입자의 농도를 측정할 수 있고, 흡입 장치가 불필요함에 따라 저렴한 비용으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 더욱 단순하고 콤팩트한 구조로 제작 가능하여 차량 배기관에 용이하게 장착할 수 있는 차량 배기 가스 입자 측정 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 차량의 배기 가스 중에 함유된 미세 입자를 단극으로 하전시키고 단극으로 하전된 입자의 유동에 의해 발생되는 전압 변화를 통해 미세 입자의 농도를 측정함으로써, 더욱 정확한 미세 입자의 농도 측정이 가능한 차량 배기 가스 입자 측정 센서를 제공하는 것이다.
본 발명은, 차량 배기관 내부에 장착되어 배기 가스의 미세 입자가 유입되도록 형성되는 유입부; 상기 유입부를 통해 유입된 미세 입자를 단극으로 하전시켜 통과시키는 하전부; 및 상기 하전부에 의해 단극으로 하전된 미세 입자가 통과할 수 있도록 형성되며, 상기 미세 입자가 통과하며 발생되는 전압 변화를 감지하여 미세 입자의 수 농도를 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배기가스 입자 측정 센서를 제공한다.
이때, 상기 유입부는 배기 가스의 유속에 의해 미세 입자가 유입될 수 있도록 상기 차량 배기관의 길이 방향을 따라 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 하전부는 상기 유입부를 통해 유입된 미세 입자가 통과하도록 상기 유입부 및 상기 검출부와 연통되게 형성되는 믹싱 챔버; 및 이온 발생 전극을 통해 이온을 발생시켜 미세 입자와 부착되도록 상기 믹싱 챔버에 확산시키는 이온 발생기를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 검출부는 상기 하전부를 통과하며 단극으로 하전된 미세 입자가 사이 공간으로 통과할 수 있도록 상호 이격되게 배치되는 2개의 계측 전극판; 및 상기 2개의 계측 전극판 사이의 전압을 측정하는 전압계를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 하전부에서 발생된 이온이 상기 검출부로 유입되지 않도록 상기 하전부와 상기 검출부 사이에 별도의 이온 제거부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 이온 제거부는 상기 하전부에서 발생된 이온이 통과할 수 있도록 상호 이격되게 배치되는 2개의 트랩 전극판을 포함하고, 상기 2개의 트랩 전극판에는 이온이 전기력에 의해 부착될 수 있도록 미세 전압이 생성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량 배기관에 용이하게 장착함으로써, 차량의 배기 가스 중에 함유된 미세 입자의 농도를 각 차량에서 자체적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 차량의 배기 가스의 유속을 이용하여 미세 입자를 센서 내부로 유입시킴으로써, 별도의 흡입 장치 없이도 미세 입자의 농도를 측정할 수 있고, 흡입 장치가 불필요함에 따라 저렴한 비용으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 더욱 단순하고 콤팩트한 구조로 제작 가능하여 차량 배기관에 용이하게 장착할 수 있는 효과가 있다.
또한, 차량의 배기 가스 중에 함유된 미세 입자를 단극으로 하전시키고 단극으로 하전된 입자의 유동에 의해 발생되는 전압 변화를 통해 미세 입자의 농도를 측정함으로써, 더욱 정확한 미세 입자의 농도 측정이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배기가스 입자 측정 센서의 구성을 개념적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배기가스 입자 측정 센서의 하전부 및 이온 제거부에 대한 작동 원리를 개념적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배기가스 입자 측정 센서의 검출부에 대한 작동 원리를 개념적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배기가스 입자 측정 센서의 구성을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배기가스 입자 측정 센서의 하전부 및 이온 제거부에 대한 작동 원리를 개념적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배기가스 입자 측정 센서의 검출부에 대한 작동 원리를 개념적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배기가스 입자 측정 센서는 차량 배기관에 장착되어 차량 배기가스에 포함된 미세 입자의 수 농도를 검출하기 위한 장치로서, 유입부(200)와, 하전부(300)와, 검출부(500)를 포함하여 구성되며, 차량 배기 가스의 유속을 이용하여 미세 입자가 센서 내부로 유입되도록 구성되므로 별도의 흡입 장치가 불필요한 구조이다.
유입부(200)는 차량 배기관(100) 내부에 장착되어 배기 가스의 미세 입자가 유입되도록 형성된다. 이러한 유입부(200)는 단순한 중공 파이프 형태로 형성될 수 있으며, 유입부(200)의 일단부는 미세 입자가 유입될 수 있도록 차량 배기관(100)의 내부에 배치되고 타단부는 유입된 미세 입자가 하전부(300)로 전달될 수 있도록 하전부(300)와 연통되게 결합될 수 있다.
이때, 차량 배기관(100) 내부에 배치되는 유입부(200)의 일단부는 도 1에 도시된 바와 같이 별도의 흡입 장치 없이도 배기 가스의 유속에 의해 미세 입자가 원활하게 유입될 수 있도록 차량 배기관(100)의 길이 방향을 따라 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 차량 배기관(100) 내부에서는 배기 가스가 차량 배기관(100)의 길이 방향을 따라 유동하며 외부로 배출되기 때문에, 이러한 배기 가스가 유입부(200)로 원활하게 유입되도록 하기 위해서는 유입부(200)의 일단부가 배기 가스의 유동 흐름 방향, 즉 차량 배기관(100)의 길이 방향을 따라 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 따라 별도의 흡입 장치 없이도 배기 가스가 유입부(200)로 원활하게 유입될 수 있다.
한편, 하전부(300) 및 검출부(500) 등은 차량 배기관(100)의 외부에 배치되는 것이 더욱 안정적이라 할 수 있으므로, 유입부(200)는 일단부만 차량 배기관(100) 내부에 배치되고 타단부는 차량 배기관(100) 외부에 배치되는 것이 바람직하며, 이러한 유입부(200)의 타단부에 하전부(300) 및 검출부(500) 등이 연통되게 결합된다.
하전부(300)는 유입부(200)를 통해 유입된 미세 입자를 단극으로 하전시켜 통과시킬 수 있도록 형성되는데, 미세 입자를 단극으로 하전시키는 방식은 본 발명의 일 실시예에 따라 나노 입자의 단극 하전에 유리한 확산 하전(Diffusion Charge) 방식이 적용되도록 구성되는 것이 바람직하다.
좀 더 자세히 살펴보면, 종래 기술에서 설명한 바와 같이 자동차의 배기 가스에는 다량의 미세 입자가 포함되어 있으며, 이러한 미세 입자는 대부분 나노 입자에 해당된다. 이러한 미세 입자는 차량 배기관(100) 내부에서 매우 불균등하게 하전된 상태로 존재하며, 이러한 상태로 유입부(200)로 유입된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 유입부(200)로 유입된 미세 입자(P)는 각각 중성으로 하전된 입자(P3), +극으로 하전된 입자(P1), -극으로 하전된 입자(P2)가 서로 공존하는 형태로 유동하며, 이 상태로 하전부(300)로 유입된다.
하전부(300)는 이와 같이 불균등하게 하전된 미세 입자(P)들을 모두 하나의 단극으로 하전시키며, 이와 같이 단극으로 하전된 미세 입자들이 검출부(500)에서 검출될 수 있도록 구성된다.
하전부(300)에 의해 미세 입자들이 모두 단극으로 하전되도록 하는 방식은 본 발명의 일 실시예에 따라 확산 하전 방식이 적용되는데, 확산 하전 방식은 내부 공간에 이온(Q)을 발생 확산시킴으로써, 이온(Q)이 미세 입자들에 부착되도록 하는 방식이며, 이는 나노 입자에 대한 단극 하전에 매우 유리한 방식이다.
이러한 확산 하전 방식을 위해 하전부(300)는 믹싱 챔버(310)와 이온 발생기(320)를 포함하여 구성된다. 믹싱 챔버(310)는 유입부(200)를 통과한 미세 입자(P)가 유입되도록 유입부(200)와 연통되게 형성되고, 또한, 미세 입자가 믹싱 챔버(310)에서 이온(Q)과 부착되어 단극 하전된 상태로 검출부(500)로 유동하도록 검출부(500)와 연통되게 형성된다. 이온 발생기(320)는 이온 발생 전극(321)을 통해 이온(Q)을 발생시켜 믹싱 챔버(310)에 확산시키도록 믹싱 챔버(310)와 연통되게 형성되며, 이온 발생기(320)는 믹싱 챔버(310)에 더 많은 이온을 제공할 수 있도록 믹싱 챔버(310)의 양측에 각각 연통되게 장착될 수 있다. 이러한 이온 발생기(320)는 탄소 섬유(Carbon Fiber)로 이루어진 카본 브러쉬와 같은 이온 발생 전극(321)에 고전압을 인가하면 이온 발생 전극(321)에서 다량의 이온(Q)이 생성되는 방식으로 구성된다.
도 2에는 이러한 확산 하전 방식의 동작 원리가 개념적으로 도시되는데, 도 2에 도시된 바와 같이 믹싱 챔버(310)에 중성으로 하전된 입자(P3)가 유입되고, 이러한 믹싱 챔버(310)에 이온 발생기(320)의 이온 발생 전극(312)에 의해 생성된 다량의 이온(Q)이 공급 확산된다. 믹싱 챔버(310)에서는 중성으로 하전된 입자(P3)와 이온(Q)이 인력에 의해 상호 결합되며, 이에 따라 중성으로 하전된 입자(P3)는 이온(Q)의 극성과 동일한 극성을 갖는 단극 하전 입자(P1)로 변경된다. 이때, 믹싱 챔버(310)에는 충분한 이온이 공급 확산되므로 중성으로 하전된 입자(P3)는 모두 이온(Q)과 결합하며 단극 하전 입자(P1)로 변경된다.
이때, 이온(Q)은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1에 도시된 바와 같이 +극 이온, 즉 양이온으로 생성되는 것이 바람직하며, 이에 따라 입자는 +극으로 하전되고, 이와 같이 +극성의 단극 하전 입자(P1)가 믹싱 챔버(310)로부터 배출되어 검출부(500)로 유입된다.
도 2에는 개념적인 설명의 편의를 위해 믹싱 챔버(310)에 중성으로 하전된 입자(P3)만 유입되는 것으로 도시되었으나, 실제 믹싱 챔버(310)에는 전술한 바와 같이 중성으로 하전된 입자(P3) 이외에도 +극으로 하전된 입자(P1) 및 -극으로 하전된 입자(P2) 또한 유입될 수 있다. 이 경우, +극으로 하전된 입자(P1)에는 이온 전하의 특성상 양이온이 부착되지 않지만 그 자체로 +극성을 나타내고, -극으로 하전된 입자(P2)에는 이온 전하의 특성상 양이온이 더욱 쉽게 부착되어 중성으로 하전된 입자(P3)로 변화되고, 이후 중성으로 하전된 입자(P3)에 양이온이 부착된 원리와 마찬가지로 양이온이 부착되어 +극성의 단극 하전 입자(P1)으로 변화된다. 즉, +극으로 하전된 입자(P1)는 이온이 부착되지 않더라도 그 자체로 +극성의 단극 하전 입자이며, -극으로 하전된 입자(P2)는 양이온이 적어도 2개 이상 부착되어 +극성의 단극 하전 입자(P1)로 변화된다.
한편, 하전부(300)와 검출부(500) 사이에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 이온 제거부(400)가 구비되어 단극 하전 입자(P1)와 함께 믹싱 챔버(310)로부터 검출부(500)로 유입되는 이온(Q)을 포집하도록 구성되는 것이 바람직한데, 이에 대한 설명은 후술한다.
검출부(500)는 하전부(300)에 의해 단극으로 하전된 미세 입자(P1)가 통과할 수 있도록 형성되며, 미세 입자(P1)가 통과하며 발생되는 전압 변화를 감지하여 미세 입자의 수 농도를 검출하도록 구성된다.
이러한 검출부(500)는 도 3에 도시된 바와 같이 하전부(300)를 통해 단극으로 하전된 미세 입자(P1)가 사이 공간으로 통과할 수 있도록 상호 이격되게 배치되는 2개의 계측 전극판(510)과, 2개의 계측 전극판(510) 사이의 전압을 측정하는 전압계(520)를 포함하여 구성된다. 즉, 2개의 계측 전극판(510)은 별도의 전원에 연결되어 상호 간에 미세 전류가 흐르도록 구성되며, 이러한 2개의 계측 전극판(510) 사이 공간으로 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 단극으로 하전된 미세 입자(P1)가 통과하게 되면, 단극으로 하전된 미세 입자(P1)에 의해 2개의 계측 전극판(510) 사이에 흐르는 미세 전류가 변화하게 된다. 이와 같이 미세 전류가 변화하게 되면, 2개의 계측 전극판(510) 사이의 전압 또한 변화하게 되므로, 이러한 전압 변화를 전압계(520)를 통해 측정함으로써, 미세 입자의 배출량을 검출하게 된다. 이때, 단극으로 하전된 미세 입자(P1)가 2개의 계측 전극판(510) 사이를 더 많이 통과하면 할수록 2개의 계측 전극판(510) 사이의 전압 변화량이 더욱 증가하게 된다. 즉, 통과하는 미세 입자의 농도와 전압 변화량이 서로 비례하는 관계에 있기 때문에, 전압 변화량을 측정함으로써, 미세 입자의 농도를 검출할 수 있게 된다.
이때, 전압계(520)를 통해 측정된 전압 변화는 매우 미세하기 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이 별도의 증폭기(530)를 통해 전압 변화량 데이터를 증폭시키고, 증폭된 데이터를 별도의 연산부(550)를 통해 미세 입자에 대한 농도를 산출하여 이를 다시 미세 입자에 대한 수 농도로 환산하며, 환산한 미세 입자의 수 농도를 별도의 디스플레이부(540)를 통해 출력하도록 구성될 수 있다. 이때, 연산부(550)는 전압 변화량에 따른 미세 입자의 농도와 미세 입자에 대한 수 농도의 상호 관계를 데이터 베이스화한 데이터를 통해 환산하거나 이론적인 수식에 의해 환산하는 방식으로 연산 작업을 수행할 수 있을 것이다.
이와 같이 검출부(500)는 2개의 계측 전극판(510) 사이를 통과하는 단극으로 하전된 미세 입자(P1)에 의한 전압 변화를 측정하는 방식으로 미세 입자의 수 농도를 검출하는데, 이 경우 2개의 계측 전극판(510) 사이를 단극으로 하전된 미세 입자(P1) 이외에 전기적 극성을 갖는 다른 이온들이 통과하게 되면, 이러한 이온들에 의해 2개의 계측 전극판(510) 사이에서 발생하는 전압 변화에 영향을 미치게 되므로, 정확한 미세 입자의 수 농도를 검출할 수 없다.
따라서, 검출부(500)의 검출 정확성을 더욱 향상하기 위해 전술한 바와 같이 하전부(300)와 검출부(500) 사이에는 하전부(300)에서 발생된 이온(Q)이 검출부(500)로 유입되지 않도록 별도의 이온 제거부(400)가 구비되는 것이 바람직하다.
이온 제거부(400)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 하전부(300)에서 발생된 이온(Q) 및 단극으로 하전된 미세 입자(P1)가 통과할 수 있도록 상호 이격되게 배치되는 2개의 트랩 전극판(410)을 포함하여 구성되고, 2개의 트랩 전극판(410)에는 각각 미세 전압이 생성되어 2개의 트랩 전극판(410)을 사이 공간을 통과하는 이온(Q)이 전기력에 의해 부착될 수 있도록 구성된다.
즉, 하전부(300)의 믹싱 챔버(310)에는 미세 입자가 모두 단극으로 하전될 수 있도록 이온 발생기(320)로부터 충분한 양의 이온(Q)이 공급 확산되고, 이중 일부만 미세 입자에 결합되어 미세 입자를 단극으로 하전시키고 나머지는 믹싱 챔버(310)의 출구를 통해 단극으로 하전된 미세 입자(P1)와 함께 검출부(500)를 향해 유동하게 된다. 이와 같이 검출부(500)를 향해 유동하는 이온(Q)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 이온 제거부(400)의 2개의 트랩 전극판(410) 사이 공간을 통과하게 되는데, 이때 2개의 트랩 전극판(410)에는 미세 전압이 생성되어 전기 극성을 가지므로, 이온(Q)이 통과하며 2개의 트랩 전극판(410)에 전기력에 의해 부착되게 된다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 이온 발생기(320)로부터 +극성을 갖는 양이온이 믹싱 챔버(310)로 공급 확산되는 경우, 양이온 중 일부는 미세 입자와 결합되어 미세 입자가 양극으로 하전되고, 나머지는 믹싱 챔버(310)의 출구를 통해 검출부(500)를 향해 유동한다. 이때, 이온 제거부(400)의 2개의 트랩 전극판(410)은 각각 양이온을 전기력에 의해 끌어당길 수 있도록 -극성을 갖는 형태로 미세 전압이 생성된다. 즉, 각각 별도의 전원에 연결되어 -극성을 갖도록 형성된다.
이때, 2개의 트랩 전극판(410)에 생성되는 미세 전압은 단지 이온(Q)에만 영향을 미칠 수 있는 정도의 크기로 생성된다. 즉, 2개의 트랩 전극판(410) 사이 공간으로는 단극으로 하전된 미세 입자(P1)와 이온(Q)이 함께 흘러가므로, 2개의 트랩 전극판(410)에 의해 작용하는 전기력에 의한 인력은 단극으로 하전된 미세 입자(P1) 및 이온(Q)에 모두 동시에 작용하게 된다. 이때, 이온(Q)을 끌어당겨 부착시키는데 필요한 전기력의 크기가 단극으로 하전된 미세 입자(P1)를 끌어당겨 부착시키는 데 필요한 전기력의 크기보다 상대적으로 작으므로, 따라서, 2개의 트랩 전극판(410)에 의해 작용하는 전기력은 단극으로 하전된 미세 입자(P1)는 통과시키고 이온(Q)만을 끌어당겨 부착시킬 수 있는 정도의 크기로 생성되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배기가스 입자 측정 센서는 차량 배기관(100)을 통해 배출되는 배기 가스 중의 미세 입자가 유입부(200)를 통해 유입된 후, 하전부(300)를 통해 단극으로 하전되고, 이후 단극으로 하전된 미세 입자의 유동에 따른 전압 변화를 검출부(500)에 의해 검출하는 방식으로 미세 입자의 수 농도를 검출할 수 있다.
이때, 배기 가스의 미세 입자는 대부분 나노 입자에 해당하므로, 하전부(300)는 나노 입자의 단극 하전에 유리한 방식인 확산 하전 방식을 통해 미세 입자를 하전하도록 구성되며, 검출부(500)에는 확산 하전 방식의 하전부(300)에서 발생한 이온(Q)들이 유입되지 못하도록 하전부(300)와 검출부(500) 사이에는 별도의 이온 제거부(400)가 구비된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배기가스 입자 측정 센서는 차량 배기 가스의 미세 입자에 대한 수 농도를 정확하게 검출할 수 있고, 별도의 흡입 장치 없이도 배기 가스의 유속을 이용하여 미세 입자를 센서 내부로 유입시켜 이를 검출할 수 있으므로, 더욱 단순하고 콤팩트한 형태로 용이하게 제작할 수 있으며, 아울러 제작 비용 또한 저렴하게 제작하여 차량에 장착할 수 있는 구조이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 차량 배기관 200: 유입부
300: 하전부 310: 믹싱 챔버
320: 이온 발생기 400: 이온 제거부
410: 트랩 전극판 500: 검출부
510: 계측 전극판 520: 전압계

Claims (6)

  1. 차량 배기관 내부에 장착되어 배기 가스의 미세 입자가 유입되도록 형성되는 유입부;
    상기 유입부를 통해 유입된 미세 입자를 단극으로 하전시켜 통과시키는 하전부; 및
    상기 하전부에 의해 단극으로 하전된 미세 입자가 통과할 수 있도록 형성되며, 상기 미세 입자가 통과하며 발생되는 전압 변화를 감지하여 미세 입자의 수 농도를 검출하는 검출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배기가스 입자 측정 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입부는 배기 가스의 유속에 의해 미세 입자가 유입될 수 있도록 상기 차량 배기관의 길이 방향을 따라 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량 배기가스 입자 측정 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하전부는
    상기 유입부를 통해 유입된 미세 입자가 통과하도록 상기 유입부 및 상기 검출부와 연통되게 형성되는 믹싱 챔버; 및
    이온 발생 전극을 통해 이온을 발생시켜 미세 입자와 부착되도록 상기 믹싱 챔버에 확산시키는 이온 발생기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배기가스 입자 측정 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출부는
    상기 하전부를 통과하며 단극으로 하전된 미세 입자가 사이 공간으로 통과할 수 있도록 상호 이격되게 배치되는 2개의 계측 전극판; 및
    상기 2개의 계측 전극판 사이의 전압을 측정하는 전압계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배기가스 입자 측정 센서.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하전부에서 발생된 이온이 상기 검출부로 유입되지 않도록 상기 하전부와 상기 검출부 사이에 별도의 이온 제거부가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 배기가스 입자 측정 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이온 제거부는 상기 하전부에서 발생된 이온이 통과할 수 있도록 상호 이격되게 배치되는 2개의 트랩 전극판을 포함하고, 상기 2개의 트랩 전극판에는 이온이 전기력에 의해 부착될 수 있도록 미세 전압이 생성되는 것을 특징으로 하는 차량 배기가스 입자 측정 센서.

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