WO2016200132A1 - 입자상 물질 센서 및 이를 포함하는 배기가스 정화 시스템 - Google Patents

입자상 물질 센서 및 이를 포함하는 배기가스 정화 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2016200132A1
WO2016200132A1 PCT/KR2016/006044 KR2016006044W WO2016200132A1 WO 2016200132 A1 WO2016200132 A1 WO 2016200132A1 KR 2016006044 W KR2016006044 W KR 2016006044W WO 2016200132 A1 WO2016200132 A1 WO 2016200132A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
particulate matter
electrodes
area
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2016/006044
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정연수
오수민
김은지
홍성진
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Amotech Co Ltd
Original Assignee
Amotech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020150081397A external-priority patent/KR101683467B1/ko
Priority claimed from KR1020160039712A external-priority patent/KR101991265B1/ko
Application filed by Amotech Co Ltd filed Critical Amotech Co Ltd
Priority to CN201680032968.XA priority Critical patent/CN107709967B/zh
Priority to US15/735,162 priority patent/US10801389B2/en
Priority to JP2017564536A priority patent/JP6466002B2/ja
Priority to DE112016002629.3T priority patent/DE112016002629B4/de
Publication of WO2016200132A1 publication Critical patent/WO2016200132A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002—Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/008—Mounting or arrangement of exhaust sensors in or on exhaust apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0606—Investigating concentration of particle suspensions by collecting particles on a support
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/22—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures
    • G01N25/28—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures the rise in temperature of the gases resulting from combustion being measured directly
    • G01N25/30—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures the rise in temperature of the gases resulting from combustion being measured directly using electric temperature-responsive elements
    • G01N25/32—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures the rise in temperature of the gases resulting from combustion being measured directly using electric temperature-responsive elements using thermoelectric elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/05—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a particulate sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/20—Sensor having heating means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a particulate matter sensor and an exhaust gas purification system including the same, and more particularly, to a particulate matter sensor and an exhaust gas purification system including the same that can improve detection sensitivity and shorten a response time.
  • the most efficient and practical approach to reducing particulate matter is an exhaust gas reduction device using a soot filtration device.
  • a particulate matter sensor (PM sensor) is mounted at the rear of the DPF filter, and the particulate matter sensor PM has a resistance method and a total capacitance method.
  • Resistive particulate matter sensor (PM sensor) of the above method is a plurality of external electrodes disposed on the surface side by side, the particulate matter is deposited between the external electrodes, the external by the precipitated particulate matter (PM) By forming a current between the electrodes and measuring the change in electrical conductivity of the sensor, it is possible to easily detect particulate matter passing through the exhaust gas particulate filter and exiting downstream.
  • the capacitive type is composed of a plurality of external electrodes arranged side by side on the surface, and a plurality of internal electrodes arranged in the up / down direction with a plurality of external electrodes, the area of the particulate matter deposited between the external electrodes And by measuring the capacitance between the external electrode and the internal electrode using the distance between the external electrode and the internal electrode, it is possible to easily detect particulate matter passing through the exhaust gas particulate filter and exiting downstream.
  • the response time of the initial current formed between the external electrodes may be determined according to the rate at which particulate matter is deposited between the external electrodes.
  • the conventional particulate matter sensor has a problem that the response time of the initial current due to precipitation of particles is very slow because the external electrodes are formed to have a width wider than the width of the external electrodes.
  • the plurality of external electrodes are each provided with a capacitive portion for measuring the capacitance between the sensitive portion and the internal electrode on which the particulate matter is deposited, the sensitive portion and the capacitive portion are formed adjacent to each other. Accordingly, when the sensitive portion on which the particulate matter is deposited is exposed to the high temperature exhaust gas, the capacitive portion formed at a position adjacent to the sensitive portion is also affected by the temperature delivered from the exhaust gas.
  • a sudden change in dielectric constant occurs in a high temperature environment due to the characteristics of the material.
  • a sudden change in dielectric constant occurs around 600 ° C.
  • the capacitive part formed at a position adjacent to the sensitive part is also affected by the high temperature, thereby realizing a constant capacitance between the external electrode and the internal electrode due to a sudden change in dielectric constant.
  • a problem that is difficult to do is difficult to do.
  • the particulate matter sensor applies heat through the heater unit to remove particulate matter deposited on the particulate matter sensor in the refresh process for reuse.
  • the temperature of the insulating substrate is increased by the heat applied from the heater unit.
  • the temperature of the insulating substrate may be generally raised to more than 650 °C 2200 °C.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a particulate matter sensor and an exhaust gas purification system including the same capable of shortening the response time of the capacitance and improving the detection sensitivity.
  • another object of the present invention is to provide a particulate matter sensor and an exhaust gas purification system including the same that can realize a constant capacitance even in a high temperature environment in which the dielectric constant of an insulating substrate is rapidly changed.
  • Another object of the present invention is to provide a particulate matter sensor and an exhaust gas purification system which can be used immediately after the refresh process for reuse without waiting time.
  • the first electrode unit may include a plurality of edge electrodes arranged to surround the plurality of spaced electrodes and a plurality of extension electrodes extending in parallel in one direction from the edge electrodes, wherein each of the spaced electrodes includes a pair of neighboring electrodes.
  • the sensitive unit may be disposed between the extension electrodes or between adjacent extension electrodes and edge electrodes.
  • the edge electrode may include a first connection electrode connected to the ends of the plurality of extension electrodes and a second connection electrode extending in parallel with the extension electrode from both ends of the first connection electrode.
  • intervals between the extension electrodes disposed adjacent to each other may be formed to be the same.
  • the sensitive portion and the capacitive portion may be formed to have a predetermined area, and the second area of the capacitive portion may have a relatively larger area than the first area of the sensitive portion.
  • the second area of the capacitive part may be two times or more than the first area of the sensitive part.
  • the sensitive portion and the capacitive portion may be spaced apart from each other via a lead having a predetermined length.
  • the entire length of the lead portion connecting the sensitive portion and the capacitive portion may be formed to have a length equal to or longer than the total length of the sensitive portion.
  • the capacitor electrode may have an area corresponding to the capacitor.
  • the entire area of the sensitive portion may be formed to have a smaller area than the total area of the capacitive portion.
  • a dielectric layer may be disposed between the first electrode portion and the second electrode portion.
  • the apparatus may further include a temperature sensing unit disposed between the second electrode unit and the heater unit to control the heater unit.
  • the insulating substrate may be alumina or ZTA.
  • the particulate matter sensor may be mounted to expose the sensitive portion on the side of the exhaust pipe connected to the rear end of the exhaust gas particulate filter of the vehicle.
  • the present invention exhaust exhaust manifold; An exhaust gas particulate filter for removing particulates contained in exhaust gas discharged from the exhaust manifold; And the above-described particulate matter sensor installed at an outlet side exhaust pipe connected to the exhaust gas particulate filter to detect particulate matter passing through the exhaust gas particulate filter and exiting downstream.
  • the conduction area of the first electrode portion is widened so that the capacitance value between the first electrode portion and the second electrode portion can be amplified.
  • the present invention can increase the detection sensitivity of the capacitance measured between the first electrode portion and the second electrode portion by forming a larger area of the capacitance portion of the separation electrode that substantially changes the capacitance of the particulate sensor than the sensitive portion. Can be.
  • the capacitance between the first electrode part and the second electrode part is changed because the space between the sensitive part and the extended electrode connected by the particulate matter is disposed between the extending electrodes so as to be widened.
  • the response time taken can be shortened.
  • the capacitive portion on which particulate matter is deposited and the capacitive portion for sensing the capacitance are spaced apart at predetermined intervals through the lead portion, the capacitive portion does not cause a sudden change in permittivity even when the sensitive portion is exposed to a high temperature environment. Since it can maintain a low temperature, it is possible to realize a constant capacitance without being affected by temperature even in a high temperature environment.
  • the present invention can be reused without waiting time because no heat is applied to the side of the spaced part spaced apart even if the sensitive part is heated through the heater to remove particulate matter deposited on the sensitive part.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a particulate matter sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is an exploded view of FIG. 1;
  • FIG. 3 is an enlarged view of a first electrode part applied to FIG. 1;
  • FIG. 4A is a plan view illustrating a first electrode unit applied to FIG. 1;
  • 4B is a plan view illustrating a second electrode unit applied to FIG. 1;
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view taken from the direction A-A of FIG. 1,
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view seen from the direction B-B of FIG. 1,
  • FIG. 7 is a schematic view of a particulate matter sensor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic view for showing the arrangement of the main configuration in FIG.
  • FIG. 9 is a plan view showing a first electrode part applied to FIG. 7;
  • FIG. 10 is a view illustrating a state in which particulate matter is deposited on the sensitive part of the first electrode part applied to FIG. 7;
  • FIG. 11 is a view showing a capacitor portion and a second electrode portion applied to FIG. 7;
  • FIG. 12 is a view schematically showing the overall configuration of the exhaust gas purification system of a vehicle diesel engine to which the particulate matter sensor according to the present invention can be applied.
  • a turbine 13 may be installed in an exhaust manifold 12 of an engine 11, and a turbocharger interlocked with a turbine 13. As the 14 rotates, compressed air can be passed through the cooler 15 to an intake manifold (not shown), with a portion of the combustion exhaust discharged from the exhaust manifold 12 being reduced to the valve 16 and the cooler. Through the intake manifold (not shown).
  • the exhaust pipe 18 connected to the exhaust manifold 12 is provided with a diesel oxidation catalyst (not shown) and an exhaust gas particulate filter 17 to process combustion exhaust gas. That is, unburned hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and nitrogen monoxide (NO) may be oxidized while the combustion exhaust gas discharged to the exhaust pipe 18 passes through an upstream diesel oxidation catalyst (not shown). While passing through the exhaust gas particulate filter 17 on the downstream side, particulate matter PM composed of soot particles, soluble organic components (SOF) and inorganic components can be collected.
  • HC unburned hydrocarbons
  • CO carbon monoxide
  • NO nitrogen monoxide
  • the diesel oxidation catalyst (not shown) can raise the exhaust temperature by the oxidative combustion of the fuel supplied at the time of forced regeneration of the exhaust gas particulate filter 17, or can oxidize and remove the SOF component in particulate matter.
  • NO2 generated by oxidation of NO can be used as an oxidizing agent of particulate matter deposited on the exhaust gas particulate filter 17 in the subsequent stage to enable continuous oxidation.
  • the exhaust gas particulate filter 17 may be formed with a plurality of thin holes penetrating the cell wall partitioning the gas flow path, and may trap particulate matter in the exhaust gas introduced into the exhaust gas particulate filter 17.
  • the diesel oxidation catalyst and the exhaust gas particulate filter 17 may be configured as a continuous regenerative diesel particulate filter.
  • the exhaust pipe 18 may be provided with a differential pressure sensor 19 to monitor the amount of particulate matter deposited on the diesel particulate filter 17.
  • the differential pressure sensor 19 is connected with the upstream side and the downstream side of the exhaust gas particulate filter 17, and can output the signal according to the front-back differential pressure.
  • a temperature sensor (not shown) is provided upstream of the diesel oxidation catalyst and upstream and downstream of the exhaust gas particulate filter 17 to monitor the respective exhaust temperatures.
  • the control circuit (not shown) monitors the catalytically active state of the diesel oxidation catalyst or the particulate matter trapping state of the diesel particulate filter 17 based on these outputs, and when the particulate matter trapping amount exceeds the allowable amount, the control circuit (for example) performs forced regeneration to recover the particulate matter. Regeneration control for combustion removal can be performed.
  • the particulate matter sensor 100 or 200 according to the present invention is installed in the outlet side exhaust pipe 18a connected to the rear end of the exhaust gas particulate filter 17 and passes through the exhaust gas particulate filter 17 and the exhaust pipe to exit downstream. Can be detected.
  • Such particulate matter sensors 100 and 200 may include an insulating substrate 110, a first electrode part 120 and 220, a second electrode part 130 and 230, and a heater part 140 as shown in FIGS. 1 and 7. have.
  • the insulating substrate 110 may be formed by stacking a plurality of insulating layers along a height direction, and may be formed of an insulator having heat resistance, such as a glass material, a ceramic material, a spinel, or titanium dioxide.
  • the first to fifth insulating layers 111, 112, 113, 114, and 115 may be stacked in parallel with each other, and the insulating substrate 110 may be alumina, or ZTA ( zirconia toughened alumina).
  • the type and number of stacked layers of the insulating layer for forming the insulating substrate 110 is not limited thereto, and it may be found that the number of layers may be varied according to design conditions.
  • the first electrode parts 120 and 220 may be provided to expose at least a portion of one surface of the insulating substrate 110 (see FIGS. 1 and 7).
  • the first electrode parts 120 and 220 may include a plurality of spaced apart electrodes 121 and 221, an edge electrode 122, and a plurality of extension electrodes 123.
  • the plurality of spacer electrodes 121 and 221 may be spaced apart from each other at regular intervals along the width direction of the insulating substrate 110 so as not to be electrically connected to each other.
  • the plurality of spaced apart electrodes 121 and 221 may include a sensitive portion 121a and a capacitor 121b, respectively.
  • the sensitive portion 121a and the capacitor 121b may have a predetermined area and may be formed at both end sides of the spaced electrodes 121 and 221, respectively.
  • the sensitive portion 121a may be formed in a rectangular shape having a first area
  • the capacitive part 121b may be formed in a rectangular shape having a second area.
  • the sensitive part 121a may be provided to have a length corresponding to the length of the extension electrode 123, and may be disposed in parallel with the extension electrode 123, and disposed between adjacent extension electrodes 123. Or spaced apart from each other between the extension electrode 123 and the edge electrode 122.
  • a deposition space 127 in which particulate matter is accumulated is formed in the space between the extension electrode 123 and the sensitive portion 121a arranged in parallel with each other, and the space between the edge electrode 122 and the sensitive portion 121a. Can be.
  • the particulate matter is deposited in the deposition space 127 so that the sensitive portion 121a and the edge electrode 122 or the sensitive portion 121a and the extension electrode 123 that are not electrically connected may be electrically connected to each other. .
  • the capacitor part 121b is formed at the other end side of the separation electrodes 121 and 221 and may be electrically connected to each other by particulate matter deposited in the deposition space 127. As a result, the conduction area of the first electrode parts 120 and 220 may be sequentially increased to measure the capacitance changed between the first electrode parts 120 and 220 and the second electrode parts 130 and 230.
  • the second area of the capacitor portion 121b is larger than the first area of the sensitive portion 121a. Can be formed.
  • the second area of the capacitive portion 121b may be formed to have an area of two times or more than the first area of the sensitive portion 121a, and the width of the capacitive portion 121b is greater than that of the sensitive portion 121a. It may have a width wider than the width.
  • the capacitance formed between the capacitor portion 121b and the second electrode portions 130 and 230 increases, and the detection sensitivity of the capacitance can be increased.
  • the edge electrode 122 may have a substantially rectangular frame shape and may be arranged to surround the plurality of spaced apart electrodes 121 and 221, and one side thereof may be disposed on one surface of the insulating substrate 110 through the lead unit 129. It may be electrically connected to the first electrical connection terminal 161.
  • the edge electrode 122 may include a first connection electrode 122a to which an end of the extension electrode 123 is connected, and a length direction of the insulating substrate 110 from both ends of the first connection electrode 122a. It may include a pair of second connection electrode 122b extending along, and the pair of second connection electrode 122b may be connected to each other through a third connection electrode 122c having a predetermined length. .
  • the first electrical connection terminal 161 may be disposed on the same surface as the first electrode portions 120 and 220.
  • the extension electrodes 123 may be provided in plural, and may be spaced apart in parallel along the width direction of the insulating substrate 110 at predetermined intervals.
  • the plurality of extension electrodes 123 may be electrically connected to the edge electrodes 122 by extending inwardly from the edge electrodes 122.
  • the plurality of extension electrodes 123 may extend a predetermined length from the first connection electrode 122a in a direction parallel to the second connection electrode 122b, and are substantially the same as the sensitive part 121a. It may have a length.
  • the plurality of spaced apart electrodes 121 and 221 may be provided with the sensitive unit 121a between the extension electrodes 123 neighboring each other or between the extension electrodes 123 and the second connection electrode 122b adjacent to each other. May be arranged to be located.
  • deposition spaces 127 in which particulate matter may be deposited may be formed between the extension electrode 123 and the sensitive portion 121a and between the edge electrode 122 and the sensitive portion 121a.
  • the particulate matter P is deposited in the deposition spaces 127 so that the second connection electrode 122b and the sensitive portion 121a which are adjacent to each other extend to each other.
  • the electrode 123 and the sensitive portion 121a may be electrically connected to each other by the particulate matter.
  • the particulate matter is sequentially deposited from the first space among the deposition spaces 127 so that the plurality of sensitive portions 121a may be sequentially connected to the edge electrode 122 or the extension electrode 123. Can be. Accordingly, the capacitance between the plurality of capacitor parts 121a and the second electrode parts 130 and 230 may be sequentially increased.
  • the width of the sensitive portion 121a is formed to be smaller than the width of the capacitor 121b, and the sensitive portion 121a is disposed between the extension electrodes 123 adjacent to each other.
  • the deposition space 127 in which particulate matter may accumulate between the sensitive portion 121a and the extension electrode 123 may be increased, and the area of the deposition space 127 in which particulate matter is accumulated may be increased. It can be narrowly formed. Accordingly, the response time for changing the capacitance between the capacitor 121b and the capacitor electrode 131 of the second electrode 130 and 230 is shortened after the separation electrodes 121 and 221 are electrically connected to the edge electrode 122. Can be.
  • the second electrode parts 130 and 230 may be spaced apart from each other in parallel with the first electrode parts 120 and 220 in the insulating substrate 110.
  • the second electrode parts 130 and 230 may include a plurality of capacitor electrodes 131 corresponding to the capacitor part 121b, and the plurality of capacitor electrodes 131 may be the plurality of spaced apart electrodes 121 and 221. ) May be disposed at positions corresponding to each other with the capacitive portion 121b (see FIGS. 2 and 8).
  • the plurality of capacitor electrodes 131 may be electrically connected to each other (see FIGS. 4B and 11), and one side of the second electrode parts 130 and 230 may be connected to the insulating substrate 110 through the lead part 132. It extends along the longitudinal direction of the) may be electrically connected to the second electrical connection terminal 162 disposed on one surface of the insulating substrate 110 through the via holes (171, 172, 271) (see FIGS. 2 and 8).
  • only one end of the plurality of capacitor electrodes 131 may be electrically connected to each other (see FIG. 4B), and both ends may be electrically connected to each other (see FIG. 11).
  • the second electrical connection terminal 162 may be disposed on the same plane as the first electrical connection terminal 161 and the first electrical connection terminal 161 along the width direction of the insulating substrate 110. Can be arranged side by side.
  • the second electrode parts 130 and 230 may be disposed inside the insulating substrate 110 as shown in FIGS. 2 and 8, and a plurality of capacitor electrodes 131 are disposed in the separation electrodes 121 and 221. It may be provided so as to have an area corresponding to each of the capacitive portion 121b.
  • the plurality of capacitor electrodes 131 may be disposed directly below the capacitor portion 121b so as to correspond to each other with the capacitor portion 121b formed in each of the separation electrodes 121 and 221.
  • the plurality of capacitor parts 121b and the plurality of capacitor electrodes 131 may be arranged side by side in the longitudinal direction on the insulating substrate 110, and may be arranged to correspond to each other in the width direction of the insulating substrate 110. have.
  • each of the capacitor electrodes 131 may be provided to have approximately the same area as the capacitor portion 121b corresponding to each other (see FIG. 11), and may have the same length as the sum of the capacitor portion 121b and the sensitive portion 121a. It may be provided to have a length (see FIGS. 4A and 4B).
  • the plurality of capacitor electrodes 131 may have an area that is at least equal to or larger than that of the corresponding capacitor portion 121b.
  • a dielectric layer 160 having a dielectric constant may be disposed between the first electrode portions 120 and 220 and the second electrode portions 130 and 230 disposed in the up and down directions along the height direction of the insulating substrate 110 ( See FIG. 2).
  • the dielectric layer 160 may allow the first electrode portions 120 and 220 to achieve smooth capacitance between the capacitor portions 121b of the spaced electrodes 121 and 221 and the capacitor electrodes 131 of the second electrode portions 130 and 230.
  • the capacitor 121b may be disposed between the capacitor 121b and the capacitor electrodes 131 of the second electrode 130 and 230, and may be made of a ceramic material.
  • first electrode parts 120 and 220 and the second electrode parts 130 and 230 which are applied to the particulate matter sensors 100 and 200 of the present invention are not limited to the above-described structure, but may be changed in various shapes.
  • the heater 140 is for heating the sensitive part 121a, and may be disposed inside the insulating substrate 110, and may be disposed to be positioned below the first electrode parts 120 and 220. have. At this time, both ends of the heater unit 140 are electrically connected to each other through the third electrical connection terminal 163, the ground terminal 165, and the via holes 173, 173, 272 and 273 provided on the lower surface of the insulating substrate 110. Can be connected.
  • the heater unit 140 heats the sensitive unit 121a, the particulate matter deposited in the deposition space 127 may be removed.
  • the heater 140 may be made of a material that does not easily oxidize at a high temperature. This is because the exhaust gas is at a high temperature of about 300 ° C. or more, and a high temperature of about 600 ° C. or more occurs when the heater part 140 is heated, and thus, when a general metal is used as the heater part, it is highly likely to be oxidized by high temperature.
  • the sensitive portion 121a and the capacitive portion 121b may be spaced apart from each other by a predetermined interval (see FIG. 9).
  • the separation electrode 221 may have a form in which the sensitive portions 121a and the capacitor portions 121b formed at both end sides thereof are connected by a lead portion 121c having a predetermined length.
  • the capacitive portion 121b may be spaced apart from the sensitive portion 121a by an interval equal to the entire length of the sensitive portion 121a or corresponding to a longer length than the entire length of the sensitive portion 121a. have.
  • the total length L2 of the lead portion 121c has a length substantially equal to the total length L1 of the sensitive portion 121a or longer than the total length of the sensitive portion 121a. It may be provided.
  • the capacitive part 121b for measuring the change in capacitance can be maintained at a predetermined distance from the sensitive part 121a exposed to a high temperature environment, a constant capacitance can be realized without being affected by temperature. To make it work.
  • the sensitive part 121a plays a role of widening the area where the first electrode part 220 is connected through the particulate matter deposited in the deposition space 127, even when exposed to a high temperature environment. It is not affected.
  • the capacitance part 121b for measuring the change in capacitance between the first electrode part 220 and the second electrode part 230 is constant at or below a predetermined temperature depending on the material used for the insulating substrate 110. Although the capacitance is realized, at a high temperature above a predetermined temperature, a change in the dielectric constant occurs rapidly, making it difficult to accurately measure the change in capacitance.
  • the insulating substrate 110 is made of a ceramic material
  • a sudden change in dielectric constant occurs around 600 ° C. due to the characteristics of the material.
  • the capacitance portion 121b is formed at a position adjacent to the sensitive portion 121a, since the capacitance portion 121b is unable to implement a constant capacitance due to the influence of temperature, accurate measurement in a high temperature environment of a predetermined temperature or more. This difficulty causes limitations in use.
  • the capacitive portion 121b is spaced apart from the sensitive portion 121a by a predetermined distance through the lead portion 121c, such that a sudden change in dielectric constant due to high temperature is achieved. This prevents constant capacitance even in high temperature environments.
  • the temperature of the capacitor part 121b can be maintained at a lower temperature than the temperature of the sensitive part 121a. The wait time for reuse is unnecessary.
  • the capacitive part 121b and the lead part 121c may be covered by a separate insulating layer 128 so that the capacitive part 121b and the lead part 121c may be insulated without being exposed to the outside.
  • the particulate matter sensor 200 may be further provided with a temperature sensing unit 150 to measure the temperature of the insulating substrate 110 or the sensitive portion 121a ( See FIG. 7).
  • the temperature sensing unit 150 may be disposed between the sensitive unit 121a and the heater unit 140 in the insulating substrate 110.
  • Both ends of the temperature sensing unit 150 may be electrically connected to the heater 140 and the fourth electrical connection terminal 164 through the via holes 274 and 275, respectively.
  • one end of both ends of the temperature sensing unit 150 may be electrically connected to the heater 140 through a via hole 275 connected to the heater 140.
  • the other end of the 150 may be electrically connected to the fourth electrical connection terminal 164 formed on the lower surface of the insulating substrate 110 through the via hole 274.
  • the fourth electrical connection terminal 164 formed on the lower surface of the insulating substrate 110 is not electrically connected to the third electrical connection terminal 163 and the ground terminal 165.
  • control circuit (not shown) of the vehicle compares the measured value of the temperature measured by the temperature sensing unit 150 with the temperature measured by the temperature sensor (not shown) installed in the vehicle to provide the sensitive unit 121a.
  • the heater 140 to be heated may be controlled.
  • the installation area of the temperature sensing unit 150 may be formed to be the same as or smaller than the area of the heater unit 140 to be located within the installation area of the heater unit 140.
  • the particulate matter sensors 100 and 200 having the above-described configuration may be installed at the outlet side exhaust pipe 18a connected to the rear end of the exhaust gas particulate filter 17 of the vehicle, and the sensitive portion 121a may be exhaust gas. Can be mounted to be exposed.
  • the particulate matter P1 flowing through the exhaust gas particulate filter (17 in FIG. 12) to the outlet side exhaust pipe 18a is adjacent to the particulate matter sensors 100 and 200 mounted on one side of the outlet side exhaust pipe 18a. Passed by.
  • the particulate matter P1 may be deposited on the space 127 formed between the sensitive portion 121a of the spaced apart electrodes 121 and 221 and the extension electrodes 123. .
  • the sensitive part 121a and the extension electrode 123 may be electrically connected to each other by the particulate matter deposited in the space 127. Accordingly, the conduction area of the sensitive portion 121a through which electricity flows is widened, and the capacitive portion 121b formed integrally with the sensitive portion 121a is electrically connected to each other so that the spaced apart electrodes 121 and 221 and the second electrode portion ( The capacitance between 130 and 230 is changed.
  • the capacitance between the capacitor 121b and the second electrode parts 130 and 230 may be measured by Equation 1 below.
  • Equation 1 W is the area of the capacitor 121b of the spaced electrode electrically connected to the edge electrode, and t is the distance between the capacitor 121b and the second electrode 130, 230, so that the first electrode portion ( The capacitance between the 120 and 220 and the second electrode parts 130 and 230 may be measured.
  • the second area of the capacitor 121b among the spaced electrodes 121 and 221 may have a larger area than the second area of the sensitive part 121a.
  • the particulate matter sensor 100 or 200 has an area in which the capacitance can be measured when one sensitive portion 121a is electrically connected to the edge electrode 122. This corresponds to the area of the capacitor 121b as well as the area. Accordingly, the capacitance between the separation electrodes 121 and 221 and the second electrode portions 130 and 230 may be increased by only connecting the sensitive portion 121a to the edge electrode 122 in the separation electrodes 121 and 221. .
  • the area of the capacitor 121b for changing the capacitance between the capacitor electrode 131 is larger than the area of the sensitive part 121a.
  • the response time for changing the capacitance between the electrodes 121 and 221 and the capacitive electrode 131 can be shortened, thereby increasing the change in capacitance.
  • the area of the sensitive portion 121a is smaller than that of the capacitor 121b, and the sensitive portion 121a is an extension electrode of the edge electrode 122.
  • the capacitance between the spaced electrodes 121 and 221 and the capacitive electrodes 130 and 230 is changed because the contact between the sensitive portion 121a and the edge electrode 122 connected by the particulate material is increased by being disposed between the 123.
  • the response time taken can be shortened.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

입자상 물질 센서가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 입자상 물질 센서는 절연기판; 상기 절연 기판의 일면에 형성되며, 테두리전극 및 상기 테두리전극에 전기적으로 연결되지 않는 복수 개의 이격전극을 포함하는 제1전극부; 상기 절연기판의 내부에 상기 제1전극부와 간격을 두고 이격배치되며, 상기 제1전극부와의 정전용량을 측정할 수 있도록 서로 전기적으로 연결된 복수 개의 용량전극을 포함하는 제2전극부; 및 상기 절연기판의 내부에 배치되어 상기 감응부에 퇴적된 입자상 물질을 제거하기 위한 열을 제공하는 히터부;를 포함하고, 상기 이격전극은 입자상 물질이 퇴적되는 감응부와, 정전용량을 측정하기 위한 용량부를 포함하며, 입자상 물질의 퇴적시 상기 이격전극과 테두리전극이 서로 전기적으로 연결되어 상기 제1전극부와 제2전극부 사이의 정전 용량을 측정할 수 있다.

Description

입자상 물질 센서 및 이를 포함하는 배기가스 정화 시스템
본 발명은 입자상 물질 센서 및 이를 포함하는 배기가스 정화 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 검출 민감도를 향상시키고 응답시간을 단축시킬 수 있는 입자상 물질 센서 및 이를 포함하는 배기가스 정화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 배기 규제가 한층 강화됨에 따라 배기 가스를 정화하는 후처리 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 디젤 자동차에 대한 입자상 물질(Particulate Matter; PM)에 대한 규제가 더욱 엄격해지고 있다.
그 일환으로, 입자상 물질을 저감시키는 가장 효율적이고 실용화에 접근되는 기술은 매연 여과장치를 이용한 배기가스 저감장치이다.
한편, 배기가스 저감장치의 고장 여부를 진단하기 위해서는 DPF필터 후단에 입자상 물질 센서(PM센서)가 장착되며, 이러한 입자상 물질 센서(PM)는 저항방식과 전정용량 방식이 있다.
위의 방식 중 저항방식의 입자상 물질 센서(PM센서)는 표면상에 배치되는 복수 개의 외부전극이 나란하게 배치되며, 외부전극 사이에 입자상 물질이 침전되고, 침전된 입자상 물질(PM)에 의해 외부전극 사이에 전류가 형성되어 센서의 전기전도도 변화를 측정함으로써, 배기가스 미립자 필터를 통과하여 하류 측으로 빠져나가는 입자상 물질을 용이하게 검출할 수 있다.
아울러, 정전용량 방식은 표면상에 나란하게 배치되는 복수 개의 외부전극과, 복수 개의 외부전극과 상/하 방향으로 배치되는 복수 개의 내부전극으로 구성되며, 외부전극들 사이에 퇴적하는 입자상 물질의 면적 및 외부전극과 내부전극 사이의 거리를 이용하여 외부전극과 내부전극 사이의 정전용량을 측정함으로써, 배기가스 미립자 필터를 통과하여 하류 측으로 빠져나가는 입자상 물질을 용이하게 검출할 수 있다.
이와 같은 저항방식 및 정전용량 방식의 입자상 물질 센서는 외부전극들 사이에 입자상이 침전되는 속도에 따라 외부전극들 사이에 형성되는 초기 전류의 응답시간이 결정될 수 있다.
그러나 종래의 입자상 물질 센서는 외부전극들 사이가 외부전극의 폭보다 넓은 폭을 갖도록 형성되기 때문에 입자의 침전에 따른 초기 전류의 응답시간이 매우 느리다는 문제점이 있다.
또한, 외부전극의 면적이 외부전극들 사이의 폭보다 작게 형성되기 때문에 외부전극과 내부전극 사이의 정전용량의 검출 민감도가 낮다는 문제점이 있다.
한편, 복수 개의 외부전극은 입자상 물질이 퇴적되는 감응부와 내부전극과의 정전용량을 측정하기 위한 용량부가 각각 구비되며, 감응부와 용량부는 서로 인접한 위치에 형성된다. 이에 따라, 입자상 물질이 퇴적되는 감응부가 고온의 배기가스에 노출되는 경우 감응부와 인접한 위치에 형성된 용량부 역시 배기가스에서 전달되는 온도의 영향을 받게 된다.
그러나, 입자상 물질 센서를 구성하는 절연기판은 재료의 특성상 고온의 환경에서는 유전율의 급격한 변화가 발생한다. 일례로, 절연기판이 알루미나로 이루어진 경우 600℃ 부근에서 급격한 유전율의 변화가 발생한다.
이에 따라, 감응부가 600℃ 이상의 고온의 환경에 노출되는 경우 감응부와 인접한 위치에 형성된 용량부 역시 고온의 영향을 받게 되므로, 급격한 유전율의 변화에 의해 외부전극과 내부전극 사이에 일정한 정전용량을 구현하기 어려운 문제점이 있다.
즉, 감응부와 용량부가 서로 인접하게 형성되는 경우 소정 온도 이상의 고온의 환경에서는 일정한 정전용량을 측정할 수 없어 사용상에 제약이 발생한다.
한편, 입자상 물질 센서는 재사용을 위한 리플래쉬 과정에서 입자상 물질센서 상에 퇴적된 입자상 물질을 제거하기 위하여 히터부를 통해 열을 가하게 된다. 이로 인해, 히터부에서 가해지는 열에 의해 절연기판의 온도가 상승된다. 이때, 절연기판의 온도는 통상적으로 650℃이상 2200℃까지 상승될 수 있다.
이에 따라, 히터부의 열을 이용해 퇴적된 입자상 물질을 제거한 후 절연기판의 온도가 소정의 온도 이하로 떨어질 때까지 사용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 정전용량의 응답시간을 단축시키고 검출 민감도를 향상시킬 수 있는 입자상 물질 센서 및 이를 포함하는 배기가스 정화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 절연기판의 유전율이 급격하게 변화되는 고온의 환경에서도 일정한 정전용량을 구현할 수 있는 입자상 물질 센서 및 이를 포함하는 배기가스 정화 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 재사용을 위한 리플래쉬 공정 후 대기시간 없이 곧바로 사용할 수 있는 입자상 물질 센서 및 배기가스 정화 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 절연기판; 상기 절연 기판의 일면에 형성되며, 테두리전극 및 상기 테두리전극에 전기적으로 연결되지 않는 복수 개의 이격전극을 포함하는 제1전극부; 상기 절연기판의 내부에 상기 제1전극부와 간격을 두고 이격배치되며, 상기 제1전극부와의 정전용량을 측정할 수 있도록 서로 전기적으로 연결된 복수 개의 용량전극을 포함하는 제2전극부; 및 상기 절연기판의 내부에 배치되어 상기 감응부에 퇴적된 입자상 물질을 제거하기 위한 열을 제공하는 히터부;를 포함하고, 상기 이격전극은 입자상 물질이 퇴적되는 감응부와, 정전용량을 측정하기 위한 용량부를 포함하며, 입자상 물질의 퇴적시 상기 이격전극과 테두리전극이 서로 전기적으로 연결되어 상기 제1전극부와 제2전극부 사이의 정전 용량을 측정하는 입자상 물질 센서를 제공한다.
또한, 상기 제1전극부는 상기 복수 개의 이격전극을 둘러싸도록 배치되는 테두리전극 및 상기 테두리전극으로부터 일방향으로 평행하게 연장되는 복수 개의 연장전극을 포함하며, 상기 각각의 이격전극은 서로 이웃하는 한 쌍의 연장전극 사이 또는 서로 이웃하는 연장전극과 테두리전극 사이에 상기 감응부가 배치될 수 있다.
또한, 상기 테두리전극은 상기 복수 개의 연장전극의 단부가 연결되는 제1연결전극 및 상기 제1연결전극의 양단부로부터 상기 연장전극과 평행하게 연장되는 제2연결전극을 포함할 수 있다. 이때, 서로 이웃하게 배치되는 연장전극 사이의 간격은 서로 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 감응부 및 용량부는 소정의 면적을 갖도록 형성되고, 상기 용량부의 제2면적은 상기 감응부의 제1면적보다 상대적으로 넓은 면적을 가질 수 있다. 일례로, 상기 용량부의 제2면적은 상기 감응부의 제1면적의 2배 이상일 수 있다.
또한, 상기 감응부 및 용량부는 소정의 길이를 갖는 리드부를 매개로 서로 이격배치될 수 있다.
또한, 상기 감응부 및 용량부를 연결하는 리드부의 전체길이는 상기 감응부의 전체길이와 동일하거나 더 긴 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 용량전극은 상기 용량부와 대응되는 면적을 가질 수 있다.
또한, 상기 감응부의 전체면적은 상기 용량부의 전체면적보다 좁은 면적을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1전극부 및 상기 제2전극부 사이에는 유전층이 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2전극부와 상기 히터부 사이에 배치되어 상기 히터부를 제어하는 온도 감지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연기판은 알루미나 또는 ZTA일 수 있다.
또한, 상기 입자상 물질 센서는 차량의 배기가스 미립자 필터의 후단에 연결되는 배기관 측에 상기 감응부가 노출되도록 장착될 수 있다.
한편, 본 발명은 배기 매니폴드; 상기 배기 매니폴드에서 배출되는 배기가스에 포함된 미립자들을 제거하기 위한 배기가스 미립자 필터; 및 상기 배기가스 미립자 필터를 통과하여 하류 측으로 빠져나가는 입자상 물질을 검출할 수 있도록 상기 배기가스 미립자 필터에 연결되는 유출측 배기관에 설치되는 상술한 입자상 물질 센서;를 포함하는 배기가스 정화 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 소량의 입자상 물질이 퇴적되더라도 제1전극부의 도통면적이 넓어짐으로써 제1전극부와 제2전극부 사이의 정전용량 값이 증폭될 수 있다.
또한, 본 발명은 실질적으로 입자상 센서의 정전용량을 변화시키는 이격전극의 용량부의 면적이 감응부의 면적보다 넓게 형성됨으로써 제1전극부와 제2전극부 사이에서 측정되는 정전용량의 검출 민감도가 증가될 수 있다.
더욱이, 본 발명은 이격전극의 감응부가 연장전극들 사이에 배치되어 입자상 물질에 의해 연결되는 감응부와 연장전극 사이의 공간이 넓어짐으로써 제1전극부와 제2전극부 사이에서 정전용량이 변화하는데 걸리는 응답시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명은 입자상 물질이 퇴적되는 감응부와 정전용량을 감지하는 용량부가 리드부를 통해 소정의 간격을 두고 이격배치됨으로써 감응부가 고온의 환경에 노출되더라도 용량부 측이 유전율의 급격한 변화가 발생하지 않는 저온을 유지할 수 있게 되므로 고온의 환경에서도 온도에 영향을 받지 않고 일정한 정전용량을 구현할 수 있다.
더하여, 본 발명은 감응부에 퇴적된 입자상 물질을 제거하기 위하여 히터부를 통해 감응부를 가열하더라도 일정간격 이격된 용량부 측에는 열이 가해지지 않음으로써 대기시간 없이 재사용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 센서를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 분해도,
도 3은 도 1에 적용되는 제1전극부를 확대한 도면,
도 4a는 도 1에 적용되는 제1전극부를 나타낸 평면도,
도 4b는 도 1에 적용되는 제2전극부를 나타낸 평면도,
도 5는 도 1의 A-A 방향에서 바라본 일부 단면도,
도 6은 도 1의 B-B 방향에서 바라본 일부 단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자상 물질 센서를 개략적으로 나타낸 도면,
도 8은 도 7에서 주요구성의 배치관계를 나타내기 위한 개략도,
도 9는 도 7에 적용되는 제1전극부를 도시한 평면도,
도 10은 도 7에 적용되는 제1전극부 중 감응부에 입자상 물질이 퇴적된 상태를 나타낸 도면,
도 11은 도 7에 적용되는 용량부와 제2전극부를 나타낸 도면, 그리고,
도 12는 본 발명에 따른 입자상 물질 센서가 적용될 수 있는 차량용 디젤 엔진의 배기가스 정화 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
먼저, 도 12를 참고하면 본 발명에 따른 배기가스 정화 시스템(1)은 엔진(11)의 배기 매니폴드(12)에 터빈(13)이 설치될 수 있으며, 터빈(13)과 연동하는 터보차저(14)가 회전하면, 압축된 공기가 쿨러(15)를 통과해 흡기 매니폴드(미도시)로 보내질 수 있고, 배기 매니폴드(12)로부터 배출되는 연소 배기의 일부는 밸브(16) 및 쿨러를 통하여 흡기 매니폴드(미도시)로 환류될 수 있다.
배기 매니폴드(12)에 접속하는 배기관(18)에는 디젤 산화 촉매(미도시) 및 배기가스 미립자 필터(17)가 설치되어 연소 배기가스를 처리할 수 있다. 즉, 배기관(18)에 배출된 연소 배기가스는 상류측의 디젤 산화 촉매(미도시)를 통과하는 동안에, 미연소의 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 및 일산화질소(NO)가 산화될 수 있으며, 하류측의 배기가스 미립자 필터(17)를 통과하는 동안에, 그을음 입자(Soot), 가용성 유기 성분(SOF) 및 무기 성분으로 이루어진 입자상 물질(PM)이 포집될 수 있다.
디젤 산화 촉매(미도시)는 배기가스 미립자 필터(17)의 강제 재생시에, 공급되는 연료의 산화 연소에 의해 배기 온도를 상승시키고, 혹은 입자상 물질 중의 SOF 성분을 산화 제거할 수 있다. 또한, NO의 산화에 의해 생성하는 NO2는 후단의 배기가스 미립자 필터(17)에 퇴적한 입자상 물질의 산화제로서 사용되어 연속적인 산화를 가능하게 할 수 있다.
배기가스 미립자 필터(17)는 가스 유로를 구획하는 셀벽을 관통하여 다수의 가는 구멍이 형성될 수 있으며, 배기가스 미립자 필터(17)에 도입되는 배출 가스 중의 입자상 물질을 포획할 수 있다. 디젤 산화 촉매와 배기가스 미립자 필터(17)를 일체화한 연속 재생식 디젤 파티큘레이트 필터로서 구성할 수도 있다.
배기관(18)에는 디젤 입자상 필터(17)에 퇴적한 입자상 물질의 양을 감시하기 위해서, 차압 센서(19)가 설치될 수 있다. 차압 센서(19)는 배기가스 미립자 필터(17)의 상류측 및 하류측과 접속되어 있어 그 전후 차압에 따른 신호를 출력할 수 있다.
또한, 디젤 산화 촉매의 상류 및 배기가스 미립자 필터(17)의 상하류에는, 온도 센서(미도시)가 설치되어, 각각의 배기 온도를 감시할 수 있다.
제어 회로(미도시)는 이들 출력에 기초하여 디젤 산화 촉매의 촉매 활성 상태나 디젤 입자상 필터(17)의 입자상 물질 포집 상태를 감시하여, 입자상 물질 포집량이 허용량을 넘으면, 강제 재생을 실시해 입자상 물질을 연소 제거하는 재생 제어를 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 입자상 물질 센서(100,200)는 배기가스 미립자 필터(17)의 후단에 연결되는 유출측 배기관(18a)에 설치되어 배기가스 미립자 필터(17) 및 배기관을 통과하여 하류 측으로 빠져나가는 입자상 물질을 검출할 수 있다.
이와 같은 입자상 물질 센서(100,200)는 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이 절연기판(110), 제1전극부(120,220), 제2전극부(130,230) 및 히터부(140)를 포함할 수 있다.
상기 절연기판(110)은 복수 개의 절연층이 높이방향을 따라 적층되어 형성될 수 있으며, 글라스 소재, 세라믹 소재, 스피넬 또는 이산화티타늄 등과 같이 내열성을 갖는 절연체로 이루어질 수 있다.
일례로, 상기 절연기판(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 내지 제5 절연층(111,112,113,114,115)이 서로 나란하게 적층될 수 있으며, 상기 절연기판(110)은 알루미나일 수도 있고, ZTA(zirconia toughened alumina)일 수도 있다.
그러나, 상기 절연기판(110)을 형성하기 위한 절연층의 종류 및 적층수를 이에 한정하는 것은 아니며 설계조건에 따라 다양한 층수를 가질 수 있음을 밝혀둔다.
상기 제1전극부(120,220)는 상기 절연기판(110)의 일면에 적어도 일부가 노출되도록 구비될 수 있다(도 1 및 도 7 참조).
이와 같은 제1전극부(120,220)는 복수 개의 이격전극(121,221), 테두리전극(122) 및 복수 개의 연장전극(123)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 이격전극(121,221)은 도 3 및 도 9에 도시된 바와 같이 서로 전기적으로 연결되지 않도록 상기 절연기판(110)의 폭 방향을 따라 일정 간격을 두고 서로 이격배치될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 이격전극(121,221)은 감응부(121a) 및 용량부(121b)를 각각 포함할 수 있다.
일례로, 상기 감응부(121a) 및 용량부(121b)는 소정의 면적을 갖추어 상기 이격전극(121,221)의 양단부 측에 각각 형성될 수 있다.
여기서, 상기 감응부(121a)는 제1면적을 갖는 직사각 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 용량부(121b)는 제2면적을 갖는 직사각 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 감응부(121a)는 상기 연장전극(123)의 길이와 대응되는 길이를 갖도록 구비되어 상기 연장전극(123)과 평행하게 배치될 수 있으며, 서로 이웃하는 연장전극(123) 사이에 배치되거나 서로 이웃하는 연장전극(123)과 테두리전극(122) 사이에 간격을 두고 이격배치될 수 있다.
이에 따라, 서로 평행하게 배열되는 연장전극(123)과 감응부(121a) 사이의 공간과, 테두리전극(122)과 감응부(121a) 사이의 공간에는 입자상 물질이 쌓이는 퇴적공간(127)이 형성될 수 있다.
이로 인해, 상기 퇴적공간(127)에 입자상 물질이 퇴적됨으로써 전기적으로 연결되지 않은 감응부(121a) 및 테두리전극(122) 또는 감응부(121a) 및 연장전극(123)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 용량부(121b)는 상기 이격전극(121,221)의 타 단부측에 형성되며, 상기 퇴적공간(127)에 퇴적된 입자상 물질에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 통해, 상기 제1전극부(120,220)의 도통면적이 순차적으로 넓어짐으로써 제1전극부(120,220)와 제2전극부(130,230) 사이에서 변화된 정전용량을 측정할 수 있다.
이때, 상기 제1전극부(120,220)와 제2전극부(130,230) 사이의 정전용량을 증가시키기 위하여 상기 용량부(121b)의 제2면적은 감응부(121a)의 제1면적보다 대면적으로 형성될 수 있다.
일례로, 상기 용량부(121b)의 제2면적은 감응부(121a)의 제1면적보다 2배 이상의 면적을 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 용량부(121b)의 폭이 감응부(121a)의 폭보다 더 넓은 폭을 가질 수 있다.
이를 통해, 용량부(121b)와 제2전극부(130,230) 사이에 형성되는 정전용량이 커지는 것과 동시에 정전용량의 검출 민감도를 상승시킬 수 있게 된다.
상기 테두리전극(122)은 대략 사각프레임 형상으로 구비되어 상기 복수 개의 이격전극(121,221)을 둘러싸도록 배치될 수 있으며, 일측이 리드부(129)를 매개로 상기 절연기판(110)의 일면에 배치되는 제1전기접속단자(161)와 전기적으로 연결될 수 있다.
일례로, 상기 테두리전극(122)은 상기 연장전극(123)의 단부가 연결되는 제1연결전극(122a)과, 상기 제1연결전극(122a)의 양 단부로부터 절연기판(110)의 길이방향을 따라 연장되는 한 쌍의 제2연결전극(122b)을 포함할 수 있으며, 상기 한 쌍의 제2연결전극(122b)은 소정의 길이를 갖는 제3연결전극(122c)을 통하여 서로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 제1전기접속단자(161)는 상기 제1전극부(120,220)와 동일면 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 연장전극(123)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 절연기판(110)의 폭방향을 따라 소정의 간격을 두고 평행하게 이격배치될 수 있다.
더불어, 상기 복수 개의 연장전극(123)은 상기 테두리전극(122)으로부터 내측으로 연장됨으로써 상기 테두리전극(122)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일례로, 상기 복수 개의 연장전극(123)은 상기 제1연결전극(122a)으로부터 상기 제2연결전극(122b)과 평행한 방향으로 일정길이 연장될 수 있으며, 상기 감응부(121a)와 대략 동일한 길이를 가질 수 있다.
이때, 상기 복수 개의 이격전극(121,221)은 상술한 바와 같이 서로 이웃하는 연장전극(123)들 사이 또는 서로 이웃하는 연장전극(123)과 제2연결전극(122b) 사이에 상기 감응부(121a)가 위치하도록 배치될 수 있다.
이로 인해, 상기 연장전극(123)과 상기 감응부(121a) 사이, 테두리전극(122)과 감응부(121a) 사이에는 입자상 물질이 퇴적되는 퇴적공간(127)들이 형성될 수 있다.
이에 따라, 도 3 및 도 10에 도시된 바와 같이 상기 퇴적공간(127)들에 입자상 물질(P)이 퇴적됨으로써 서로 이웃하는 제2연결전극(122b)과 감응부(121a), 서로 이웃하는 연장전극(123)과 감응부(121a)가 상기 입자상 물질에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 입자상 물질은 상기 퇴적공간(127)들 중 처음에 위치된 공간부터 차례로 순차적으로 퇴적됨으로써 복수 개의 감응부(121a)가 순차적으로 테두리전극(122) 또는 연장전극(123)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 용량부(121a)와 제2전극부(130,230) 사이의 정전용량도 순차적으로 증가될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 입자상 물질 센서(100,200)와 같이 감응부(121a)의 폭을 용량부(121b)의 폭보다 좁게 형성하고, 서로 이웃하는 연장전극(123)들 사이에 감응부(121a)가 위치하도록 배치하면, 상기 감응부(121a)와 연장전극(123) 사이에 입자상 물질이 쌓일 수 있는 퇴적공간(127)이 많아질 수 있을 뿐만 아니라 입자상 물질이 쌓이는 퇴적공간(127)의 면적을 좁게 형성할 수 있다. 이에 따라, 이격전극(121,221)이 테두리전극(122)과 전기적으로 연결된 후 용량부(121b)와 제2전극부(130,230)의 용량전극(131) 사이에서 정전용량이 변화하는데 걸리는 응답시간이 단축될 수 있다.
상기 제2전극부(130,230)는 상기 절연기판(110) 내에서 상기 제1전극부(120,220)와 나란하게 이격배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2전극부(130,230)는 상기 용량부(121b)와 대응되는 복수 개의 용량전극(131)을 포함할 수 있으며, 상기 복수 개의 용량전극(131)은 상기 복수 개의 이격전극(121,221)에 형성되는 용량부(121b)와 서로 대응되는 위치에 배치될 수 있다(도 2 및 도 8 참조).
여기서, 상기 복수 개의 용량전극(131)은 서로 전기적으로 연결될 수 있으며(도 4b 및 도 11 참조), 상기 제2전극부(130,230)는 일측이 리드부(132)를 매개로 상기 절연기판(110)의 길이방향을 따라 연장되어 비아홀(171,172)(271)을 통해 절연기판(110)의 일면에 배치되는 제2전기접속단자(162)와 전기적으로 연결될 수 있다(도 2 및 도 8 참조). 더불어, 상기 복수 개의 용량전극(131)은 일단부만 서로 전기적으로 연결될 수도 있고(도 4b 참조), 양단부가 서로 전기적으로 연결될 수도 있다(도 11 참조).
이때, 상기 제2전기접속단자(162)는 상기 제1전기접속단자(161)와 동일면 상에 배치될 수 있으며, 상기 절연기판(110)의 폭방향을 따라 제1전기접속단자(161)와 나란하게 배열될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 제2전극부(130,230)는 도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이 절연기판(110)의 내부에 배치될 수 있으며, 복수 개의 용량전극(131)이 상기 이격전극(121,221)의 용량부(121b)와 서로 대응되는 면적을 갖도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 용량전극(131)은 각각의 이격전극(121,221)에 형성되는 용량부(121b)와 서로 대응되도록 상기 용량부(121b)의 직하부에 배치될 수 있다.
더불어, 상기 복수 개의 용량부(121b) 및 복수 개의 용량전극(131)은 절연기판(110)에 길이방향으로 나란하게 배열될 수 있으며, 절연기판(110)의 폭 방향으로 서로 대응되게 배열될 수 있다.
이때, 각각의 용량전극(131)은 서로 대응되는 용량부(121b)와 대략 동일한 면적을 갖도록 구비될 수도 있고(도 11 참조), 용량부(121b)와 감응부(121a)를 합한 길이와 동일한 길이를 갖도록 구비될 수도 있다(도 4a 및 도 4b 참조).
이에 따라, 상기 복수 개의 용량전극(131)은 적어도 대응되는 용량부(121b)의 면적과 동일하거나 더 넓은 면적을 가질 수 있다.
한편, 상기 절연기판(110)의 높이 방향을 따라 상/하 방향으로 배치되는 제1전극부(120,220)와 제2전극부(130,230) 사이에는 유전율을 갖는 유전층(160)이 배치될 수 있다(도 2 참조). 이와 같은 유전층(160)은 이격전극(121,221)의 용량부(121b)와 제2전극부(130,230)의 용량전극(131) 사이의 원활한 정전용량의 특성을 구현할 수 있도록 상기 제1전극부(120,220)의 용량부(121b)와 제2전극부(130,230)의 용량전극(131) 사이에 배치될 수 있으며, 세라믹 소재로 이루어질 수 있다.
여기서, 본 발명의 입자상 물질 센서(100,200)에 적용되는 제1전극부(120,220) 및 제2전극부(130,230)는 상술한 구조에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상으로 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 히터부(140)는 상기 감응부(121a)를 가열하기 위한 것으로, 상기 절연기판(110)의 내부에 배치될 수 있으며, 상기 제1전극부(120,220)의 하부측에 위치하도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 히터부(140)의 양단은 절연기판(110)의 하부면에 구비되는 제3전기접속단자(163) 및 접지단자(165)와 비아홀(173,173)(272,273)을 매개로 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 히터부(140)가 상기 감응부(121a)를 가열하면 상기 퇴적공간(127)에 퇴적된 입자상 물질들이 제거될 수 있다.
여기서, 상기 히터부(140)는 고온에서 산화가 잘 일어나지 않는 재질로 이루어질 수 있다. 이는, 배기가스가 대략 300℃ 이상의 고온이고, 히터부(140)의 가열시 대략 600℃ 이상의 고온이 발생하므로 일반 금속을 히터부로 사용하는 경우 고온에 의해 산화될 가능성이 높기 때문이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 센서(200)는 상기 감응부(121a)와 용량부(121b)가 서로 일정간격 이격배치될 수 있다(도 9 참조).
이를 위해, 상기 이격전극(221)은 양 단부측에 각각 형성되는 감응부(121a) 및 용량부(121b)가 소정의 길이를 갖는 리드부(121c)에 의해 연결되는 형태일 수 있다.
이때, 상기 용량부(121b)는 상기 감응부(121a)의 전체길이와 동일하거나 상기 감응부(121a)의 전체길이보다 더 긴 길이에 해당하는 간격만큼 상기 감응부(121a)로부터 이격배치될 수 있다. 이를 위해, 상기 리드부(121c)의 전체길이(L2)는 상기 감응부(121a)의 전체길이(L1)와 대략 동일한 길이를 갖거나 상기 감응부(121a)의 전체길이보다 더 긴 길이를 갖도록 구비될 수 있다.
이는, 정전용량의 변화를 측정하기 위한 용량부(121b)가 고온의 환경에 노출되는 감응부(121a)로부터 일정 간격 이격된 상태를 유지할 수 있게 되므로 온도의 영향을 받지 않고 일정한 정전용량을 구현할 수 있도록 하기 위함이다.
보다 상세하게는, 상기 감응부(121a)는 상기 퇴적공간(127)에 퇴적되는 입자상 물질을 통해 상기 제1전극부(220)가 도통되는 면적을 넓히는 역할을 수행하므로 고온의 환경에 노출되더라도 크게 영향을 받지 않는다. 그러나, 제1전극부(220)와 제2전극부(230) 사이의 정전용량의 변화를 측정하기 위한 용량부(121b)는 절연기판(110)으로 사용되는 재료에 따라 소정의 온도 이하에서는 일정한 정전용량이 구현되나 소정 온도 이상의 고온에서는 유전율의 변화가 급격하게 발생함으로써 정확한 정전용량의 변화를 측정하기 어렵게 된다.
일례로, 상기 절연기판(110)이 세라믹 재료로 이루어진 경우 소재의 특성상 600℃ 부근에서 급격한 유전율의 변화가 발생하게 된다. 이에 따라, 상기 용량부(121b)가 감응부(121a)와 인접한 위치에 형성되면 용량부(121b)가 온도의 영향을 받음으로써 일정한 정전용량을 구현할 수 없게 되므로 소정 온도 이상의 고온의 환경에서는 정확한 측정이 곤란하여 사용상에 제약이 발생한다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 센서(200)는 용량부(121b)가 리드부(121c)를 매개로 감응부(121a)로부터 소정 간격 이격배치되어 고온에 의한 급격한 유전율의 변화가 방지됨으로써 고온의 환경에서도 일정한 정전용량을 구현할 수 있게 된다.
더불어, 상기 히터부(140)에 의해 상기 감응부(121a)의 온도가 올라가더라도 용량부(121b) 측의 온도는 감응부(121a)의 온도보다 저온을 유지할 수 있게 되므로 재사용을 위한 리플래쉬 공정시 재사용을 위한 대기시간이 불필요하게 된다.
여기서, 상기 용량부(121b) 및 리드부(121c)는 외부로 노출되지 않고 절연될 수 있도록 별도의 절연층(128)을 통해 덮여질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 센서(200)는 절연기판(110) 내부 또는 감응부(121a)의 온도를 측정할 수 있도록 온도감지부(150)가 추가로 구비될 수 있다(도 7 참조).
이를 위해, 상기 온도감지부(150)는 절연기판(110)의 내부에서 감응부(121a)와 히터부(140) 사이에 배치될 수 있다.
이와 같은 온도감지부(150)는 양단이 비아홀(274,275)을 매개로 상기 히터부(140) 및 제4전기접속단자(164)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 도 7을 참고하면 상기 온도감지부(150)의 양단 중 일단은 상기 히터부(140)와 연결되는 비아홀(275)을 통해 히터부(140)와 전기적으로 연결될 수 있고, 온도감지부(150)의 타단은 비아홀(274)를 통해 절연기판(110)의 하부면에 형성되는 제4전기접속단자(164)와 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 절연기판(110)의 하부면에 형성되는 제4전기접속단자(164)는 상기 제3전기접속단자(163) 및 접지단자(165)와 서로 전기적으로 연결되지 않는다.
이에 따라, 차량의 제어회로(미도시)는 상기 온도감지부(150)에서 측정된 온도와 차량에 설치되는 온도센서(미도시)에서 측정된 온도의 측정값을 비교하여 감응부(121a)를 가열하는 히터부(140)를 제어할 수 있다.
한편, 온도감지부(150)의 설치 면적은 히터부(140)의 설치 면적 내에 위치하도록 히터부(140)의 면적과 동일하거나 또는 그 보다 작게 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 입자상 물질센서(100,200)는 차량의 배기가스 미립자 필터(17)의 후단에 연결되는 유출측 배기관(18a) 측에 설치될 수 있으며, 상기 감응부(121a)가 배기가스에 노출되도록 장착될 수 있다.
이에 따라, 배기가스 미립자 필터(도 12의 17)를 통하여 유출측 배기관(18a)으로 유동한 입자상 물질(P1)은 유출측 배기관(18a)의 일측에 장착되는 입자상 물질 센서(100,200)를 인접하여 지나게 된다.
이때, 도 5 및 도 10에 도시된 바와 같이 입자상 물질(P1)은 상기 이격전극(121,221)의 감응부(121a)와 연장전극(123)들 사이에 형성된 공간(127) 상에 퇴적될 수 있다.
이를 통해, 상기 공간(127)에 퇴적되는 입자상 물질에 의해 감응부(121a)와 연장전극(123)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 전기가 통하는 감응부(121a)의 도통면적이 넓어지게 되며, 감응부(121a)와 일체로 형성되는 용량부(121b)도 전기적으로 연결됨으로써 이격전극(121,221)과 제2전극부(130,230) 사이의 정전용량이 변하게 된다.
이때, 상기 용량부(121b)와 제2전극부(130,230) 사이의 정전용량은 하기 식 1에 의하여 측정될 수 있다.
C=εW/t (식 1)
상기 식 1에서 W는 전기적으로 테두리전극에 연결된 이격전극의 용량부(121b)의 면적이며, t는 용량부(121b)와 제2전극부(130,230)까지의 거리이므로, 상기 제1전극부(120,220)와 제2전극부(130,230) 사이의 정전용량을 측정할 수 있다. 여기서, 이격전극(121,221) 중 용량부(121b)의 제2면적은 감응부(121a)의 제2면적보다 넓은 면적을 가질 수 있다.
이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 센서(100,200)는 하나의 감응부(121a)가 전기적으로 테두리전극(122)에 연결될 때 정전용량의 측정이 가능한 면적이 감응부(121a)의 면적뿐 아니라 용량부(121b)의 면적에도 대응한다. 이에 따라, 상기 이격전극(121,221)에서 감응부(121a)가 전기적으로 테두리전극(122)에 연결되는 것만으로도 이격전극(121,221)과 제2전극부(130,230) 사이의 정전용량이 커질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 센서(100,200)는 용량전극(131)과의 사이에서 정전용량을 변화시키는 용량부(121b)의 면적이 감응부(121a)의 면적보다 넓기 때문에 이격전극(121,221)들과 용량전극(131) 사이의 정전용량이 변화하는데 걸리는 응답시간을 단축할 수 있으며, 이에 따른 정전용량의 변화를 크게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 센서(100,200)는 상기 감응부(121a)의 면적이 용량부(121b)의 면적보다 작고, 감응부(121a)가 테두리전극(122)의 연장전극(123)들 사이에 배치됨으로써 입자상 물질에 의해 연결되는 감응부(121a)와 테두리전극(122)의 접점이 많아지기 때문에 상기 이격전극(121,221)과 용량전극(130,230) 사이의 정전용량이 변화하는데 걸리는 응답시간을 단축할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 절연기판;
    상기 절연 기판의 일면에 형성되며, 테두리전극 및 상기 테두리전극에 전기적으로 연결되지 않는 복수 개의 이격전극을 포함하는 제1전극부;
    상기 절연기판의 내부에 상기 제1전극부와 간격을 두고 이격배치되며, 상기 제1전극부와의 정전용량을 측정할 수 있도록 서로 전기적으로 연결된 복수 개의 용량전극을 포함하는 제2전극부; 및
    상기 절연기판의 내부에 배치되어 상기 감응부에 퇴적된 입자상 물질을 제거하기 위한 열을 제공하는 히터부;를 포함하고,
    상기 이격전극은 입자상 물질이 퇴적되는 감응부와, 정전용량을 측정하기 위한 용량부를 포함하며,
    입자상 물질의 퇴적시 상기 이격전극과 테두리전극이 서로 전기적으로 연결되어 상기 제1전극부와 제2전극부 사이의 정전 용량을 측정하는 입자상 물질 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1전극부는 상기 복수 개의 이격전극을 둘러싸도록 배치되는 테두리전극 및 상기 테두리전극으로부터 일방향으로 평행하게 연장되는 복수 개의 연장전극을 포함하며,
    상기 각각의 이격전극은 서로 이웃하는 한 쌍의 연장전극 사이 또는 서로 이웃하는 연장전극과 테두리전극 사이에 상기 감응부가 배치되는 입자상 물질 센서.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 테두리전극은 상기 복수 개의 연장전극의 단부가 연결되는 제1연결전극 및 상기 제1연결전극의 양단부로부터 상기 연장전극과 평행하게 연장되는 제2연결전극을 포함하는 입자상 물질 센서.
  4. 제 2항에 있어서,
    서로 이웃하게 배치되는 연장전극 사이의 간격은 서로 동일하게 형성되는 입자상 물질 센서.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 감응부 및 용량부는 소정의 면적을 갖도록 형성되고, 상기 용량부의 제2면적은 상기 감응부의 제1면적보다 상대적으로 넓은 면적을 갖는 입자상 물질 센서.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 용량부의 제2면적은 상기 감응부의 제1면적의 2배 이상인 입자상 물질 센서.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 감응부 및 용량부는 소정의 길이를 갖는 리드부를 매개로 서로 이격배치되는 입자상 물질 센서.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 감응부 및 용량부를 연결하는 리드부의 전체길이는 상기 감응부의 전체길이와 동일하거나 더 긴 길이를 갖도록 형성되는 입자상 물질 센서.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 용량전극은 상기 용량부와 대응되는 면적을 갖는 입자상 물질 센서.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 감응부의 전체면적은 상기 용량부의 전체면적보다 좁은 면적을 갖도록 형성되는 입자상 물질 센서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극부 및 상기 제2전극부 사이에는 유전층이 배치되는 입자상 물질 센서.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제2전극부와 상기 히터부 사이에 배치되어 상기 히터부를 제어하는 온도 감지부를 더 포함하는 입자상 물질 센서.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 절연기판은 알루미나 또는 ZTA인 입자상 물질 센서.
  14. 제 7항에 있어서,
    상기 입자상 물질 센서는 차량의 배기가스 미립자 필터의 후단에 연결되는 배기관 측에 상기 감응부가 노출되도록 장착되는 입자상 물질 센서.
  15. 배기 매니폴드;
    상기 배기 매니폴드에서 배출되는 배기가스에 포함된 미립자들을 제거하기 위한 배기가스 미립자 필터; 및
    상기 배기가스 미립자 필터를 통과하여 하류 측으로 빠져나가는 입자상 물질을 검출할 수 있도록 상기 배기가스 미립자 필터에 연결되는 유출측 배기관에 설치되는 청구항 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 기재된 입자상 물질 센서;를 포함하는 배기가스 정화 시스템.
PCT/KR2016/006044 2015-06-09 2016-06-08 입자상 물질 센서 및 이를 포함하는 배기가스 정화 시스템 Ceased WO2016200132A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680032968.XA CN107709967B (zh) 2015-06-09 2016-06-08 粒子状物质传感器及包括其的废气净化系统
US15/735,162 US10801389B2 (en) 2015-06-09 2016-06-08 Particulate matter sensor and exhaust gas purification system having the same
JP2017564536A JP6466002B2 (ja) 2015-06-09 2016-06-08 粒子状物質センサ及びこれを含む排気ガス浄化システム
DE112016002629.3T DE112016002629B4 (de) 2015-06-09 2016-06-08 Partikelsensor und Abgasreinigungssystem mit demselben

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150081397A KR101683467B1 (ko) 2015-06-09 2015-06-09 입자상 물질 센서 및 그를 이용한 배기가스 정화 시스템
KR10-2015-0081397 2015-06-09
KR10-2016-0039712 2016-03-31
KR1020160039712A KR101991265B1 (ko) 2016-03-31 2016-03-31 입자상 물질 센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016200132A1 true WO2016200132A1 (ko) 2016-12-15

Family

ID=57504186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/006044 Ceased WO2016200132A1 (ko) 2015-06-09 2016-06-08 입자상 물질 센서 및 이를 포함하는 배기가스 정화 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10801389B2 (ko)
JP (1) JP6466002B2 (ko)
CN (1) CN107709967B (ko)
DE (1) DE112016002629B4 (ko)
WO (1) WO2016200132A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD953183S1 (en) 2019-11-01 2022-05-31 Nvent Services Gmbh Fuel sensor
WO2022144829A1 (ko) * 2020-12-30 2022-07-07 주식회사 헬릭스랩 반도체 제조 장비 배관용 커패시턴스 센서

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090217737A1 (en) * 2005-11-08 2009-09-03 Robert Bosch Gmbh Sensor Element for Gas Sensors and Method for Operating Same
JP2010190615A (ja) * 2009-02-16 2010-09-02 Honda Motor Co Ltd 粒子状物質検出装置
JP2012037373A (ja) * 2010-08-06 2012-02-23 Denso Corp センサ制御装置
JP2012127907A (ja) * 2010-12-17 2012-07-05 Nippon Soken Inc 粒子状物質検出センサ
JP2013231627A (ja) * 2012-04-27 2013-11-14 Nippon Soken Inc 粒子状物質検出素子とその製造方法、並びに、粒子状物質検出センサ

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6634210B1 (en) * 2002-04-17 2003-10-21 Delphi Technologies, Inc. Particulate sensor system
DE10353860B4 (de) * 2003-11-18 2023-03-30 Robert Bosch Gmbh Sensor zum Erfassen von Partikeln in einem Gasstrom, sowie Verfahren zu seiner Herstellung
KR20060076922A (ko) * 2004-12-29 2006-07-05 엘지전자 주식회사 박막 가스 센서 및 그 제조 방법
JP3897798B2 (ja) * 2005-06-08 2007-03-28 日新電機株式会社 排ガス浄化方法及び排ガス浄化装置
US8225640B2 (en) * 2008-12-11 2012-07-24 Delphi Technologies, Inc. Soot sensor and method for sensing soot
JP2011089791A (ja) 2009-10-20 2011-05-06 Honda Motor Co Ltd 粒子状物質検出装置
JP2012012960A (ja) 2010-06-29 2012-01-19 Nippon Soken Inc 粒子状物質検出センサ
JP5240679B2 (ja) 2011-01-20 2013-07-17 株式会社デンソー 検出装置
JP5874195B2 (ja) * 2011-05-20 2016-03-02 いすゞ自動車株式会社 粒子状物質センサ
JP5864368B2 (ja) * 2012-06-22 2016-02-17 株式会社日本自動車部品総合研究所 粒子状物質検出素子並びにその製造方法
KR101593670B1 (ko) 2014-10-17 2016-02-17 주식회사 아모텍 입자상 물질 센서 및 그를 이용한 배기가스 정화 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090217737A1 (en) * 2005-11-08 2009-09-03 Robert Bosch Gmbh Sensor Element for Gas Sensors and Method for Operating Same
JP2010190615A (ja) * 2009-02-16 2010-09-02 Honda Motor Co Ltd 粒子状物質検出装置
JP2012037373A (ja) * 2010-08-06 2012-02-23 Denso Corp センサ制御装置
JP2012127907A (ja) * 2010-12-17 2012-07-05 Nippon Soken Inc 粒子状物質検出センサ
JP2013231627A (ja) * 2012-04-27 2013-11-14 Nippon Soken Inc 粒子状物質検出素子とその製造方法、並びに、粒子状物質検出センサ

Also Published As

Publication number Publication date
CN107709967A (zh) 2018-02-16
US20180355779A1 (en) 2018-12-13
DE112016002629B4 (de) 2020-10-08
JP6466002B2 (ja) 2019-02-06
DE112016002629T5 (de) 2018-02-22
CN107709967B (zh) 2021-04-27
JP2018525608A (ja) 2018-09-06
US10801389B2 (en) 2020-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6672066B2 (ja) 粒子状物質センサ及びそれを用いた排気ガス浄化システム
JP2012083210A (ja) 粒子状物質検出センサ
JP2012127907A (ja) 粒子状物質検出センサ
EP2960447A1 (en) Device for measuring particulate substance
WO2016200132A1 (ko) 입자상 물질 센서 및 이를 포함하는 배기가스 정화 시스템
Bartscherer et al. Improvement of the sensitivity of a conductometric soot sensor by adding a conductive cover layer
KR20150058252A (ko) 입자 검출용 센서
US20120285217A1 (en) Method and device for determining the operating status of a probe for measuring the amount of soot in the exhaust fumes of a vehicle
KR102125393B1 (ko) 배기가스 pm 센서
KR101593670B1 (ko) 입자상 물질 센서 및 그를 이용한 배기가스 정화 시스템
KR101593669B1 (ko) 입자상 물질 센서 및 이를 이용한 배기가스 정화 시스템
WO2017171424A1 (ko) 입자상 물질 센서
KR101991265B1 (ko) 입자상 물질 센서
KR101683467B1 (ko) 입자상 물질 센서 및 그를 이용한 배기가스 정화 시스템
JP5531459B2 (ja) Ｐｍセンサー
KR101610167B1 (ko) 입자상 물질 센서
KR101697297B1 (ko) 입자상 물질 센서 및 그를 이용한 배기가스 정화 시스템
WO2015147488A1 (ko) 디젤 매연 필터의 재생방법 및 이를 통해 재생되는 디젤 매연 필터
KR101694840B1 (ko) 입자상 물질 센서 및 그를 이용한 배기가스 정화 시스템
WO2016060493A1 (ko) 평판형 산소센서소자
US11391232B2 (en) Particulate matter sensor
US20170146441A1 (en) Sensor for detecting particles
KR20170114042A (ko) 입자상 물질 센서
WO2025053521A1 (ko) 배터리의 열폭주 감지 시스템
KR20190045726A (ko) 입자상 물질 센서유닛

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16807772

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017564536

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112016002629

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16807772

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1