(57)【要約】      （修正有）【課題】粒子状物質の捕集量や排気ガスに含まれている粒子状物質の量を精密に感知し、電極部に付着された粒子状物質をヒーティング部を利用して容易に焼いて除去することができる粒子状物質センサーユニットを提供する。【解決手段】排気ラインの一側に設けられ、排気ガスに含まれている電荷を帯びた粒子状物質が近所を通る時、粒子状物質によって電荷が発生する静電誘導方式のセンサー４００であり、ボディー部４３０とボディー部４３０の前面一側に粒子状物質と隣接して形成された電極部４１０と、ボディー部４３０の電極部４１０の反対側後面に形成されるヒーティング部と、ヒーティング部に電源を供給するようにボディー部の後面他側に形成される電源入力部と、電源入力部からヒーティング部に電源を連結する連結ラインとを含み、ヒーティング部は、供給される電源を用いて電極部４１０に付着された粒子状物質を焼いて除去する熱を発生させる。【選択図】図４
2014118968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ラインの一側に設けられ、前記排気ガスに含まれている電荷を帯びた粒子状物質が近所を通る時、前記粒子状物質によって電荷が発生する静電誘導方式のセンサーを含み、
前記センサーは、
ボディー部と、
前記ボディー部の前面一側に前記粒子状物質と隣接して形成された電極部と、
前記ボディー部の前記電極部の反対側後面に形成されるヒーティング部と、
前記ヒーティング部に電源を供給するように前記ボディー部の後面他側に形成される電源入力部と、
前記電源入力部から前記ヒーティング部に電源を連結する連結ラインとを含み、
前記ヒーティング部は、供給される電源を用いて前記電極部に付着された粒子状物質を焼いて除去する熱を発生させることを特徴とする粒子状物質センサーユニット。
【請求項２】
前記電極部は、
排気ガスが流れる方向と交差する方向に突出する畝タイプであり、前記電極部は排気ガスが流れる方向と垂直に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項３】
前記ヒーティング部、前記連結ライン、および前記電源入力部は、Ｐｔ（プラチナ）成分を含むことを特徴とする、請求項１に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項４】
前記ボディー部は、Ｓｉ（シリコン）成分を含むことを特徴とする、請求項１に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項５】
前記電源入力部に入力される電源は１５〜２５Ｗであり、前記ボディー部の外部温度は１５０〜７００℃であることを特徴とする、請求項１に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項６】
前記ヒーティング部と前記電源入力部を連結する前記連結ラインは、前記ボディー部の縁に沿って形成されることを特徴とする、請求項１に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項７】
前記ヒーティング部は、
前記連結ラインの端部から前記ボディー部の縁で前記ボディー部の長手方向中心線と隣接するように前記ボディー部の幅方向に延長される第１ヒーティングラインと、
前記第１ヒーティングラインの端部から前記ボディー部の中心線と隣接して前記中心線と並んで延長される第２ヒーティングラインと、
前記第２ヒーティングラインの端部から前記ボディー部の縁と隣接するように前記ボディー部の幅方向に延長される第３ヒーティングラインと、
前記第３ヒーティングラインの端部から前記ボディー部の縁に沿って延長される第４ヒーティングラインとを含むことを特徴とする、請求項６に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項８】
前記ヒーティング部は、前記ボディー部の長手方向中心線を中心に対称形態（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｓｈａｐｅ）を有することを特徴とする、請求項７に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項９】
前記ヒーティング部は、
前記ボディー部の縁に沿って延長される縁ラインと、
前記縁ラインの端部から前記縁ラインの反対側の前記ボディー部の縁と隣接するように前記ボディー部の幅方向に延長される第１ヒーティングラインと、
前記第１ヒーティングラインの端部から前記ボディー部の縁に沿って延長される第２ヒーティングラインと、
前記第２ヒーティングラインの端部から前記縁ラインと隣接するように前記ボディー部の幅方向に延長される第３ヒーティングラインと、
前記第３ヒーティングラインの端部から前記縁ラインと並んで延長される第４ヒーティングラインと
を含むことを特徴とする、請求項６に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項１０】
前記第１、第２、第３、第４ヒーティングラインはそれぞれ設定された幅を有すれば、これらの間に設定されたギャップを有することを特徴とする、請求項７または９に記載の粒子状物質センサーユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスに含まれている粒子状物質（媒煙）をフィルタリングする粒子状物質フィルターの破損を精密で効果的に感知し、センサーの感度を維持できるようにする粒子状物質センサーユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には媒煙を減少させるための粒子状物質フィルター（ＰＦ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ）が適用されており、このような粒子状物質フィルターに捕集される媒煙の量を感知するために差圧センサーが適用される。
【０００３】
ここで、粒子状物質フィルターはディーゼル自動車、ガソリン自動車、ガス自動車などすべての内燃機関に選択的に適用することができる。
【０００４】
今後、排気ガス規制によって既存の差圧センサーを用いて前記ディーゼル粒子状物質フィルターに捕集される粒子状物質の感知精密度が落ちることがあり、前記ディーゼル粒子状物質フィルターの破損も感知するのが容易でない。
【０００５】
一方、粒子状物質を感知するセンサーに対する研究が持続的に研究されており、同時に粒子状物質がセンサーに付着した時にこれを除去することによってセンサーの感度を維持できるようにする研究も共に進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−０８０７８１号公報（２０１１年４月２１日公開）
【特許文献２】特開２０１１−０８０９４２号公報（２０１１年４月２１日公開）
【特許文献３】特開２０１１−１５３９３０号公報（２０１１年８月１１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、粒子状物質フィルターの後端にスリップされる媒煙の量を精密に感知し、これを利用して粒子状物質フィルターに捕集される煤煙の量と破損の有無を精密に感知し、電極部に付着された粒子状物質を容易に除去することができる粒子状物質センサーユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態による粒子状物質センサーユニットは、排気ラインの一側に設けられ、前記排気ガスに含まれている電荷を帯びた粒子状物質が近所を通る時、前記粒子状物質によって電荷が発生する静電誘導方式のセンサーを含み、前記センサーは、ボディー部と、前記ボディー部の前面一側に前記粒子状物質と隣接して形成された電極部と、前記ボディー部の前記電極部の反対側後面に形成されるヒーティング部と、前記ヒーティング部に電源を供給するように前記ボディー部の後面他側に形成される電源入力部と、前記電源入力部から前記ヒーティング部に電源を連結する連結ラインとを含み、前記ヒーティング部は、供給される電源を用いて前記電極部に付着された粒子状物質を焼いて除去する熱を発生させる。
【０００９】
前記電極部は、排気ガスが流れる方向と交差する方向に突出する畝タイプであり、前記電極部は排気ガスが流れる方向と垂直に形成することができる。
【００１０】
前記ヒーティング部、前記連結ライン、および前記電源入力部は、Ｐｔ（プラチナ）成分を含むことができる。
【００１１】
前記ボディー部は、Ｓｉ（シリコン）成分を含むことができる。
【００１２】
前記電源入力部に入力される電源は１５〜２５Ｗであり、前記ボディー部の外部温度は１５０〜７００℃であり得る。
【００１３】
前記ヒーティング部と前記電源入力部を連結する前記連結ラインは、前記ボディー部の縁に沿って形成することができる。
【００１４】
前記ヒーティング部は、前記連結ラインの端部から前記ボディー部の縁で前記ボディー部の長手方向中心線と隣接するように前記ボディー部の幅方向に延長される第１ヒーティングラインと、前記第１ヒーティングラインの端部から前記ボディー部の中心線と隣接して前記中心線と並んで延長される第２ヒーティングラインと、前記第２ヒーティングラインの端部から前記ボディー部の縁と隣接するように前記ボディー部の幅方向に延長される第３ヒーティングラインと、前記第３ヒーティングラインの端部から前記ボディー部の縁に沿って延長される第４ヒーティングラインとを含むことができる。
【００１５】
前記ヒーティング部は、前記ボディー部の長手方向中心線を中心に対称形態（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｓｈａｐｅ）を有することができる。
【００１６】
前記ヒーティング部は、前記ボディー部の縁に沿って延長される縁ラインと、前記縁ラインの端部から前記縁ラインの反対側の前記ボディー部の縁と隣接するように前記ボディー部の幅方向に延長される第１ヒーティングラインと、前記第１ヒーティングラインの端部から前記ボディー部の縁に沿って延長される第２ヒーティングラインと、前記第２ヒーティングラインの端部から前記縁ラインと隣接するように前記ボディー部の幅方向に延長される第３ヒーティングラインと、前記第３ヒーティングラインの端部から前記縁ラインと並んで延長される第４ヒーティングラインとを含むことができる。
【００１７】
前記第１、第２、第３、第４ヒーティングラインはそれぞれ設定された幅を有すれば、これらの間に設定されたギャップを有することができる。
【発明の効果】
【００１８】
前述のように本発明の実施形態による粒子状物質センサーユニットは、ディーゼル粒子状物質フィルター（ＤＰＦ）の媒煙（ｓｏｏｔ）のような粒子状物質の捕集量や排気ガスに含まれている粒子状物質の量を精密に感知し、電極部に付着された粒子状物質をヒーティング部を利用して容易に焼いて除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態による差圧によるディーゼル粒子状物質フィルターに捕集された粒子状物質の量を示すグラフである。
【図２】本発明の実施形態による粒子状物質センサーが排気ラインに配置された状態を示す概略的な内部斜視図である。
【図３】本発明の実施形態によるセンサーと粒子状物質との距離変化によってセンサーユニットで発生する電荷量を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態による粒子状物質センサーの前面を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態による粒子状物質センサーの後面を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態による粒子状物質センサーの後面における対称型ヒーティング部を示す詳細平面度である。
【図７】本発明の実施形態による粒子状物質センサーの後面における非対称型ヒーティング部を示す詳細平面度である。
【図８】本発明の実施形態による粒子状物質センサーの特性を示す表である。
【図９】本発明の実施形態による粒子状物質センサーの実験結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
本発明の実施形態でセンサーがディーゼル粒子状物質フィルターに適用されるものと説明したが、これに限定されるのではなく、ガソリンエンジン、ガスエンジン、バイオ燃料を使用するバイオエンジンなど粒子状物質を排出するすべての内燃機関に選択的に適用することができる。
【００２２】
したがって、本発明の実施形態によるセンサーは粒子状物質フィルター、ディーゼル粒子状物質フィルター、ガソリン粒子状物質フィルターなどに変更して適用することができる。
【００２３】
図１は本発明の実施形態による差圧によるディーゼル粒子状物質フィルターに捕集された粒子状物質の量を示すグラフであり、図２は本発明の実施形態による粒子状物質センサーが排気ラインに配置された状態を示す概略的な内部斜視図であり、図３は本発明の実施形態によるセンサーと粒子状物質との距離変化によってセンサで発生する電荷量を示すグラフであり、図４は本発明の実施形態による粒子状物質センサーの前面を示す斜視図である。
【００２４】
図１を参照すれば、横軸は差圧の大きさを示し、縦軸は捕集効率を示すものである。
【００２５】
中間の第１領域１４０は次第に強化されるセンサーユニットの差圧領域であり、第２領域１２は一般的な差圧センサーが感知できるディーゼル粒子状物質フィルターの捕集効率が５０％以下である領域である。さらに、第３領域１０はディーゼル粒子状物質フィルターが破損して捕集効率が０に近い領域である。
【００２６】
図示したように、既存の差圧センサーは捕集効率と差圧側面で敏感度が落ち、感知領域が限定されるため、新たなタイプの差圧センサーまたは粒子状物質センサーが必要である。
【００２７】
図２および図４を参照すれば、排気ライン１００の内部に排気ガスが流れ、排気ガスの中には粒子状物質１１０が含まれている。
【００２８】
前記粒子状物質１１０はセンサー４００（ＰＭ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｍａｔｔｅｒｓ  ｓｅｎｓｏｒ）の電極部４１０を隣接して通り、前記粒子状物質１１０が通ることによって前記センサー４００は信号を発生させる。
【００２９】
前記センサー４００で信号が発生する要因は、帯電された粒子状物質が通る時に前記センサー４００の電極部４１０に誘導される電荷によって発生するのである。
【００３０】
図３を参照すれば、センサーと粒子状物質の距離ｘによる誘導された電荷信号グラフを示す。
【００３１】
一般に帯電された粒子によって生成される電場は次の式のように示される。
【００３２】
【数１】
2014118968.tif 000003
Ｑは帯電粒子が有する電荷量であり、ｒは帯電粒子から離れた距離である。また、ε０は真空中での誘電率である。
【００３３】
センサー電極界面で帯電粒子状物質による電場値と同一な大きさの表面電荷がセンサー電極に発生する。この誘導された電荷はラプラス方程式で解くことができる。直交座標系でｚが０である平面に置かれた導体平板に対してＱ値の電荷量を有する帯電点電荷が（０、０、ｄ）に置かれている時、点電荷によって生成される電位および誘導される表面電荷密度は次の式のようである。
【００３４】
【数２】
2014118968.tif 000004
【００３５】
【数３】
2014118968.tif 000005
【００３６】
【数４】
2014118968.tif 000006
【００３７】
【数５】
2014118968.tif 000007
はそれぞれ直交座標系においてｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の単位ベクターを示す。      
【００３８】
距離ｘに対して帯電粒子によってセンシング電極に誘導される誘導電荷量をグラフに表現してみれば、帯電粒子と電極間の距離変化によってパルス形態の信号が発生する。
【００３９】
図４を参照すれば、センサー４００は、ボディー部４３０、前記ボディー部４３０の前面一側に形成される電極部４１０、および前記ボディー部４３０の前面他側に形成される電源連結部４２０を含む。
【００４０】
排気ガスに含まれている粒子状物質が前記電極部４１０の周囲を通ると、電荷が発生し、前記電源連結部４２０を通じて外部の制御部（図示せず）に伝達される。
【００４１】
図５は本発明の実施形態による粒子状物質センサーの後面を示す斜視図である。
【００４２】
図５を参照すれば、センサー４００はボディー部４３０、前記ボディー部４３０の後面一側に形成されるヒーティング部５００、および前記ボディー部４３０の後面他側に形成される電源入力部５２０を含む。さらに、前記ヒーティング部５００と前記電源入力部５２０は連結ラインを通して電気的に連結される。
【００４３】
本発明の実施形態で、前記ボディー部４３０はシリコンを含み、前記ヒーティング部５００、前記連結ライン５１０、および前記電源入力部５２０はＰｔ（プラチナ）成分を含む。
【００４４】
図６は本発明の実施形態による粒子状物質センサーの後面における対称形ヒーティング部を示す詳細平面度である。
【００４５】
図６を参照すれば、前記ボディー部４３０の後面部の一側にはヒーティング部５００が形成され、前記ヒーティング部５００に前記連結ライン５１０が連結される。
【００４６】
前記ヒーティング部は、前記ボディー部４３０の長手方向中心線６００を基準に互いに対称形に形成される。
【００４７】
より詳細に説明すれば、前記ヒーティング部５００は、前記連結ライン５１０の端部から前記ボディー部４３０の縁で前記ボディー部４３０の長手方向中心線６００と隣接するように前記ボディー部４３０の幅方向に延長される第１ヒーティングライン６０２、前記第１ヒーティングライン６０２の端部から前記ボディー部４３０の中心線６００と隣接して前記中心線６００と並んで延長される第２ヒーティングライン６０４、前記第２ヒーティングライン６０４の端部から前記ボディー部４３０の縁と隣接するように前記ボディー部４３０の幅方向に延長される第３ヒーティングライン６０４、および前記第３ヒーティングライン６０４の端部から前記ボディー部４３０の縁に沿って延長される第４ヒーティングライン６０８を含む。
【００４８】
前記ヒーティング部５００の前記第１、第２、第３、第４ヒーティングライン６０２、６０４、６０６、６０８は設定された幅Ｗ１を有し、これらの間には設定されたギャップＧ１が形成される。前記幅とギャップは設計仕様によって可変することができる。
【００４９】
図７は本発明の実施形態による粒子状物質センサーの後面における非対称型ヒーティング部を示す詳細平面度である。
【００５０】
前記ヒーティング部５００は、前記ボディー部４３０の長手方向中心線を基準に互いに非対称型に形成される。
【００５１】
より詳細に説明すれば、前記ヒーティング部５００は、前記ボディー部４３０の縁に沿って延長される縁ライン７００、前記縁ライン７００の端部から前記縁ライン７００の反対側の前記ボディー部４３０の縁と隣接するように前記ボディー部４３０の幅方向に延長される第１ヒーティングライン７０２、前記第１ヒーティングライン７０２の端部から前記ボディー部４３０の縁に沿って延長される第２ヒーティングライン７０４、前記第２ヒーティングライン７０４の端部から前記縁ライン７００と隣接するように前記ボディー部４３０の幅方向に延長される第３ヒーティングライン７０６、および前記第３ヒーティングライン７０６の端部から前記縁ライン７００と並んで延長される第４ヒーティングライン７０８を含む。
【００５２】
前記ヒーティング部５００の前記第１、第２、第３、第４、第５ヒーティングライン７０２、７０４、７０６、７０８は設定された幅Ｗ１を有し、これらの間には設定されたギャップＧ１が形成される。前記幅とギャップは設計仕様によって可変することができる。
【００５３】
図８は本発明の実施形態による粒子状物質センサーの特性を示す表である。
【００５４】
図８を参照すれば、前記ボディー部４３０はシリコン材質で形成され、前記ヒーティング部５００、前記連結ライン５１０、および前記電源入力部５２０はＰｔ材質で形成される。
【００５５】
前記電源入力部５２０に入力される電源は２０Ｗと設定され、この数値は設計仕様によって可変することができる。さらに、前記電極部４１０の周囲の排気ガス温度は約５００℃と設定することができ、排気ガスの温度は約１５０〜７００℃の範囲で可変することができる。
【００５６】
図９は本発明の実施形態による粒子状物質センサーの実験結果を示す表である。
【００５７】
Ｈｅａｔｉｎｇ  ａｒｅａは加熱面積であり、Ｍａｘ、Ｔｅｍｐ．は最大温度であり、ｍｉｎ  Ｔｅｍｐ．は最小温度であり、Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙは温度の均一性である。Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃはヒーティング部のラインが対称形タイプであることを示し、Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  １：１はラインのギャップと幅の比率が１：１である場合を示し、Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ２：１はラインのギャップと幅の比率が２：１である場合を示し、Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ３：１はラインのギャップと幅の比率が３：１である場合を示す。
【００５８】
本発明の実施形態で、前記センサーは電極部４１０が畝タイプである場合に畝に粒子状物質を焼いて除去するためのものであって、約６５０℃で粒子状物質を容易に焼いて除去することができる。図９に示されているように、ヒーティング部５００の最小温度が全て６５０℃を超過する。
【００５９】
以上に本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の実施形態から当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって容易に変更されて均等であると認められる範囲のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００６０】
１００      排気ライン
１１０      粒子状物質
４００      センサー
４１０      電極部
４２０      電源連結部
４３０      ボディー部
５００      ヒーティング部
５１０      連結ライン
５２０      電源入力部
６００      中心線
６０２、７０２      第１ヒーティングライン
６０４、７０４      第２ヒーティングライン
６０６、７０６      第３ヒーティングライン
６０８、７０８      第４ヒーティングライン
６１０、７１０      ヒーティングライン
７００      縁ライン
【図１】
2014118968.tif 000008
【図２】
2014118968.tif 000009
【図３】
2014118968.tif 000010
【図４】
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【図５】
2014118968.tif 000012
【図６】
2014118968.tif 000013
【図７】
2014118968.tif 000014
【図８】
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【図９】
2014118968.tif 000016