(57)【要約】  煤粒子センサは、煤粒子センサの第１表面上に配置された検出部材とヒータ部材とを備えている。煤粒子センサシステムは、煤粒子センサと、煤粒子センサの検出部材およびヒータ部材に対して電気的に接続された回路と、を具備している。回路は、煤粒子センサ上に集積した煤粒子の量を決定し得るよう構成されているとともに、煤粒子の集積量に応じて、ヒータ部材の加熱を制御し得るよう構成されている。
2013521469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
煤粒子センサであって、
第１表面と、この第１表面とは反対側に位置した第２表面と、を規定する基板と；
前記基板の前記第１表面上に形成されるとともに、前記第１表面上に配置された導電材料からなる少なくとも１つの連続ループを有した検出部材ループを備えた、検出部材と；
前記基板の前記第１表面上に形成されるとともに、前記第１表面上に配置された導電材料からなる少なくとも１つの連続ループを有したヒータ部材ループを備えた、ヒータ部材と；
を具備していることを特徴とする煤粒子センサ。
【請求項２】
請求項１記載の煤粒子センサにおいて、
前記検出部材ループが、検出ループ蛇行構成として設けられ、
この検出ループ蛇行構成が、複数の波形からなる第１組と、前記複数の波形の間に規定された複数のギャップと、を備え、
前記ヒータ部材ループが、ヒータループ蛇行構成として設けられ、
このヒータループ蛇行構成が、前記複数の波形からなる前記第１組と噛合した複数の波形からなる第２組を備えていることを特徴とする煤粒子センサ。
【請求項３】
請求項１記載の煤粒子センサにおいて、
前記検出部材ループが、その両端部のところに、検出部材第１電気的コンタクトと検出部材第２電気的コンタクトとを備え、
前記ヒータ部材ループが、その両端部のところに、ヒータ部材第１電気的コンタクトとヒータ部材第２電気的コンタクトとを備えていることを特徴とする煤粒子センサ。
【請求項４】
請求項３記載の煤粒子センサにおいて、
前記検出部材第１電気的コンタクトと前記検出部材第２電気的コンタクトとの間の抵抗値が、前記検出部材上に集積した煤粒子の量に応じて変化することを特徴とする煤粒子センサ。
【請求項５】
請求項１記載の煤粒子センサにおいて、
さらに、前記基板の前記第１表面上に形成された保護層を具備し、
この保護層が、前記検出部材の少なくとも一部をカバーし、
前記保護層が、前記検出部材の少なくとも一部を排ガスフローから絶縁し得るよう構成されていることを特徴とする煤粒子センサ。
【請求項６】
請求項５記載の煤粒子センサにおいて、
前記保護層が、前記検出部材の前記複数のギャップに対応して設けられるとともにそれらギャップに対して位置合わせされた複数のチャネルを規定し、
それにより、前記検出部材の前記導電材料の複数の部分が、排ガスフローに対して、および、その排ガスフローに対して起因する煤粒子に対して、露出されていることを特徴とする煤粒子センサ。
【請求項７】
請求項１記載の煤粒子センサにおいて、
前記煤粒子センサが、さらに、前記検出部材第１電気的コンタクトと前記ヒータ部材第１電気的コンタクトとの間に接続されたスイッチを具備し、
前記スイッチが、前記スイッチが閉塞された際に、前記検出部材ループと前記ヒータ部材ループとを直列接続し得るよう構成されていることを特徴とする煤粒子センサ。
【請求項８】
請求項１記載の煤粒子センサにおいて、
さらに、前記煤粒子センサを少なくとも部分的に封入し得るよう構成された先端を具備し、
前記先端が、基端部と先端部とを有したボディ備え、
このボディが、前記基端部のところにおける全体的な円形形状から、前記先端部のところにおける全体的な矩形形状へと、移行していることを特徴とする煤粒子センサ。
【請求項９】
請求項１記載の煤粒子センサにおいて、
さらに、前記煤粒子センサを少なくとも部分的に封入し得るよう構成された先端を具備し、
前記先端が、外表面と内表面とを有したボディ備え、
このボディが、少なくとも１つの傾斜したチャネルを備え、
前記少なくとも１つの傾斜したチャネルが、前記ボディの前記外表面から前記ボディの前記内表面へと連通する経路を規定し、
前記経路が、排ガスフローを前記煤粒子センサに向けて案内し得るよう構成されていることを特徴とする煤粒子センサ。
【請求項１０】
請求項９記載の煤粒子センサにおいて、
前記経路が、前記第１表面に対して９０°よりも小さな角度とされていることを特徴とする煤粒子センサ。
【請求項１１】
煤粒子センサシステムであって、
第１表面と、この第１表面とは反対側に位置した第２表面と、を規定する基板と、前記基板の前記第１表面上に形成されるとともに、前記第１表面上に配置された導電材料からなる少なくとも１つの連続ループを有した検出部材ループを備えた、検出部材と、前記基板の前記第１表面上に形成されるとともに、前記第１表面上に配置された導電材料からなる少なくとも１つの連続ループを有したヒータ部材ループを備えた、ヒータ部材と；を具備した煤粒子センサと；
前記検出部材に対しておよび前記ヒータ部材に対して電気的に接続された回路であるとともに、前記検出部材に対しておよび前記ヒータ部材に対して電流を供給し得るよう構成され、これにより、前記検出部材上に集積された煤粒子の量を決定し得るとともに、前記検出部材上に集積した煤粒子の量に応じて前記ヒータ部材の加熱を制御し得るものとされた、回路と；
を具備していることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１記載のシステムにおいて、
前記検出部材ループが、検出ループ蛇行構成として設けられ、
この検出ループ蛇行構成が、複数の波形からなる第１組と、前記複数の波形の間に規定された複数のギャップと、を備え、
前記ヒータ部材ループが、ヒータループ蛇行構成として設けられ、
このヒータループ蛇行構成が、前記複数の波形からなる前記第１組と噛合した複数の波形からなる第２組を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１１記載のシステムにおいて、
さらに、前記基板の前記第１表面上に形成された保護層を具備し、
この保護層が、前記検出部材の少なくとも一部をカバーし、
前記保護層が、前記検出部材の少なくとも一部を排ガスフローから絶縁し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３記載のシステムにおいて、
前記保護層が、前記検出部材の前記複数のギャップに対応して設けられるとともにそれらギャップに対して位置合わせされた複数のチャネルを規定し、
それにより、前記検出部材の前記導電材料の複数の部分が、排ガスフローに対して、および、その排ガスフローに対して起因する煤粒子に対して、露出されていることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１１記載のシステムにおいて、
前記煤粒子センサが、さらに、前記検出部材第１電気的コンタクトと前記ヒータ部材第１電気的コンタクトとの間に接続されたスイッチを具備し、
前記スイッチが、前記スイッチが閉塞された際に、前記検出部材ループと前記ヒータ部材ループとを直列接続し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１１記載のシステムにおいて、
さらに、前記煤粒子センサを少なくとも部分的に封入し得るよう構成された先端を具備し、
前記先端が、基端部と先端部とを有したボディ備え、
このボディが、前記基端部のところにおける全体的な円形形状から、前記先端部のところにおける全体的な矩形形状へと、移行していることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１１記載のシステムにおいて、
さらに、前記煤粒子センサを少なくとも部分的に封入し得るよう構成された先端を具備し、
前記先端が、外表面と内表面とを有したボディ備え、
このボディが、少なくとも１つの傾斜したチャネルを備え、
前記少なくとも１つの傾斜したチャネルが、前記ボディの前記外表面から前記ボディの前記内表面へと連通する経路を規定し、
前記経路が、排ガスフローを前記煤粒子センサに向けて案内し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１７記載のシステムにおいて、
前記経路が、前記第１表面に対して９０°よりも小さな角度とされていることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１１記載のシステムにおいて、
前記回路が、前記検出部材上に集積された煤粒子の量が所定しきい値に到達したときには、前記ヒータ部材を活性化し得るよう構成され、
前記ヒータ部材が、前記検出部材上に集積した煤粒子の少なくとも一部を除去し得るような温度にまで加熱され得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
煤粒子センサ上に堆積した煤粒子の量を測定するための方法であって、
第１表面と、この第１表面とは反対側に位置した第２表面と、を規定する基板と、前記基板の前記第１表面上に形成されるとともに、前記第１表面上に配置された導電材料からなる少なくとも１つの連続ループを有した検出部材ループを備えた、検出部材と；前記基板の前記第１表面上に形成されるとともに、前記第１表面上に配置された導電材料からなる少なくとも１つの連続ループを有したヒータ部材ループを備えた、ヒータ部材と；を具備した煤粒子センサを準備し；
前記検出部材を通して流れる検出電流を観測し、この検出電流を、前記検出部材上に集積した煤粒子の量を代理するものとし；
前記検出電流が所定のしきい値に到達した際には、前記検出電流の観測に応じて、前記ヒータ部材を通してヒータ電流を供給し、これにより、前記検出部材上に集積した煤粒子の少なくとも一部を除去する；
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年２月２５日付けで出願された米国特許予備出願第６１／３０８，２６７号の優先権を主張するものである。この文献の記載内容は、参考のためここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、全体的には煤粒子センサに関するものであり、より詳細には、排ガスフロー内において煤粒子を検出するためのセンサシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
煤粒子センサは、エンジン排気応用において使用することができる。例えば、車載式故障診断装置（on-board diagnostics, ＯＢＤ）に関して使用することができる。このタイプのセンサを使用することにより、エンジン排ガス内における、例えば煤集積といったような粒状物質蓄積を検出して測定することができる。ディーゼルエンジンにおいては、特に、排気ガスが環境へと放出される際には、煤粒子の濃度ができるだけ最少であることが望ましい。内燃エンジンの動作状態を観測するに際しては、この目的において、内燃エンジンに関連した排気システム内に、煤粒子センサを配置することが好都合である。煤粒子センサは、ディーゼルパーティキュレートフィルタ（diesel particulate filter,ＤＰＦ）の上流側または下流側に配置することができる。煤粒子センサがＤＰＦの下流側に配置されたときには、その煤粒子センサを使用して、ＤＰＦの機能の観測を行うことができる。ＤＰＦが故障した場合には、煤粒子センサは、エンジン排ガス内において過度の煤粒子を検出することとなり、車両エンジンの制御ユニット（engine control unit,ＥＣＵ）に対して警告を発する。
【０００４】
煤粒子センサは、比較的単純な抵抗デバイスとすることができる。図１は、組込式のヒータ部材を備えた煤粒子センサの１つの公知の構成を概略的に示す平面図であり、図２は、図１の煤粒子センサを概略的に示す底面図である。センサ１００は、電気絶縁性基板１０２を備えることができる。電気絶縁性基板１０２は、第１表面１０４と、この第１表面１０４とは反対側に位置した第２表面１０６と、を規定している。検出部材１０８は、基板１０２の第１表面１０４上に形成されており、第１電極１１０を構成する電気伝導性材料と、第１電極１１０とは異なる第２電極１１２を構成する電気伝導性材料と、を備えている。電気伝導性材料は、高温に耐え得るように選択された貴金属とすることができ、第１電極１１０および第２電極１１２は、電気的に互いに絶縁することができ、これにより、それら電極どうしの間に開放回路を形成することができる。
【０００５】
図示のように、第１電極１１０および第２電極１１２は、互いに噛合した「フィンガー」として構成することができる。それらフィンガーは、第１電極１１０および第２電極１１２の間の周囲長さを最大化する。第１電極１１０は、フィンガーの第１組１１４を規定し、第２電極１１２は、フィンガーの第２組１１６を規定する。動作時には、排ガス中の煤粒子（図示せず）が検出部材１０８上に着地した際に、煤粒子内のカーボンが、第１電極１１０と第２電極１１２とを電気的に接続し、第１電極１１０と第２電極１１２との間の抵抗値を効果的に下げる。それら電極間の抵抗値が、煤粒子の存在量を表す指標として測定される。
【０００６】
図３は、３−３線に沿って図１および図２の煤粒子センサを拡大して示す矢視断面図である。図２および図３に示すように、いくつかの応用においては、センサ１００は、組込式のヒータ部材１１８を備えている。組込式のヒータ部材１１８は、基板の第２表面１０６上に設けられている。組込式のヒータ部材１１８は、抵抗加熱によって、煤粒子センサ１００を加熱し得るよう構成されている。例えば、組込式のヒータ部材１１８は、基板１０２の第１表面１０４および／または第２表面１０６上に集積された煤粒子を除去し得ることが望ましい。組込式のヒータ部材１１８は、既知の抵抗値を有した白金トレースを備えることができる。組込式のヒータ部材１１８を活性化することにより、センサ部材１０８を、例えば６５０℃といったような比較的高温に加熱することができる。これにより、集積されたすべての煤粒子を燃焼させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許予備出願第６１／３０８，２６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したタイプの煤粒子センサは、排ガスシステム内に存在するある種の条件下において絶縁破壊を起こしてしまう傾向がある。各電極は、排ガスフローに対して、直接的に曝される。ある種の排気材料が、電極の腐食、および／または、センサ表面の汚染、を引き起こす。これにより、煤粒子の集積測定が妨害されてしまう。
【０００９】
加えて、現存の煤粒子センサの検出部材は、検出部材トレースの破損を検出し得る診断機能を欠いている。さらに、現存の煤粒子センサ内に設けられている組込式のヒータは、流量が多いという条件下においては、集積された煤粒子を十分に燃焼させるために要求される高温へと到達するのが困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、全体的に、煤粒子を検出するための、煤粒子センサならびに煤粒子センサシステムに関するものである。一般に、本発明による煤粒子センサシステムは、第１表面と、この第１表面とは反対側に位置した第２表面と、を規定する基板を具備している。検出部材は、基板の第１表面上に形成される。検出部材は、基板の第１表面上に配置された導電材料からなる少なくとも１つの連続ループを備えている。ヒータ部材も、また、基板の第１表面上に形成される。ヒータ部材は、基板の第１表面上に配置された導電材料からなる少なくとも１つの連続ループを備えている。
【００１１】
システムは、さらに、検出部材ループの両端部のところに、検出部材第１電気的コンタクトと検出部材第２電気的コンタクトとを備え、ヒータ部材ループの両端部のところに、ヒータ部材第１電気的コンタクトとヒータ部材第２電気的コンタクトとを備えている。回路は、電極の第１対および第２対に対して電気的に接続される。この回路は、基板の第１表面上におよび検出部材上に集積された煤粒子の量を決定し得るとともに、煤粒子の集積量に応じてヒータ部材の加熱を制御し得るものとされる。
【００１２】
本発明による煤粒子センサならびに煤粒子センサシステムは、ディーゼルエンジンを有したモータ自動車の排気システム内に配置し得るよう構成することができる。加えて、煤粒子センサおよび／または煤粒子センサシステムは、オイルヒーティングシステムのハウスホールド技術という分野において使用し得るよう構成することができる。例えば、煤粒子センサおよび／または煤粒子センサシステムには、用途に応じて適切に設計されたサポートが設けられる。モータ自動車の排気システムにおける使用に際しては、本発明による煤粒子センサシステムは、排気ガスフローに起因する煤粒子の集積を検出し得るよう構成することができる。加えて、煤粒子センサシステムは、自動車の車載式故障診断システムに対して接続することができ、自動車の車載式故障診断システムと通信し得るよう構成することができる。加えて、煤粒子センサは、ディーゼルエンジンを有したモータ自動車のディーゼルパーティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の下流側に配置することができる。ここで、煤粒子センサは、ＤＰＦの性能を観測し得るよう構成することができる。
【００１３】
本発明の様々な特徴点および様々な利点は、様々な実施形態に関する以下の詳細な説明により、明瞭となるであろう。以下の詳細な説明においては、添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】煤粒子センサを示す概略的な平面図である。
【図２】図１の煤粒子センサを概略的に示す底面図である。
【図３】３−３線に沿って図１および図２の煤粒子センサを拡大して示す矢視断面図である。
【図４】本発明による煤粒子センサを概略的に示す平面図である。
【図５Ａ】５−５線に沿って図４の本発明による煤粒子センサの一部を拡大して示す矢視断面図である。
【図５Ｂ】本発明の他の実施形態に基づき、５−５線に沿って図４の煤粒子センサの一部を拡大して示す矢視断面図である。
【図６】図５Ｂの煤粒子センサの一部を拡大して示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による煤粒子センサを概略的に示す平面図である。
【図８Ａ】図７の煤粒子センサの一部を拡大して示す図である。
【図８Ｂ】本発明の他の実施形態に基づき、図７の煤粒子センサの一部を拡大して示す図である。
【図８Ｃ】本発明のさらに他の実施形態に基づき、図７の煤粒子センサの一部を拡大して示す図である。
【図９】本発明による煤粒子センサの先端を示す斜視図である。
【図１０】１０−１０線に沿って図９の煤粒子センサの先端の一部を拡大して示す矢視断面図である。
【図１１】本発明による煤粒子センサシステムに関する１つの例示としての実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図４には、本発明による煤粒子センサの一実施形態が概略的に示されている。煤粒子センサ４００は、基板４０２を備えている。基板４０２は、例えば、絶縁性材料すなわち非電気伝導性材料から構成されている。基板４０２は、第１表面４０４（例えば、図５Ａに示すように、上面）と、第１表面４０４とは反対側に位置した第２表面４０６（例えば、図５Ａに示すように、底面）と、を規定している。煤粒子センサ４００は、基板４０２の第１表面４０２上に形成された検出部材４０８を備えている。検出部材４０８は、基板４０２上に配置された導電性材料からなる少なくとも１つの連続ループ４１０を備えている。ループ４１０は、例えば蛇行した形状や螺旋形状や矩形形状や円形形状といったような、任意の規則的なおよび／または不規則的な幾何形状を有することができる。
【００１６】
図示の例示としての実施形態においては、ループ４１０は、蛇行した構成とされる。ループ４１０は、複数の波形４１２からなる第１組と、複数の波形４１２の各々内に位置した複数のギャップＧ１と、複数の波形４１２の各々の間に位置した複数のギャップＧ２と、を備えている。図示の実施形態においては、ループ４１０のうちの、センサの一方のサイド４１３に隣接したターン４１１を含む部分は、ギャップＧ１の分だけ離間しており、ループ４１０のうちの、センサの他方のサイド４１７に隣接したターン４１５を含む部分は、ギャップＧ２の分だけ離間しており、ギャップＧ１の方が、ギャップＧ２よりも広い。ここでは、「蛇行」という用語は、例えば図４に示すような円弧形状や正方形形状や円弧と正方形との組合せ形状等といったような任意の形状を有したターンを含む構成を意味しており、一様なサイズのおよび／または様々なサイズのギャップによって離間されたターンを備えている。
【００１７】
検出部材（あるいは、センサ部材）４０８は、さらに、ループ４１０の両端部のところに、第１電気的コンタクト４１４および第２電気的コンタクト４１６を備えている。第１電気的コンタクト４１４および第２電気的コンタクト４１６は、電気回路に対して接続し得るよう構成することができ、これにより、ループ４１０を通して電流を供給することができる。図示の実施形態においては、入力電流Ｉsense を、第１電気的コンタクト４１４（あるいは、第２電気的コンタクト４１６）のところに供給することができる。
【００１８】
Ｉsense の値は、センサ４００上に配置された煤粒子の量を代理するものとすることができる。図示の実施形態においては、例えば、煤粒子４２８は、検出部材４０８を備えた基板４０２の第１表面４０４上に集積されたものとして、図示されている。煤粒子４２８が検出部材上に集積するにつれて、ループ４１０の抵抗値が変化する。これにより、Ｉsense の値が変化する。よって、Ｉsense の値は、世上に集積した煤粒子の量を代理する。
【００１９】
煤粒子センサ４００は、さらに、基板４０２の第２表面４０４上に形成されたヒータ部材４１８を備えている。ヒータ部材４１８は、基板４０２上に配置された導電性材料からなる少なくとも１つの連続ループ４２０を備えている。ループ４２０は、例えば蛇行した形状や螺旋形状や矩形形状や円形形状といったような、任意の規則的なおよび／または不規則的な幾何形状を有することができ、ループ４２０の長さの少なくとも一部において、検出部材ループ４１０の近傍に配置することができる。
【００２０】
図示の例示としての実施形態においては、ループ４２０は、蛇行した構成とされる。ループ４２０は、複数の波形４１２からなる第１組に対して相補的でありなおかつ噛合した複数の波形４２２からなる第２組を備えている。ヒータ部材４１８は、さらに、ループ４２０の両端部のところに、第１電気的コンタクト４２４および第２電気的コンタクト４２６を備えている。第１電気的コンタクト４２４および第２電気的コンタクト４２６は、電気回路に対して接続し得るよう構成することができ、これにより、ループ４２０を通して電流を供給することができる。図示の実施形態においては、入力電流Ｉheaterを、第１電気的コンタクト４２４（あるいは、第２電気的コンタクト４２６）のところに供給することができる。一実施形態においては、例えば、煤粒子４２８のしきい値量が検出部材４０８上に集積した際には、例えば、Ｉsense のしきい値に到達したことが決定されたときには、ヒータ電流Ｉheaterを供給することができ、これにより、ヒータ部材４１８を加熱することができて、煤粒子４２８を少なくとも部分的に除去することができる、例えば煤粒子４２８を燃焼させることができる。これにより、継続的な使用のために、センサ４００をクリーニング／再生することができる。
【００２１】
検出部材４０８は、電気伝導性材料を備えることができる。すなわち、例えば金や白金やオスミウムやロジウムやイリジウムやルテニウムやアルミニウムやチタニウムやジルコニウム等といったような金属や、酸化物や、合金や、上記金属の少なくとも１つを含む組合せ、を備えることができる。ヒータ部材４１８は、さらに、様々な材料を備えることができる。例えば、そのような材料は、白金や金やパラジウム等や、および／または、合金や、酸化物や、それらの組合せ、を備えることができる。基板４０２は、非電気伝導性材料すなわち電気絶縁性材料を備えることができる。そのような材料は、酸化物を備えることができる。限定するものではないけれども、そのような材料は、アルミナや、ジルコニアや、イットリアや、酸化ランタンや、シリカや、および／または、それらの少なくとも１つを含む組合せや、電気伝導を防止し得るとともに構造的一体性および／または物理的保護をもたらし得るような任意の適切な材料を備えることができる。
【００２２】
図５Ａは、５−５線に沿って、本発明の一実施形態による図４の煤粒子センサ４００の一部を示す断面図である。図示の実施形態においては、煤粒子４２８は、少なくとも、検出部材４０８上に集積する。特に、排ガスフローに対して露出されたときには、煤粒子４２８は、検出部材４０８のループ４１０の複数の波形４１２の各々内にまたは各々の間に規定された複数のギャップＧ１および／またはＧ２の少なくとも１つの中に集積されることができる。検出部材４０８に全く煤粒子が存在していないときには、検出部材４０８のうちの、第１電気的コンタクト４１４および第２電気的コンタクト４１６の間に形成された電気回路は、第１抵抗値を有している。煤粒子４２８が検出部材４０８上に集積した際には、特に、煤粒子４２８がループ４１０に対して接触した状態で、複数のギャップＧ１および／またはＧ２の少なくとも１つ内に集積した際には、第１電気的コンタクト４１４および第２電気的コンタクト４１６の間の抵抗値は、変化することができる。より多くの量の煤粒子４２８が収集されて集積したときほど、抵抗値は、増大することができる。集積された煤粒子４２８が煤粒子センサから除去されることが要望された際には、ヒータ部材４１８を活性化することができる。ヒータ部材４１８は、煤粒子４２８が燃焼するような温度にまで到達し得るように構成することができる。
【００２３】
図５Ｂは、５−５線に沿って、本発明の他の実施形態による図４の煤粒子センサの一部を示す断面図であり、図６は、図５Ｂの煤粒子センサの一部を拡大して示す断面図である。一実施形態においては、保護層５３２が、基板４０２の第１表面４０４上にわたって形成され、検出部材４０８およびヒータ部材４１８の波形４１２，４２２の少なくとも一部をカバーする。保護層５３２は、検出部材４０８の波形４１２の少なくとも一部を排ガスフローから絶縁するように構成することができる。保護層５３２は、さらに、検出部材４０８の波形４１２によって規定される複数のギャップＧ１に対応してそれらギャップＧ１に対して位置合わせされた複数のチャネル５３４を規定する。
【００２４】
図６に示すように、複数のチャネル５３４の各々は、検出部材の少なくとも一部を、例えば波形４１２のエッジ６３６を、排ガスフローに対して、および、煤粒子４２８に対して、露出させる。図示の実施形態においては、複数のチャネル５３４の各々は、煤粒子４２８が複数のチャネル５３４の少なくとも１つの中におよび対応するギャップＧ１の中に集積され得るようなサイズおよび／または形状とされている。これにより、煤粒子４２８は、露出された検出部材の導電材料の少なくとも一部に対して、例えば波形４１２のエッジ６３６に対して、接触することができる。
【００２５】
図７は、本発明による煤粒子センサの他の実施形態を示す概略的な平面図である。図８Ａは、図７の煤粒子センサの一部を拡大して示す図である。この実施形態は、図４の実施形態と同様のものである。同様の構成部材に対しては、４００番台に代えて、７００番台として、同様の符号が割り当てられている。煤粒子センサ７００は、第１表面７０４を規定する基板７０２を備えている。検出部材７０８およびヒータ部材７１８は、第１表面７０４上に形成されている。検出部材７０８およびヒータ部材７１８の各々は、基板７０２上に配置された導電材料からなる連続的ループ７１０，７２０を備えている。図４の実施形態の場合と同様に、ループ７１０，７２０は、複数の波形からなる第１組７１２および第２組７２２を備えた蛇行した構成として設けられている。図８Ａに示すように、第１組の波形７１２および第２組の波形７２２は、さらに、波形からなる第１サブセット８２８および第２サブセット８３０を規定している。複数のギャップ８３２が、複数の波形からなる第１サブセット８２８および第２サブセット８３０との中におよびそれらの間に規定されている。
【００２６】
検出部材７０８は、さらに、ループ７１０の両端のところに、第１電気的コンタクト７１４および第２電気的コンタクト７１６を備えている。第１電気的コンタクト７１４および第２電気的コンタクト７１６は、電気回路に対して接続し得るよう構成することができ、これにより、ループ７１０を通して電流を供給することができる。図示の実施形態においては、入力電流Ｉsense を、第１電気的コンタクト７１４（あるいは、第２電気的コンタクト７１６）のところに、供給することができる。同様に、ヒータ部材７１８は、さらに、ループ７２０の両端部のところに、第１電気的コンタクト７２４および第２電気的コンタクト７２６を備えている。第１電気的コンタクト７２４および第２電気的コンタクト７２６は、電気回路に対して接続し得るよう構成することができ、これにより、ループ７２０を通して電流を供給することができる。図示の実施形態においては、入力電流Ｉheaterを、第１電気的コンタクト７２４（あるいは、第２電気的コンタクト７２６）のところに、供給することができる。
【００２７】
図示の実施形態においては、検出部材７０８およびヒータ部材７１８は、図４の実施形態に関して上述したように、互いに対して個別的になおかつ独立的に動作し得るよう構成することができる。加えて、煤粒子センサ７００は、さらに、ヒータ部材７１８の第１電気的コンタクト７２４および検出部材７０８の第２電気的コンタクト７１６に対して接続されたスイッチＳ１を備えることができる。これにより、両コンタクト７２４，７１６を選択的に接続または接続解除することができる。スイッチＳ１が開放されたときには、検出電流Ｉsense は、両コンタクト７１４，７１６間の導電材料ループ７１０に関連した抵抗値によって決定され、ループ７１０上に集積した煤粒子の量に基づいて変化する。これにより、検出部材は、煤粒子の量を検出することができる。スイッチＳ１が閉塞されたときには、ループ７１０，７２０は、電気的に直列に接続され、これにより、コンタクト７１４，７２６の間において、導電性材料からなる単一の連続ループが確立される。電流Ｉsense は、検出部材７０８とヒータ部材７１８との双方を通って流れることができる。これにより、検出部材７０８とヒータ部材７１８との双方を、単一のヒータ部材として機能させることができる。
【００２８】
図８Ｂは、本発明の他の実施形態に基づき、図７の煤粒子センサの一部を拡大して示す図である。図示の実施形態においては、検出部材７０８およびヒータ部材７１８は、第１表面７０４上に配置された、導電性材料からなる連続ループ８１０，８２０を備えている。ループ８１０，８２０は、複数の波形からなる第１組８１２および第２組８２２を有した蛇行した構成で配置されている。複数の波形からなる第１組８１２および第２組８２２は、さらに、それぞれ、複数の波形からなる第１サブセット８３４および第２サブセット８３６を規定する。複数のギャップ８３８が、複数の波形からなる第１サブセット８３４および第２サブセット８３６の間に規定されている。ここで、ギャップ８３８は、サイズおよび／または形状において、実質的に一様とされている。
【００２９】
図示の実施形態においては、ループ８１０の幅は、図８Ａに示すように、ループ７１０と比較して、実質的に狭いものとされている。これにより、ループ８１０の抵抗値を、ループ７１０の抵抗値と比較して、より大きな値へと増大されている。抵抗値の増加により、ループ８１０を、ループ７１０と比較して、より大いなる精度でもって、温度を検出し得るように構成することができる。
【００３０】
図８Ｃは、本発明の他の実施形態に基づき、図７の煤粒子センサの一部を拡大して示す図である。図示の実施形態においては、複数のギャップ８４０，８４２が、複数の波形からなる第１サブセット８３４および第２サブセット８３６の間に規定されている。ここで、ギャップ８４０，８４２は、サイズおよび／または形状において、互いに相違している。例えば、ギャップ８４０は、幅Ｗ１を有しており、ギャップ８４２は、幅Ｗ２を有している。そして、幅Ｗ１の方が、全体的に、幅Ｗ２よりも大きなものとされている。サイズおよび／または形状が互いに相違するギャップ８４０，８４２により、検出部材７０８は、煤粒子の集積を検出する際に、より広範な、レスポンスのダイナミックレンジを有することができる。
【００３１】
図９は、本発明に基づく煤粒子センサの先端を示す斜視図であり、図１０は、１０−１０線に沿って、図９の煤粒子センサの先端を拡大して示す矢視断面図である。先端９００は、煤粒子センサ１０１４を少なくとも部分的に封入し得るよう構成されている。ここで、煤粒子センサ１０１４は、本発明に基づく様々な実施形態を包含することができる。先端９００は、ボディ９０２を備えている。ボディ９０２は、外表面９０４と、内表面１００６と、基端部９０８と、先端部９１０と、を有している。図示の実施形態においては、ボディ９０２は、基端部９０８のところにおける全体的な円形形状から、先端部９１０のところにおける全体的な矩形形状へと、漸次的に移行している。ボディ９０２の幾何形状は、先端９００の内部容積を最小化し得るよう構成されている。ボディ９０２は、少なくとも１つの傾斜して配置されたチャネル９１２を備えている。チャネル９１２は、ボディ９０２の外表面９０４からボディ９０２の内表面１００６へと連通する経路１０１６を規定している。
【００３２】
経路１０１６は、排ガスフローを煤粒子センサ１０１４へと案内し得るよう構成されており、図１０において矢印Ａで示すように、煤粒子センサ１０１４の第１表面１０１８へと９０°よりも小さな角度θでもって配向するように、側壁によって規定することができる。よって、経路１０１６は、第１表面１０１８に対して９０°よりも小さな角度のものとして構成することができる。これにより、排ガスフロー中の煤粒子は、ボディの内部へと流入することができ、煤粒子センサ１０１４の第１表面１０１８に対して９０°よりも小さな角度でもって煤粒子センサ１０１４を衝撃することができる。ボディ９０２は、ボディの周縁全体に沿って配置された複数の傾斜したチャネル９１２を規定することができる。
【００３３】
図１１は、本発明による煤粒子センサシステムの一つの例示としての実施形態を示すブロック図である。煤粒子センサシステム１１００は、煤粒子センサ４００を備えている。説明の簡便さのために、図４の煤粒子センサ４００を参照することとする。しかしながら、煤粒子センサシステム１１００が、本発明に基づく煤粒子センサの他の実施形態を備え得ることは、理解されるであろう。煤粒子センサシステム１１００は、さらに、煤粒子センサ４００に対して電気的に接続されていて、煤粒子センサ４００に対して電流を供給し得るよう構成された、回路１１０２を備えている。一実施形態においては、回路１１０２は、電流Ｉsense および／またはＩheaterを供給し得るよう、検出部材４０８の第１電気的コンタクト４１４および第２電気的コンタクト４１６ならびにヒータ部材４１８の第１電気的コンタクト４２４および第２電気的コンタクト４２６に対して接続することができる。
【００３４】
回路１１０２は、測定回路１１０４を備えている。測定回路１１０４は、コントローラ１１０６に対して電気的に接続されていて、コントローラ１１０６と通信し得るよう構成されている。測定回路は、また、煤粒子センサ４００に対して電気的に接続されている。例えば、検出部材４０８の第１および第２の電気的コンタクト４１４，４１６に対して、および／または、ヒータ部材４１８の第１および第２の電気的コンタクト４２４，４２６に対して、電気的に接続されている。測定回路１１０４は、第１および第２の電気的コンタクト４１４，４１６の間に電圧を印加し得るよう構成することができ、コントローラ１１０６からの、Ｉsense の得られた値を代理する出力を供給することができる。コントローラ１１０６は、自動車の公知のエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）とすることができ、煤粒子センサ４００と測定回路１１０４とコントローラとの間の通信は、公知のＣＡＮバスを介して行うことができる。
【００３５】
検出部材４０８を通して流れる電流Ｉsense の値を使用することにより、煤粒子センサ４００上に堆積した煤粒子の量を決定することができる。電流Ｉsense の値は、さらに、センサ４００と連通する排ガス流内の煤粒子の量を代理することができる。上述したように、煤粒子が、第１および第２の電気的コンタクト４１４，４１６の間に堆積した際には、それらコンタクト４１４，４１６の間の導電経路の電気抵抗値が変化する。これに対応して、Ｉsense の値が変化する。Ｉsense の値は、センサ４００上に堆積した煤粒子の量を代理する。
【００３６】
測定回路１１０４は、また、ヒータ部材の第１および第２の電気的コンタクト４２４，４２６の間に電圧を印加し得るよう構成することができる。Ｉsense の値が所定のしきい値に到達したときには、コントローラ１１０６は、測定回路１１０４に対して出力を供給することができる。これにより、測定回路は、ヒータ部材４１８に対して電流Ｉheaterを供給することによって、ヒータ部材４１８を活性化することができる。ヒータ部材４１８が活性化されたときには、ヒータ部材４１８は、集積した煤粒子を燃焼させる温度にまで加熱することができる。これにより、煤粒子センサ４００から、とりわけ検出部材４０８から、煤粒子を除去することができる。
【００３７】
加えて、回路１１０２は、検出部材４０８および／またはヒータ部材４１８内における、回路開放および／または短絡の発生を検出し得るよう構成することができる。例えば、検出部材４０８が短絡を起こした場合には、検出部材の両コンタクト４１４，４１６の間の回路は、開放回路となる、あるいは、通常の抵抗値よりも大きな抵抗値を有した回路となる。よって、電流Ｉsense が、所定のしきい値よりも下回った際には、コントローラ１１０６は、検出部材の故障を示す出力を供給することができる。
【００３８】
したがって、一見地においては、本発明は、第１表面とこの第１表面とは反対側に位置した第２表面とを規定する基板を備えた煤粒子センサを特徴とすることができる。検出部材は、基板の第１表面上に形成され、第１表面上に配置された導電材料からなる少なくとも１つの連続ループを有した検出部材ループを備えている。ヒータ部材も、また、基板の第１表面上に形成される。ヒータ部材は、第１表面上に配置された導電材料からなる少なくとも１つの連続ループを有したヒータ部材ループを備えている。
【００３９】
他の見地においては、本発明は、煤粒子センサシステムを特徴とすることができる。煤粒子センサシステムは、煤粒子センサの第１表面上に配置された検出部材およびヒータ部材を備えた煤粒子センサを備えることができる。煤粒子センサシステムは、さらに、検出部材およびヒータ部材に対して電気的に接続された回路を備えることができる。その回路は、検出部材およびヒータ部材に対して電流を供給し得るよう構成することができ、これにより、検出部材上に集積した煤粒子の量を決定し得るとともに、検出部材上に集積した煤粒子の量に応じて、ヒータ部材の加熱を制御することができる。
【００４０】
さらに他の見地においては、本発明は、煤粒子センサ上に堆積した煤粒子の量を測定するための方法を特徴とすることができる。この方法においては、本発明に基づく煤粒子センサを準備し；検出部材を通して流れる検出電流を観測し、この電流を、検出部材上に集積した煤粒子の量を代理するものとし；検出電流が所定のしきい値に到達した際には、検出電流の観測に応じて、ヒータ部材を通してヒータ電流を供給し、これにより、検出部材上に集積した煤粒子の少なくとも一部を除去する。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態について説明して例示したけれども、当業者には、機能を実行して結果および／または上記１つまたは複数の利点を得るための様々な他の手段、および／または、機能を実行して結果および／または上記１つまたは複数の利点を得るための様々な他の構成は、自明であろう。そのような変形例および／または修正の各々は、本発明の範囲内に属するものである。より一般的には、当業者には、上記のすべてのパラメータや寸法や材質や構成が、例示に過ぎないことは明らかであろう、また、実際のパラメータや寸法や材質や構成が、本発明の開示が使用される特定の応用に依存することとなることは、明らかであろう。当業者であれば、上述した本発明の特定の実施形態に関して、多くの等価な構成が可能であることは、理解されるであろう。したがって、上記の様々な実施形態が例示のためだけのものであること、特許請求の範囲の範囲内において、また、それと等価な範囲内において、本発明を上記した以外の態様でもって、また、特許請求の範囲の規定した構成以外の構成でもって、具現し得ることは、理解されるであろう。本発明は、上述したような、各種の特徴点やシステムや物品や材質やキットや方法に関するものである。加えて、それら特徴点やシステムや物品や材質やキットや方法が相互に不整合なものでない限りにおいて、２つまたはそれ以上のそのような特徴点やシステムや物品や材質やキットや方法の任意の組合せは、本発明の範囲内に包含されるものである。
【００４２】
すべての定義は、方向性を制御するためのものであることは、理解されるであろう。本明細書における定義は、参照のためのものであり、それら定義は、通常の意味合いとすることができる。
【００４３】
特段に断らない限り、本明細書においてまた特許請求の範囲において、「１つの」という不定の呼称は、「少なくとも１つの」を意味するものとして理解されたい。
【００４４】
本明細書においてまた特許請求の範囲において、「および／または」という用語は、対象をなす構成部材の「一方または双方」を意味するものとして理解されたい。すなわち、いくつかの場合においては、複数の構成部材は、共存的に存在し、他の場合においては、複数の構成部材は、択一的に存在する。他の構成部材は、付加的には、「および／または」という用語によって特定に識別された構成部材以外に、存在することができる。特に断らない限り、そのような他の構成部材は、特定に識別された構成部材に関連づけて、あるいは、そのような特定に識別された構成部材に関連づけることなく、存在することができる。
【符号の説明】
【００４５】
４００  煤粒子センサ
４０２  基板
４０４  第１表面
４０６  第２表面
４０８  検出部材
４１０  検出部材ループ
４１２  第１組
４１４  検出部材第１電気的コンタクト
４１６  検出部材第２電気的コンタクト
４１８  ヒータ部材
４２０  ヒータ部材ループ
４２２  第２組
４２４  ヒータ部材第１電気的コンタクト
４２６  ヒータ部材第２電気的コンタクト
４２８  煤粒子
５３２  保護層
５３４  チャネル
７００  煤粒子センサ
７０２  基板
７０４  第１表面
７０８  検出部材
７１０  検出部材ループ
７１８  ヒータ部材
７２０  ヒータ部材ループ
Ｇ１    ギャップ
Ｇ２    ギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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