DE112016001991T5

DE112016001991T5 - Feinstauberfassungssensor

Info

Publication number: DE112016001991T5
Application number: DE112016001991.2T
Authority: DE
Inventors: Tomotaka Mouri; Masayuki Tamura; Masahiro Yamamoto; Go Miyagawa; Hironobu SHIMOKAWA; Kazuhiko Koike
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2016-04-12
Publication date: 2018-01-11
Also published as: US20180266934A1; CN107532988A; US10337974B2; WO2016175022A1; CN107532988B; JP6441161B2; JP2016206128A

Abstract

Ein Feinstauberfassungssensor weist ein Elementteil auf zum Erfassen einer PM-Menge, die in einem von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas enthalten ist. Ein Ablagerungsteil und mindestens ein Paar Detektorelektroden sind auf einer Stirnfläche des Elementteils ausgebildet. Einige PM-Teilchen werden auf dem Ablagerungsteil angelagert. Die beiden Detektorelektroden sind auf dem Ablagerungsteil angeordnet. Der Feinstauberfassungssensor ändert sein elektrisches Ausgangssignal gemäß einer Variation elektrischer Eigenschaften der beiden Detektorelektroden aufgrund einer Ablagerung von PM am Ablagerungsteil. Ein konkaver Sammelteil ist am Ablagerungsteil ausgebildet. Der konkave Sammelteil weist eine konkave Form auf, wenn man ihn von der Randfläche des Elementteils aus betrachtet.

Description

[Gebiet der Technik]
Die vorliegende Erfindung betrifft Feinstauberfassungssensoren, die in der Lage sind, eine Feinstaubmenge zu erfassen, die in einem Abgas enthalten ist.
[Technischer Hintergrund]
Im Allgemeinen ist eine Abgasreinigungsvorrichtung an einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors angebracht. Die Abgasreinigungsvorrichtung fängt und sammelt im Abgas enthaltenen Feinstaub (particulate matter, PM) ein. Die Abgasreinigungsvorrichtung weist einen Feinstauberfassungssensor auf, der in der Lage ist, eine PM-Menge zu erfassen, die im Abgas enthalten ist. Um einen Fehler in der Abgasreinigungsvorrichtung zu erfassen, wird auf Basis von Informationen aus den Erfassungsergebnissen in Bezug auf die PM-Menge, die vom Feinstauberfassungssensor gesendet werden, ein Erfassungsprozess durchgeführt.
Zum Beispiel zeigt Patentdokument 1 einen Feinstauberfassungssensor, der in einer solchen Abgasreinigungsvorrichtung verwendbar ist. Der Feinstauberfassungssensor des Patentdokuments 1 weist ein Substrat und auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildete Detektorelektroden auf. Das Substrat ist elektrisch isolierend. Auf dem Substrat sind mehrere vorstehende Teile ausgebildet, um die Elektroden abzudecken.
[Liste der Entgegenhaltungen]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Deutsche Patentoffenlegungsschrift Nr. DE 10 2006 047 927 .

[Kurzfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Jedoch hat der oben beschriebene, im Patentdokument 1 gezeigte Feinstauberfassungssensor die folgenden Nachteile: Wenn Abgas, das aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, den Feinstauberfassungssensor erreicht, kollidieren auf dem Substrat des Feinstauberfassungssensors Feinstaub(PM)-Teilchen miteinander, und der Feinstauberfassungssensor fängt und sammelt einige Feinstaubteilchen ein. Wenn sich solche Feinstaubteilchen jedoch mit hoher Geschwindigkeit bewegen, kollidieren manche von den Feinstaubteilchen mit der Oberfläche des Substrats und prallen von der Oberfläche des Substrats zurück, ohne sich auf dem Feinstauberfassungssensor anzulagern. Genauer gesagt ist es schwierig, auf den vom Substrat gebildeten vorstehenden Teilen eine Spannung bereitzustellen, die zum Einsammeln von PM-Teilchen genutzt werden kann, da ein Abstand zwischen der Oberfläche der vorstehenden Teile und den Detektorelektroden lang ist und die Feinstaubteilchen leicht von der Oberfläche des Substrats zurückprallen können. Dieser herkömmliche Aufbau verringert daher eine Sammelquote in Bezug auf Feinstaubteilchen und eine Sammelleistung bzw. -effizienz des Feinstauberfassungssensors. Infolgedessen verringert der herkömmliche Aufbau eine Erfassungsempfindlichkeit des Feinstauberfassungssensors, und macht es schwierig, dass der Feinstauberfassungssensor eine adäquate Erfassungsempfindlichkeit aufweist.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der genannten Umstände gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Feinstauberfassungssensors mit einem verbesserten Aufbau, durch den eine Erfassungsempfindlichkeit bei der Erfassung von im Abgas enthaltenem Feinstaub erhöht werden kann.
[Lösung des Problems]
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Feinstauberfassungssensor angegeben, der einen Elementabschnitt bzw. ein Elementteil aufweist. Das Elementteil ist in der Lage, eine Feinstaubmenge zu erfassen, die in einem von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas enthalten ist. Ein Ablagerungsabschnitt bzw. Ablagerungsteil und zumindest ein Paar Detektorelektroden sind auf mindestens einer Oberfläche des Elementteils ausgebildet. Der Ablagerungsteil sammelt einen Teil des im Abgas enthaltenen Feinstaub ein und lagert ihn an. Die beiden Detektorelektroden sind am Ablagerungsteil angeordnet. Der Feinstauberfassungssensor erzeugt und sendet ein elektrisches Ausgangssignal. Das elektrische Ausgangssignal variiert aufgrund der elektrischen Eigenschaften des Bereichs zwischen den beiden Detektorelektroden. Die elektrischen Eigenschaften des Bereichs zwischen den beiden Detektorelektroden variieren aufgrund einer Feinstaubmenge, die sich am Ablagerungsteil angelagert hat. Genauer ist ein konkaver Sammelabschnitt bzw. Sammelteil im Ablagerungsteil ausgebildet. Der konkave Sammelteil weist eine konkave Form auf, wenn man ihn von der einen Oberfläche des Elementteils aus betrachtet.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Da der Feinstauberfassungssensor mit dem oben beschriebenen Aufbau den konkaven Sammelteil aufweist, ermöglicht dieser Aufbau eine hohe Fang- und Sammelleistung bzw. -effizienz in Bezug auf Feinstaub, der mit dem Ablagerungsteil kollidiert ist. Wenn Feinstaub in das Innere des konkaven Sammelteils gelangt, mit einem Innenumfangsteil des konkaven Sammelteils kollidiert und vom Innenumfangsteil des konkaven Sammelteils zurückprallt, kollidiert der zurückgeprallte Feinstaub leicht erneut mit dem Innenumfangsteil des konkaven Sammelteils, weil der konkave Sammelteil so ausgebildet ist, dass er das Elementteil abdeckt, wenn man ihn von der einen Oberfläche des Elementteils aus betrachtet. Weil die Geschwindigkeit, mit der sich der Feinstaub bewegt, verringert ist, nachdem der Feinstaub mit dem konkaven Sammelteil bei der ersten Kollision kollidiert ist, weist der zurückgeprallte Feinstaub dabei eine verringerte Bewegungsgeschwindigkeit auf und lagert sich leicht auf dem Innenumfangsteil des konkaven Sammelteils an. Dieser Aufbau des Feinstauberfassungssensors, der den konkaven Sammelteil aufweist, ermöglicht eine Steigerung der Sammelquote in Bezug auf Feinstaubteilchen.
Wie bereits beschrieben, kann die vorliegende Erfindung den Feinstauberfassungssensor schaffen, der eine höhere, ausgezeichnete Erfassungsempfindlichkeit für die Erfassung von in Abgas enthaltenem Feinstaub besitzt.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Elementteil eines Feinstauberfassungssensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.
2 ist eine Ansicht, die einen Aufbau des Elementteils des Feinstauberfassungssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.
3 ist eine Ansicht, die einen Aufbau eines Ersatzteils für den Feinstauberfassungssensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.
4 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt des Feinstauberfassungssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine schematische Ansicht, die ein Elementteil eines Feinstauberfassungssensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.
6 ist eine schematische Ansicht, die ein Elementteil eines Feinstauberfassungssensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.
[Beschreibung von Ausführungsformen]
Der Feinstauberfassungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Detektorelektroden auf. Die Detektorelektroden weisen einen äußeren Elektrodenteil und einen inneren Elektrodenteil auf. Der äußere Elektrodenteil ist am äußeren Teil des konkaven Sammelteils ausgebildet. Der innere Elektrodenteil ist am inneren Teil des konkaven Sammelteils ausgebildet. Vorzugsweise sind der äußere Elektrodenteil und der innere Elektrodenteil an der Oberfläche des Elementteils elektrisch miteinander verbunden. Durch diesen Aufbau ist es möglich, im Abgas enthaltenen Feinstaub an der Außenseite des konkaven Sammelteils zu erfassen, die Wahrscheinlichkeit für eine erneute Kollision mit dem Ablagerungsteil zu erhöhen und die Sammelquote des Ablagerungsteils zu erhöhen, da der innere Elektrodenteil, der im konkaven Sammelteil ausgebildet ist, eine hohe Sammelquote in Bezug auf Feinstaubteilchen aufweist. Infolgedessen wird durch diesen Aufbau eine Verbesserung der Erfassungsempfindlichkeit des Feinstauberfassungssensors ermöglicht.
Der Feinstauberfassungssensor weist eine Schutzabdeckung auf, die den Ablagerungsteil und Dinge um den Ablagerungsteil abdeckt. Die Schutzabdeckung weist Gaseinlassöffnungen auf, um Abgas in das Innere des Elementteils einführen zu können. Vorzugsweise weist der Feinstauberfassungssensor einen Aufbau auf, der bewirkt, dass Abgas, das durch die Einlassöffnungen eingeführt worden ist, zum konkaven Sammelteil strömt. Durch diesen Aufbau des Feinstauberfassungssensors kann Abgas, das Feinstaub enthält, mit großer Effizienz zum Ablagerungsteil geliefert werden. Da dieser Aufbau bewirkt, dass das Abgas auf ganz bestimmte Weise zum Ablagerungsteil strömt, und der Ablagerungsteil an dem so erzeugten Abgasstrom ausgebildet ist, ermöglicht dieser Aufbau eine weitere Verbesserung der Sammelquote des Ablagerungsteils, der den konkaven Sammelteil aufweist.
Außerdem ist es bevorzugt, wenn die Oberfläche des konkaven Sammelteils eine Schüsselform aufweist mit einem bogenförmigen Querschnitt, der senkrecht ist zur Anordnung der beiden Detektorelektroden. Weil sich der Winkel des Innenumfangsteils des konkaven Sammelteils, der eine Schalenform mit einer bogenförmig gekrümmten Oberfläche aufweist, allmählich ändert, ermöglicht dieser Aufbau dem Feinstaub das Fliegen bzw. Schweben und eine Bewegung in mehreren Richtungen und eine Kollision mit dem konkaven Sammelteil. Infolgedessen ermöglicht dieser Aufbau eine hohe Feinstaubsammelleistung des konkaven Sammelteils.
Ferner weist der Feinstauberfassungssensor vorzugsweise mehrere konkave Sammelteile auf. Durch diesen Aufbau kann eine Gesamtmenge an angelagertem Feinstaub auf den mehreren konkaven Sammelteilen erhöht werden. Somit erhöht dieser Aufbau die Sammelquote des Feinstauberfassungssensors und ergibt den Feinstauberfassungssensor mit verbesserter Erfassungsempfindlichkeit.
[Ausführungsbeispiele]
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Nun wird der Feinstauberfassungssensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, weist der Feinstauberfassungssensor 1 ein Elementteil 10 auf, das in der Lage ist, eine Feinstaubmenge zu erfassen, die in einem von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas enthalten ist. Das Elementteil 10 weist ein Ablagerungsteil 13 und ein Paar Detektorelektroden 14 auf, die an einer Vorderfläche des Elementteils 10 ausgebildet sind. Ein Teil des Feinstaubs wird auf dem Ablagerungsteil 13 angesammelt, d.h. angelagert. Die beiden Detektorelektroden 14 sind auf dem Ablagerungsteil 13 angeordnet. Der Feinstauberfassungssensor 1 ist dafür ausgelegt, auf Basis einer Änderung der elektrischen Eigenschaften zwischen den beiden Detektorelektroden 14, bedingt durch die Ansammlung von Feinstaub auf dem Ablagerungsteil 13, ein elektrisches Ausgangssignal zu variieren. Wie in 1 gezeigt ist, ist ein konkaver Sammelteil 131 auf dem Ablagerungsteil 13 ausgebildet.
Im Folgenden werden der Aufbau und die Wirkung des Feinstauberfassungssensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausführlich beschrieben. Der Feinstauberfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird verwendet, um Feinstaub zu erfassen, der in einem Abgas enthalten ist, das aus einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs ausgestoßen wird. Das Abgas wird durch ein Abgasrohr aus dem Kraftfahrzeug nach außen abgeführt. Eine Fehlererfassung für eine Abgasreinigungsvorrichtung wird auf Basis von Informationen durchgeführt, die vom Feinstauberfassungssensor 1 gesendet werden.
Wie in 4 gezeigt ist, weist der Feinstauberfassungssensor 1 das Elementteil 10, eine Schutzabdeckung 2 und ein (nicht gezeigtes) Gehäuseelement auf. Der Gehäusemantel trägt das Elementteil 10 und die Schutzabdeckung 2. Wie in 2 und 4 gezeigt ist, weist das Elementteil 10 ungefähr eine Stabform auf, der Ablagerungsteil 13 ist auf einer Vorderfläche des Elementteils 10 ausgebildet. Feinstaub, der im Abgas enthalten ist, sammelt sich auf dem Ablagerungsteil 13 an. Der Ablagerungsteil 13 weist neun Isolierelemente 12 und acht Detektorelektrodenteile in den beiden Detektorelektroden 14 auf. Die acht Detektorelektrodenteile sind zwischen den neun Isolierelementen 12 angeordnet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anzahl von neun Isolierelementen 12 und die Anzahl von acht Detektorelektrodenteilen 14 beschränkt. Zum Beispiel ist es annehmbar, dass wenigstens zwei Detektorelektrodenteile vorhanden sind. Ferner ist es annehmbar, dass so viele Isolierelemente 12 vorhanden sind, dass die Anzahl der Isolierelemente größer ist als die Anzahl der Detektorelektrodenteile +1. Wenn mehrere Detektorelektrodenpaare 14 angeordnet sind, liefert der Feinstauberfassungssensor 1 einen Ausgangsstrom, der die Gesamtsumme aus jedem einzelnen von den mehreren Detektorelektrodenpaaren ist. Somit ist die Erfassungsempfindlichkeit des Feinstauberfassungssensors 1 umso höher, je größer die Anzahl der Detektorelektroden 14 ist.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, weist das Isolierelement 12 eine Plattenform auf und ist aus keramischen Materialien gefertigt, die aus Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Magnesiumoxid, Berylliumoxid usw. bestehen. Die Detektorelektroden 14 werden durch Siebdrucken unter Verwendung einer Leiterpaste wie einer Platinpaste, einer Kupferpaste, einer Silberpaste usw. hergestellt. Es ist annehmbar, Tiefdrucken, Tintenstrahldrucken usw. anstelle eines solchen Siebdruckens zu verwenden, um ein Muster der Detektorelektroden auszubilden. Die Isolierelemente 12, auf denen die Detektorelektrode ausgebildet wurden, werden gestapelt, um eine Schichtung zu bilden, und gebrannt, um einen geschichteten Teil 11 herzustellen, in dem die Isolierelemente 12 und die Detektorelektrodenteile abwechselnd gestapelt sind.
Die vorliegende Erfindung beschränkt das Verfahren zur Herstellung des geschichteten Teils 11 nicht. Es ist annehmbar, das folgende Verfahren anzuwenden. Das heißt, die mehreren Detektorelektrodenteile werden auf dem Isolierelement ausgebildet, das so groß ist, dass es die mehreren Isolierelemente 12 unterbringen kann. Die Isolierelemente, auf denen die mehreren Detektorelektrodenteile ausgebildet sind, werden gestapelt und anhand eines Trennverfahrens in mehrere Stücke geschnitten. Schließlich wird jedes der Stücke gebrannt, um den geschichteten Teil 11 herzustellen. Das letztgenannte Verfahren verringert die Anzahl der Schritte zur Herstellung mehrerer Feinstauberfassungssensoren.
Eine positive Elektrode und eine negative Elektrode werden abwechselnd auf dem geschichteten Teil 11 angeordnet, um die Detektorelektrodenteile bereitzustellen, die einander benachbart sind. Das heißt, jedes Paar aus Detektorelektrodenteilen, die abwechselnd angeordnet sind, bildet ein Paar von den Detektorelektroden 14. Der Ablagerungsteil 13 ist auf der Vorderfläche ausgebildet, wenn man in einer axialen Richtung auf den Feinstauberfassungssensor 1 blickt. Der Ablagerungsteil 13 bleibt um den Randteil der Detektorelektroden 14 herum frei.
Ferner ist der konkave Sammelteil 131 auf dem Ablagerungsteil 13 an der Vorderfläche des Feinstauberfassungssensors 1 ausgebildet. Der konkave Sammelteil 131 weist eine konkave Form auf, wenn man ihn von der Stirnfläche des Feinstauberfassungssensors 1 aus betrachtet. Der konkave Sammelteil 131 setzt sich aus zwei geneigten Oberflächen 132 zusammen. Die beiden geneigten Oberflächen 132 sind ungefähr in Richtung des distalen Endteils des Feinstauberfassungssensors 1 geneigt, d.h. ungefähr in der Richtung geneigt, die senkrecht ist zur Schichtungsrichtung im geschichteten Teil 11, und die auch senkrecht ist zur axialen Richtung des Feinstauberfassungssensors 1. Die Detektorelektroden 14 liegen an den beiden geneigten Oberflächen 132 frei. Wie in 3 gezeigt ist, wird beim Feinstauberfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der konkave Sammelteil 131 durch einen Schneidprozess ausgebildet, nachdem die Isolierelemente 12 gebrannt wurden.
Die vorliegende Erfindung beschränkt den Prozess der Ausbildung des konkaven Sammelteils 131 nicht wie gerade beschrieben. Zum Beispiel ist es möglich, einen Stanzprozess zum Ausstanzen des Isolierelements 12 oder einen Schneidprozess zum Ausschneiden des Isolierelements 12 anzuwenden, wenn die Detektorelektroden 14 vor der Schichtungsausbildung auf dem Isolierelement 12 ausgebildet wurden. Nach der Schichtungsausbildung ist es annehmbar, einen Schneidprozess oder einen Spanprozess zum Bearbeiten der Schichtung anzuwenden, um den konkaven Sammelteil 131 vor dem Brennprozess auszubilden. Vorzugsweise wird die Schichtung nach dem Brennprozess ausgebildet. Dadurch ist es möglich, gleichzeitig eine Oberflächenwelligkeit und eine Verformung des konkaven Sammelteils 131, die von einer Schrumpfung zwischen dem Isolierelement 12 und den Detektorelektroden 14 während des Brennprozesses bedingt ist, zu korrigieren.
Im Feinstauberfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, der aufgebaut ist wie oben beschrieben, wird ein elektrisches Feld um die Detektorelektroden 14 erzeugt, wenn eine Sammelspannung an die auf dem Ablagerungsteil 13 ausgebildeten Detektorelektroden 14 angelegt wird, und einige Feinstaubteilchen wird von den Detektorelektroden 14 angezogen. Die Feinstaubteilchen, die an den Detektorelektroden 14 haften, bewegen sich auf der Oberfläche der Detektorelektroden 14 und sammeln sich auf dem Ablagerungsteil 13 zwischen den beiden Detektorelektroden 14 an. Durch die Feinstaubteilchen, die sich auf dem Ablagerungsteil 13 angesammelt haben, wird zwischen den beiden Detektorelektroden 14, die auf dem Ablagerungsteil 13 freiliegen, eine elektrische Leitung erzeugt, und ein elektrischer Widerstand zwischen den beiden Detektorelektroden 14 wird verringert. Ein elektrisches Signal in Form eines Werts eines Stroms, der zwischen den Detektorelektroden 14 fließt, variiert aufgrund der Variation des elektrischen Widerstands zwischen den Detektorelektroden 14. Dadurch variiert der Wert des Stroms, der vom Feinstauberfassungssensor 1 ausgegeben wird. Das heißt, der Wert des Stroms, der vom Feinstauberfassungssensor 1 geliefert wird, variiert gemäß der Variation der Feinstaubmenge, die sich auf dem Ablagerungsteil 13 ansammelt. Das heißt, der Wert des Stroms vom Feinstauberfassungssensor 1 stellt Informationen dar in Bezug auf die Feinstaubmenge, die sich auf dem Ablagerungsteil 13 angesammelt hat. Es ist möglich, die Feinstaubmenge, die sich auf dem Ablagerungsteil 13 angesammelt hat, auf Basis des Werts des Stroms vom Feinstauberfassungssensor 1 zu erfassen. Im Feinstauberfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Wert des Stroms des Elementteils 10 an eine (nicht gezeigte) Steuereinheit geliefert, die einen Nebenschlusswiderstand aufweist. Die Steuereinheit multipliziert den erhaltenen Wert des Stroms und einen Wert des Nebenschlusswiderstands, um eine Spannung zu erhalten. Der Feinstauberfassungssensor 1 sendet diese Ausgangsspannung.
Wie in 4 dargestellt ist, weist die Schutzabdeckung 2 eine Innenabdeckung 21 und eine Außenabdeckung 22 auf. Die Außenabdeckung 22 ist auf der Außenumfangsseite angeordnet. Die Innenabdeckung 21 weist einen Innenwandteil 211 und einen Innenbodenteil 212 auf. Der Innenwandteil 211 weist eine zylindrische Form auf und nimmt das Elementteil 10 auf. Der Innenbodenteil 212 ist an einem vorderen Ende des Innenwandteils 211 ausgebildet. Die Innenabdeckung 21 ist an der Vorderfläche des (nicht gezeigten) Gehäuseelements durch Verstemmen befestigt.
Innere Einführungsöffnungen 214 sind im Innenwandteil 211 ausgebildet. Jede von den inneren Einführungsöffnungen 214 weist eine Kreisform auf. Wenn die inneren Einführungsöffnungen 214 in der axialen Richtung der Schutzabdeckung 2 betrachtet werden, sind sie in der Umfangsrichtung des Innenwandteils 211 in regelmäßigen Abständen angeordnet. Die inneren Einführungsöffnungen 214 sind näher an der Vorderseite ausgebildet als der Ablagerungsteil 13 im Elementteil 10. Eine innere Abgasöffnung 215 ist eine durchgehende Öffnung, die in der axialen Richtung der Schutzabdeckung 2 im mittleren Abschnitt des Innenbodenteils 212 ausgebildet ist.
Die Außenabdeckung 22 weist einen Außenwandteil 221 von zylindrischer Form, der die Schutzabdeckung 2 umgibt, und einen an einem vorderen Endteil des Außenwandteils 221 ausgebildete Außenbodenteil 222 auf. Die Außenabdeckung 22 und die Innenabdeckung 21 sind durch Verstemmen an der vorderen Stirnfläche des Gehäuseelements befestigt.
Äußere Einführungsöffnungen 224 sind im Außenwandteil 221 ausgebildet. Jede von den äußeren Einführungsöffnungen 224 weist eine Kreisform auf. Wenn die äußeren Einführungsöffnungen 224 in der axialen Richtung der Schutzabdeckung 2 betrachtet werden, sind sie in der Umfangsrichtung des Außenwandteils 221 in regelmäßigen Abständen angeordnet. Die einzelnen äußeren Einführungsöffnungen 224 und die einzelnen inneren Einführungsöffnungen 214 liegen in der radialen Richtung der Schutzabdeckung 2 jeweils an entsprechenden Positionen. Die äußeren Einführungsöffnungen 224 sind zur Vorderendseite der Schutzabdeckung 2 hin angeordnet, wenn man sie mit der Position der inneren Einführungsöffnungen 214 vergleicht. Eine äußere Abgasöffnung 225 ist eine durchgehende Öffnung, die in der axialen Richtung der Schutzabdeckung 2 im mittleren Abschnitt des Außenbodenteils 222 ausgebildet ist.
Im Feinstauberfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ändert sich die Strömungsrichtung des Abgases G, nachdem das Abgas G durch die äußeren Einführungsöffnungen 224 in das Innere des Feinstauberfassungssensors 1 eingeführt wurde. Das Abgas G wird dann durch die inneren Einführungsöffnungen 214 zur Innenseite der Innenabdeckung 21 geführt. Das heißt, das Abgas G, das im Abgasrohr G strömt, gelangt auf die Innenseite der Außenabdeckung 22 und kollidiert dann mit dem Innenwandteil 211 der Innenabdeckung 21. Die Strömungsrichtung des Abgases G ändert sich entlang des Innenwandteils 211. Das Abgas G strömt weiter durch einen Raum zwischen der Innenabdeckung 21 und der Außenabdeckung 22 der Schutzabdeckung 2 und gelangt durch die inneren Einführungsöffnungen 214 auf die Innenseite der Innenabdeckung 21. Das Abgas G strömt gleichzeitig zum Ablagerungsteil 13, da das Ablagerungsteil 13 so angeordnet ist, dass es dem Strom des Abgases G ausgesetzt ist.
Nun werden die Funktionsweise und die Wirkungen des Feinstauberfassungssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Feinstauberfassungssensor 1 weist den konkaven Sammelteil 131 mit dem zuvor beschriebenen Aufbau auf. Dieser Aufbau ermöglicht eine hohe Sammelleistung in Bezug auf Feinstaub, der mit dem Ablagerungsteil 13 kollidiert ist. Das heißt, auch wenn Feinstaub in den konkaven Sammelteil 131 gelangt und mit der Innenrandfläche des konkaven Sammelteils 131 kollidiert und davon zurückprallt, kann der zurückgeprallte Feinstaub ohne Weiteres erneut mit der Innenrandfläche des konkaven Sammelteils 131 kollidieren, da der konkave Sammelteil 131 so ausgebildet ist, dass er eine eingetiefte Form aufweist, wenn man ihn von der Stirnfläche des Elementteils 10 aus betrachtet. Eine Geschwindigkeit, mit der sich der Feinstaub bewegt, wird verringert, wenn der Feinstaub das erste Mal mit der Innenrandfläche des konkaven Sammelteils 131 kollidiert. Der Feinstaub wird leicht von der Innenrandfläche des konkaven Sammelteils 131 angezogen, wenn der Feinstaub erneut mit der Innenrandfläche des konkaven Sammelteils 131 kollidiert. Somit kann durch die Ausbildung des konkaven Sammelteils 131 die Sammelquote des Ablagerungsteils 13 erhöht werden.
Der Feinstauberfassungssensor 1 weist das Schutzteil 2 auf, das die Innenabdeckung 21 und die Außenabdeckung 22 aufweist. Die Innenabdeckung 21 deckt den Ablagerungsteil 13 des Elementteils und die Umgebung des Ablagerungsteils 13 ab. Die Einführungsöffnungen sind als durchgehende Öffnungen in der Schutzabdeckung 2 ausgebildet, so dass Abgas eingeführt werden kann. Das heißt, Abgas wird durch die Einführungsöffnungen in das Innere des Feinstauberfassungssensors 1 eingeführt. Durch diesen Aufbau kann die Strömungsrichtung des eingeführten Abgases zum konkaven Sammelteil 131 bewirkt werden. Dieser Aufbau macht es möglich, das Abgas, das Feinstaub enthält, mit großer Effizienz zum Ablagerungsteil 13 zu liefern. Da das eingeführte Abgas in einer ganz bestimmten Strömungsrichtung strömt und der konkave Sammelteil 131 entlang dieser ganz bestimmten Strömungsrichtung des eingeführten Abgases ausgebildet ist, weist der Aufbau des Feinstauberfassungssensors 1 eine erhöhte Sammelleistung auf.
Ferner ist der Feinstauberfassungssensor 1 so aufgebaut, dass die mehreren Detektorelektroden 14 und die mehreren Isolierelemente 12 abwechselnd gestapelt sind, um den geschichteten Teil 11 zu bilden, und der Ablagerungsteil 13 und die Detektorelektroden 14 an der Vorderfläche des geschichteten Teils 11 ausgebildet sind. Durch diesen Aufbau kann der Abstand zwischen den Detektorelektroden 14 verringert werden und der Feinstauberfassungssensor 1 mit ausgezeichneter Erfassungsempfindlichkeit kann auf einfache Weise hergestellt werden.
Wie bereits beschrieben, gibt das erste Ausführungsbeispiel den Feinstauberfassungssensor 1 an, der eine höhere Erfassungsempfindlichkeit für die Erfassung von in Abgas enthaltenem Feinstaub aufweist.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Nun wird der Feinstauberfassungssensor 1-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Wie in 5 gezeigt ist, weist der Feinstauberfassungssensor 1-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen Aufbau auf, der eine Modifikation des Aufbaus des Feinstauberfassungssensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist. Der Feinstauberfassungssensor 1-1 weist den Aufbau auf, der vom Aufbau des Feinstauberfassungssensors 1 verschieden ist. Im Feinstauberfassungssensor 1-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein konkaver Sammelteil 131-1 an einem Ablagerungsteil 13-1 ausgebildet. Der konkave Sammelteil 131-1 weist eine gekrümmte Form mit einer Schüsselform auf, die eine bogenförmig gekrümmte Oberfläche aufweist, die senkrecht ist zur Anordnung der Schichtungsrichtung im geschichteten Teil 11. Andere Bestandteile im Feinstauberfassungssensor 1-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel haben den gleichen Aufbau wie diejenigen im Feinstauberfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Bestandteile im Feinstauberfassungssensor 1-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, die mit gleichen Bezugszahlen und -zeichen versehen sind, weisen die gleiche Funktionsweise und die gleichen Wirkungen auf wie die Bestandteile im Feinstauberfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die mit gleichen Bezugszahlen und -zeichen bezeichnet sind.
Die Oberfläche des konkaven Sammelteils 131-1 weist einen bogenförmigen Querschnitt auf, der senkrecht ist zur Richtung, in der die beiden Detektorelektroden 14 angeordnet sind. Ein Winkel einer Innenrandfläche des konkaven Sammelteils 131-1 variiert allmählich, wie in 5 gezeigt ist. Durch diesen Aufbau können mit hoher Effizienz Feinstaubteilchen gesammelt werden, die sich in unterschiedlichen Richtungen bewegen. Gleiche Bezugszahlen und -zeichen, die für die Erklärung des Feinstauberfassungssensors 1-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und in 5 verwendet werden, zeigen die gleiche Funktionsweise und die gleichen Wirkungen des Feinstauberfassungssensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel an.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Nun wird der Feinstauberfassungssensor 1-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Wie in 6 gezeigt ist, weist der Feinstauberfassungssensor 1-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel einen inneren Elektrodenteil 142 und einen äußeren Elektrodenteil 141 auf. Der innere Elektrodenteil 142 ist im Inneren von konkaven Sammelteilen 131-2 ausgebildet. Der äußere Elektrodenteil 141 ist in den Sammelteilen 13-2 mit Ausnahme des Bereichs, wo die konkaven Sammelteile 131-2 ausgebildet sind, ausgebildet. Im Feinstauberfassungssensor 1-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der innere Elektrodenteil 142 auf der Innenseite der konkaven Sammelteile 131-2 ausgebildet, die an der Vorderfläche des Elementteils 10 ausgebildet sind. Der innere Elektrodenteil 142 ist auf der konkaven Bodenfläche 133 der konkaven Sammelteile 131-2 und auf jedem Paar konkaver Seitenflächen 134 ausgebildet.
Außerdem ist der äußere Elektrodenteil 141 mit Ausnahme des Bereichs, wo die konkaven Sammelteile 131 ausgebildet sind, ausgebildet. Das heißt, der äußere Elektrodenteil 141 ist an der Vorderfläche des Elementteils 10 zwischen den einander benachbarten konkaven Sammelteilen 131-2 ausgebildet und außerhalb der beiden Enden der konkaven Sammelteile 131-2 ausgebildet. Der innere Elektrodenteil 142 ist elektrisch mit dem äußeren Elektrodenteil 141 verbunden.
Andere Bestandteile im Feinstauberfassungssensor 1-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel haben den gleichen Aufbau wie im Feinstauberfassungssensor 1 gemäß dem ersten gezeigten Ausführungsbeispiel. Die in 6 gezeigten Bestandteile im Feinstauberfassungssensor 1-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, die mit gleichen Bezugszahlen und -zeichen versehen sind, weisen die gleiche Funktionsweise und die gleichen Wirkungen auf wie die Bestandteile im Feinstauberfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die mit gleichen Bezugszahlen und -zeichen bezeichnet sind.
Der Feinstauberfassungssensor 1-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist den Aufbau auf, in dem Feinstaub, der im Abgas enthalten ist, im Bereich außerhalb der konkaven Sammelteile 131-2 erfasst wird und der Innenelektrodenteil 142 in den konkaven Sammelteilen 131-2 ausgebildet ist. Durch diesen Aufbau kann die erhöhte Erfassungsempfindlichkeit des Sensorelements 10 bereitgestellt werden.
Da die mehreren konkaven Sammelteile 131-2 im Ablagerungsteil 13-2 ausgebildet sind, wird dadurch ferner die Sammelquote beim Sammeln von Feinstaubteilchen mit hoher Effizienz verbessert. Zum Beispiel sind die drei konkaven Sammelteile 131-2 mit dem in 6 gezeigten Aufbau ausgebildet. Der Feinstauberfassungssensor 1-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hat die gleiche Funktionsweise und die gleichen Wirkungen wie der Feinstauberfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
In den Feinstauberfassungssensoren 1, 1-1 und 1-2 gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel weisen die konkaven Sammelteile 131, 131-1 und 131-2 in der Schichtungsrichtung die gleiche Querschnittsform auf. Zum Beispiel ist es annehmbar, dass jeder der konkaven Sammelteile 131, 131-1 und 131-2 eine Becherform um die Mittelachse des Feinstauberfassungssensors 1, 1-1 bzw. 1-2 herum aufweist.
In den Feinstauberfassungssensoren 1, 1-1 und 1-2 gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel ist es bevorzugt, wenn jeder der äußeren Eckteile der konkaven Sammelteile 131, 131-1 und 131-2 und jeder der inneren Eckteile der konkaven Sammelteile 131, 31-1 und 131-2 eine gerundete Form aufweist wie eine gerundete Oberfläche oder eine geschnittene Oberfläche. Wenn der äußere Eckteil oder der innere Eckteil eine gerundete Oberfläche aufweist, dann kann der gerundete Teil beispielsweise einen Bereich von R0,01 bis R1,0 aufweisen (d.h. eine gerundete Oberfläche innerhalb eines Bereichs von 0,01 mm bis 1,0 mm aufweisen). Wenn der äußere Eckteil oder der innere Eckteil eine geschnittene Oberfläche aufweist, dann kann diese geschnittene Oberfläche beispielsweise einen Bereich von C0,01 bis C10,0 aufweisen (d.h. das Schnittmaß innerhalb eines Bereichs von 0,01 mm bis 1,0 mm. Durch diesen Aufbau kann die Beständigkeit gegenüber einer Belastung aufgrund einer Kollision oder einer raschen Temperaturänderung verbessert werden. Stärker bevorzugt ist es, wenn ein solcher Rundungsprozess oder Schneidprozess durchgeführt wird, um das Auftreten von Rissen und Defekten während des Brennprozesses zu unterdrücken.
(Vergleichsversuch)
Im Vergleichsversuch wurde ein Vergleich der Erfassungsempfindlichkeit zwischen den Feinstauberfassungssensoren 1, 1-1 und 1-2 gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel und einem herkömmlichen Feinstauberfassungssensor mit einem herkömmlichen Aufbau ohne jegliche konkave Sammelteile 131, 131-1 und 131-2 als Vergleichsbeispiel durchgeführt. Der herkömmliche Feinstauberfassungssensor weist den Aufbau des Feinstauberfassungssensors ohne die Ausbildung des konkaven Sammelteils 131 auf. Das heißt, der herkömmliche Feinstauberfassungssensor weist den Aufbau auf, bei dem der Sammelteil eine Oberfläche aufweist, die senkrecht ist zur axialen Richtung des Feinstauberfassungssensors. Andere Bestandteile des herkömmlichen Feinstauberfassungssensors sind den Bestandteilen des Feinstauberfassungssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gleich.

Im Vergleichsversuch wurde eine tote Masse an Feinstaub erfasst, wenn Abgas eine Temperatur von 200 °C aufweist und eine im Abgas enthaltene Feinstaubkonzentration 3 mg/m³ beträgt und das Abgas eine Strömungsgeschwindigkeit von 20 m/s und 50 m/s aufweist. Die tote Masse an Feinstaub stellt eine Gesamtmasse an Feinstaub dar, die während einer Zeitspanne bis zur Änderung eines Ausgangssignals des Feinstauberfassungssensors abgeführt wird. [Tabelle 1]

	Tote Masse an Feinstaub
	Strömungsgeschwindigkeit 20 m/s	Strömungsgeschwindigkeit 50 m/s
Vergleichsbeispiel	34 mg	52 mg
Erstes Ausführungsbeispiel	28 mg	35 mg
Zweites Ausführungsbeispiel	26 mg	32 mg
Drittes Ausführungsbeispiel	25 mg	29 mg

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse des Vergleichsversuchs. In Tabelle 1 weist das Vergleichsbeispiel eine tote Masse an Feinstaub von 34 mg auf, wenn das Abgas eine Strömungsgeschwindigkeit von 20 m/s aufweist, und eine tote Masse an Feinstaub von 50 mg, wenn das Abgas offensichtlich die Strömungsgeschwindigkeit von 50 m/s aufweist. In Tabelle 1 weist der Feinstauberfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine tote Masse an Feinstaub von 28 mg auf, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases 20 m/s beträgt, und eine tote Masse an Feinstaub beträgt 28 mg, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases 20 m/s beträgt, und eine tote Masse an Feinstaub von 35 mg, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases 50 m/s beträgt. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die tote Masse an Feinstaub des Feinstauberfassungssensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kleiner wird als die tote Masse an Feinstaub des herkömmlichen Feinstauberfassungssensors gemäß dem Vergleichsbeispiel. Außerdem zeigen die Versuchsergebnisse, dass eine Variation der toten Masse an Feinstaub des Feinstauberfassungssensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kleiner ist als eine Variation der toten Masse an Feinstaub des herkömmlichen Feinstauberfassungssensors gemäß dem Vergleichsbeispiel, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases geändert wird. Durch diesen Aufbau des Feinstauberfassungssensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann verhindert werden, dass Feinstaub im Sammelteil 13 zurückprallt, auch wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases steigt, und die Sammelleistung beim Sammeln von Feinstaub, der im Abgas enthalten ist, kann erhöht werden.
Ferner ist aus den in Tabelle 1 gezeigten Erfassungsergebnissen ersichtlich, dass die tote Masse an Feinstaub des Feinstauberfassungssensors 1-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kleiner ist als die des Feinstauberfassungssensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und dass die tote Masse an Feinstaub des Feinstauberfassungssensors 1-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sogar noch kleiner ist als die des Feinstauberfassungssensors 1-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Dieser Trend in Bezug auf die tote Masse an Feinstaub variiert in keinem der beiden Fälle, wo die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases 20 m/s ist und wo die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases 50 m/s ist. Darüber hinaus ist aus den in Tabelle 1 gezeigten Erfassungsergebnissen ersichtlich, dass der Feinstauberfassungssensor 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen geringeren Änderungsumfang der toten Masse an Feinstaub aufweist als der Feinstauberfassungssensor 1-2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und dass der Feinstauberfassungssensor 1-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel einen noch kleineren Änderungsumfang der toten Masse an Feinstaub aufweist als der Feinstauberfassungssensor 1-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die oben beschriebenen Erfassungsergebnisse zeigen deutlich, dass die Feinstauberfassungssensoren 1, 1-1 und 1-2 gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel eine ausgezeichnete Erfassungsempfindlichkeit aufweisen, wenn man sie mit der Erfassungsempfindlichkeit des Feinstauberfassungssensors 1 mit dem herkömmlichen Aufbau vergleicht. Ferner zeigen die oben beschriebenen Erfassungsergebnisse deutlich, dass der Feinstauberfassungssensor 1-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Erfassungsempfindlichkeit aufweist, die höher ist als die Erfassungsempfindlichkeit des Feinstauberfassungssensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Darüber hinaus zeigen die oben beschriebenen Erfassungsergebnisse deutlich, dass der Feinstauberfassungssensor 1-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die Erfassungsempfindlichkeit aufweist, die höher ist als die Erfassungsempfindlichkeit des Feinstauberfassungssensors 1-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Liste der Bezugszeichen

1, 1-1, 1-2 Feinstauberfassungssensor, 10 Elementteil, 13, 13-1, 13-2 Ablagerungsteil, 131, 131-1, 131-2 Konkaver Sammelteil und 14 Detektorelektroden.

Claims

Feinstauberfassungssensor (1, 1-1, 1-2), ein Elementteil (10) aufweisend, das in der Lage ist, eine Feinstaubmenge zu erfassen, die in einem von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas enthalten ist, wobei ein Ablagerungsteil (13, 13-1, 13-2) und zumindest ein Paar Detektorelektroden (14) an mindestens einer Oberfläche des Elementteils (10) ausgebildet ist, wobei der Ablagerungsteil einen Teil des im Abgas enthaltenen Feinstaubs einsammelt, und die beiden Detektorelektroden am Ablagerungsteil angeordnet sind, und der Feinstauberfassungssensor ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt und sendet, das sich aufgrund von elektrischen Eigenschaften zwischen den beiden Detektorelektroden ändert, wobei die elektrischen Eigenschaften zwischen den beiden Detektorelektroden aufgrund der am Ablagerungsteil angelagerten Feinstaubmenge variieren, und ein konkaver Sammelteil (131, 131-1, 131-2) im Ablagerungsteil (13, 13-1, 13-2) ausgebildet ist und der konkave Sammelteil eine konkave Form aufweist, wenn man ihn von der einen Oberfläche des Elementteils aus betrachtet.
Feinstauberfassungssensor (1) nach Anspruch 1, wobei die beiden Detektorelektroden (14) einen äußeren Elektrodenteil (141) und einen inneren Elektrodenteil (142) aufweisen, wobei der innere Elektrodenteil (142) innerhalb des konkaven Sammelteils (131-2) ausgebildet ist und der äußere Elektrodenteil (141) im Sammelteil (13-2), aber außerhalb des konkaven Sammelteils (131-2) ausgebildet ist und der äußere Elektrodenteil (141) und der innere Elektrodenteil (142) elektrisch miteinander verbunden sind.
Feinstauberfassungssensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner eine Schutzabdeckung (2) aufweisend, mit welcher der Ablagerungsteil (13, 13-1, 13-2) abgedeckt ist, wobei Einführungsöffnungen (214, 224) in der Schutzabdeckung (2) ausgebildet sind, um Abgas zur Innenseite der Schutzabdeckung (2) einzuführen und um einen Strom des eingeführten Abgases zum Ablagerungsteil (13, 13-1, 13-2) zu bewirken.
Feinstauberfassungssensor (1-2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der konkave Sammelteil (131-1) eine Schalenform mit einer bogenförmigen gekrümmten Oberfläche aufweist.
Feinstauberfassungssensor (1-2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der konkave Sammelteil, der im Sammelteil (131-2) ausgebildet ist, mehrere konkave Sammelteile (131-2) umfasst.
Feinstauberfassungssensor (1-2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner einen geschichteten Teil (11) aufweisend, in dem mehrere von den Detektorelektroden (14) und mehrere Schichtungselemente (12), die elektrisch isoliert sind, abwechselnd gestapelt sind, wobei der Ablagerungsteil (13, 13-1, 13-2) und die mehreren Detektorelektroden (14) an einer Randfläche des geschichteten Teils (11) ausgebildet sind.