微粒物质检测元件、配备有该元件的微粒物质检测传感器以及用于制造该元件的方法技术

本发明专利技术公开了一种微粒物质检测元件、配备有该元件的微粒物质检测传感器以及用于制造该元件的方法。具体而言，一种PM检测元件具有检测电极的对。每个检测电极具有没有分支的导电路径，并且由检测电极接合部和检测电极平行部构成。检测电极平行部相互面对，并且被经由绝缘层分离开预定的间隙。PM检测传感器具有PM检测元件，并且线路故障检测电路部检测每个检测电极的一个端子到另一端子之间的电阻值，并且基于所检测的电阻值来检测检测电极中的线路故障的发生。

【技术实现步骤摘要】
微粒物质检测元件、配备有该元件的微粒物质检测传感器以及用于制造该元件的方法
本专利技术涉及微粒物质(particulatematter)检测元件、微粒物质检测传感器以及用于制造该微粒物质检测元件的方法。该微粒物质检测传感器配备有该微粒物质检测元件。该微粒物质检测元件检测诸如废气之类的目标检测气体中包含的微粒物质。该微粒物质是烟灰等。该微粒物质检测传感器被安装到内燃机的排气系统上，该内燃机被安装到车辆上。通常，烟灰由碳构成，而碳包含在从内燃机排出的废气中。
技术介绍
通常，将柴油机微粒过滤器(DPF)安装在连接到柴油发动机的排气管上，该柴油发动机例如作为被安装到柴油车辆的内燃机。DPF捕获从柴油发动机排出的燃烧废气中包含的微粒物质(PM)。这样的燃烧废气包含烟灰和可溶解的有机成分(SOF)。DPF由具有优良耐热性的多孔陶瓷材料制成。通常，DPF包括单元和由多孔陶瓷材料制成的隔断壁。每个单元被隔断壁包围。将从柴油发动机排出的废气引入被安装到排气管的DPF，并且经由该单元和多孔隔断壁排放到DPF之外。多孔隔断壁支持其中的催化剂以便捕获作为目标检测气体的废气中包含的PM。即，DPF净化了废气。增大由DPF捕获的PM的量增大了DPF的压力损耗。当所捕获的PM的量超过可允许的PM量，则DPF的多孔隔断壁被所捕获的PM阻塞。在该情况下，存在DPM被过量的所捕获的PM被燃烧时产生的热能损坏的可能性，并且作为结果，未净化的废气经由该DPF被排到外面。为了避免该问题，以规则的周期周期性地燃烧DPF，以便使DPF再生并且恢复DPF的PM捕获功能。已经提出了各种类型的PM检测传感器以便检测用于使DPF再生的最优时间，并且以便快速检测DPF的异常状态的发生，例如，在该异常状态中，废气在不被净化的情况下通过DPF。例如，第一常规专利文件、日本专利公报公开文本No.2005-164554公开了一种具有以下结构的PM检测元件。一对电极具有梳状结构，并且在绝缘衬底中以预定间隔形成。检测电极和绝缘衬底形成了检测部。诸如从内燃机排出的废气之类的目标检测气体中包含的PM被积聚在具有该电极的检测部上。外部设备基于从该PM检测元件发送的关于检测部中的该对电极的电阻、静态电容、阻抗等的检测信号来检测在目标检测气体中包含的PM量，因为该电阻值、静态电容和阻抗是根据在检测部上形成的电极之间积聚的PM量而改变的。第二常规专利文件、日本专利公报公开文本No.2012-47596公开了一种具有以下结构的PM检测设备。该PM检测设备包括具有板的形状的衬底、一对检测电极、电气特性检测部和PM量计算部。检测电极在具有板的形状的衬底上形成的检测部上形成。电气特性检测部检测在检测部中的检测电极之间的电气特性。PM量计算部基于由特性检测部检测的电气特性的变化来计算在检测部上的检测电极和检测电极的周围区域之间积聚的PM的量。另外，形成检测电极对的检测电极中的每个都包括基部和多个梳状齿部。梳状齿部被布置在衬底的平面表面上。每个梳状齿部的末端部分连接到基部并且由基部支撑。特别地，一个检测电极的梳状齿部被以预定的间隔交替地啮合到另一检测电极的梳状齿部。至少一个检测电极的基部覆盖有由介电材料制成的覆盖部。在具有之前所描述的结构的PM检测设备中，诸如废气之类的目标检测气体中包含的PM被积聚在检测部中的检测电极之间。PM检测设备基于在检测电极的对之间检测的电气特性的变化来检测在目标检测气体中包含的PM的存在。在之前描述的常规PM检测元件的结构中，以齿的图案形成多个检测电极，其中，以规则的间隔在由氧化铝等制成的绝缘衬底或由氧化锆等制成的导电衬底上布置检测电极。通过使用诸如厚膜印刷方法、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等方法来在绝缘衬底或电极衬底上形成检测电极。检测电极的极性被交替布置并且相互面对。即，以梳状结构形成检测电极的对。特别地，具有之前描述的结构的常规PM检测元件具有非敏感的(insensitive)检测范围，在该非敏感的检测范围期间，不可能正确地检测在检测部上形成的具有梳状结构的电极之前的电气特性，直到在该电极之间积聚的PM量超过预定量。相应地，存在对尽可能大地减小PM检测元件的非敏感检测范围以便快速检测PM检测元件中引起的异常状态的强烈需求。通过该方式，难以检测目标检测气体中包含的PM的存在，因为当检测部上形成的检测电极之间积聚的PM量超过预定量并且最终饱和时，PM检测元件输出恒定的电气特性。为了相继地检测目标检测气体中包含的PM的量，当电极之间积聚的PM量接近可允许的限制量时，使PM检测元件的电极之间积聚的PM燃烧。该燃烧可以消除在PM检测元件的电极之间积聚的PM，并且使PM检测元件的功能再生。第三常规专利文件、日本专利公报公开文本No.2011-203093公开了一种常规的气体传感器。该常规的气体传感器具有能够检测导电路径的线路故障(例如，检测线路的断开状态)的线路故障检测部。检测部经由该导电路径电气连接到电阻测量部。线路故障检测部包括具有预定电阻值的线路故障检测电阻以及反向电阻测量部。线路故障检测电阻连接在形成检测电极对的两个检测电极之间。反电阻测量部与线路故障检测电阻并联布置。线路故障检测部能够快速检测在导电路径和检测电极中的线路故障。然而，通常使用的常规的厚膜印刷方法不能制造具有小于大约几十微米的间隙的检测电极。即，对于常规的厚膜印刷方法来说，不能够制造以下的检测电极，在该检测电极上，在相邻检测电极之间的间隙小于大约20微米，这受到由于印刷膏的流变特性所致的限制以及在印刷网板上形成的掩模的制造方面的限制。虽然诸如CVD或PVD之类的薄膜印刷方法能够形成具有微精密图案的检测电极，但是这需要大的制造设施，并且制造成本相应地变得过高。除了如此高的制造成本之外，所制造的检测电极不具有充足的耐久性，这是因为PM检测元件被用于诸如机动车辆的发动机舱之类的各种严酷环境。即，包括具有薄膜的检测电极的PM检测元件被用在机动车辆的发动机舱中的燃烧排气管上。通常，发动机舱具有高的温度并且引起从外部供应的强振动，并且在发动机舱中发生大的温度变化。另外，当具有微精密图案的检测电极的PM检测元件被再生以便消除在检测部中的检测电极之间积聚的PM时，在PM检测元件中产生热应力。再另外，由从发动机排出的燃烧废气中包含的水滴在PM检测元件中产生冷却/加热应力。这些严酷环境引起蒸发以及在PM检测元件中的绝缘衬底上形成的检测电极的分离。另外，在能够基于在检测部中的检测电极之间积聚的PM量来检测检测电极对的电气特性的PM检测元件中，因为以下的状态(a)和(b)示出了相同的电气特性，所以即使检测到检测电极之间的电阻值和静态电容，也难以正确地将状态(a)与状态(b)区分开：状态(a)：在检测电极中发生线路故障；以及状态(b)：在检测部中的检测电极之间未积聚PM。
技术实现思路
因此期望提供一种具有高检测精度和减小的非敏感检测范围的微粒物质(PM)检测元件。该PM检测元件能够检测在检测部中的检测电极的电气特性并且基于所检测的检测电极的电气特性来检测目标检测气体中包含的PM的量，其中检测部中的电气特性是基于检测部上积聚的PM的量而变化的。进一步期望的是提供一种配备有该PM检测元件的微粒物质(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括微粒物质检测元件（2、2a、2b、2c、2d）的微粒物质检测传感器（1、1a、1b、1c、1d），并且所述微粒物质检测元件（2、2a、2b、2c、2d）包括在检测部（10、10a、10b、10c、10d）上形成的检测电极（ELA、ELB）的对，所述检测电极（ELA、ELB）被布置为相互面对并且被分离开预定的间隙，所述检测电极（ELA、ELB）捕获目标检测气体中所包含的微粒物质，检测形成在所述检测部（10、10a、10b、10c、10d）上的所述检测电极（ELA、ELB）之间的电气特性，并且所述电气特性基于所捕获的和在所述检测部（10、10a、10b、10c、10d）上所积聚的微粒物质的量而变化，其中，每个所述检测电极（ELA、ELB）都包括：检测电极平行部（100A、100B），所述检测电极平行部（100A、100B）相互面对并且经由在所述检测部（10）上的绝缘层（120）而被分离开所述预定的间隙；以及检测电极接合部（101A、101B、101Ad、101Bd），经由所述检测电极接合部（101A、101B、101Ad、101Bd），所述检测电极平行部（100A、100B）被连接到每个所述检测电极（ELA、ELB），并且**每个所述检测电极（ELA、ELB）都形成从第一端子（103A、103B、103Ac、103Bc、103Ad、103Bd）到第二端子（104A、104B、104Ac、104Bc、104Ad、104Bd）的不具有分支的导电路径，其中，所述微粒物质检测传感器还包括线路故障检测部（301A、301Aa、301Ab、301B、301Ba、301Bb），并且所述线路故障检测部（301A、301Aa、301Ab、301B、301Ba、301Bb）检测每个所述检测电极（ELA、ELB）的从所述第一端子（103A、103B、103Ac、103Bc、103Ad、103Bd）到所述第二端子（104A、104B、104Ac、104Bc、104Ad、104Bd）的所述导电路径的电阻值，并且基于所检测的电阻值来检测每个所述检测电极（ELA、ELB）中的线路故障的发生。...

【技术特征摘要】
2012.08.02 JP 2012-1718201.一种包括微粒物质检测元件(2、2c)的微粒物质检测传感器(1、1a、1b、1d)，并且所述微粒物质检测元件(2、2c)包括在检测部(10、10a、10b、10c、10d)上形成的检测电极(ELA、ELB)的对，所述检测电极(ELA、ELB)被布置为相互面对并且被分离开预定的间隙，所述检测电极(ELA、ELB)捕获目标检测气体中所包含的微粒物质，检测形成在所述检测部(10、10a、10b、10c、10d)上的所述检测电极(ELA、ELB)之间的电气特性，并且所述电气特性基于所捕获的和在所述检测部(10、10a、10b、10c、10d)上所积聚的微粒物质的量而变化，其中，每个所述检测电极(ELA、ELB)都包括：检测电极平行部(100A、100B)，所述检测电极平行部(100A、100B)相互面对并且经由在所述检测部(10)上的绝缘层(120)而被分离开所述预定的间隙；以及检测电极接合部(101A、101B、101Ad、101Bd)，经由所述检测电极接合部(101A、101B、101Ad、101Bd)，所述检测电极平行部(100A、100B)被连接到每个所述检测电极(ELA、ELB)，并且每个所述检测电极(ELA、ELB)都形成从第一端子(103A、103B、103Ac、103Bc、103Ad、103Bd)到第二端子(104A、104B、104Ac、104Bc、104Ad、104Bd)的不具有分支的导电路径，其中，所述微粒物质检测传感器还包括线路故障检测部(301A、301Aa、301Ab、301B、301Ba、301Bb)，并且所述线路故障检测部(301A、301Aa、301Ab、301B、301Ba、301Bb)检测每个所述检测电极(ELA、ELB)的从所述第一端子(103A、103B、103Ac、103Bc、103Ad、103Bd)到所述第二端子(104A、104B、104Ac、104Bc、104Ad、104Bd)的所述导电路径的电阻值，并且基于所检测的电阻值来检测每个所述检测电极(ELA、ELB)中的线路故障的发生。2.如权利要求1所述的微粒物质检测传感器(1、1a、1b、1d)，还包括微粒物质检测电路部(31)，所述微粒物质检测电路部(31)能够检测所述检测电极(ELA、ELB)中的所述第一端子(103A-103B、103Ac-103Bc、103Ad-103Bd)之间或所述第二端子(104A-104B、104Ac-104Bc、104Ad-104Bd)之间的电阻值、静态电容值和阻抗值中的一种，并且所述微粒物质检测电路部(31)检测在所述检测部(10)中的所述检测电极(ELA、ELB)之间所积聚的微粒物质的量。3.如权利要求1或2所述的微粒物质检测传感器(1、1a、1b、1d)，其中，所述微粒物质检测元件(2、2c)包括：所述检测部(10、10a、10b、10c、10d)；以及衬底部(20、20c)，在所述衬底部(20、20c)上实施所述检测部(10、10a、10b、10c、10d)，其中，所述检测部(10、10a、10b、10c、10d)具有层叠结构，所述层叠结构包括被反复堆叠的所述检测电极平行部(100A、100B)和所述绝缘层(120)，并且其中，所述检测电极平行部(100A、100B)具有板状并且具有在不小于100微米且不大于500微米的范围内的厚度，而所述绝缘层(120)具有板状并且具有在不小于5微米且不大于20微米的范围内的厚度。4.如权利要求1或2所述的微粒物质检测传感器(1、1a、1b、1d)，其中，所述微粒物质检测元件(2、2c)包括加热器部(220)，当所述加热器部(220)接收到电力时，所述加热器部(220)能够产生热能。5.如权利要求4所述的微粒物质检测传感器(1、1a、1b、1d)，其中，所述线路故障检测部(301Aa、301Ba)检测所述第一端子(103A、103B)到所述第二端子(104A、104B)之间的直流电阻值，并且基于所检测的直流电阻值来检测所述检测电极(ELA、ELB)中的线路故障的发生，并且所述线路故障检测部(301Aa、301Ba)基于所检测的直流电阻值来计算所述加热器部...

【专利技术属性】
技术研发人员：水谷圭吾，寺西真哉，木全岳人，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：