[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及微粒物质（particulate matter）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。

背景技术

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。