매연을 감지하기 위한 센서 및 작동 방법 document_id A220623062969

대기 중의 이산화탄소의 축적(accumulation)은 현재 다양한 관점에서 논의되고 있다. 이것은 화석연료의 가용성(availability)이 제한적이라는 사실과 관련된다. 이에 대한 반응으로서, 예를 들어 연소 과정은 그 효율이 개선되도록 열역학적으로 최적화된다. 자동차 분야에 있어서, 이는 디젤 차량의 이용 증가로 나타난다. 하지만, 이러한 연소 기술의 단점은 최적화된 불꽃 점화 기관과 비교하여 현저하게 증가된 매연 배출이다. 또한, 매연의 형성은 연소 기술적 대책에 의해 실질적으로 방지될 수 없다. 매연은 특히 다환 방향족 화합물(PAH: polycyclic aromatic compounds)의 침착으로 인한 고도의 발암물질이며, 이에 대응하여 이미 여러 규제가 마련되어 있다. 따라서, 예를 들어 유럽 배기가스 배출기준은 매연 배출에 대한 최대 한계와 관련된다. 그러므로, 배기가스 내의 매연 함량을 측정하는 고가의 센서 기술을 상술할 필요가 있다. 이러한 매연 센서의 용도는, 기술적 제어 적용에 의해 배출물을 감소시키기 위해 차량의 엔진 관리부가 현재 주행 상황에 대한 정보를 획득할 수 있도록 현재 배출되고 있는 매연을 측정하며, 이른바 배기가스 매연 필터에 의해 적극적인 배기가스 정화를 수행하는 것이다. 후자의 경우에 있어서, 용도는 배기가스로부터 매연 함량의 실질적인 부분을 정화하는 재생 가능한 필터에 의해 이루어진다. 매연 센서는 매연 필터의 기능을 감시하거나 또는 상기 매연 필터의 재생 사이클을 제어하기 위해 매연을 검출할 필요가 있다. 매연을 검출하기 위해 다양한 접근이 종래 기술에서 연구되어 왔다. 한 가지 접근법은 매연 입자에 의한 광 확산을 이용하는 것을 포함하는 연구가 상당한 정도로 진행되어 왔다. 이러한 방법은 복잡한 측정 기구에 적합하다. 상기 측정 기구를 배기가스의 이동 센서 시스템으로서 사용하려 시도하는 경우에, 차량 내에 비용 효율적인 센서를 구현하기 위한 이 접근법은 복잡한 광학 구조로 인해 많은 비용과 관련된다. 아울러, 연소 배기가스에 의해 필수 광학창(optical window)이 오염되는 미해결 과제가 있다. 독일 공개 특허 공보 DE 199 59 871 A1호는 열적 고려(thermal consideration)를 기반으로 하는 센서와 작동 방법을 개시한다. 센서는 예를 들어 하니콤-형상 세라믹(honeycomb-shaped ceramic)과 같은 개방된 다공형 본체(openly porous shaped body)와, 가열 부재와, 온도 센서를 포함한다. 센서가 측정 기체용적과 접촉한다면, 매연이 상기 센서에 증착된다. 측정을 위해, 일정 기간동안 증착된 매연이 가열 부재의 도움을 받아 점화되어 연소된다. 연소 중에 발생하는 온도 상승이 측정된다. 이것은 일정 환경 조건에서는 실행 가능한 방법이지만, 극심한 변동 유동 및 배기가스 온도를 갖는 차량 배기 부분의 조건하에서는 상대적으로 작은 온도 상승의 측정이 극히 어려운 과제임이 증명된다. 원칙적으로, 매연을 측정하기 위한 2가지 방법을 이용할 수 있다. 하나는 매연을 함유한 측정 기체용적이 존재하는 2개의 전극 사이에 전기장을 기초로 하며, 상기 매연이 전리 전류(ionization current)를 발생시킨다. 이러한 원리의 일 실시예가 독일 공개 특허 공보 DE 102 44 702 A호에 개시되어 있다. 이 경우에 있어서, 배기가스 유동은 전기 절연층을 구비한 2개의 전극들을 통과하며 상기 전극들 사이에는 측정될 매연 함유 가스가 위치한다. 전극은 1 내지 10 kV 사이의 교류 전압(AC voltage)으로 가동된다. 전극 사이에는, 측정 기체 내의 매연 농도에 따라서, 유전체 저항 방전(dielectrically impeded discharge)이 수행되며 발생한 전류가 측정된다. 차량 작동을 위해서는, 이러한 방법은 높은 전압과 복잡한 측정 기술을 요구하므로, 그 실현이 현재까지 실행 가능하지 않다. 다음으로, 변화하는 기체 배기가스 구성성분은 전리 전류에 영향을 미치는 가스를 방해함에 따라 충분한 측정 오류를 수반한다.