DE102011083339A1

DE102011083339A1 - Partikelerfassungssensor

Info

Publication number: DE102011083339A1
Application number: DE201110083339
Authority: DE
Inventors: Susumu Takenami; Naohisa Ohyama; Takashi Sawada; Takashi Araki
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2012-05-03
Also published as: JP2012068148A

Abstract

Es ist ein Partikelerfassungssensor vorgesehen, der einen Abdeckkörper hat, der dazu in der Lage ist, effizient Partikel (PM) zu sammeln. In dem Partikelerfassungssensor hat ein Abdeckkörper (20) ein Einlassloch (H1) für Gas, das ein Gas zu einem Erfassungsteil (11) einleitet, ein Seitenauslassloch (H2), das das Gas in einer Seitenflächenrichtung leitet, und ein Bodenauslassloch (H3), das das Gas nach unten leitet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
– Gebiet der Erfindung –
Die Erfindung bezieht sich auf einen Partikelerfassungssensor, der eine Partikelmenge innerhalb eines Gases erfasst. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Partikelerfassungssensor, der günstiger Weise in einem Abgasemissionssteuerungssystem einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs und dergleichen verwendet wird.
– Beschreibung des Stands der Technik –
Das Abgas eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs und dergleichen enthält Umweltschadstoffe, insbesondere Partikel (im Folgenden als ”PM” bezeichnet), die sich hauptsächlich aus Rußpartikeln und löslichen organischen Anteilen (SOF) zusammensetzen. Auf einem Abgasweg im Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs und dergleichen ist ein Dieselpartikelfilter (nachstehend als ”DPF” bezeichnet) vorgesehen, um die PM zu sammeln. Der DPF besteht aus einer porösen Keramik, die hervorragende Wärmebeständigkeit hat. Der DPF fängt die PM dadurch ein, dass das Abgas durch eine Trennwand geht, die zahlreiche feine Poren hat.
Wenn die Menge an gesammelten PM eine zulässige Menge übersteigt, verstopft der DPF. Der Druckverlust kann zunehmen. Alternativ kann die Menge an PM zunehmen, die durch den DPF entkommt. Daher wird das Sammelvermögen wiederhergestellt, indem periodisch ein Wiederherstellungsprozess durchgeführt wird.
Im Allgemeinen wird der Wiederherstellungszeitpunkt des DPF mittels einer Zunahme des Differenzdrucks über den DPF bestimmt, die aus einer Zunahme der Menge an gesammelten PM resultiert. Daher ist ein Differenzdrucksensor vorgesehen, der den Druckunterschied stromaufwärts und stromabwärts vom DPF erfasst. Der Wiederherstellungsprozess erfolgt, indem mittels Aufheizen unter Verwendung einer Heizung, durch Nacheinspritzung oder dergleichen Hochtemperatur-Abgas in den DPF eingeleitet wird und die PM durch Verbrennen entfernt werden.
Andererseits sind verschiedene Partikelerfassungssensoren (nachstehend als ”PM-Sensor” bezeichnet) vorgeschlagen worden, die dazu in der Lage sind, die PM im Abgas direkt zu erfassen. In einem On-Board-Diagnose Gerät (OBD-Gerät) kann der PM-Sensor zum Beispiel stromabwärts vom DPF platziert werden. Der PM-Sensor kann dazu verwendet werden, einen Betriebszustand des DPF zu überwachen oder Anormalitäten wie Risse und Beschädigungen im DPF zu erfassen, indem die Menge an PM gemessen wird, die aus dem DPF entweichen.
Es ist ebenfalls diskutiert worden, den PM-Erfassungssensor an Stelle des Differenzdrucksensors zu verwenden, um den Wiederherstellungszeitpunkt des DPF zu bestimmen. In diesem Fall wird der PM-Erfassungssensor stromaufwärts vom DPF vorgesehen und misst die Menge an PM, die in den DPF eintreten.
Als Grundaufbau eines solchen wie oben beschriebenen PM-Sensors offenbart die JP 559-197847 A einen Rauchsensor vom elektrischen Widerstandstyp. Der Rauchsensor ist derart aufgebaut, dass auf einer Vorderfläche eines Substrats, das Isoliereigenschaften hat, ein Paar leitender Elektroden ausgebildet ist und dass auf einer Rückfläche des Substrats oder innerhalb des Substrats ein Heizelement ausgebildet ist. Der Rauchsensor nutzt die Tatsache, dass Rauch (partikelförmiger Kohlenstoff) Leitfähigkeit hat, und erfasst Änderungen des Widerstandswerts, die als Folge von Rauch auftreten, der sich zwischen den Elektroden sammelt, die als ein Erfassungsteil dienen.
Das Heizelement erhitzt den Erfassungsteil auf eine gewünschte Temperatur (etwa auf 400°C bis 600°C). Nachdem der Zwischenelektrodenwiderstand gemessen wurde, brennt das Heizelement den abgelagerten Rauch weg, wodurch das Erfassungsvermögen wiederhergestellt wird.
Bei diesem Typ von PM-Sensor werden die Vorderfläche und die Rückfläche des Substrats mit Ausnahme des Erfassungsteils isoliert und geschützt, indem sie von einem luftdichten Isoliermaterial abgedeckt werden. Dadurch können Fehlfunktionen verhindert werden, die die Bildung eines Leitungswegs begleiten, der durch die Ansammlung von PM auf der Oberfläche mit Ausnahme des Erfassungsteils zu Stande kommt.
Darüber hinaus ist der Erfassungsteil bei diesem Typ von PM-Sensor von einem zylinderförmigen Abdeckkörper bedeckt, wodurch ein Messfühler vor Feuchtigkeitsschäden, fliegendem Schotter und dergleichen geschützt wird.
Ein herkömmlicher Gassensor, der einen bestimmten Bestandteil innerhalb eines zu messenden Gases erfasst, etwa ein Sauerstoffsensor, ein NO_X-Sensor oder ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, ist in der JP 2009-97868 A und dergleichen offenbart. Wie in der JP 2009-97868 A beschrieben ist, wurden verschiedene Untersuchungen bezüglich eines Aufbaus durchgeführt, der das Ansprechverhalten des Gassensors durch Verbesserung des Austauschs des zu messenden Gases in einen Abdeckkörper hinein und aus ihm heraus verbessert, während ein Messfühler vor Feuchtigkeit geschützt wird.
In dem Gassensor wie dem Sauerstoffsensor, der die Konzentration eines bestimmten Bestandteils innerhalb des zu messenden Gases erfasst, sind, da das zu messende Medium ein Gas ist, Verbesserungen beim Ansprechverhalten mittels schnellen Austausches des zu messenden Gases in den Abdeckkörper hinein und aus ihm heraus gewünscht. Bei dem PM-Sensor wird jedoch Gewicht darauf gelegt, dass sich die in dem zu messenden Gas enthaltenen PM in einer frühen Phase im Erfassungsteil ansammeln und dass verhindert wird, dass sich die PM, die sich im Erfassungsteil angesammelt haben, von dem Erfassungsteil lösen.
Wenn daher ähnlich wie bei dem herkömmlichen Gassensor, der in der JP 2009-97868 A beschrieben ist, ein Abdeckkörper verwendet wird, der die Richtung des Strömungswegs auf komplizierte Weise ändert, um das Ansprechverhalten zu verbessern, während der Messfühler vor Feuchtigkeit geschützt wird, können die oben beschriebenen Probleme, die sich von denen des herkömmlichen Gassensors unterscheiden, nicht gelöst werden. Und zwar haften die PM in diesem Fall an dem Abdeckkörper an, bevor sie den Erfassungsteil erreichen, und eine frühzeitige Ansammlung der PM in dem Erfassungsteil kann unmöglich sein.
Allerdings sind nicht ausreichend Untersuchungen zu einem Abdeckkörper durchgeführt worden, der dazu in der Lage ist, die Ein- und Ansammlung von PM in einem Erfassungsteil zu gewährleisten, während ein Erfassungselement eines PM-Sensors geschützt wird, das PM innerhalb eines zu messenden Gases erfasst.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung erfolgte angesichts der oben beschriebenen Probleme. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Partikelerfassungssensor zur Verfügung zu stellen, der PM erfasst, die in einem zu messenden Gas enthalten sind. Der Partikelerfassungssensor ist mit einem Abdeckkörper versehen, der dazu in der Lage ist, die PM effizient in einem Erfassungsteil zu sammeln, während ein Erfassungselement geschützt wird.
Eine erste Ausgestaltung der Erfindung ist ein Partikelerfassungssensor, der Partikel erfasst, die in einem zu messenden Gas enthalten sind. Der Partikelerfassungssensor weist Folgendes auf: ein Erfassungselement, das ungefähr plattenförmig ist und eine vorbestimmte Querbreite, Länge und Dicke hat; einen Erfassungsteil, der auf einer Spitzenendenseite des Erfassungselements einen Bereich bildet, der eine vorbestimmte Querbreite und Längslänge hat, wobei der Erfassungsteil innerhalb eines Strömungswegs des zu messenden Gases so angeordnet ist, dass er einer stromaufwärtigen Seite des zu messenden Gases zugewandt ist, und dazu in der Lage ist, eine physikalische Größe auszugeben, die sich abhängig von einer Menge auf einer Vorderfläche angesammelter Partikel ändert; und einen ungefähr zylinderförmigen Abdeckkörper, der einen vorbestimmten Innendurchmesser und eine vorbestimmte Länge hat und eine Spitze des Erfassungselements einschließlich des Erfassungsteils bedeckt. Der Abdeckkörper weist Folgendes auf: ein Einlassloch für zu messendes Gas, das sich zur stromaufwärtigen Seite des zu messenden Gases hin öffnet, während es dem Erfassungsteil gegenüber liegt, und das zu messende Gas in den Abdeckkörper einleitet; ein Seitenauslassloch, das sich zu jeder Seite des Erfassungsteils öffnet und das zu messende Gas, das in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, zu einer Seitenflächenrichtung hin herausleitet; ein Vorderseitenauslassloch, das sich von einer Spitzenendenseite des Erfassungsteils aus nach unten öffnet und das zu messende Gas, das in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, von der Spitzenendenseite aus nach unten herausleitet; und einen Wirbelströmungsbildungsabschnitt, der vom Erfassungselement aus weiter stromaufwärts positioniert ist und eine Wirbelströmung erzeugt, die innerhalb des Abdeckkörpers auf der stromaufwärtigen Seite des Erfassungsteils einen Durchfluss des zu messenden Gases unterdrückt, das in den Abdeckkörper eingelassen wird.
Gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung wird der Durchfluss des zu messenden Gases, das in den Abdeckkörper eingelassen worden ist, durch die Bildung der Wirbelströmung unterdrückt. Nachdem das zu messende Gas auf den Erfassungsteil getroffen ist und die in dem zu messenden Gas enthaltenen Partikel an einer Vorderfläche des Erfassungsteils angehaftet sind und sich angesammelt haben, lösen sich daher die Partikel nicht leicht durch die anhaltende Strömung zu messenden Gases. Daher kann die Menge in dem Erfassungsteil angesammelter Partikel erhöht werden. Die Querschnittsformen des Einlasslochs für zu messendes Gas, des Vorderseitenauslasslochs und des Seitenauslasslochs unterliegen keinen besonderen Beschränkungen und können rechteckig, kreisförmig oder dergleichen sein.
Bei einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Öffnungsquerbreite des Einlasslochs für zu messendes Gas kleiner als eine Querbreite, die durch Schnittpunkte mit Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden. Die Öffnungsquerbreite des Einlasslochs für zu messendes Gas ist mehr als halb so groß wie die Querbreite, die durch Schnittpunkte mit Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden.
Wenn die Öffnungsquerbreite des Einlasslochs für zu messendes Gas innerhalb des Bereichs gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung ausgebildet ist, bildet das zu messende Gas, das in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, eine Strömung, die sich nach dem Auftreffen auf dem Erfassungselement nach links und rechts aufteilt. In einem Teil der Strömung zu messenden Gases wird auf der stromaufwärtigen Seite des Erfassungselements eine Wirbelströmung gebildet. Der Durchfluss des zu messenden Gases, das vom Einlassloch für zu messendes Gas in den Abdeckkörper eingeleitet wird, kann unterdrückt werden, und die Menge im Erfassungsteil angesammelter Partikel kann erhöht werden.
Wenn andererseits die Öffnungsquerbreite des Einlasslochs für zu messendes Gas außerhalb des Bereichs gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung liegt und die Querbreite des Erfassungselements oder mehr ist, wird der Durchsatz des zu messenden Gases, das in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, nicht unterdrückt. Es wird eine Strömung gebildet, die sich direkt vom Einlassloch für zu messendes Gas zum Seitenauslassloch hin bewegt. Auf eine ähnliche Weise, wie wenn das Erfassungselement nicht von dem Abdeckkörper abgedeckt wird, kann eine Ansammlung der Partikel im Erfassungsteil schwierig werden.
Wenn außerdem die Öffnungsquerbreite des Einlasslochs für zu messendes Gas außerhalb des Bereichs gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung liegt und halb so groß wie die Querbreite oder kleiner ist, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden, wird die Menge an zu messendem Gas, das in den Abdeckkörper eingeleitet wird, übermäßig unterdrückt. Eine Ansammlung der Partikel im Erfassungsteil kann schwierig werden.
Bei einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Öffnungslängslänge des Einlasslochs für zu messendes Gas kleiner als die Längslänge des Erfassungsteils. Die Öffnungslängslänge des Einlasslochs für zu messendes Gas ist mehr als halb so groß wie die Längslänge des Erfassungsteils.
Wenn die Öffnungslängslänge des Einlasslochs für zu messendes Gas innerhalb des Bereichs gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung ausgebildet ist, bildet das zu messende Gas, das in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, eine Strömung, die sich nach dem Auftreffen auf dem Erfassungselement nach links und rechts aufteilt. In einem Teil der Strömung zu messenden Gases wird in einer Richtung, die der stromaufwärtigen Seite des Erfassungselements entspricht, eine Wirbelströmung gebildet. Der Durchfluss des zu messenden Gases, das vom Einlassloch für zu messendes Gas in den Abdeckkörper eingeleitet wird, kann unterdrückt werden, und die Menge im Erfassungsteil angesammelter Partikel kann erhöht werden.
Wenn andererseits die Öffnungslängslänge des Einlasslochs für zu messendes Gas außerhalb des Bereichs gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung liegt und die Längslänge des Erfassungsteils oder mehr ist, kann der Durchfluss des zu messenden Gases, das in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, nicht ausreichend unterdrückt werden. Es wird eine Strömung gebildet, die sich vom Einlassloch für zu messendes Gas direkt zum Vorderseitenauslassloch bewegt.
Auf eine ähnliche Weise, wie wenn das Erfassungselement nicht von dem Abdeckkörper abgedeckt wird, kann eine Ansammlung der Partikel im Erfassungsteil schwierig werden.
Wenn außerdem die Öffnungslängslänge des Einlasslochs für zu messendes Gas außerhalb des Bereichs gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung liegt und halb so groß wie die Längslänge des Erfassungsteils oder kleiner ist, wird die Menge an zu messendem Gas, das in den Abdeckkörper eingeleitet wird, übermäßig unterdrückt. Eine Ansammlung der Partikel im Erfassungsteil kann schwierig werden.
Bei einer vierten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Öffnungsquerbreite des Seitenauslasslochs kleiner als eine Querbreite, die durch Schnittpunkte mit Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden. Die Öffnungsquerbreite des Seitenauslasslochs ist mehr als halb so groß wie die Querbreite, die durch Schnittpunkte mit Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden.
Wenn die Öffnungsquerbreite des Seitenauslasslochs innerhalb des Bereichs gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung ausgebildet ist, wird der Durchfluss des zu messenden Gases, das aus dem Seitenauslassloch herausgeleitet worden ist, als Folge einer Saugkraft des zu messenden Gases, das auf der Außenseite des Abdeckkörpers entlang der Außenumfangsfläche des Abdeckkörpers strömt, nachdem es auf die Vorderfläche des Abdeckkörpers getroffen ist, auf einen Bereich eingestellt, der es ermöglicht, auf der stromaufwärtigen Seite des Erfassungsteils eine Wirbelströmung zu bilden. Der Durchfluss des zu messenden Gases, das vom Einlassloch für zu messendes Gas in den Abdeckkörper eingeleitet wird, kann unterdrückt werden, und die Menge im Erfassungsteil angesammelter Partikel kann erhöht werden.
Wenn andererseits die Öffnungsquerbreite des Seitenauslasslochs außerhalb des Bereichs gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung liegt und die Querbreite oder mehr ist, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden, wird eine Strömung gebildet, die sich vom Einlassloch für zu messendes Gas aus direkt zum Seitenauslassloch bewegt. Auf eine ähnliche Weise, wie wenn das Erfassungselement nicht von dem Abdeckkörper abgedeckt wird, kann eine Ansammlung der Partikel im Erfassungsteil schwierig werden.
Wenn außerdem die Öffnungsquerbreite des Seitenauslasslochs außerhalb des Bereichs gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung liegt und halb so groß wie die Querbreite oder kleiner ist, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden, kann es schwierig werden, das zu messende Gas, das einmal in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, zur Außenseite des Abdeckkörpers zu leiten. Dadurch nimmt die Strömungsmenge des zu messenden Gases, das vom Einlassloch für zu messendes Gas in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, ab. Eine Ansammlung der Partikel im Erfassungsteil kann schwierig werden.
Bei einer fünften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Öffnungslängslänge des Seitenauslasslochs mehr als halb so groß wie die Längslänge des Erfassungsteils.
Wenn die Öffnungslängslänge des Seitenauslasslochs innerhalb des Bereichs gemäß der fünften Ausgestaltung der Erfindung ausgebildet ist, bildet das zu messende Gas, das in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, eine Strömung, die sich nach dem Auftreffen auf dem Erfassungselement nach links und rechts aufteilt. In einem Teil der Strömung zu messenden Gases wird auf der stromaufwärtigen Seite des Erfassungselements eine Wirbelströmung gebildet. Der Durchfluss des zu messenden Gases, das vom Einlassloch für zu messendes Gas in den Abdeckkörper eingeleitet wird, kann unterdrückt werden, und die Menge im Erfassungsteil angesammelter Partikel kann erhöht werden.
Wenn andererseits die Öffnungslängslänge des Seitenauslasslochs außerhalb des Bereichs gemäß der fünften Ausgestaltung der Erfindung liegt und die Längslänge des Erfassungsteils oder weniger ist, wird andererseits das Herausleiten des zu messenden Gases, das in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, übermäßig unterdrückt, und das zu messende Gas steht innerhalb des Abdeckkörpers. Daher wird das Einlassen des zu messenden Gases übermäßig unterdrückt, und eine Ansammlung der Partikel im Erfassungsteil kann schwierig werden.
Bei einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Öffnungsdurchmesser des Vorderseitenauslasslochs der Innendurchmesser des Abdeckkörpers oder weniger. Ein Öffnungsdurchmesser des Vorderseitenauslasslochs ist mehr als halb so groß wie eine Querbreite, die durch Schnittpunkte mit Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden.
Wenn der Öffnungsdurchmesser des Vorderseitenauslasslochs innerhalb des Bereichs gemäß der sechsten Ausgestaltung der Erfindung ausgebildet ist, wird der Durchfluss des zu messenden Gases, das aus dem Vorderseitenauslassloch herausgeleitet worden ist, als Folge einer Saugkraft des zu messenden Gases, das im Umfeld eines unteren Endabschnitts des Abdeckkörpers strömt, wenn das zu messende Gas, das vom Einlassloch für zu messendes Gas in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, nach dem Auftreffen auf dem Erfassungsteil aus dem Vorderseitenauslassloch herausgeleitet wird, auf einen Bereich eingestellt, der ermöglicht, auf der stromaufwärtigen Seite des Erfassungsteils eine Wirbelströmung zu bilden. Der Durchfluss des zu messenden Gases, das vom Einlassloch für zu messendes Gas in den Abdeckkörper eingeleitet wird, kann unterdrückt werden, und die Menge im Erfassungsteil angesammelter Partikel kann erhöht werden.
Wenn andererseits der Öffnungsdurchmesser des Vorderseitenauslasslochs außerhalb des Bereichs gemäß der sechsten Ausgestaltung der Erfindung liegt und halb so groß wie die Querbreite oder kleiner ist, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden, wird das Herausleiten des zu messenden Gases, das in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, übermäßig unterdrückt, und das zu messende Gas steht innerhalb des Abdeckkörpers, Daher wird die Einleitung des zu messenden Gases übermäßig unterdrückt, und eine Ansammlung der Partikel im Erfassungsteil kann schwierig werden.
Wie in einer siebten Ausgestaltung der Erfindung kann eine Vielzahl von Seitenauslasslöchern derart ausgebildet sein, dass sie in einer Axialrichtung des Abdeckkörpers ausgerichtet sind.
Wie in einer achten Ausgestaltung der Erfindung kann das Seitenauslassloch in einer Langlochform ausgebildet sein, die sich in einer Axialrichtung des Abdeckkörpers erstreckt.
Gemäß der siebten Ausgestaltung oder der achten Ausgestaltung der Erfindung wird, wenn sich das zu messende Gas, das in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, nach dem Auftreffen auf dem Erfassungsteil nach links und rechts aufteilt, eine Strömung, die sich zum Seitenauslassloch hin bewegt, relativ verstärkt und eine Strömung, die sich zum Vorderseitenauslassloch hin bewegt, relativ unterdrückt. Dadurch kann eine Wirbelströmung, die sich oberhalb des Erfassungsteils bewegt, relativ verstärkt werden. Es kann eine Zunahme der Menge im Erfassungsteil angesammelter Partikel erwartet werden.
Bei einer neunten Ausgestaltung der Erfindung ist der Innendurchmesser des Abdeckkörpers zweimal so groß wie die Querbreite des Erfassungselements oder kleiner.
Gemäß der neunten Ausgestaltung der Erfindung wird der Durchfluss innerhalb des Abdeckkörpers unterdrückt. Dadurch findet eine Ablösung der im Erfassungsteil angesammelten Partikel nicht leicht statt. Es kann ein Partikelerfassungssensor realisiert werden, der elf günstiges Ansprechverhalten hat und in dem die Ansammlungsmenge im Erfassungsteil erhöht worden ist.
Wenn andererseits der Innendurchmesser des Abdeckkörpers außerhalb des Bereichs gemäß der neunten Ausgestaltung der Erfindung liegt und mehr als zweimal so groß wie die Querbreite des Erfassungselements ist, liegt der Durchfluss nahe an dem, wenn der Abdeckkörper nicht vorgesehen ist. Eine Ansammlung der Partikel im Erfassungsteil kann schwierig werden.
Bei einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung ist von einem Fußende des Abdeckkörpers bis zu einer Öffnungsposition des Einlasslochs für zu messendes Gas ein vorbestimmter Wirbelströmungsbildungsabstand vorgesehen.
Bei einer elften Ausgestaltung der Erfindung ist von einer Öffnungsposition des Einlasslochs für zu messendes Gas bis zu einer Spitze des Abdeckkörpers ein vorbestimmter Wirbelströmungsbildungsabstand vorgesehen.
Gemäß der zehnten Ausgestaltung oder der elften Ausgestaltung der Erfindung wird der Durchfluss innerhalb des Abdeckkörpers unterdrückt. Dadurch findet eine Ablösung der im Erfassungsteil angesammelten Partikel nicht leicht statt. Es kann ein Partikelerfassungssensor realisiert werden, der ein günstiges Ansprechverhalten hat und in dem die Ansammlungsmenge im Erfassungsteil erhöht worden ist.
Genauer gesagt kann wie bei einer zwölften Ausgestaltung der Erfindung die Öffnungsquerbreite des Einlasslochs für zu messendes Gas vorzugsweise 1 mm oder mehr und 10 mm weniger betragen, wenn die Querbreite des Erfassungsteils 2 mm oder mehr und 10 mm oder weniger und die Längslänge 2 mm oder mehr und 10 mm oder weniger beträgt.
Wie bei einer dreizehnten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Öffnungslängslänge des Einlasslochs für zu messendes Gas vorzugsweise 1 mm oder mehr und 10 mm oder weniger, wenn die Querbreite des Erfassungsteils 2 mm oder mehr und 10 mm oder weniger und die Längslänge 2 mm oder mehr und 10 mm oder weniger beträgt.
Wie bei einer vierzehnten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Öffnungsquerbreite des Seitenauslasslochs vorzugsweise 5 mm oder mehr und 10 mm oder weniger, wenn die Querbreite des Erfassungselements 10 mm beträgt.
Wie bei einer fünfzehnten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Öffnungslängslänge des Seitenauslasslochs vorzugsweise 5 mm oder mehr und 10 mm oder weniger, wenn die Öffnungsquerbreite des Seitenauslasslochs 10 mm beträgt.
Wie bei einer sechzehnten Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Öffnungsdurchmesser des Vorderseitenauslasslochs vorzugsweise 5 mm oder mehr, wenn die Querbreite des Erfassungselements 10 mm beträgt.
Wie bei einer siebzehnten Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein Abstand vom Fußende des Abdeckkörpers bis zur Öffnungsposition des Einlasslochs für zu messendes Gas vorzugsweise 10 mm oder mehr und 30 mm oder weniger.
Wie bei einer achtzehnten Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein Abstand von der Öffnungsposition des Einlasslochs für zu messendes Gas bis zur Spitze des Abdeckkörpers vorzugsweise 10 mm oder mehr und 30 mm oder weniger.
Gemäß der zwölften bis achtzehnten Ausgestaltung der Erfindung wird der Durchfluss innerhalb des Abdeckkörpers unterdrückt. Dadurch findet eine Ablösung der im Erfassungsteil angesammelten Partikel nicht leicht statt. Es kann ein Partikelerfassungssensor realisiert werden, der ein günstiges Ansprechverhalten hat und in dem die Ansammlungsmenge im Erfassungsteil erhöht worden ist.
Bei einer neunzehnten Ausgestaltung der Erfindung kann die physikalische Größe ein Widerstandswert, eine Kapazität, eine Impedanz oder ein Oxidations-Reduktions-Potential, das sich abhängig von einer Menge im Erfassungsteil angesammelter Partikel ändert, oder eine Kombination von aus dem Widerstandswert, der Kapazität, der Impedanz und dem Oxidations-Reduktions-Potential gewählter physikalischer Größen sein.
Wenn eine der physikalischen Größen gemäß der neunzehnten Ausgestaltung der Erfindung gemessen wird, wird der Durchfluss innerhalb des Abdeckkörpers unterdrückt. Dadurch findet eine Ablösung der im Erfassungsteil angesammelten Partikel nicht leicht statt. Die als das Messergebnis empfangene physikalische Größe ist stabil, und die Zuverlässigkeit als Partikelerfassungssensor nimmt zu.
Bei einer zwanzigsten Ausgestaltung der Erfindung ist der Abdeckkörper derart ausgebildet, dass zwischen dem Einlassloch für zu messendes Gas und dem Erfassungselement allmählich ein Innenraum zur stromabwärtigen Seite des zu messenden Gases hin zunimmt. Außerdem wird der Wirbelströmungsbildungsabschnitt durch eine Innenwandfläche des Abdeckkörpers gebildet.
Die Wirbelströmung kann in einer Position ausgebildet werden, die einen Strömungsweg vom Einlassloch für zu messendes Gas und dem Seitenauslassloch leicht beeinflusst. Daher können die Wirkungen, den Durchfluss zu unterdrücken, verbessert werden.
Bei einer einundzwanzigsten Ausgestaltung der Erfindung hat der Wirbelströmungsbildungsabschnitt auf einer Oberfläche, die einer Innenseite des Abdeckkörpers zugewandt ist, eine konkav gekrümmte Oberfläche.
Abgesehen davon, dass die Strömung zu messenden Gases, die auf der Erfassungselementseite reflektiert wird, begrenzt wird, wird zum Beispiel eine Druckschwankung des zu messenden Gases, das sich innerhalb des Abdeckkörpers vom Einlassloch für zu messendes Gas entlang der konkav gekrümmten Oberfläche bewegt, unterstützt. Daher können die Wirkungen, den Durchfluss zu unterdrücken, weiter verbessert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen Folgendes:
1A bis 1D Schaubilder mit einem Überblick über einen Partikelerfassungssensor gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung, wobei 1A eine vertikale Schnittansicht ist, 1B eine Halbschnittansicht entlang der Linie A-A in 1A ist, 1C eine horizontale Schnittansicht entlang der Linie C-C in 1A ist und 1D eine Bodenansicht entlang der Linie D-D in 1A ist;
2 eine auseinander gezogene Perspektivansicht eines Beispiels eines Erfassungselements, das in dem Partikelerfassungssensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;
3 eine horizontale Schnittansicht zur Erläuterung der Wirkungen des Partikelerfassungssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine vertikale Schnittansicht, die die Wirkungen des Partikelerfassungssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert;
5A und 5B horizontale Schnittansichten zur Erläuterung bevorzugter numerischer Bereiche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei 5A ein erläuterndes Schaubild für den Fall ist, dass eine Öffnungsquerbreite eines Einlasslochs für zu messendes Gas groß ist, und 5B ein erläuterndes Schaubild für den Fall ist, dass die Öffnungsquerbreite klein ist;
6A und 6B vertikale Schnittansichten zur Erläuterung bevorzugter numerischer Bereiche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei 6A ein erläuterndes Schaubild für den Fall ist, dass eine Öffnungslängslänge des Einlasslochs für zu messendes Gas groß ist, und 6B ein erläuterndes Schaubild für den Fall ist, dass die Öffnungslängslänge klein ist;
7A und 7B horizontale Schnittansichten zur Erläuterung bevorzugter numerischer Bereiche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei 7A ein erläuterndes Schaubild für den Fall ist, dass eine Öffnungsquerbreite eines Seitenauslasslochs groß ist, und 7B ein erläuterndes Schaubild für den Fall ist, dass die Öffnungsquerbreite klein ist;
8A und 8B horizontale Schnittansichten zur Erläuterung bevorzugter numerischer Bereiche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei 8A ein erläuterndes Schaubild für den Fall ist, dass eine Öffnungslängsbreite des Seitenauslasslochs klein ist, und 8B ein erläuterndes Schaubild für einen Öffnungsdurchmesser eines Bodenauslasslochs ist;
9A und 9B vertikale Schnittansichten zur Erläuterung bevorzugter numerischer Bereiche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei 9A ein erläuterndes Schaubild für den Fall ist, dass eine Öffnungsposition des Einlasslochs für zu messendes Gas nahe an einem Fußende ist, und 9B ein erläuterndes Schaubild für den Fall ist, dass die Öffnungsposition von dem Fußende weg ist;
10A und 10B Schaubilder der Wirkungen der Erfindung, wobei 10A eine als Zeichnungsersatz dienende Fotografie ist, die einen Zustand zeigt, in dem in einem Erfassungsteil PM gesammelt sind, und 10B als Vergleichsbeispiel eine als Zeichnungsersatz dienende Fotografie ist, die einen Zustand zeigt, in dem PM gesammelt sind, wenn kein Abdeckkörper vorgesehen ist;
11A bis 11F Perspektivansichten von Änderungsbeispielen des Abdeckkörpers, der ein Hauptabschnitt der Erfindung ist;
12A und 12B Schaubilder von Änderungsbeispielen der Erfindung, wobei 12A eine horizontale Schnittansicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und 12B eine vertikale Schnittansicht gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist;
13 eine horizontale Schnittansicht gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
14A und 14B Schaubilder der Wirkungen der Erfindung, wobei 14A ein Verhaltensschaubild ist, das sich auf die Öffnungsquerbreite des Einlasslochs bezieht, und 14B ein Verhaltensschaubild ist, das sich auf die Öffnungslängslänge des Einlasslochs bezieht;
15A und 15B Schaubilder der Wirkungen der Erfindung, wobei 15A ein Verhaltensschaubild ist, das sich auf die Öffnungsquerbreite des Seitenauslasslochs bezieht, und 15B ein Verhaltensschaubild ist, das sich auf die Öffnungslängslänge des Seitenauslasslochs bezieht; und
16A und 16B Schaubilder der Wirkungen der Erfindung, wobei 16A ein Verhaltensschaubild ist, das sich auf den Öffnungsdurchmesser des Bodenauslasslochs bezieht, und 16B ein Verhaltensschaubild ist, das sich auf ein Druckeinstellloch bezieht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Partikelerfassungssensor gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben.
– Erstes Ausführungsbeispiel –
Unter Bezugnahme auf 1 bis 10 wird ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Überblick eines Partikelerfassungssensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gegeben. Der Partikelerfassungssensor 1 ist auf einem Abgasströmungsweg einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Partikelerfassungssensor 1 erfasst Partikel (PM), die in einem zu messenden Gas enthalten sind, und wird für eine Verbrennungssteuerung der Brennkraftmaschine, für eine Fehlerdiagnose eines DPF und dergleichen genutzt.
Der Partikelerfassungssensor 1 wird von einem Erfassungselement 10 und einem ungefähr zylinderförmigen Abdeckkörper 20 gebildet. Das Erfassungselement 10 ist durch ein Gehäuse 40 mit einem Isolator 30 dazwischen an einem Strömungsweg des zu messenden Gases befestigt. Das Erfassungselement 10 ist derart platziert, dass ein Erfassungsteil 11 einer stromaufwärtigen Seite des zu messenden Gases zugewandt ist. Der Abdeckkörper 20 ist ein Hauptabschnitt der Erfindung. Der Abdeckkörper 20 ist an dem Gehäuse 40 befestigt und bedeckt die Spitze des Erfassungselements 10.
Der Abdeckkörper 20 ist ungefähr zylinderförmig ausgebildet, sodass er den Außenumfang des Erfassungselements 10 bedeckt. Auf einer Fußendenseite des Abdeckkörpers 20 ist ein Schulterabschnitt 21 vorgesehen, der radial nach außen vorsteht. Ein Fußendenabschnitt des Abdeckkörpers 20 wird, indem er von einem an der Spitze des Gehäuses 40 vorgesehenen Klemmabschnitt 42 geklemmt wird, fixiert.
Auf einem Umfangswandabschnitt 22 des Abdeckkörpers 20 ist in einer Position, die dem Erfassungsteil 11 des Erfassungselements 10 gegenüber liegt, derart ein Einlassloch H₁ ausgebildet, dass es sich zur stromaufwärtigen Seite des zu messenden Gases hin öffnet. Das Einlassloch H₁ leitet das zu messende Gas in den Abdeckkörper 20 ein. Auf dem Umfangswandabschnitt 22 des Abdeckkörpers 20 ist in einer Position, die beiden Seitenflächen des Erfassungselements 10 gegenüber liegt, derart ein Paar Seitenauslasslöcher H₂ ausgebildet, dass sie sich in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Strömung zu messenden Gases und in jeder Seitenflächenrichtung des Abdeckkörpers 20 öffnen. (Die Zahl vor der Markierung ”-H”, die in den Figuren auf ein Loch hinweist, gibt die Anzahl der gleichen Art von Löchern an, die auf dem Abdeckkörper 20 vorgesehen sind.) Das Seitenauslassloch H₂ leitet das zu messende Gas, das in den Abdeckkörper 20 eingeleitet worden ist, in die Seitenflächenrichtung des Erfassungselements 10. Im Umfangswandabschnitt 22 des Abdeckkörpers 20 ist derart ein Einstellloch H₄ ausgebildet, dass es sich zur stromabwärtigen Seite des zu messenden Gases öffnet. Das Einstellloch H₄ leitet das zu messende Gas ein und leitet es heraus, um ein Druckgleichgewicht des zu messenden Gases, das in den Abdeckkörper 20 eingeleitet worden ist, zu erreichen, und ist auf einer Rückflächenseite des Erfassungselements 10 vorhanden. In einem Bodenabschnitt 23 des Abdeckkörpers 20 ist derart ein Bodenauslassloch H₃ (das einem ”Vorderseitenauslassloch” entspricht) ausgebildet, dass es sich in einer Längsachsenrichtung des Erfassungselements 10 öffnet. Das Bodenauslassloch H₃ leitet das zu messende Gas, das in den Abdeckkörper 20 eingeleitet worden ist, unter eine Spitzenendenseite.
Ein Innendurchmesser ⌀D₂₀ des Abdeckkörpers 20 ist so ausgebildet, dass er zweimal so groß wie eine Querbreite W₁₀ des Erfassungselements 10 oder kleiner ist.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Öffnungsquerbreite W₁ des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas so ausgebildet, dass es zwischen einem vorbestimmten oberen Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_1HL und einem vorbestimmten unteren Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_1LL liegt. Eine Öffnungslängslänge T₁ des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas ist so ausgebildet, dass sie zwischen einem vorbestimmten oberen Öffnungslängslängen-Grenzwert T_1HL und einem vorbestimmten unteren Öffnungslängslängen-Grenzwert T_1LL liegt. Eine Öffnungsquerbreite W₂ des Seitenauslasslochs H₂ ist so ausgebildet, dass sie zwischen einem vorbestimmten oberen Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_2HL und einem vorbestimmten unteren Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_2LL liegt. Eine Öffnungslängslänge T₂ des Seitenauslasslochs H₂ ist so ausgebildet, dass sie ein vorbestimmter unterer Öffnungslängslängen-Grenzwert T_2LL oder mehr ist. Darüber hinaus liegt ein Öffnungsdurchmesser ⌀D₃ des Bodenauslasslochs H₃ zwischen einem vorbestimmten unteren Öffnungsdurchmesser-Grenzwert W_3LL und einem vorbestimmten oberen Öffnungsdurchmesser-Grenzwert W_3HL. Des Weiteren sind zumindest ein Abstand L vom Fußende des Abdeckkörpers 20 bis zu einer Öffnungsposition des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas und ein Abstand L₁ von der Öffnungsposition des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas bis zur Spitze des Abdeckkörpers 20 vorgeschrieben. Dadurch wird die Strömung zu messenden Gases, die auf den Erfassungsteil 11 trifft, nach oben, unten, links und rechts aufgeteilt und vom Seitenauslassloch H₂ und dem Bodenauslassloch H₃ aus dem Abdeckkörper 20 herausgeführt. Gleichzeitig wird ein Durchfluss des zu messenden Gases, das in den Abdeckkörper 20 eingeleitet wird, durch eine Wirbelströmung unterdrückt, die innerhalb des Abdeckkörpers 20 auf der stromaufwärtigen Seite des Erfassungsteils 11 ausgebildet wird. Dadurch wird verhindert, dass sich im Erfassungsteil 11 angesammelte Partikel lösen. Mit anderen Worten entsprechen der Abdeckkörper 20 und ein Raum, der von den Innenwänden des Abdeckkörpers 20 gebildet wird, einem Wirbelströmungsbildungsabschnitt.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 2 ein Beispiel eines bestimmten Aufbaus des Erfassungselements 10 beschrieben, das im Partikelerfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Das Erfassungselement 10 ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ungefähr plattenförmig, wobei die Größe eines im Innern des Abdeckkörpers 20 frei liegenden Bereichs eine vorbestimmte Querbreite W₁₀, Länge L₁₀ und Dicke t₁₀ hat. Der Erfassungsteil 11 ist an der Spitze des Erfassungselements 10 vorgesehen. Der Erfassungsteil 11 ist derart auf dem Strömungsweg des zu messenden Gases montiert, dass er der stromaufwärtigen Seite des Strömungswegs des zu messenden Gases zugewandt ist.
Als eine physikalische Größe, die sich abhängig von der Menge angesammelter PM im Erfassungsteil 11 des Erfassungselements 10 ändert, wird ein Widerstandswert eines Leitungswegs erfasst, der von den PM gebildet wird, die sich zwischen einem Paar Elektroden angesammelt haben.
Der Erfassungsteil 11 wird von einem isolierenden, wärmebeständigen Substrat 100 und einem Paar Erfassungselektroden 110 und 120 gebildet. Das Paar Erfassungselektroden 110 und 120 ist auf dem isolierenden, wärmebeständigen Substrat 100 auf einer Oberfläche vorgesehen, die dem zu messenden Gas ausgesetzt ist. Die Erfassungselektroden 110 und 120 sind voneinander mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen getrennt.
Die Erfassungselektrode 110 und die Erfassungselektrode 120 sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit Leitungsabschnitten 111 und 121 verbunden, die Leitung mit einer (nicht gezeigten) Widerstandsmesseinrichtung herstellen, die extern vorgesehen ist. Eine Vielzahl von Erfassungselektroden 110 und eine Vielzahl von Erfassungselektroden 120 sind jeweils kammförmig ausgebildet und liegen einander abwechselnd gegenüber.
Um für Isolationseigenschaften der Leitungsabschnitte 111 und 121 zu sorgen, ist darüber hinaus unter Verwendung eines isolierenden, wärmebeständigen Materials eine isolierende, wärmebeständige Schutzschicht 103 ausgebildet. Die isolierende, wärmebeständige Schutzschicht 103 bedeckt die Vorderfläche des isolierenden, wärmebeständigen Substrats 100 mit Ausnahme des Erfassungsteils 11 und die Leitungsabschnitte 111 und 121.
Auf der Rückflächenseite des isolierenden, wärmebeständigen Substrats 100 sind isolierende, wärmebeständige Substrate 101 und 102 aufgeschichtet. Eine Heizung 130, die durch Energiebeaufschlagung Wärme erzeugt, und ein Paar Heizungsleitungsabschnitte 131 und 132 sind derart ausgebildet, dass sie zwischen den isolierenden, wärmebeständigen Substraten 101 und 102 eingeschlossen sind. Das Paar Heizungsleitungsabschnitte 131 und 132 verbindet die Heizung 130 und eine (nicht gezeigte) Energiebeaufschlagungs-Steuerungsvorrichtung, die extern vorgesehen ist.
Die isolierenden, wärmebeständigen Substrate 100, 101 und 102 werden jeweils durch ein bekanntes Verfahren, etwa ein Rakelverfahren, ein Pressformverfahren, ein kaltisostatisches Pressverfahren (CIP) oder ein heißisostatisches Pressverfahren (HIP), unter Verwendung eines elektrisch isolierenden, wärmebeständigen Materials wie Aluminiumoxid plattenförmig ausgebildet. Das isolierende, wärmebeständige Substrat 101, das in der Mitte vorgesehen ist, kann abhängig von der Dicke des isolierenden, wärmebeständigen Substrats 100 weggelassen werden.
Die Erfassungselektroden 110 und 120, die Leitungsabschnitte 111 und 121, die Heizung 130 und die Heizungsleitungsabschnitte 131 und 132 werden durch ein bekanntes Verfahren, etwa Dickfilmdruck, Plattieren oder Dampfabscheidung, ausgebildet. Das Erfassungselement 10 wird durch die vorstehenden Bestandteile gebildet, indem die die vorstehenden Bestandteile zu einer Einheit aufgeschichtet und gebrannt werden.
Die in dem zu messenden Gas enthaltenen PM können erfasst werden, indem der elektrische Widerstand zwischen dem Paar Erfassungselektroden 110 und 120 gemessen wird. Der elektrische Widerstand ändert sich abhängig von der Menge an leitenden PM, die sich zwischen den Erfassungselektroden 110 und 120 angesammelt haben.
Ein Merkmal des erfindungsgemäßen Partikelerfassungssensors 1 ist, dass die Menge an im Erfassungsteil 11 angesammelten PM maximiert wird, indem die Positionen und Größen des Einlasslochs H₁, der Auslasslöcher H₂ und H₃ und des Druckeinstelllochs H₄ die in dem Abdeckkörper 20 ausgebildet sind, vorgeschrieben werden. Daher muss das in dem Partikelerfassungssensor 1 verwendete Erfassungselement 10 lediglich so beschaffen sein, dass der Erfassungsteil 11 des ungefähr plattenförmigen Erfassungselements 10 innerhalb des zu messenden Gases platziert ist und dass die physikalische Größe, die sich abhängig von der Menge an im Erfassungsteil 11 angesammelten PM ändert, erfasst wird. Genauer gesagt ist das Erfassungselement 10 nicht wie im ersten Ausführungsbeispiel auf eines beschränkt, das als die physikalische Größe den Widerstandswert misst, der sich abhängig von der Menge an im Erfassungsteil 11 angesammelten PM ändert. Anstelle dessen kann ein Erfassungselement verwendet werden, das die Kapazität misst, die sich abhängig von der Menge an im Erfassungsteil 11 angesammelten PM ändert, ein Erfassungselement, das die Impedanz misst, die sich abhängig von der Menge an im Erfassungsteil 11 angesammelten PM ändert, oder ein Erfassungselement, das ein Oxidations-Reduktions-Potential erfasst, das erzeugt wird, wenn eine Oxidations-Entfernung der im Erfassungsteil 11 angesammelten PM erfolgt. Alternativ kann auch eine Kombination von Erfassungselementen verwendet werden, die die aus den vorstehenden Größen gewählten physikalischen Größen messen.
Das Erfassungselement kann zusätzlich zu dem Erfassungselement, bei dem das Paar Erfassungselektroden 110 und 120 wie im ersten Ausführungsbeispiel in Kammformen ausgebildet ist und der Widerstandswert gemessen wird, ein Erfassungselement sein, bei dem eine poröse Elektrode im Erfassungsteil ausgebildet ist, um Änderungen des Widerstandswerts zu erfassen, die die Ansammlung an PM begleiten.
Die Querbreite W₁ in der Horizontalrichtung des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas ist auf den vorbestimmten unteren Einlassloch-Querbreiten-Grenzwert W_1LL oder mehr eingestellt. Der untere Einlassloch-Querbreiten-Grenzwert W_1LL ist halb so groß wie die Querbreite W₁₀ oder größer. Die Querbreite W₁₀ ist durch Schnittpunkte mit Geraden (den Projektionslinien) definiert, die gebildet werden, wenn Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20 projiziert werden. Darüber hinaus ist die Querbreite W₁ des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas auf den vorbestimmten oberen Einlassloch-Querbreiten-Grenzwert W_1HL oder weniger eingestellt. Der obere Einlassloch-Querbreiten-Grenzwert W_1HL ist die Querbreite W₁₀ oder weniger. Die Querbreite W₁₀ ist durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20 projiziert werden.
Die Längslänge T₁ in der Axialrichtung des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas ist auf den vorbestimmten unteren Einlassloch-Längslängen-Grenzwert T_1LL oder mehr eingestellt. Der untere Einlassloch-Längslängen-Grenzwert T_1LL ist halb so groß wie die Längslänge T₁₁ des Erfassungsteils 11 oder größer. Darüber hinaus ist die Längslänge T₁ des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas auf den vorbestimmten oberen Einlassloch-Längslängen-Grenzwert T_1HL oder weniger eingestellt. Der obere Einlassloch-Längslängen-Grenzwert T_1HL ist die Längslänge T₁₁ des Erfassungsteils 11 oder weniger.
Darüber hinaus ist das Einlassloch H₁ für zu messendes Gas an einer Position ausgebildet, die dem Wirbelströmungsbildungsabstand L₁ vom Fußende des Abdeckkörpers 20 entspricht. Der Wirbelströmungsbildungsabstand L₁ ist so eingestellt, dass er einen Raum von der Mitte des Erfassungsteils 11 bis zum Fußende des Abdeckkörpers 20 bildet. In dem Raum wird eine Wirbelströmung gebildet, in der das zu messende Gas, das auf den Erfassungsteil 11 trifft, nach oben strömt und anschließend nach unten zirkuliert.
Darüber hinaus ist ein Wirbelströmungsbildungsabstand 12 vorgesehen, um einen Raum von der Mitte des Erfassungsteils 11 bis zur Spitze des Abdeckkörpers 20 zu bilden. In dem Raum wird eine Wirbelströmung gebildet, in der ein Teil des zu messenden Gases, das auf den Erfassungsteil 11 trifft, nach unten strömt und anschließend zur stromaufwärtigen Seite zirkuliert.
Die Querbreite W₂ in der Horizontalrichtung des Seitenauslasslochs H₂ ist auf den oberen Seitenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_2HL oder weniger eingestellt. Der obere Seitenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_2HL ist kleiner als eine Querbreite W_E, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die durch Projektion der Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20 gebildet werden. Darüber hinaus ist die Querbreite W₂ des Seitenauslasslochs H₂ auf den unteren Seitenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_2LL oder mehr eingestellt. Der untere Seitenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_2LL ist mehr als halb so groß wie die Querbreite W_E, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die durch Projektion der Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20 gebildet werden.
Die Öffnungslängslänge T₂ des Seitenauslasslochs H₂ ist auf den unteren Seitenauslassloch-Längslängen-Grenzwert T_2LL oder mehr eingestellt. Der untere Seitenauslassloch-Längslängen-Grenzwert T_2LL ist mehr als halb so groß wie die Längslänge T₁₁ des Erfassungsteils 11.
Der Öffnungsdurchmesser ⌀D₃ des Badenauslasslochs H₃ ist auf einen oberen Bodenauslassloch-öffnungsquerbreiten-Grenzwert H_3HL oder weniger und einen unteren Bodenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert H_3LL oder mehr eingestellt. Der obere Bodenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert H_3HL ist der Innendurchmesser ⌀D₂₀ des Abdeckkörpers 20 oder weniger. Der untere Bodenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert H_3LL ist größer als die Dicke t₁₀ des Erfassungselements 10.
Das Bodenauslassloch H₃ kann wie im ersten Ausführungsbeispiel als ein einzelnes Loch ausgebildet sein, oder es kann von einer Vielzahl von Löchern gebildet werden.
Genauer wird zum Beispiel die Öffnungsquerbreite W₁ des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas auf 1 mm oder mehr und 10 mm oder weniger eingestellt, wenn die Querbreite W₁₁ des Erfassungsteils 11 2 mm oder mehr und 10 mm oder weniger beträgt und die Längslänge T₁₁ 2 mm oder mehr und 10 mm oder weniger beträgt. Die Öffnungslängslänge T₁ des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas wird auf 1 mm oder mehr und 10 mm oder weniger eingestellt. Die Öffnungsquerbreite W₂ des Seitenauslasslochs H₂ wird auf 5 mm oder mehr und 10 mm oder weniger eingestellt. Die Öffnungslängslänge T₂ des Seitenauslass-lochs H₂ wird auf 10 mm oder mehr eingestellt. Der Öffnungsdurchmesser ⌀D₃ des Bodenauslasslochs H₃ wird auf 5 mm oder mehr eingestellt. Der Abstand L₁ vom Fußende des Abdeckkörpers 20 bis zur Öffnungsposition des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas wird auf 10 mm oder mehr und 30 mm oder weniger eingestellt. Der Abstand L₂ von der Öffnungsposition des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas bis zur Spitze des Abdeckkörpers 20 wird auf 5 mm oder mehr und 15 mm oder weniger eingestellt.
Unter Bezugnahme auf 3 und 4 werden die Wirkungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Das zu messende Gas, das vom Einlassloch H₁ für zu messendes Gas in den Abdeckkörper 20 eingeleitet wird, trifft auf den Erfassungsteil 11. Die in dem zu messenden Gas enthaltenen PM sammeln sich auf der Vorderfläche des Erfassungsteils 11. Gleichzeitig wird das zu messende Gas, das in den Abdeckkörper 20 eingeleitet worden ist, nach oben, nach unten, nach links und nach rechts aufgeteilt und vom Seitenauslassloch H₂ und dem Bodenauslassloch H₃ zur Außenseite des Abdeckkörpers 20 geleitet. Gleichzeitig prallt das zu messende Gas, das zur Außenseite geleitet worden ist, auf das zu messende Gas, das um den Abdeckkörper 20 herumströmt, oder wird von dem zu messenden Gas weggerissen und ändert die Strömungsrichtung zur stromabwärtigen Richtung.
Darüber hinaus bildet ein Teil des zu messenden Gases, das innerhalb des Abdeckkörpers 20 strömt, als Folge einer Differenz zwischen dem Durchfluss, wenn das zu messende Gas vom Einlassloch H₁ für zu messendes Gas in den Abdeckkörper 20 eingeleitet wird, und einem Durchfluss, wenn das zu messende Gas vom Seitenauslassloch H₂ und dem Bodenauslassloch H₃ zur Außenseite des Abdeckkörpers 20 geleitet wird, oder durch eine innerhalb des Abdeckkörpers 20 auftretende Druckverteilung die Wirbelströmung, die zur stromaufwärtigen Seite des Erfassungsteils 11 zirkuliert. Daher wird der Durchfluss des zu messenden Gases, das in den Abdeckkörper 20 eingeleitet wird, unterdrückt.
Dadurch können die auf der Vorderfläche des Erfassungsteils 11 angesammelten PM auf dem Erfassungsteil 11 im angesammelten Zustand gehalten werden, ohne von dem zu messenden Gas, das in den Abdeckkörper 20 eingeleitet wird, weggetragen zu werden.
Unter Bezugnahme auf 5A bis 9B wird die Voraussetzung für die numerischen Beschränkungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In einem in 5A gezeigten Abdeckkörper 20Z ist die Öffnungsquerbreite W_1Z eines Einlasslochs H_1Z für zu messendes Gas die Querbreite W₁₀ oder mehr. Die Querbreite W₁₀ ist durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20 projiziert werden. In diesem Fall wird der Durchfluss des zu messenden Gases, das in den Abdeckkörper 20Z eingeleitet worden ist, nicht unterdrückt. Es bildet sich eine Strömung, die sich direkt vom Einlassloch H_1Z für zu messendes Gas zum Seitenauslassloch H₂ bewegt. Daher kann die Ansammlung von Partikeln in dem Erfassungsteil 11 ähnlich, wie wenn das Erfassungselement 10 nicht von dem Abdeckkörper 20 abgedeckt wird, schwierig werden. Daher ist die Öffnungsquerbreite W₁ des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas vorzugsweise kleiner als die Querbreite W₁₀, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20 projiziert werden.
Des Weiteren ist in 5B eine Öffnungsquerbreite W_1Y eines Einlasslochs H_1Y für zu messendes Gas der vorbestimmte untere Einlassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_1LL oder weniger. Der untere Einlassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_1LL ist weniger als halb so groß wie die Querbreite W₁₀, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungsteils 11 auf den Abdeckkörper 20 projiziert werden. In diesem Fall nimmt die Absolutmenge an zu messendem Gas ab, das in den Abdeckkörper 20Y eingeleitet wird. Darüber hinaus wird der Durchfluss des zu messenden Gases übermäßig unterdrückt. Die Ansammlung der PM in dem Erfassungsteil 11 kann schwierig werden. Daher ist die Öffnungsquerbreite W₁ des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas vorzugsweise mehr als halb so groß wie die Querbreite W₁₀, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungsteils 11 auf den Abdeckkörper 20 projiziert werden.
In 6A ist die Öffnungslängslänge T_1X eines Einlasslochs H_1X für zu messendes Gas der vorbestimmte obere Einlassloch-Öffnungslängslängen-Grenzwert T_1HL oder mehr. Der obere Einlassloch-Öffnungslängslängen-Grenzwert T_1HL ist größer als die Längslänge T₁₁ des Erfassungsteils 11. In diesem Fall wird der Durchfluss des zu messenden Gases, das in den Abdeckkörper 20X eingeleitet worden ist, nicht ausreichend unterdrückt. Es bildet sich eine Strömung, die sich direkt vom Einlassloch H_1X für zu messendes Gas zum Bodenauslassloch H₃ bewegt. Ähnlich, wie wenn das Erfassungselement 10 nicht von dem Abdeckkörper 20 abgedeckt wird, kann eine Ansammlung der PM in dem Erfassungsteil 11 schwierig werden. Daher ist die Öffnungslängslänge T₁ des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas vorzugsweise kleiner als die Längslänge T₁₁ des Erfassungsteils 11.
In 6B ist eine Öffnungslängslänge T_1W eines Einlasslochs H_1W für zu messendes Gas der untere Einlassloch-Längslängen-Grenzwert T_1LL oder weniger. Der untere Einlassloch-Längslängen-Grenzwert T_1LL ist weniger als halb so groß wie die Längslänge T₁₁ des Erfassungsteils 11. In diesem Fall nimmt die Absolutmenge des zu messenden Gases ab, das in den Abdeckkörper 20W eingeleitet wird. Darüber hinaus wird der Durchfluss des zu messenden Gases übermäßig unterdrückt. Die Ansammlung der PM in dem Erfassungsteil 11 kann schwierig werden. Daher ist die Öffnungslängslänge T₁ des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas vorzugsweise mehr als halb so groß wie die Längslänge T₁₁ des Erfassungsteils 11.
In 7A ist eine Querbreite W_2V eines Seitenauslasslochs H_2V der vorbestimmte obere Seitenauslassloch-Querbreiten-Grenzwert W_2HL oder mehr. Der obere Seitenauslassloch-Querbreiten-Grenzwert W_2HL ist größer als die Querbreite W_E, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20V projiziert werden. In diesem Fall bildet sich eine Strömung, die sich direkt vom Einlassloch H₁ für zu messendes Gas zum Seitenauslassloch H_2V bewegt. Ähnlich, wie wenn das Erfassungselement 10 nicht vom Abdeckkörper 20 abgedeckt wird, wird eine Ansammlung der PM im Erfassungsteil 11 schwierig. Daher ist die Querbreite W₂ des Seitenauslasslochs H₂ vorzugsweise kleiner als die Querbreite W_E, die durch die Schnittpunkte und die Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20 projiziert werden.
In 7B ist eine Öffnungsquerbreite W_2U eines Seitenauslasslochs H_2U halb so groß wie die Querbreite W_E oder kleiner. Die Querbreite W_E ist durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20U projiziert werden. In diesem Fall wird es schwierig, das zu messende Gas, das einmal in den Abdeckkörper 20U eingeleitet worden ist, zur Außenseite des Abdeckkörpers 20U zu leiten. Dadurch nimmt die Strömungsmenge des zu messenden Gases ab, das vom Einlassloch H₁ für zu messendes Gas in den Abdeckkörper 20U eingeleitet wird, und es bildet sich nicht die Strömung zu messenden Gases, die auf den Erfassungsteil 11 trifft. Die Ansammlung der PM kann schwierig werden. Daher ist die Öffnungsquerbreite W₂ des Seitenauslasslochs H₂ vorzugsweise mehr als halb so groß wie die Querbreite W_E, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20 projiziert werden.
In 8A ist eine Öffnungslängslänge T_2T eines Seitenauslasslochs Z_2T halb so groß wie die Längslänge T₁₁ des Erfassungsteils 11 oder kleiner. In diesem Fall wird das Herausleiten des zu messenden Gases, das in den Abdeckkörper 20T eingeleitet worden ist, übermäßig unterdrückt, und das zu messende Gas steht innerhalb des Abdeckkörpers 20T. Daher wird die Einleitung des zu messenden Gases übermäßig unterdrückt. Die Ansammlung der PM kann schwierig werden. Daher ist die Öffnungslängslänge T₂ des Seitenauslasslochs H₂ vorzugsweise mehr als halb so groß wie die Längslänge T₁₁ des Erfassungsteils 11.
In 8B ist ein Öffnungsdurchmesser ⌀D_3S eines Bodenauslasslochs H_3S die Dicke t₁₀ des Erfassungselements 10 oder weniger. In diesem Fall wird das Herausleiten des zu messenden Gases aus dem Bodenauslassloch H_3S schwierig, und das zu messende Gas steht innerhalb des Abdeckkörpers 20S. Daher wird die Einleitung des zu messenden Gases übermäßig unterdrückt. Die Ansammlung der Partikel im Erfassungsteil 11 kann schwierig werden. Daher ist der Öffnungsdurchmesser ⌀D₃ des Bodenauslasslochs H₃ vorzugsweise größer als die Dicke t₁₀ des Erfassungselements 10.
In 9A befindet sich eine Öffnungsposition eines Einlasslochs H_1R für zu messendes Gas nicht in einer Position, die dem Erfassungsteil 11 des Erfassungselements 10 gegenüber liegt. Der Abstand L_1R vom Fußende des Abdeckkörpers 20R ist kürzer als 10 mm. In diesem Fall bildet sich keine Wirbelströmung innerhalb des Abdeckkörpers 20R, und es bildet sich eine starke Strömung, die sich in Richtung des Bodenauslasslochs H₃ bewegt. Daher können sich die im Erfassungsteil 11 angesammelten PM leicht ablösen.
In 9B ist ein Abstand L_1Q vom Fußende des Abdeckkörpers 20Q zu einer Öffnungsposition eines Einlasslochs H_1Q für zu messendes Gas länger als 30 mm. In diesem Fall bildet sich eine Strömung, die sich direkt vom Einlassloch H_1Q für zu messendes Gas zum Boderauslassloch H₃ bewegt. Die PM können die Oberfläche des Erfassungsteils 11 nicht erreichen, und die Ansammlung kann schwierig werden.
10A und 10B zeigen ein Beispiel der Wirkungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und einem Vergleichsbeispiel.
10A ist eine Fotografie, die einen Zustand zeigt, in dem die PM im Erfassungsteil 11 des Partikelerfassungssensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung angesammelt sind. 10B ist eine Fotografie, die als ein Vergleichsbeispiel einen Zustand zeigt, in dem die PM angesammelt sind, wenn das Erfassungselement 10 nicht von dem Abdeckkörper 20 abgedeckt wird.
Wie in 10A gezeigt ist, sammeln sich die PM derart an, dass sie sich in einem bestimmten Bereich auf der Oberfläche des Erfassungsteils 11 konzentrieren, wenn das Erfassungselement 10 von dem Abdeckkörper 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel abgedeckt wird.
Wie andererseits in 10B gezeigt ist, sammeln sich die PM geringfügig über der gesamten Vorderfläche des Erfassungselements 10 an, wenn der Abdeckkörper 20, der der Hauptabschnitt der Erfindung ist, nicht vorgesehen ist.
Unter Bezugnahme auf 11A bis 11B werden Änderungsbeispiele des Abdeckkörpers 20 beschrieben.
11A ist eine Perspektivansicht des Abdeckkörpers 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wie in 11B gezeigt ist, kann eine Vielzahl von Seitenauslasslöchern H₂ derart ausgebildet sein, dass sie in der Axialrichtung des Abdeckkörpers 20a ausgerichtet sind.
Das Seitenauslassloch H₂ kann wie im ersten Ausführungsbeispiel kreisförmig sein. Alternativ kann ein Seitenauslassloch H_2b wie bei dem in 11C gezeigten Abdeckkörper 20b rechteckförmig ausgebildet sein. Wie in 11D gezeigt ist, kann ein Seitenauslassloch H_2C in der Form eines Langlochs ausgebildet sein, das sich in der Axialrichtung des Abdeckkörpers 20c erstreckt. Wenn in diesem Fall die Querbreite W₂ des Seitenauslasslochs H₂, H_2b oder H_2c innerhalb des oben beschriebenen Bereichs eingestellt ist, kann der Durchfluss des zu messenden Gases, das in den Abdeckkörper 20, 20a, 20b oder 20c eingeleitet wird, geeignet unterdrückt werden. Die Ansammlung der PM im Erfassungsteil 11 wird erleichtert.
Wie darüber hinaus in 11E gezeigt ist, kann eine Vielzahl von Bodenauslasslöchern H_3d ausgebildet sein. In diesem Fall fungiert das Bodenauslassloch H_3d, das weiter zur stromaufwärtigen Seite des Erfassungselements 10 positioniert ist, als ein Auslassloch, das das zu messende Gas vom Abdeckkörper 20d zur Spitze leitet. Des Weiteren fungiert das Bodenauslassloch H_3d, das weiter zur stromabwärtigen Seite des Erfassungselements 10 positioniert ist, als ein Einlassloch, um innerhalb des Abdeckkörpers 20d auf der Rückflächenseite des Erfassungselements 2 einen Druckausgleich innerhalb und außerhalb des Abdeckkörpers 20d zu erreichen.
Wie in 11F gezeigt ist, kann der Bodenhalbabschnitt der Spitzenendenseite des Abdeckkörpers 20e in einer konisch zulaufenden Form ausgebildet sein.
– Weitere Ausführungsbeispiele –
Unter Bezugnahme auf 12A bis 13 werden weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
– Zweites Ausführungsbeispiel –
Unter Bezugnahme auf 12A wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
12A zeigt das zweite Ausführungsbeispiel. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Querbreite W_4g eines rückflächenseitigen Druckeinstelllochs H_4g so ausgebildet, dass sie größer als die Querbreite W₁₀ des Erfassungselements 10 ist. Ein Teil des zu messenden Gases, das aus dem Seitenauslassloch H₂ herausgeleitet worden ist, bildet eine Wirbelströmung, die auf der Rückflächenseite des Erfassungselements 10 zirkuliert. Allerdings wird die Strömung zu messenden Gases, das vom Einlassloch H₁ für zu messendes Gas eingeleitet worden ist und sich zum Erfassungsteil 11 bewegt, auf keine Weise beeinflusst. Auch in diesem Fall lassen sich ähnliche Wirkungen wie beim Partikelerfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erreichen.
– Drittes Ausführungsbeispiel –
Unter Bezugnahme auf 12B wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
12B zeigt das dritte Ausführungsbeispiel. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist eine Längslänge T_4h eines rückflächenseitigen Druckeinstelllochs H_4h so ausgebildet, dass sie größer als die Längslänge T₁₁ des Erfassungsteils 11 ist. Ein Teil des zu messenden Gases, das aus dem Bodenauslassloch H₃ herausgeleitet worden ist, bildet eine Wirbelströmung, die auf der Rückflächenseite des Erfassungselements 10 zirkuliert. Allerdings wird die Strömung zu messenden Gases, das vom Einlassloch H₁ für zu messendes Gas eingeleitet worden ist und sich zum Erfassungsteil 11 bewegt, auf keine Weise beeinflusst. Auch in diesem Fall lassen sich ähnliche Wirkungen wie beim Partikelerfassungssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erreichen.
– Viertes Ausführungsbeispiel –
Unter Bezugnahme auf 13 wird nun ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie in 13 gezeigt ist, kann ein Öffnungsdurchmesser ⌀D_3i eines Bodenauslasslochs H_3i derart ausgebildet sein, dass er einem Innendurchmesser ⌀D₂₀ des Abdeckkörpers 20i entspricht.
Wenn das Bodenauslassloch H₃ oder H_3i einen Öffnungsdurchmesser ⌀D₃ oder ⌀D_3I hat, der die Dicke t₁₀ des Erfassungselements 10 oder mehr ist, kann ein Gleichgewicht zwischen der Strömung zu messenden Gases, das aus dem Bodenauslassloch H₃ oder H_3I herausgeleitet wird, und der Strömung zu messenden Gases, das unterhalb des Spitzenabschnitts des Abdeckkörpers 20 oder 20i strömt, aufrecht erhalten werden. Ungeachtet des Öffnungsdurchmessers ⌀D₃ des Bodenauslasslochs H₃ wird eine Strömung aufrecht erhalten, die durch einen Zusammenhang zwischen dem Einlassloch H₁ für zu messendes Gas und dem Seitenauslassloch H₂ bestimmt wird.
Bezüglich der Wirkungen der Erfindung wurde ein Wirkungsbestätigungsversuch durchgeführt. Die Ergebnisse sind in 14A bis 16B gezeigt. 14A bis 16B zeigen die Menge an PM, die in dem Beispiel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem Vergleichsbeispiel eingefangen wurden.
Wie in 14A gezeigt ist, ist die Öffnungsquerbreite W₁ des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas auf den vorbestimmten unteren Einlassloch-Querbreiten-Grenzwert W_1LL oder mehr eingestellt. Der untere Einlassloch-Querbreiten-Grenzwert W_1LL ist halb so groß wie die Querbreite W₁₀ oder größer. Die Querbreite W₁₀ ist durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20 projiziert werden. Die Öffnungsquerbreite W₁ ist auch auf den vorbestimmten oberen Einlassloch-Querbreiten-Grenzwert W_1HL oder weniger eingestellt. Die Querbreite W₁₀ ist durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20 projiziert werden. In diesem Fall bestätigt sich verglichen mit dem Fall, dass der Abdeckkörper 20 wie im Vergleichsbeispiel nicht vorgesehen ist, dass die Menge gesammelter PM größer ist.
Wie in 14B gezeigt ist, ist die Öffnungslängslänge T₁ des Einlasslochs H₁ für zu messendes Gas auf den vorbestimmten unteren Einlassloch-Längslängen-Grenzwert T_1LL oder mehr eingestellt. Der untere Einlassloch-Längslängen-Grenzwert T_1LL ist halb so groß wie die Längslänge T₁₁ des Erfassungsteils 11 oder größer. Die Öffnungslängslänge T₁ ist auch auf den vorbestimmten oberen Einlassloch-Längslängen-Grenzwert T_1HL oder weniger eingestellt. Der obere Einlassloch-Längslängen-Grenzwert ^T1HL ist die Längslänge T₁₁ des Erfassungsteils 11 oder weniger. In diesem Fall bestätigt sich, dass die Menge gesammelter PM verglichen mit dem Fall, das der Abdeckkörper 20 wie im Vergleichsbeispiel nicht vorgesehen ist, größer ist.
Wie in 15A gezeigt ist, ist die Querbreite W₂ in der horizontalen Richtung des Seitenauslasslochs H₂ auf den oberen Seitenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_2HL oder weniger eingestellt. Der obere Seitenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_2HL ist kleiner als die Querbreite W, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20 projiziert werden. Die Querbreite W₂ ist auch auf den unteren Seitenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_2LL oder mehr eingestellt. Der untere Seitenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert W_2LL ist mehr als halb so groß wie die Querbreite W_E, die durch die Schnittpunkte mit den Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn die Seitenkanten des Erfassungselements 10 auf den Abdeckkörper 20 projiziert werden. In diesem Fall bestätigt sich, dass die Menge gesammelter PM verglichen mit dem Fall, dass der Abdeckkörper 20 wie im Vergleichsbeispiel nicht vorgesehen ist, größer ist.
Wie in 15B gezeigt ist, ist die Öffnungslängslänge T₂ des Seitenauslasslochs H₂ auf den unteren Seitenauslassloch-Längslängen-Grenzwert T_2LL oder mehr eingestellt. Der untere Seitenauslassloch-Längslängen-Grenzwert T_2LL ist mehr als halb so groß wie die Längslänge des Erfassungsteils 11. In diesem Fall bestätigt sich, dass die Menge gesammelter PM verglichen mit dem Fall, dass der Abdeckkörper 20 wie im Vergleichsbeispiel nicht vorgesehen ist, größer ist.
Wie in 16A gezeigt ist, ist der Öffnungsdurchmesser ⌀D₃ des Bodenauslasslochs H₃ auf den oberen Bodenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert H_3HL oder weniger eingestellt. Der obere Bodenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert H_3HL ist der Innendurchmesser ⌀D₂₀ des Abdeckkörpers 20 oder weniger. Der Öffnungsdurchmesser ⌀D₃ ist auch auf den unteren Bodenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert H_3LL oder mehr eingestellt. Der untere Bodenauslassloch-Öffnungsquerbreiten-Grenzwert H_3LL ist größer als die Dicke t₁₀ des Erfassungselements 10. In diesem Fall bestätigt sich, dass die Menge gesammelter PM verglichen mit dem Fall, dass der Abdeckkörper 20 wie im Vergleichsbeispiel nicht vorgesehen ist, größer ist.
Wie in 16B gezeigt ist, beeinflusst die Größe des Einstelllochs H₄ die Menge gesammelter PM nicht besonders. Es bestätigt sich, dass das zu messende Gas beruhend auf dem Druckgleichgewicht innerhalb des Abdeckkörpers 20 eingeleitet und herausgeleitet wird.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Dementsprechend können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, Abwandlungen vorgenommen werden.
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird beispielsweise ein Partikelerfassungssensor als Beispiel beschrieben, der in einer Brennkraftmaschine, zum Beispiel einem Kraftfahrzeugmotor, eingebaut ist. Allerdings ist der erfindungsgemäße Partikelerfassungssensor nicht auf einen Sensor beschränkt, der in einem Fahrzeug eingebaut ist. Der Partikelerfassungssensor kann zur Partikelerfassung in einer Großanlage, etwa in einer Wärmekraftanlage, verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 559-197847 A [0007]
JP 2009-97868 A [0011, 0011, 0013]

Claims

Partikelerfassungssensor, der Partikel erfasst, die in einem zu messenden Gas enthalten sind, wobei der Partikelerfassungssensor Folgendes umfasst: ein Erfassungselement, das ungefähr plattenförmig ist und eine vorbestimmte Querbreite, Länge und Dicke hat; einen Erfassungsteil, der auf einer Spitzenendenseite des Erfassungselements einen Bereich bildet, der eine vorbestimmte Querbreite und Längslänge hat, wobei der Erfassungsteil innerhalb eines Strömungswegs des zu messenden Gases so angeordnet ist, dass er einer stromaufwärtigen Seite des zu messenden Gases zugewandt ist, und dazu in der Lage ist, eine physikalische Größe auszugeben, die sich abhängig von einer Menge auf einer Vorderfläche angesammelter Partikel ändert; und einen ungefähr zylinderförmigen Abdeckkörper, der einen vorbestimmten Innendurchmesser und eine vorbestimmte Länge hat und eine Spitze des Erfassungselements einschließlich des Erfassungsteils bedeckt, wobei der Abdeckkörper Folgendes aufweist: ein Einlassloch für zu messendes Gas, das sich zur stromaufwärtigen Seite des zu messenden Gases hin öffnet, während es dem Erfassungsteil gegenüber liegt, und das zu messende Gas in den Abdeckkörper einleitet, ein Seitenauslassloch, das sich zu jeder Seite des Erfassungsteils öffnet und das zu messende Gas, das in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, zu einer Seitenflächenrichtung hin herausleitet, ein Vorderseitenauslassloch, das sich zu einer Spitzenendenseite des Erfassungselements hin öffnet und das zu messende Gas, das in den Abdeckkörper eingeleitet worden ist, von der Spitzenendenseite aus nach unten herausleitet, und einem Wirbelströmungsbildungsabschnitt, der vom Erfassungselement aus weiter stromaufwärts positioniert ist und eine Wirbelströmung erzeugt, die innerhalb des Abdeckkörpers auf der stromaufwärtigen Seite des Erfassungsteils einen Durchfluss des zu messenden Gases unterdrückt, das in den Abdeckkörper eingeleitet wird.
Partikelerfassungssensor nach Anspruch 1, wobei eine Öffnungsquerbreite des Einlasslochs für zu messendes Gas eine Querbreite ist, die durch Schnittpunkte mit Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden, und die Öffnungsquerbreite des Einlasslochs für zu messendes Gas mehr als halb so groß wie die Querbreite ist, die durch Schnittpunkte mit Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden.
Partikelerfassungssensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Öffnungslängslänge des Einlasslochs für zu messendes Gas kleiner als die Längslänge des Erfassungsteils ist und die Öffnungslängslänge des Einlasslochs für zu messendes Gas mehr als halb so groß wie die Längslänge des Erfassungsteils ist.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Öffnungsquerbreite des Seitenauslasslochs kleiner als eine Querbreite ist, die durch Schnittpunkte mit Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden, und die Öffnungsquerbreite des zweiten Auslasslochs mehr als halb so groß wie die Querbreite ist, die durch Schnittpunkte mit Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Öffnungslängslänge des Seitenauslasslochs mehr als halb so groß wie die Längslänge des Erfassungsteils ist.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Öffnungsdurchmesser des Vorderseitenauslasslochs der Innendurchmesser des Abdeckkörpers oder weniger ist und ein Öffnungsdurchmesser des Vorderseitenauslasslochs mehr als halb so groß wie eine Querbreite ist, die durch Schnittpunkte mit Geraden definiert ist, die gebildet werden, wenn Seitenkanten des Erfassungselements auf den Abdeckkörper projiziert werden.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Vielzahl von Seitenauslasslöchern derart ausgebildet ist, dass sie in einer Axialrichtung des Abdeckkörpers ausgerichtet sind.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Seitenauslassloch in einer Langlochform ausgebildet ist, die sich in einer Axialrichtung des Abdeckkörpers erstreckt.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Innendurchmesser des Abdeckkörpers zweimal so groß wie die Querbreite des Erfassungselements oder kleiner ist.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei von einem Fußende des Abdeckkörpers bis zu einer Öffnungsposition des Einlasslochs für zu messendes Gas ein vorbestimmter Wirbelströmungsbildungsabstand vorgesehen ist.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei von einer Öffnungsposition des Einlasslochs für zu messendes Gas bis zu einer Spitze des Abdeckkörpers ein vorbestimmter Wirbelströmungsbildungsabstand vorgesehen ist.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die physikalische Größe ein Widerstandswert, eine Kapazität, eine Impedanz oder ein Oxidations-Reduktions-Potential, das sich abhängig von einer Menge im Erfassungsteil angesammelter Partikel ändert, oder eine Kombination von aus dem Widerstandswert, der Kapazität, der Impedanz und dem Oxidations-Reduktions-Potential gewählter physikalischer Größen sein kann.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei: der Abdeckkörper derart ausgebildet ist, dass zwischen dem Einlassloch für zu messendes Gas und dem Erfassungselement allmählich eine Innenbreite zur stromabwärtigen Seite des zu messenden Gases hin zunimmt; und der Wirbelströmungsbildungsabschnitt durch eine Innenwandfläche des Abdeckkörpers gebildet wird.
Partikelerfassungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Wirbelströmungsbildungsabschnitt auf einer Oberfläche, die einer Innenseite des Abdeckkörpers zugewandt ist, eine konkav gekrümmte Oberfläche hat.
Partikelerfassungssensor nach Anspruch 1, wobei: eine Öffnungsquerbreite und eine Öffnungslängslänge (oder an Stelle dessen ein Öffnungsdurchmesser) des Einlasslochs, des Seitenauslasslochs und des Vorderseitenauslasslochs derart beschränkt sind, dass der Umfangswandabschnitt des Abdeckkörpers den Wirbelströmungsbildungsabschnitt bildet; und ein Abstand von einem Fußende des Abdeckkörpers bis zu einer Öffnungsposition des Einlasslochs und ein Abstand von einer Öffnungsposition des Einlasslochs für zu messendes Gas bis zu einer Spitze des Abdeckkörpers derart beschränkt sind, dass der Umfangswandabschnitt des Abdeckkörpers den Wirbelströmungsbildungsabschnitt bildet.