JP2008224316A - 排ガス分析用センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 排ガスの測定精度を向上させた排ガス分析用センサを提供することを目的とする。
【解決手段】 エンジン２０より排出された排ガスが通過する排ガス通過孔４１が穿設されたセンサ本体４０に、排ガス通過孔４１内に向けて排ガス分析用のレーザ光を照射する照射部５と、排ガス中を透過したレーザ光を受光する受光部７とが設けられる排ガス分析用センサ４において、照射部５より照射されたレーザ光を排ガス通過孔４１内へと導入する導入側通光路５６と、排ガス中を透過したレーザ光を排ガス通過孔４１から受光部７に導出する導出側通光路７６と、導入側通光路５６内及び導出側通光路７６内をそれぞれ複数の領域に区画するように配設されるレーザ光透過用のレンズ部材５２・７２と、レンズ部材５２・７２により区画された前記導入側通光路５６及び導出側通光路７６の各領域にイナートガスを給排するガス給排経路８・９が設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、排ガス分析用センサの技術に関し、より詳細には、内燃機関より排出された排ガスが通過する排ガス通過孔に向けてレーザ光を照射し、排ガス中を透過したレーザ光を検出する排ガス分析用センサに関する。

従来、自動車等のエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中の成分濃度や温度を測定し、分析するための装置として、排気経路（配管）に、光源や検出器部等からなる排ガス分析用センサを直接に配設し、排気経路を流れる排ガス中を透過したレーザ光を検出する等して、排ガス中の成分濃度等をリアルタイムで測定するように構成された排ガス分析装置の構成が公知である（例えば、特許文献１参照）。

上述した特許文献１に開示される排ガス分析用センサは、内燃機関より排出された排ガスが通過する排ガス通過孔に向けてレーザ光を照射し、反射鏡によりレーザ光を多重反射させた後に、排ガス中を透過したレーザ光を検出するように構成されている。このような排ガス分析用センサは、センサ本体の排ガス通過孔内で対向する一対の反射鏡によってレーザ光を多重反射させて、レーザ光が排ガス中を透過する距離（測定長）をより長く確保することで、その測定精度を向上するように構成されている。
特開２００６−１８４１８０号公報

ところで、上述した従来の排ガス分析用センサにおいては、前記照射部より照射されたレーザ光を前記排ガス通過孔内へと導入する導入側通光路と、排ガス中を透過したレーザ光を前記排ガス通過孔から前記受光部に導出する導入側通光路とが設けられており、各通光路を介してレーザ光が排ガス通過孔に導入出される。
しかし、従来の排ガス分析用センサの構成では、上述した各通光路内に排ガスが滞留してしまうため、本来の排ガスの濃度計測の結果に滞留ガスの成分濃度が重複したり、滞留ガスの成分濃度が変動して濃度計測の際のノイズとなったりする等、排ガスの測定精度に劣るといった問題があった。

また、上述した各通光路には、通常、レーザ光透過用のレンズ部材がそれぞれ配設されており、各レンズ部材は、計測用レーザの多重反射を防止するための反射防止膜がレンズ表面に被覆されている。そして、レンズ部材は、排ガス通過孔内に露出していることから、測定中は高温の排ガスの影響を受けて比較的高温になるため、レンズ部材が高温になることで比較的耐熱温度（約３００℃）の低い反射防止膜が損傷してしまい、排ガスの測定精度に劣るといった問題があった。

そこで、本発明においては、排ガス分析用センサに関し、前記従来の課題を解決するもので、レーザ光の通光路から滞留ガスを排除し、かつ、レンズ部材の温度を低下させることで、排ガスの測定精度を向上させた排ガス分析用センサを提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、内燃機関より排出された排ガスが通過する排ガス通過孔が穿設されたセンサ本体に、該排ガス通過孔内に向けて排ガス分析用のレーザ光を照射する照射部と、排ガス中を透過したレーザ光を受光する受光部とが設けられる排ガス分析用センサにおいて、前記照射部より照射されたレーザ光を前記排ガス通過孔内へと導入する導入側通光路と、排ガス中を透過したレーザ光を前記排ガス通過孔から前記受光部に導出する導出側通光路と、前記導入側通光路内及び導出側通光路内をそれぞれ複数の領域に区画するように配設されるレーザ光透過用のレンズ部材と、前記レンズ部材により区画された前記導入側通光路及び導出側通光路の各領域にイナートガスを給排するガス給排経路がそれぞれ設けられる。

請求項２においては、前記ガス給排経路は、前記レンズ部材により区画された前記導入側通光路及び導出側通光路の機外側の領域にイナートガスを給排する第一のガス給排経路と、前記レンズ部材により区画された前記導入側通光路及び導出側通光路の排ガス通過孔側の領域にイナートガスを給排する第二のガス給排経路とを有するものである。

請求項３においては、前記第一のガス給排経路は、前記導入側通光路及び導出側通光路のレンズ部材の近傍位置にイナートガスの供給路又は排出路が開口されるものである。

請求項４においては、前記第二のガス給排経路は、前記導入側通光路及び導出側通光路のレンズ部材の近傍位置にイナートガスの供給路が開口され、前記排ガス通過孔へイナートガスを排出するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１に示す構成としたので、レーザ光の通光路である導入側通光路及び導出側通光路から滞留ガスを排除し、かつ、レンズ部材の温度を低下させることで、排ガスの測定精度を向上することができる。

請求項２に示す構成としたので、レンズ部材に区画された各領域に対してイナートガスを確実に給排でき、排ガスの測定精度をより向上できる。

請求項３に示す構成としたので、レンズ部材のレンズ表面にまでイナートガスを確実に到達させることができ、イナートガスによるレンズ部材の冷却効率をより向上できる。

請求項４に示す構成としたので、導入側通光路及び導出側通光路内に供給されたイナートガスの排出路を設ける必要がなく、各経路の構成を簡素化することができる。

次に、発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る排ガス分析用センサを備えた排ガス分析装置を車輌に搭載した状態を示した側面図、図２は排ガス分析用センサへ管継手を取り付けた状態を示す分解斜視図及び側面図、図３は排ガス分析用センサの断面図、図４は照射部側のガス給排経路の構成を示した断面図、図５は図４における第一給排経路の構成を拡大して示した断面図、図６は図４における第二給排経路の構成を拡大して示した断面、図７は受光部側のガス給排経路の構成を示した断面図、図８は図７における第一給排経路の構成を拡大して示した断面図、図９は図７における第二給排経路の構成を拡大して示した断面図である。

まず、本実施例の排ガス分析用センサ４を用いた排ガス分析装置１の全体構成について、以下に概説する。
図１に示すように、本実施例の排ガス分析装置１は、自動車２に配置されたエンジン２０から排出される排ガス中の成分濃度や温度を測定し分析するものである。具体的には、排ガス分析装置１は、エンジン２０から延出された排ガスの排気経路３の複数箇所に配設された複数の排ガス分析用センサ４と、この排ガス分析用センサ４に接続されたレーザ発信・受光用のコントローラ１０と、コントローラ１０に接続されたコンピュータ装置１１等とで構成されている。

自動車２には、エンジン２０からの排ガスを機外に排出する排気経路３が敷設され、排気経路３は、エキゾーストマニホールド３０、排気管３１、第一触媒装置３２、第二触媒装置３３、マフラー３４、排気パイプ３５等とから構成されている。また、排気経路３の各構成機器は、断面円形状の配管３ａによって連結されている。

排気経路３においては、エンジン２０の排ガスが、まずエキゾーストマニホールド３０で合流され、排気管３１を通じて第一触媒装置３２及び第二触媒装置３３に導入され、その後マフラー３４を通じて排気パイプ３５から大気中に放出される。このような排気経路３が形成されることによって、エンジン２０からの排ガスは、二つの触媒装置３２・３３によって浄化され、マフラー３４によって消音・減圧されて大気中に放出される。

排ガス分析用センサ４・４・・・は、排気経路３において４箇所に配置されており、具体的には、第一触媒装置３２の上流側のエンジン２０と排気管３１との間、第一触媒装置３２と第二触媒装置３３との間、第二触媒装置３３とマフラー３４との間、マフラー３４の下流側の排気パイプ３５の末端部にそれぞれ配置されている。

本実施例の排ガス分析装置１では、各排ガス分析用センサ４において、コントローラ１０によって赤外線レーザ光が照射され、かつ排ガスを透過した後のレーザ光が受光されることで得られたデータが、コントローラ１０からコンピュータ装置１１に送られて排ガス中の成分が分析される。

コントローラ１０は、複数の波長の赤外線レーザ光を照射する照射装置であり、レーザ光の波長は、検出する排ガスの成分に合わせて設定される。また、コントローラ１０には、排ガス分析用センサ４に接続された図示せぬ差分型光検出器等が設けられており、排ガス分析用センサ４により受光された信号光が導光され、排ガス中を透過して減衰したレーザ光と排ガス中を透過していないレーザ光との信号光が接続されたコンピュータ装置１１に出力される。
コンピュータ装置１１では、コントローラ１０からの出力信号を解析して、排ガスの成分濃度や排ガスの温度を算出する等して、排ガスの分析が行われる。

このように、本実施例の排ガス分析装置１では、各排ガス分析用センサ４による排気経路３の一断面におけるスポット的な排ガスの測定が可能となっている。特に、本実施例のように、排ガス分析用センサ４が排気経路３の複数箇所に設けられることで、排ガスが排気経路３の所定断面でどのように変化するかを瞬時に測定することができ、排ガスの状態をリアルタイムに連続して測定することができる。

なお、本実施例の排ガス分析装置１では、排気経路３に配置された各排ガス分析用センサ４・４・・・は、それぞれ略同一に構成されているため、以下、一例として、第一触媒装置３２と第二触媒装置３３との間に配置された排ガス分析用センサ４について説明する。

次に、排ガス分析用センサ４の構成について、以下に詳述する。
図２及び図３に示すように、本実施例の排ガス分析用センサ４は、平面視円形の薄板状部材より形成されたセンサ本体４０に、排ガスが通過する円形の排ガス通過孔４１が穿設され、分析用のレーザ光を排ガス通過孔４１内に向けて照射する照射部５と、該照射部５より照射されたレーザ光を多重反射させる一対の反射鏡ユニット６・６と、排ガス中を透過したレーザ光を検出する受光部７と、レーザ光を排ガス通過孔４１へと導出する通光路５６・７６と、この通光路５６・７６にイナートガスを給排するガス給排経路８・９等とが設けられている。
排ガス分析用センサ４においては、照射部５から排気経路３と直交する一断面に沿ってレーザ光が照射され、照射されたレーザ光が反射鏡ユニット６の反射鏡６０間で排気経路３を横切るように複数回反射されて、受光部７にて受光される。

図２に示すように、排ガス分析用センサ４は、センサ本体４０が一対の管継手３６・３６に挟まれた状態で固定され、管継手３６・３６がそれぞれ第一触媒装置３２及び第二触媒装置３３に接続された配管３ａ・３ａと接続されることで排気経路３に配設される。
管継手３６・３６は、断面円形の貫通孔３６ａが穿設された筒状に形成され、一方の開口縁部にフランジ部３６ｂが設けられている。排ガス分析用センサ４（のセンサ本体４０）は、一対の管継手３６・３６のフランジ部３６ｂが設けられた側の開口端の離間に、ガスケット３７・３７を介して挟み込まれ、フランジ部３６ｂ・３６ｂがボルト３８・３８によって締結されることで固定される。

なお、管継手３６の貫通孔３６ａは、配管３ａと同じ直径の円形に形成され、排ガスの流れが妨げられないように構成されている。また、ガスケット３７は、貫通孔３６ａ等と略同じ直径の孔が開口され、管継手３６・３６の間に排ガス分析用センサ４を挟んで配管３ａと接続しても、排ガスが途中で漏れることはなく、排気経路の長さの増加も少ないように構成されている。

このようにして、排ガス分析用センサ４は、上述した管継手３６・３６を介して排気経路３の各配管３ａと接続されており、排気経路３を流れる排ガスは、一方の管継手３６の貫通孔３６ａを介してセンサ本体４０に送られた後に、センサ本体４０の排ガス通過孔４１を通過して、他方の管継手３６の貫通孔３６ａより排気経路３の下流側に送られる。

次に、センサ本体４０について、以下に詳述する。
図３に示すように、排ガス分析用センサ４を構成する機台となるセンサ本体４０は、上述したように、平面視円形に形成された薄板状の金属部材より構成され、排ガスの流れ方向と直交する対向面の略中央部に円形の排ガス通過孔４１が穿設されている。
本実施例のセンサ本体４０には、板厚中央部を通って外側から排ガス通過孔４１へと排ガスの流れ方向に直交する方向に貫通された取付孔４０ａ・４０ｂが穿設されており、取付孔４０ａには照射部５が取り付けられ、取付孔４０ｂには受光部７が取り付けられる。照射部５及び受光部７は、排ガス通過孔４１の軸中心に対して対向する位置にそれぞれ取り付けられている。

なお、取付孔４０ａは、後述するように照射部５に穿設された通光孔５５とともに、レーザ光の導入側通光路５６を構成している（図４参照）。また、同様に、取付孔４０ｂは、後述するように受光部７に穿設された通光孔７５とともに、レーザ光の導出側通光路７６を構成している（図７参照）。

また、センサ本体４０の排ガス通過孔４１の内壁４１ａには、排ガス通過孔４１の径方向外側に向けて一対の取付溝４０ｃ・４０ｃが凹設されており、各取付溝４０ｃ・４０ｃが排ガス通過孔４１の軸中心に対して対向する位置に設けられている。この取付溝４０ｃ・４０ｃには反射鏡ユニット６が取り付けられ、反射鏡ユニット６を構成する反射鏡６０の反射面が排ガス通過孔４１の内部空間に対向するようにして配設される。

このように、各部材が取り付けられることで、排ガス分析用センサ４において、照射部５から照射されたレーザ光は、取付孔４０ａを介して排ガス通過孔４１内に導入され、排ガス通過孔４１内に導入されたレーザ光が、反射鏡６０・６０間で多重反射された後、取付孔４０ｂを介して受光部７に導出される。

なお、図３に示すように、本実施例のセンサ本体４０には、排ガス通過孔４１の内部空間に円筒形状のカバーリング４２が配設されている。
カバーリング４２は、通過孔４３を有する円筒状部材であって、通過孔４３の内径が排ガス通過孔４１の直径よりも小さくなるように形成されている。すなわち、カバーリング４２は、排ガス通過孔４１に配設された状態で、排ガス通過孔４１の内壁４１ａとの間に間隙を有するように形成されている。また、カバーリング４２の幅は、センサ本体４０の幅と略同じである。

カバーリング４２の周面には、一対の長穴のレーザ光通過小孔４４が、それぞれ通過孔４３の中心軸に対して対向する位置に穿設されている。レーザ光通過小孔４４は、照射部５より排ガス通過孔４１内に向けて照射されたレーザ光が、反射鏡６０・６０間で複数回反射され、その後受光部６に受光されるように、レーザ光の光路上に設けられる。

このように、本実施例の排ガス分析用センサ４は、センサ本体４０の排ガス通過孔４１内にカバーリング４２を設けることで、センサ本体４０（排ガス通過孔４１の内壁４１ａ）を排ガス通過孔４１に送られた排ガスから隔絶させることができる。そのため、高温の排ガスからのセンサ本体４０への入熱を低減でき、センサ本体４０の歪みや変形を防止し、ひいては、それに起因するレーザ光軸のずれ等を防止することができる。

次に、反射鏡ユニット６について、以下に詳述する。
図３に示すように、反射鏡ユニット６は、照射部５より照射されたレーザ光を反射する反射鏡６０と、反射鏡６０の結露防止用の加熱部材としてのヒータ６１と、センサ本体４０と反射鏡６０との温度変形の差を吸収するような部材より構成される緩衝部材６２と、押え板６３・６４等とが、それぞれケーシング６５に積層されて収納されたユニット体として構成されている。具体的には、ケーシング６５に設けられた空間部に、上下方向に、反射鏡６０、一方の押え板６３、ヒータ６１、緩衝部材６２、及び他方の押え板６４とが積層して収容される。

ケーシング６５の一側面には、長手方向に沿って平面視長穴状のスリット６５ｂが穿設されており、スリット６５ｂを介して空間部が外部空間と連続されている。空間部に収容された反射鏡６０は、その反射面がスリット６５ｂを塞ぐようにして外部空間に露出される。

反射鏡ユニット６は、上述したセンサ本体４０の排ガス通過孔４１の内壁４１ａに凹設された取付溝４０ｃに取り付けられる。本実施例では、反射鏡ユニット６は、センサ本体４０の排ガス通過孔４１の内壁４１ａに上面を当接させた状態で、センサ本体４０の外側から排ガス通過孔４１の内部方向に向けて挿入された複数のネジ部材６６・６６・・・（本実施例では４個）によって、センサ本体４０に締結される。

反射鏡ユニット６は、センサ本体４０の取付溝４０ｃに取り付けられた状態では、取付溝４０ｃとケーシング６５とが密接するようにして位置決めされる。また、反射鏡６０の反射面が排ガス通過孔４１内に面し、かつ、一対の反射鏡ユニット６・６の各反射鏡６０・６０が上下に平行に対向されている。また、かかる状態では、ケーシング６５の下面は、排ガス通過孔４１の軸中心に向けて内壁４１ａから突出せずに、取付溝４０ｃ内に収容されている。

このように、排ガス分析用センサ４は、センサ本体４０に一対の反射鏡ユニット６（及び反射鏡６０）が配設されることで、照射部５より排ガス通過孔４１内に照射されたレーザ光は、一方の（図３において下方の）反射鏡ユニット６の反射鏡６０によって他方の（図３において上方の）反射鏡ユニット６の反射鏡６０に向けて反射される。このようにして、レーザ光は、２枚の反射鏡６０・６０により交互に複数回反射されながら排ガス中を透過して、やがて受光部７に到達される。

次に、照射部５及び受光部７について、以下に詳述する。
図３及び図４に示すように、照射部５は、赤外線送信用の光ファイバ５０と、光ファイバ５０をセンサ本体４０に位置決めして取り付ける接続ブロック５１と、レンズ部材５２を内設したレンズホルダ５３等とで構成されている。
光ファイバ５０は、接続ブロック５１に設けられた入光コリメータ５１ａに接続され、その投光面がセンサ本体４０の排ガス通過孔４１の中心に向くようにして取り付けられる。
接続ブロック５１は、センサ本体４０にボルト５４によって締結され、センサ本体４０に取り付けられた状態で取付孔４０ａと略直線状に連続される通光孔５５が貫設されている。このように、本実施例の排ガス分析用センサ４は、センサ本体４０の取付孔４０ａと、取付孔４０ａに連続される通光孔５５とで、レーザ光を排ガス通過孔４１内に導入する導入側通光路５６が構成されている。

光ファイバ５０は、上述したコントローラ１０に接続されており、コントローラ１０から射出されたレーザ光は、光ファイバ５０より照射されて通光孔５５から取付孔４０ａを介して排ガス通過孔４１内に導入される。換言すると、照射部５の光ファイバ５０より照射されたレーザ光は、導入側通光路５６を介して排ガス通過孔４１内に導入される。

レンズホルダ５３は、接続ブロック５１と一体的に構成されて、センサ本体４０に取り付けられる。具体的には、上述した導入側通光路５６の中途部に位置するように、接続ブロック５１の通光孔５５の端部に配設されている。本実施例では、レンズホルダ５３は、接続ブロック５１がセンサ本体４０に取り付けられた状態で、導入側通光路５６を構成する通光孔５５と取付孔４０ａとの境界に位置するように配設される。

レンズホルダ５３は、内部に中空部を有する略円筒状に形成され、内部にレーザ光透過用のレンズ部材５２が配設されている。
レンズ部材５２は、平面視略円形に形成され、レンズホルダ５３の中空部と同円心上に位置され、レンズホルダ５３の内部空間を遮断するようにして配設されている。このようにしてレンズ部材５２が設けられたレンズホルダ５３が導入側通光路５６に配設されることで、導入側通光路５６は、レンズ部材５２によって機外側の領域（機外側領域Ｄ１）と排ガス通過孔４１側の領域（排ガス通過孔側領域Ｄ２）との複数の領域に区画されて（図４参照）、光ファイバ５０から照射されたレーザ光は、レンズ部材５２を介して排ガス通過孔４１内に導入される。

本実施例のレンズ部材５２は、排ガス通過孔側領域Ｄ２に対向するレンズ面に、チタンやケイ素の酸化物（例えば、酸化チタンやシリカ）などを含有する反射防止膜が被覆されている。

図３及び図７に示すように、受光部７は、レーザ光を検出するディテクタ７０と、ディテクタ７０をセンサ本体４０に位置決めして取り付ける接続ブロック７１と、レンズ部材７２を内設したレンズホルダ７３等とで構成されている。
接続ブロック５１は、センサ本体４０にボルト５４によって締結され、センサ本体４０に取り付けられた状態で、取付孔４０ｂと略直線状に連続される通光孔７５が貫設されている。このように、本実施例の排ガス分析用センサ４は、センサ本体４０の取付孔４０ｂと、取付孔４０ｂに連続される通光孔７５とで、排ガス通過孔４１から機外にレーザ光を導出する導出側通光路７６が構成されている。

ディテクタ７０は、上述したコントローラ１０に接続されており、排ガス中を透過したレーザ光は、取付孔４０ｂから通光孔７５を介して排ガス通過孔４１外に導出され、ディテクタ７０に受光されて受光信号がコントローラ１０に入力される。換言すると、排ガス中を透過したレーザ光は、導出側通光路７６を介して排ガス通過孔４１外に導出される。

レンズホルダ７３は、接続ブロック７１と一体的に構成されて、センサ本体４０に取り付けられる。具体的には、上述した導出側通光路７６の中途部に位置するように、接続ブロック７１の通光孔７５の端部に配設されている。本実施例では、レンズホルダ７３は、接続ブロック７１がセンサ本体４０に取り付けられた状態で、導出側通光路７６を構成する通光孔７５と取付孔４０ｂとの境界に位置するように配設される。

レンズホルダ７３は、内部に中空部を有する略円筒状に形成され、内部にレーザ光透過用のレンズ部材７２が配設されている。
レンズ部材７２は、平面視略円形に形成され、レンズホルダ７３の中空部と同円心上に位置され、レンズホルダ７３の内部空間を遮断するように配設されている。このようにしてレンズ部材７２が設けられたレンズホルダ７３が導出側通光路７６に配設されることで、導出側通光路７６は、レンズ部材７２によって機外側の領域（機外側領域Ｄ３）と排ガス通過孔４１側の領域（排ガス通過孔側領域Ｄ４）との複数の領域に区画される（図７参照）。そして、排ガス中を透過したレーザ光は、レンズ部材７２を介して排ガス通過孔４１外に導出される。

なお、レンズ部材７２は、上述したレンズ部材５２と同様に、排ガス通過孔側領域Ｄ４に対向するレンズ面に、チタンやケイ素の酸化物（例えば、酸化チタンやシリカ）などを含有する反射防止膜が被覆されている。

次に、ガス給排経路８・９について、以下に詳述する。
図４乃至図９に示すように、本実施例の排ガス分析用センサ４には、照射部５側に設けられ、上述した導入側通光路５６にイナートガス（不活性ガス）を給排給するガス給排経路８と、受光部７側に設けられ、導出側通光路７６へイナートガスを給排するガス給排経路９とが設けられている。

なお、本実施例におけるイナートガスとは、本実施例で照射されるレーザ光に対する光吸収のないガスのことをいい、具体的には、窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。イナートガスとして不活性ガスを用いることで、計測対象となる化学種が含まれていないため、計測データのノイズ源とならず、測定精度を確保することができる。

まず、ガス給排経路８について、以下に詳述する。
図４に示すように、本実施例のガス給排経路８は、センサ本体４０の照射部５側に設けられ、レンズ部材５２により区画された導入側通光路５６の機外側領域Ｄ１（本実施例では通光孔５５）にイナートガスを給排する第一給排経路８０と、レンズ部材５２により区画された導入側通光路５６の排ガス通過孔側領域Ｄ２（本実施例では取付孔４０ａ）にイナートガスを給排する第二給排経路８１とを有している。

図５に示すように、第一給排経路８０は、上述した照射部５の接続ブロック５１に穿設され、導入側通光路５６の機外側領域Ｄ１にイナートガスを供給する供給路８０ａと、センサ本体４０に穿設され、導入側通光路５６の機外側領域Ｄ１内のイナートガスを機外に排出する排出路８０ｂとが設けられている。
供給路８０ａは、一端が接続ブロック５１に穿設された通光孔５５のレーザ光の照射方向に対する上流側に開口され、他端が図示せぬ配管を介してイナートガスのガス供給装置と接続されている。一方、排出路８０ｂは、一端がセンサ本体４０に取り付けられたレンズホルダ５３の内部空間であって、レンズ部材５２の近傍位置に開口され、他端が図示せぬ配管を介してガス回収装置と接続されている。

まず図示せぬガス供給装置から送出されたイナートガスは、やがて供給路８０ａに到達され（矢印Ａ１）、供給路８０ａを介して通光孔５５内に送り込まれる。通光孔５５内に送り込まれたイナートガスは、通光孔５５の下流側へと送られて（矢印Ａ２）、やがてレンズホルダ５３まで到達される。レンズホルダ５３に到達したイナートガスは、そのレンズホルダ５３に設けられたレンズ部材５２のレンズ表面を冷却しながら、その近傍位置に開口された排出路８０ｂに送られ（矢印Ａ３）、図示せぬ配管を介してガス回収装置（機外）へと排出される（矢印Ａ４）。

このように、排ガス分析用センサ４に第一給排経路８０が設けられることで、イナートガスは、図示せぬガス供給装置→供給路８０ａ→通光孔５５（導入側通光路５６の機外側領域Ｄ１）→レンズ部材５２→排出路８０ｂ→図示せぬガス回収装置（機外）に送られて、機外側領域Ｄ１内の滞留ガスが機外に排出される。

一方、図６に示すように、第二給排経路８１は、センサ本体４０に穿設され、導入側通光路５６の排ガス通過孔側領域Ｄ２にイナートガスを供給する供給路８１ａが設けられている。
供給路８１ａは、一端がセンサ本体４０に穿設された取付孔４０ａのレーザ光の照射方向に対する上流側であって、レンズ部材５２の近傍位置に開口され、他端が図示せぬ配管を介してイナートガスのガス供給装置と接続されている。
なお、本実施例の第二給排経路８１は、上述した第一給排経路８０とは異なり、イナートガスを機外に排出する排出路８０ｂに相当する経路を有さず、取付孔４０ａ内に送られたイナートガスは、排ガス通過孔４１内へと排出される。

まず図示せぬガス供給装置から送出されたイナートガスは、やがてレンズ部材５２の近傍位置に開口された供給路８１ａに到達され（矢印Ｂ１）、供給路８１ａを介して取付孔４０ａ内に送り込まれる。取付孔４０ａ内に送り込まれたイナートガスは、レンズホルダ５３に設けられたレンズ部材５２のレンズ表面を冷却しながら、取付孔４０ａの下流側へと送られ（矢印Ｂ２）、やがて排ガス通過孔４１内へと排出される（矢印Ｂ３）。

このように、排ガス分析用センサ４に第二給排経路８１が設けられることで、イナートガスは、図示せぬガス供給装置→供給路８１ａ→レンズ部材５２→取付孔４０ａ→排ガス通過孔４１に送られ、排ガス通過孔側領域Ｄ２内の滞留ガスが排ガス通過孔４１内に排出される。

次に、ガス給排経路９について、以下に詳述する。
図７に示すように、本実施例のガス給排経路９は、センサ本体４０の受光部７側に設けられ、レンズ部材７２により区画された導出側通光路７６の機外側領域Ｄ３（本実施例では通光孔７５）にイナートガスを給排する第一給排経路９０と、レンズ部材７２により区画された導出側通光路７６の排ガス通過孔側領域Ｄ４（本実施例では取付孔４０ｂ）にイナートガスを給排する第二給排経路９１とを有している。

図８に示すように、第一給排経路８０は、上述した受光部７の接続ブロック７１に穿設され、導出側通光路７６の機外側領域Ｄ３にイナートガスを供給する供給路９０ａと、センサ本体４０に穿設され、導出側通光路７６の機外側領域Ｄ３内のイナートガスを機外に排出する排出路９０ｂとが設けられている。
供給路９０ａは、一端が接続ブロック７１に穿設された通光孔７５のレーザ光の照射方向に対する下流側に開口され、他端が図示せぬ配管を介してイナートガスのガス供給装置と接続されている。一方、排出路９０ｂは、一端がセンサ本体４０に取り付けられたレンズホルダ７３の内部空間であって、レンズ部材７２の近傍位置に開口され、他端が図示せぬ配管を介してガス回収装置と接続されている。

まず図示せぬガス供給装置から送出されたイナートガスは、やがて供給路９０ａに到達され（矢印ａ１）、供給路９０ａを介して通光孔７５内に送り込まれる。通光孔７５内に送り込まれたイナートガスは、通光孔７５の下流側へと送られて（矢印ａ２）、やがてレンズホルダ７３まで到達される。レンズホルダ７３に到達したイナートガスは、そのレンズホルダ７３に設けられたレンズ部材７２のレンズ表面を冷却しながら、その近傍位置に開口された排出路９０ｂに送られ（矢印ａ３）、図示せぬ配管を介してガス回収装置（機外）へと排出される（矢印ａ４）。

このように、排ガス分析用センサ４に第一給排経路９０が設けられることで、イナートガスは、図示せぬガス供給装置→供給路９０ａ→通光孔７５（導出側通光路７６の機外側領域Ｄ３）→レンズ部材７２→排出路９０ｂ→図示せぬガス回収装置（機外）に送られて、機外側領域Ｄ３内の滞留ガスが機外に排出される。

一方、図９に示すように、第二給排経路９１は、センサ本体４０に穿設され、導出側通光路７６の排ガス通過孔側領域Ｄ４にイナートガスを供給する供給路９１ａが設けられている。
供給路９１ａは、一端がセンサ本体４０に穿設された取付孔４０ｂのレーザ光の照射方向に対する下流側であって、レンズ部材７２の近傍位置に開口され、他端が図示せぬ配管を介してイナートガスのガス供給装置と接続されている。
なお、本実施例の第二給排経路９１は、上述した第一給排経路９０とは異なり、イナートガスを機外に排出する排出路９０ｂに相当する経路を有さず、取付孔４０ｂ内に送られたイナートガスは、排ガス通過孔４１内へと排出される。

まず図示せぬガス供給装置から送出されたイナートガスは、やがてレンズ部材７２の近傍位置に開口された供給路９１ａに到達され（矢印ｂ１）、供給路９１ａを介して取付孔４０ｂ内に送り込まれる。取付孔４０ｂ内に送り込まれたイナートガスは、レンズホルダ７３に設けられたレンズ部材７２のレンズ表面を冷却しながら、取付孔４０ｂの下流側へと送られ（矢印ｂ２）、やがて排ガス通過孔４１内へと排出される（矢印ｂ３）。

このように、排ガス分析用センサ４に第二給排経路９１が設けられることで、イナートガスは、図示せぬガス供給装置→供給路９１ａ→レンズ部材７２→取付孔４０ｂ→排ガス通過孔４１に送られ、排ガス通過孔側領域Ｄ４内の滞留ガスが排ガス通過孔４１内に排出される。

以上のように、本実施例の排ガス分析用センサ４は、エンジン２０より排出された排ガスが通過する排ガス通過孔４１が穿設されたセンサ本体４０に、排ガス通過孔４１内に向けて分析用のレーザ光を照射する照射部５と、排ガス中を透過したレーザ光を受光する受光部７とが設けられる排ガス分析用センサ４において、照射部５より照射されたレーザ光を排ガス通過孔４１内へと導入する導入側通光路５６（通光孔５５及び取付孔４０ａ）と、排ガス中を透過したレーザ光を排ガス通過孔４１から受光部７に導出する導出側通光路７６（通光孔７５及び取付孔４０ｂ）と、導入側通光路５６及び導出側通光路７６内を区画するようにして配設されるレーザ光透過用のレンズ部材５２・７２と、レンズ部材５２・７２により区画された前記導入側通光路５６及び導出側通光路７６にイナートガスを給排するガス給排経路８・９が設けられることで、レーザ光の通光路である導入側通光路５６及び導出側通光路７６から滞留ガスを排除し、かつ、レンズ部材５２・７２の温度を低下させることで、排ガスの測定精度を向上することができる。

すなわち、本実施例の排ガス分析センサ４の構成では、通光路５６・７６内に滞留する排ガスをイナートガスによって機外に排出することができるため、本来の排ガスの濃度計測の結果に滞留ガスの成分濃度が重複したり、滞留ガスの成分濃度が変動して濃度計測の際のノイズとなったりすることがなく、排ガスの測定精度を向上できる。また、各通光路５６・７６に給排されるイナートガスによって、各通光路５６・７６を区画するように配設されたレンズ部材５２・７２を冷却することができ、レンズ部材５２・７２のレンズ表面に設けられた反射防止膜が高温により損傷してしまうのを防止でき、排ガスの測定精度を向上できる。

特に、本実施例のガス給排経路８・９は、レンズ部材５２・７２により区画された導入側通光路５６及び導出側通光路７６の機外側領域Ｄ１・Ｄ３にイナートガスを給排する第一給排経路８０・９０と、レンズ部材５２・７２により区画され記導入側通光路５６及び導出側通光路７６の排ガス通過孔側領域Ｄ２・Ｄ４にイナートガスを給排する第二給排経路８１・９１とを有するため、レンズ部材５２・７２に区画された各領域Ｄ１〜Ｄ４に対してイナートガスを確実に給排でき、排ガスの測定精度をより向上できる。また、各経路８０・８１・９０・９１が独立しているため、そのメンテナンスが容易である。

また、第一給排経路８０・９０は、導入側通光路５６及び導出側通光路７６のレンズ部材５２・７２の近傍位置にイナートガスの排出路８０ｂ・９０ｂが開口されるため、レンズ部材５２・７２のレンズ表面にまでイナートガスを確実に到達させることができ、イナートガスによるレンズ部材５２・７２の冷却効率をより向上できる。

また、第二給排経路８１・９１は、導入側通光路５６及び導出側通光路７６のレンズ部材５２・７２の近傍位置にイナートガスの供給路８１ａ・９１ａが開口され、排ガス通過孔へイナートガスを排出するため、導入側通光路５６及び導出側通光路７６内に供給されたイナートガスの排出路を設ける必要がなく、各経路の構成を簡素化することができる。
ただし、このように第二給排経路８１・９１において、各導入側通光路５６及び導出側通光路７６から排ガス通過孔４１内へと直接排出するため、排ガス通過孔４１内の排ガスの成分濃度を希釈することになる。そのため、本実施例の構成では、イナートガスのパージ量を、排ガス通過孔４１内の排ガス流量の１／１０００程度に抑えることで、排ガスの測定精度に与える希釈の影響を低減できる。

なお、本実施例の排ガス分析用センサの構成は、上述した実施例に限定されない。

すなわち、各ガス給排経路８・９は、導入側通光路５６及び導出側通光路７６のそれぞれにイナートガスを給排可能に構成されればよい。具体的には、導入側通光路５６（図４参照）において、第一給排経路８０と第二給排経路８１とが設けられているが、イナートガスの供給路及び排出路は、センサ本体４０に設けられるか、若しくは接続ブロック５１に設けられるかは問わない。

また、イナートガスの供給路及び排出路の配置や個数も特に限定されず、例えば、第一給排経路８０において、供給路８０ａと排出路８０ｂとの配置が相互に異なるように、すなわち、供給路８０ａが導入側通光路５６のレンズ部材５２の近傍位置に開口するように設けられ、排出路８０ｂが通光孔５５のレーザ光の照射方向に対する上流側に開口されるように構成されてもよい。このような構成とすることで、レンズ部材５２のレンズ表面にまでフレッシュなイナートガスを確実に到達させることができる。

また、上述した実施例の第二給排経路８１・９１は、イナートガスの排出路が設けられず、導入側通光路５６及び導出側通光路７６に導入されたイナートガスを直接排ガス通過孔４１内に排出するように構成されているが、例えば、第二給排経路８１・９１も、第一給排経路８０・９０と同様に、イナートガスの排出路を別途設けるように構成されてもよい。

また、上述した実施例のレンズ部材５２・７２は、導入側通光路５６及び導出側通光路７６の中途部に配設されるレンズホルダ５３・７３に位置決めして取り付けられるが、レンズホルダ５３・７３に取り付けられることなく、導入側通光路５６及び導出側通光路７６の中途部に直接に取り付けられるように構成されてもよい。また、レンズホルダ５３・７３の構成も、特に限定するものではない。

本発明の一実施例に係る排ガス分析用センサを備えた排ガス分析装置を車輌に搭載した状態を示した側面図。 排ガス分析用センサへ管継手を取り付けた状態を示す分解斜視図及び側面図。 排ガス分析用センサの断面図。 照射部側のガス給排経路の構成を示した断面図。 図４における第一給排経路の構成を拡大して示した断面図。 図４における第二給排経路の構成を拡大して示した断面図。 受光部側のガス給排経路の構成を示した断面図。 図７における第一給排経路の構成を拡大して示した断面図。 図７における第二給排経路の構成を拡大して示した断面図。

符号の説明

１ 排ガス分析装置
４ 排ガス分析用センサ
５ 照射部
７ 受光部
８ ガス給排経路
９ ガス給排経路
２０ エンジン（内燃機関）
４０ センサ本体
４０ａ 取付孔
４０ｂ 取付孔
４１ 排ガス通過孔
５２ レンズ部材
５５ 通光孔
５６ 導入側通光路
７２ レンズ部材
７５ 通光孔
７６ 導出側通光路

Claims (4)

1. 内燃機関より排出された排ガスが通過する排ガス通過孔が穿設されたセンサ本体に、該排ガス通過孔内に向けて排ガス分析用のレーザ光を照射する照射部と、排ガス中を透過したレーザ光を受光する受光部とが設けられる排ガス分析用センサにおいて、
   前記照射部より照射されたレーザ光を前記排ガス通過孔内へと導入する導入側通光路と、
   排ガス中を透過したレーザ光を前記排ガス通過孔から前記受光部に導出する導出側通光路と、
   前記導入側通光路内及び導出側通光路内をそれぞれ複数の領域に区画するように配設されるレーザ光透過用のレンズ部材と、
   前記レンズ部材により区画された前記導入側通光路及び導出側通光路の各領域にイナートガスを給排するガス給排経路がそれぞれ設けられることを特徴とする排ガス分析用センサ。
2. 前記ガス給排経路は、
   前記レンズ部材により区画された前記導入側通光路及び導出側通光路の機外側の領域にイナートガスを給排する第一のガス給排経路と、
   前記レンズ部材により区画された前記導入側通光路及び導出側通光路の排ガス通過孔側の領域にイナートガスを給排する第二のガス給排経路とを有することを特徴とする請求項１に記載の排ガス分析用センサ。
3. 前記第一のガス給排経路は、前記導入側通光路及び導出側通光路のレンズ部材の近傍位置にイナートガスの供給路又は排出路が開口されることを特徴とする請求項２に記載の排ガス分析用センサ。
4. 前記第二のガス給排経路は、前記導入側通光路及び導出側通光路のレンズ部材の近傍位置にイナートガスの供給路が開口され、前記排ガス通過孔へイナートガスを排出することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の排ガス分析センサ。

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