JP2018124182A - センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】筒状のケース部材の内部に直方体状のセンサ部を安定して保持すること。
【解決手段】センサ１０は、内燃機関の排気通路に配置されて排気中の粒子状物質を捕集する複数のセルを含むフィルタ部材、および、セルを挟んで対向配置された少なくとも一対の電極部材を含むセンサ部３と、筒状に形成され、筒内を部分的に拡径することで形成された収容スペースにセンサ部３を保持する保持部材１と、筒状に形成され、筒内に、収容スペースにセンサ部３が保持された状態の保持部材１を収容するとともに、入口１１Ｄから内側ケース部１１Ａ内に導入した排気をフィルタ部材に通過させて出口１１Ｃから内側ケース部１１Ａ外に導出するケース部材１１と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気中に含まれる粒子状物質を検出するセンサおよびその製造方法に関する。

従来、内燃機関から排出される排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという）を検出するセンサとして、特許文献１に開示されているものがある。

特許文献１のセンサは、内燃機関の排気通路に配置されて排気中の粒子状物質を捕集する複数のセルを含むフィルタ部材、および、セルを挟んで対向配置された少なくとも一対の電極部材を含むセンサ部（素子部ともいう）と、筒状に形成されてその筒内にセンサ部を収容するとともに、一端開口部から筒内に導入した排気をフィルタ部材に通過させて他端開口部から筒外に導出するケース部材と、を備える。

特開２０１６−６１６８０号公報

特許文献１のセンサのように、ケース部材が筒状であるのに対し、センサ部が直方体状である場合、筒内でセンサ部を安定して保持することが望まれる。

本発明の目的は、筒状のケース部材の内部に直方体状のセンサ部を安定して保持することができるセンサおよびその製造方法を提供することである。

本発明のセンサは、内燃機関の排気通路に配置されて排気中の粒子状物質を捕集する複数のセルを含むフィルタ部材、および、前記セルを挟んで対向配置された少なくとも一対の電極部材を含むセンサ部と、筒状に形成され、筒内を部分的に拡径することで形成された収容スペースに前記センサ部を保持する保持部材と、筒状に形成され、筒内に、前記収容スペースに前記センサ部が保持された状態の前記保持部材を収容するとともに、上流側開口部から筒内に導入した排気を前記フィルタ部材に通過させて下流側開口部から筒外に導出するケース部材と、を備える。

本発明のセンサの製造方法は、内燃機関の排気通路に配置されて排気中の粒子状物質を捕集する複数のセルを含むフィルタ部材、および、前記セルを挟んで対向配置された少なくとも一対の電極部材を含むセンサ部を、筒状に形成され、上流側開口部から筒内に導入した排気を前記フィルタ部材に通過させて下流側開口部から筒外に導出するケース部材の内部に保持するセンサの製造方法であって、筒状に形成され、筒内を部分的に拡径することで形成された収容スペースを有する保持部材を垂直方向に分割した第１保持部材および第２保持部材のうち、前記第１保持部材側の収容スペースに前記センサ部の一端を収容し、前記第２保持部材側の収容スペースに前記センサ部の他端が収容されるように、前記第１保持部材における前記第２保持部材との接合面と、前記第２保持部材における前記第１保持部材との接合面とを接合し、前記保持部材を前記ケース部材の筒内に圧入する。

本発明によれば、筒状のケース部材の内部に直方体状のセンサ部を安定して保持することができる。

本発明の実施の形態に係るセンサが備えられる排気系の構成例を示す概略図 本発明の実施の形態に係るセンサの構成例を示す側断面図 本発明の実施の形態に係る保持部材の外観例を示す斜視図 本発明の実施の形態に係る保持部材に形成される保持スペースの一例を示す斜視図 本発明の実施の形態に係る保持部材の側断面および横断面を示す図 本発明の実施の形態に係る保持部材に繊維状マットを取り付けた状態を示す斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の実施の形態に係るセンサが備えられる排気系の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係るセンサが備えられる排気系の構成例を示す図である。

図１に示すように、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）１００には、排気管１１０が接続される。

内燃機関がディーゼルエンジンの場合、図１に示すように、排気管１１０内には、排気上流側から順に、後処理装置として、酸化触媒２１０、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２２０等が設けられる。後処理装置は、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）であってもよい。

なお、内燃機関１００はガソリンエンジンであってもよい。その場合、排気管１１０内には、後処理装置として、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）等が設けられる。

センサ１０は、図１に示すように、ＤＰＦ２２０よりも下流側の排気管１１０に設けられている。なお、センサ１０は、図１において、酸化触媒２１０の上流側に設けられてもよい。

次に、本実施の形態に係るセンサ１０の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係るセンサの構成例を示す側断面図である。図中の直線状の矢印は、排気ガスの流れを示している。

センサ１０は、排気管１１０内に挿入されたケース部材１１と、ケース部材１１内に収容されたセンサ部３と、センサ部３を保持する保持部材１と、保持部材１に取り付けられた繊維状マット２と、を備えている。

ケース部材１１は、有底円筒状の内側ケース部１１Ａと、内側ケース部１１Ａの円筒外周面を囲む円筒状の外側ケース部１１Ｂとを備えている。

内側ケース部１１Ａにおいて、流れ方向ｘにおける下流端（以下、先端という）およびその近傍は、外側ケース部１１Ｂよりもｘ軸の正方向側に突出している。また、内側ケース部１１Ａの先端には、内側ケース部１１Ａ内を通過した排ガスを排気管１１０内に吐出する出口１１Ｃが形成されている。さらに、内側ケース部１１Ａの基端側（すなわち、先端とは逆方向側の端部）には、周方向に沿って間隔をあけて複数の入口１１Ｄが形成されている。この入口１１Ｄからは、内側ケース部１１Ａの外周面と外側ケース部１１Ｂの内周面とで形成された流路１１Ｅを案内されてきた排気ガスが内側ケース部１１Ａ内に導入される。なお、図１では、都合上、単一の入口にのみ参照符号１１Ｄが付されている。

台座部２０は、ケース部材１１を排気管１１０に取り付けるための部材であり、雄ネジ部２１と、ナット部２２とを備えている。雄ネジ部２１はケース部材１１の基端部に設けられており、ケース部材１１の基端側開口部を閉塞する。この雄ネジ部２１は、排気管１１０に形成されたボス部１１０Ａの雌ネジ部と螺合される。ナット部２２は、例えば六角ナットであって、雄ネジ部２１の上端部に固定されている。これら雄ネジ部２１およびナット部２２には、後述する導電線等を挿通させる貫通孔（図示略）が形成されている。

センサ部３の外観は、直方体状である。また、センサ部３は、フィルタ部材、複数対の電極、および電気ヒータ（いずれも図示略）を備えている。以下、それらについて説明する。

フィルタ部材は、例えば、多孔質セラミックスの隔壁で区画された格子状の排気流路をなす複数のセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。このフィルタ部材は、セルの流路方向をケース部材１１の軸方向（図中の上下方向）と略平行にした状態で、ケース部材１１の内周面にクッション部材（図示略）を介して保持されている。入口１１Ｄから内側ケース部１１Ａ内に取り込まれた排気ガス中のＰＭは、排気ガスが下流側を目封止されたセルから上流側を目封止されたセルに流れ込むことで、隔壁表面や細孔に捕集される。なお、以下の説明では、下流側が目封止されたセルを測定用セルといい、上流側が目封止されたセルを電極用セルという。

電極は、例えば導電性の金属線（金属板でもよい）であって、測定用セルを挟んで対向する電極用セルに下流側（非目封止側）から交互に挿入されてコンデンサを形成する。これら電極は、コントロールユニット（図示略）に内蔵された静電容量検出回路（図示略）に導電線（図示略）を介してそれぞれ接続されている。

電気ヒータは、例えば電熱線であって、通電により発熱して測定用セルを加熱することで、測定用セル内に堆積したＰＭを燃焼除去するいわゆるフィルタ再生（センサ再生ともいう）を実行する。このため、電気ヒータは、連続Ｓ字形に屈曲して形成されており、互いに平行な直線部分を各測定用セル内に流路に沿って挿入されている。

上述した図示しないコントロールユニットは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリを有する。

例えば、コントロールユニットは、再生インターバル間（フィルタ再生の終了時から次のフィルタ再生の開始時までの期間）における静電容量変化量に基づいて、排気中の総ＰＭ量を推定する。なお、コントロールユニットは、静電容量変化量の代わりに、抵抗値に基づいて、排気中の総ＰＭ量を推定してもよい。

また、例えば、コントロールユニットは、電極間の静電容量に応じて電気ヒータをＯＮ（通電）にするフィルタ再生を実行する。

保持部材１および繊維状マット２については、図３〜図６を用いて後述する。

以上、本実施の形態に係るセンサ１０の構成について説明した。

次に、保持部材１の構成について、図３〜図５を用いて説明する。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、本実施の形態に係る保持部材１の外観を示す斜視図である。

図３（ａ）に示すように、保持部材１は、貫通孔Ｈが形成された、円筒形状の部材である。保持部材１は、図３（ｂ）に示すように、垂直方向（図中の上下方向）に二等分された、保持部材１ａと保持部材１ｂとが接合して成る。図３（ｂ）に示すＦは、接合面である。

保持部材１には、筒内（貫通孔Ｈ内）を部分的に拡径することで、直方体状のセンサ部３を収容可能な収容スペースが形成されている。

図４は、収容スペースの一例を示す斜視図である。図５（ａ）は、図４のＡ−Ａ断面図（側断面図）であり、図５（ｂ）は、図４のＢ−Ｂ断面図（横断面図）である。

図４、図５（ａ）、および図５（ｂ）に示すように、保持部材１の筒内には、貫通孔Ｈの直径ｄを拡径することによって、センサ部３と同一の形状（直方体状）の収容スペースＳが形成されている。なお、収容スペースＳの形状は、センサ部３と略同一の形状（略直方体状）であってもよい。

センサ部３は、例えばアルミナテープを介して、収容スペースＳ内に固定される。なお、収容スペースＳに収容されたセンサ部３の有効面積（排気ガスが通過可能な部分の面積）は、貫通孔Ｈの開口面積（図５（ｂ）に示す直径ｄの円の面積）となる。よって、センサ部３において有効面積以外に相当する部分（例えば、図５（ｂ）に示す領域Ｃに対応する部分）は、測定用セルまたは電極用セルとして構成されてもよい。

以上、保持部材１の構成について説明した。

次に、繊維状マット２について説明する。

繊維状マット２は、例えば、セラミックの繊維で形成されたマットである。セラミックの繊維には、内部が真空であるセラミックビーズが混入されていてもよい。

繊維状マット２は、図６に示すように、保持部材１の外周面に巻回される。保持部材１に巻回された繊維状マット２の外径Ｄ１は、図２に示すケース部材１１の内径Ｄ２よりも大きい。なお、図６では図示を省略しているが、保持部材１の収容スペースＳには、センサ部３が収容されている。

図６に示した繊維状マット２が巻回された状態の保持部材１は、図２に示すように、ケース部材１１の筒内に圧入される。

以上、繊維状マット２について説明した。

次に、センサ１０の製造方法の一例について説明する。

まず、直方体状のセンサ部３における収容スペースＳとの接触面に、アルミナテープを取り付ける（巻回する）。

次に、アルミナテープが巻回されたセンサ部３の一端を、図３（ｂ）に示した保持部材１ａの収容スペースＳに収容する。このとき、アルミナテープにより、センサ部３の一端は、保持部材１ａの収容スペースＳに固定される。

次に、保持部材１ａの接合面Ｆに接着剤を塗布し、保持部材１ａの接合面Ｆと、保持部材１ｂの接合面Ｆとを接合する。このとき、センサ部３の他端（保持部材１ａに収容されていない方の端部）が、保持部材１ｂの収容スペースＳに収容されるように位置合わせを行う。これにより、センサ部３の他端は、アルミナテープにより保持部材１ｂの収容スペースＳに固定される。

保持部材１ａと保持部材１ｂとの接合により、図３（ａ）に示した円筒形状の保持部材１が完成する。

次に、図６に示すように、保持部材１の外周面に繊維状マット２を巻回する。このとき、巻回された繊維状マット２の外径（図６のＤ１）がケース部材１１の内径（図２のＤ２）よりも大きくなるようにする。

次に、繊維状マット２が巻回された保持部材１を、図２に示すように、ケース部材１１の筒内に圧入する。

以上、センサ１０の製造方法の一例について説明した。

詳述したように、本実施の形態によれば、円筒形状の保持部材１の筒内に形成された収容スペースＳに直方体状のセンサ部３を収容し、その保持部材１を円筒形状のケース部材１１に収容するため、センサ部３の形状が筒内での保持に影響しない。よって、筒状のケース部材１１の内部において、直方体状のセンサ部３を安定して保持することができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

＜本開示のまとめ＞
本発明のセンサは、内燃機関の排気通路に配置されて排気中の粒子状物質を捕集する複数のセルを含むフィルタ部材、および、前記セルを挟んで対向配置された少なくとも一対の電極部材を含むセンサ部と、筒状に形成され、筒内を部分的に拡径することで形成された収容スペースに前記センサ部を保持する保持部材と、筒状に形成され、筒内に、前記収容スペースに前記センサ部が保持された状態の前記保持部材を収容するとともに、上流側開口部から筒内に導入した排気を前記フィルタ部材に通過させて下流側開口部から筒外に導出するケース部材と、を備える。

なお、上記センサにおいて、前記保持部材は、外周面に繊維状マットが巻回された状態で、前記ケース部材の筒内に圧入され、前記保持部材に巻回された状態の前記繊維状マットの外径は、前記ケース部材の内径よりも大きくてもよい。

また、上記センサにおいて、前記収容スペースの形状は、前記センサ部の形状と同一または略同一であってもよい。

また、上記センサにおいて、前記センサ部は、アルミナテープを介して前記収容スペースに固定されてもよい。

また、本発明のセンサの製造方法は、内燃機関の排気通路に配置されて排気中の粒子状物質を捕集する複数のセルを含むフィルタ部材、および、前記セルを挟んで対向配置された少なくとも一対の電極部材を含むセンサ部を、筒状に形成され、上流側開口部から筒内に導入した排気を前記フィルタ部材に通過させて下流側開口部から筒外に導出するケース部材の内部に保持するセンサの製造方法であって、筒状に形成され、筒内を部分的に拡径することで形成された収容スペースを有する保持部材を垂直方向に分割した第１保持部材および第２保持部材のうち、前記第１保持部材側の収容スペースに前記センサ部の一端を収容し、前記第２保持部材側の収容スペースに前記センサ部の他端が収容されるように、前記第１保持部材における前記第２保持部材との接合面と、前記第２保持部材における前記第１保持部材との接合面とを接合し、前記保持部材を前記ケース部材の筒内に圧入する。

本発明は、排気中に含まれる粒子状物質を検出するセンサおよびその製造方法に適用できる。

１ 保持部材
２ 繊維状マット
３ センサ部
１０ センサ
１１ ケース部材
１１Ａ 内側ケース部
１１Ｂ 外側ケース部
１１Ｃ 出口
１１Ｄ 入口
１１Ｅ 流路
２０ 台座部
２１ 雄ネジ部
２２ ナット部
１００ 内燃機関
１１０ 排気管
１１０Ａ ボス部
２１０ 酸化触媒
２２０ ＤＰＦ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に配置されて排気中の粒子状物質を捕集する複数のセルを含むフィルタ部材、および、前記セルを挟んで対向配置された少なくとも一対の電極部材を含むセンサ部と、
   筒状に形成され、筒内を部分的に拡径することで形成された収容スペースに前記センサ部を保持する保持部材と、
   筒状に形成され、筒内に、前記収容スペースに前記センサ部が保持された状態の前記保持部材を収容するとともに、上流側開口部から筒内に導入した排気を前記フィルタ部材に通過させて下流側開口部から筒外に導出するケース部材と、
   を備える、センサ。
2. 前記保持部材は、
   外周面に繊維状マットが巻回された状態で、前記ケース部材の筒内に圧入され、
   前記保持部材に巻回された状態の前記繊維状マットの外径は、前記ケース部材の内径よりも大きい、
   請求項１に記載のセンサ。
3. 前記収容スペースの形状は、
   前記センサ部の形状と同一または略同一である、
   請求項１または２に記載のセンサ。
4. 前記センサ部は、
   アルミナテープを介して前記収容スペースに固定される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサ。
5. 内燃機関の排気通路に配置されて排気中の粒子状物質を捕集する複数のセルを含むフィルタ部材、および、前記セルを挟んで対向配置された少なくとも一対の電極部材を含むセンサ部を、筒状に形成され、上流側開口部から筒内に導入した排気を前記フィルタ部材に通過させて下流側開口部から筒外に導出するケース部材の内部に保持するセンサの製造方法であって、
   筒状に形成され、筒内を部分的に拡径することで形成された収容スペースを有する保持部材を垂直方向に分割した第１保持部材および第２保持部材のうち、前記第１保持部材側の収容スペースに前記センサ部の一端を収容し、
   前記第２保持部材側の収容スペースに前記センサ部の他端が収容されるように、前記第１保持部材における前記第２保持部材との接合面と、前記第２保持部材における前記第１保持部材との接合面とを接合し、
   前記保持部材を前記ケース部材の筒内に圧入する、
   センサの製造方法。

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