JP2019168245A - 微粒子センサの取付構造、微粒子センサ、センサ取付部、及びセンサ取付部付き通気管 - Google Patents

微粒子センサの取付構造、微粒子センサ、センサ取付部、及びセンサ取付部付き通気管 Download PDF

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Abstract

【課題】微粒子センサをセンサ取付部から取り外した後、改めて、微粒子センサをセンサ取付部に取り付ける場合において、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、常に一定の周方向位置に決めることができる微粒子センサの取付構造、微粒子センサ、センサ取付部、及び、センサ取付部付き通気管を提供する。【解決手段】微粒子センサ1は、微粒子センサ1をセンサ取付部120に取り付けるときに、センサ取付部120に対するセンサ本体部5の周方向位置を位置決めするセンサ側位置決め部11kを有する。センサ取付部120は、センサ側位置決め部11kに適合する管側位置決め部121であって、微粒子センサ1をセンサ取付部120に取り付けたときに、センサ取付部120に対するセンサ本体部5の周方向位置を、常に一定の周方向位置に位置決めする管側位置決め部121を有する。【選択図】図5

Description

本発明は、通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサの取付構造、微粒子センサ、センサ取付部、及びセンサ取付部付き通気管に関する。
ガス中の微粒子量を計測したい場合がある。例えば、内燃機関(例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン)では、その排気ガス中にススなどの微粒子を含むことがある。このような微粒子を含む排気ガスは、フィルタで微粒子を捕集して浄化することが行われている。しかるに、フィルタが破損するなどの不具合を生じた場合には、未浄化の排気ガスが直接、フィルタの下流に排出されることとなる。そこで、排気ガス中の微粒子の量を直接計測したり、フィルタの不具合を検知すべく、フィルタ下流の排気ガス中の微粒子の量を検知可能な微粒子センサが求められている。
このような微粒子センサとして、特許文献1には、軸線方向に延びる形態をなすセンサ本体部を有し、センサ本体部のうち軸線方向の先端側の部位が通気管(排気管)の内部に配置されるように、接地電位とされた通気管に固定されたセンサ取付部に対して着脱可能に取り付けられて、通気管の内部を流通する被測定ガス(排気ガス)中の微粒子の量を検知する微粒子センサが開示されている。
特開2017−166963号公報
特許文献1の微粒子センサでは、センサ本体部のうち管内配置部(排気管の内部に配置される部位)が、当該管内配置部の壁部を貫通するガス取入口であって、センサ本体部の内部に被測定ガスを導入するガス取入口を、1つ有している。このガス取入口は、管内配置部の外周面を周方向に見て、当該ガス取入口の全てが含まれる管内配置部の周方向範囲が、管内配置部の周方向について半周以内となるように、管内配置部に形成されている。換言すれば、ガス取入口は、管内配置部を当該管内配置部の軸線に沿って切断して、管内配置部を一方側部と他方側部とに二分割したときに、ガス取入口の全てを一方側部に位置させることができるように、管内配置部に形成されている。
このような微粒子センサでは、当該微粒子センサをセンサ取付部に取り付けたときの、センサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置(センサ本体部の軸線周りの位置)が変わると、必ず、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置(センサ本体部または管内配置部の周方向にかかる位置)が変わってしまう。このため、何らかの理由で、微粒子センサをセンサ取付部から取り外して、その後、改めて、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けたときに、通気管内におけるガス取入口の周方向位置が取り外す前の位置から変わっていると、通気管内を流通する被測定ガスの流速が変わっていなくても、ガス取入口を通じてセンサ本体部の内部に導入される被測定ガスの流速(単位時間当たりのガス導入量)が取り外す前とは変わってしまい、その結果、微粒子の量を適切に(精度良く)検知できなくなる虞があった。
このため、何らかの理由で微粒子センサをセンサ取付部から取り外して、その後、改めて微粒子センサをセンサ取付部に取り付ける場合において、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置(センサ本体部または管内配置部の周方向にかかる位置)を、常に一定の周方向位置に決めることができる取付構造が求められていた。例えば、定期的に微粒子センサを洗浄するために、センサ取付部から微粒子センサを定期的に着脱する場合において、洗浄後、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けるときは、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、常に一定の周方向位置に決めることができる取付構造が求められていた。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、微粒子センサをセンサ取付部から取り外した後、改めて、微粒子センサをセンサ取付部に取り付ける場合において、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、常に一定の周方向位置に決めることができる微粒子センサの取付構造、微粒子センサ、センサ取付部、及び、センサ取付部付き通気管を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、通気管の内部を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサを、前記通気管に固定されたセンサ取付部に取り付ける、微粒子センサの取付構造において、前記微粒子センサは、軸線方向に延びる筒状のセンサ本体部を有し、前記センサ取付部に対して着脱可能とされており、前記センサ本体部は、当該センサ本体部のうち前記軸線方向の先端側の部位であって、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けた状態において前記通気管の内部に配置される管内配置部を有し、前記管内配置部は、当該管内配置部の壁部を貫通するガス取入口であって、前記センサ本体部の内部に前記被測定ガスを導入するガス取入口を、1または複数有し、前記1または複数のガス取入口は、前記管内配置部の外周面を周方向に見て、当該1または複数のガス取入口の全てが含まれる前記管内配置部の周方向範囲が、前記管内配置部の周方向について半周以内となるように、前記管内配置部に形成されており、前記微粒子センサは、当該微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けるときに、前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を位置決めする、センサ側位置決め部を有し、前記センサ取付部は、前記センサ側位置決め部に適合する管側位置決め部であって、前記センサ側位置決め部と当該管側位置決め部とを組み合わせるようにして、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたときに、前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を、常に一定の周方向位置に位置決めする管側位置決め部を有し、前記センサ側位置決め部と前記管側位置決め部とを組み合わせるようにして、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたとき、前記通気管内における前記1または複数のガス取入口の周方向位置が、常に一定の第1周方向位置に決まる微粒子センサの取付構造である。
上述の取付構造では、微粒子センサが、軸線方向に延びる筒状のセンサ本体部を有し、さらに、通気管に固定されたセンサ取付部に対して着脱可能とされている。また、センサ本体部が、当該センサ本体部のうち軸線方向の先端側の部位であって、軸線方向に延びる筒状をなし、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けた状態において通気管の内部に配置される管内配置部を有している。この管内配置部は、当該管内配置部の壁部を貫通するガス取入口であって、センサ本体部の内部に被測定ガスを導入するガス取入口を、1または複数有している。
さらに、1または複数のガス取入口は、管内配置部の外周面を周方向に見て、当該1または複数のガス取入口の全てが含まれる管内配置部の周方向範囲(全てのガス取入口が含まれる最小の周方向範囲)が、管内配置部の周方向について半周以内となるように、管内配置部に形成されている。換言すれば、1または複数のガス取入口は、管内配置部を当該管内配置部の軸線に沿って切断して、管内配置部を一方側部と他方側部とに二分割したときに、1または複数のガス取入口の全てを一方側部に位置させることができるように、管内配置部に形成されている。
このような微粒子センサでは、前述したように、当該微粒子センサをセンサ取付部に取り付けたときの、センサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置(センサ本体部の軸線周りの位置)が変わると、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置(センサ本体部または管内配置部の周方向にかかる位置)が変わり、その結果、被測定ガスに含まれている微粒子の量を適切に(精度良く)検知できなくなる虞があった。このため、微粒子センサをセンサ取付部から取り外した後、改めて、微粒子センサをセンサ取付部に取り付ける場合において、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、常に一定の周方向位置に決めることができる取付構造が求められる。
これに対し、上述の取付構造では、微粒子センサが、当該微粒子センサを前センサ取付部に取り付けるときに、センサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置(センサ本体部の軸線周りの位置)を位置決めする、センサ側位置決め部を有している。
さらには、センサ取付部が、センサ側位置決め部に適合する(対応する、組み合わせられる)管側位置決め部であって、センサ側位置決め部と当該管側位置決め部とを組み合わせるようにして、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けたときに、センサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置を、常に一定の周方向位置に位置決めする管側位置決め部を有している。
これにより、センサ側位置決め部と管側位置決め部とを組み合わせるようにして、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けたとき、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置(前記センサ本体部または前記管内配置部の周方向にかかる位置)が、常に一定の第1周方向位置に決まる取付構造となっている。
従って、上述の微粒子センサの取付構造によれば、微粒子センサをセンサ取付部から取り外した後、改めて、微粒子センサをセンサ取付部に取り付ける場合において、常に、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、一定の周方向位置に決めることができる。このため、例えば、定期的に微粒子センサを洗浄するために、センサ取付部から微粒子センサを定期的に着脱する場合において、洗浄後、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けるときは、常に、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、一定の周方向位置に決めることができる。
従って、上述の微粒子センサの取付構造によれば、「微粒子センサをセンサ取付部から取り外した後、改めて、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けたときに、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置が、微粒子センサを取り外す前の位置から変わったことによって、微粒子の量を適切に(精度良く)検知することができなくなる不具合」を防止することができる。
さらに、前記の微粒子センサの取付構造であって、前記通気管は、当該通気管の壁部を貫通する貫通孔を構成する孔構成部であって、前記センサ取付部が取り付けられる孔構成部を有し、前記センサ取付部は、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記通気管の内部に配置される包囲部であって、前記通気管に固定された前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記センサ本体部のうち前記管内配置部の径方向周囲を包囲する包囲部を有し、前記通気管に固定された前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記包囲部のうち前記軸線方向について最も先端側に位置する包囲先端部が、前記管内配置部の前記ガス取入口よりも前記軸線方向の先端側に位置する微粒子センサの取付構造とすると良い。
ところで、通気管の内部には水が溜まることがある。例えば、通気管として排気管を用いた場合、排気管は、内燃機関の駆動後に冷却されるので、排気管内に凝縮水が溜まる場合がある。このため、従来、通気管に固定されたセンサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、通気管の内部に溜まっていた水が、通気管内を上流側から下流側に流通する被測定ガスの流れに伴って、通気管の上流側から微粒子センサの管内配置部に向かって飛散した場合に、当該水が、ガス取入口を通じて微粒子センサ(センサ本体部)の内部に進入する虞があった。これにより、微粒子の量を適切に検知することができなくなる虞があった。
これに対し、上述の取付構造では、センサ取付部が、通気管に固定された状態において、軸線方向に延びる筒状をなす包囲部であって、通気管の内部に配置される包囲部を有している。この包囲部は、通気管に固定されたセンサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、センサ本体部のうち管内配置部の径方向周囲を包囲する(管内配置部とは離間しつつ管内配置部の径方向周囲を包囲する)。
さらに、この包囲部は、通気管に固定されたセンサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、当該包囲部のうち軸線方向について最も先端側に位置する包囲先端部が、管内配置部のガス取入口よりも軸線方向の先端側に位置する形態を有している。すなわち、包囲部は、通気管に固定されたセンサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、軸線方向について、通気管の孔構成部の位置から、センサ本体部の管内配置部のうちガス取入口の位置よりも先端側にまで延びる形態を有している。
上述の取付構造では、このような包囲部を設けることで、通気管に固定されたセンサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、例えば、通気管の内部に溜まっていた水が、通気管内を上流側から下流側に流通する被測定ガスの流れに伴って、通気管の上流側から微粒子センサの管内配置部に向かって飛散した場合に、当該水が、ガス取入口を通じて微粒子センサ(センサ本体部)の内部に進入し難くなる。すなわち、通気管の上流側から微粒子センサの管内配置部に向かって飛散した水を、包囲部によって受け止めることで、当該水が、ガス取入口を通じて微粒子センサ(センサ本体部)の内部に進入し難くなる。
さらに、前記の微粒子センサの取付構造であって、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたことによって前記第1周方向位置に位置決めされた前記1または複数のガス取入口は、いずれも、前記通気管の下流側を向いて開口し、前記包囲部は、前記通気管の下流側を向いて開口するガス導入窓であって、前記通気管に固定された前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記包囲部の外側から当該ガス導入窓を通じて前記1または複数のガス取入口を視認できる形態のガス導入窓を有する微粒子センサの取付構造とすると良い。
上述の取付構造では、通気管に固定されたセンサ取付部に微粒子センサを取り付けたことによって、第1周方向位置に位置決めされた1または複数のガス取入口が、いずれも、通気管の下流側を向いて開口するように構成されている。
さらに、センサ取付部の包囲部は、センサ取付部が通気管に固定された状態において、通気管の下流側を向いて開口するガス導入窓を有する。このガス導入窓は、通気管に固定されたセンサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、包囲部の外側から当該ガス導入窓を通じて、1または複数のガス取入口を視認できる形態を有している。
このようにすることで、通気管の上流側から微粒子センサの管内配置部に向かって飛散した水を、包囲部のうち通気管の上流側に位置する部位で受け止めて、ガス取入口を通じて微粒子センサ(センサ本体部)の内部に進入し難くすることができると共に、通気管内を流通する被測定ガスが、ガス導入窓を通じて、1または複数のガス取入口の内部に導入され易くなる。
さらに、前記いずれかの微粒子センサの取付構造であって、前記包囲部を有する前記センサ取付部は、接地電位とされた前記通気管に固定されることで前記接地電位となり、前記センサ本体部の前記管内配置部は、前記センサ取付部に対して電気的に絶縁されると共に、前記接地電位とは異なる基準電位とされる微粒子センサの取付構造とすると良い。
上述の取付構造では、包囲部を有するセンサ取付部が、接地電位とされた通気管に固定されることで接地電位となる。一方、センサ本体部のうちガス取入口が形成されている管内配置部は、センサ取付部に対して電気的に絶縁されると共に、接地電位とは異なる基準電位とされる。
ところで、センサ本体部のうちガス取入口が形成されている管内配置部の外周面には、被測定ガスに含まれているススなどの微粒子が付着することがあり得る。これにより、基準電位とされる管内配置部と、接地電位とされるセンサ取付部のうち管内配置部の径方向周囲を包囲する包囲部との間の電気絶縁性が低下し、微粒子の量を適切に検知することができなくなる虞がある。
このため、定期的に微粒子センサ(管内配置部)を洗浄することが好ましく、微粒子センサを洗浄するために、センサ取付部から微粒子センサを定期的に着脱する場合において、洗浄後、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けるときは、前述したように、常に、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、一定の周方向位置に決めることができる取付構造が求められる。
これに対し、上述の微粒子センサの取付構造では、センサ側位置決め部と管側位置決め部とを組み合わせるようにして、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けたとき、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置(前記センサ本体部または前記管内配置部の周方向にかかる位置)が、常に、一定の第1周方向位置に決まる取付構造となっている。
従って、上述の微粒子センサの取付構造によれば、定期的に微粒子センサを洗浄するために、センサ取付部から微粒子センサを定期的に着脱する場合において、洗浄後、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けるときは、常に、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、一定の周方向位置に決めることができる。
さらに、前記いずれかの微粒子センサの取付構造であって、前記センサ取付部は、接地電位とされた前記通気管に固定されることで前記接地電位となり、前記センサ本体部は、前記管内配置部を含む内側金具であって、前記接地電位とは異なる基準電位とされる内側金具と、前記内側金具の径方向周囲を囲む筒状の外側金具であって、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けた状態において、前記センサ取付部と接触することで前記接地電位とされる外側金具と、前記内側金具と前記外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁する絶縁スペーサであって、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けた状態において、前記通気管の内部を流通する前記被測定ガスが接触可能な位置に配置される絶縁スペーサと、を備える微粒子センサの取付構造とするのが好ましい。
上述の取付構造では、センサ本体部が、基準電位とされる内側金具と接地電位とされる外側金具との間に介在して両者を電気的に絶縁する絶縁スペーサを備える。この絶縁スペーサは、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けた状態において、通気管の内部を流通する被測定ガスが接触可能な位置に配置される。
このため、絶縁スペーサの表面には、被測定ガスに含まれているススなどの微粒子が付着することがあり得る。これにより、絶縁スペーサの表面の絶縁抵抗が低下し、基準電位とされる内側金具と接地電位とされる外側金具との間の電気絶縁性が低下し(例えば、絶縁スペーサの表面に付着したススなどの微粒子を通じた微短絡が生じ)、微粒子の量を適切に検知することができなくなる虞があった。
このため、定期的に微粒子センサを洗浄することが好ましく、微粒子センサを洗浄するために、センサ取付部から微粒子センサを定期的に着脱する場合において、洗浄後、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けるときは、前述したように、常に、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、一定の周方向位置に決めることができる取付構造が求められる。
これに対し、上述の微粒子センサの取付構造では、センサ側位置決め部と管側位置決め部とを組み合わせるようにして、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けたとき、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置(前記センサ本体部または前記管内配置部の周方向にかかる位置)が、常に、一定の第1周方向位置に決まる取付構造となっている。
従って、上述の微粒子センサの取付構造によれば、定期的に微粒子センサを洗浄するために、センサ取付部から微粒子センサを定期的に着脱する場合において、洗浄後、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けるときは、常に、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、一定の周方向位置に決めることができる。
本発明の他の態様は、通気管に固定されたセンサ取付部に取り付けられて、前記通気管の内部を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサおいて、前記微粒子センサは、軸線方向に延びる筒状のセンサ本体部を有し、前記センサ取付部に対して着脱可能とされており、前記センサ本体部は、当該センサ本体部のうち前記軸線方向の先端側の部位であって、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けた状態において前記通気管の内部に配置される管内配置部を有し、前記管内配置部は、当該管内配置部の壁部を貫通するガス取入口であって、前記センサ本体部の内部に前記被測定ガスを導入するガス取入口を、1または複数有し、前記1または複数のガス取入口は、前記管内配置部の外周面を周方向に見て、当該1または複数のガス取入口の全てが含まれる前記管内配置部の周方向範囲が、前記管内配置部の周方向について半周以内となるように、前記管内配置部に形成されており、前記微粒子センサは、当該微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けるときに、前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を常に一定の周方向位置に位置決めする、センサ側位置決め部を有し、前記センサ側位置決め部によって前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を位置決めしつつ、当該微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたとき、前記通気管内における前記1または複数のガス取入口の周方向位置が、常に一定の第1周方向位置に決まる微粒子センサである。
上述の微粒子センサは、軸線方向に延びる筒状のセンサ本体部を有し、さらに、通気管に固定されたセンサ取付部に対して着脱可能とされている。また、センサ本体部が、軸線方向に延びる管内配置部を有している。この管内配置部は、当該管内配置部の壁部を貫通するガス取入口であって、センサ本体部の内部に被測定ガスを導入するガス取入口を、1または複数有している。
1または複数のガス取入口は、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けた状態で、1または複数のガス取入口のいずれもが通気管の内部に配置されるように、管内配置部に形成されている。しかも、1または複数のガス取入口は、管内配置部の外周面を周方向に見て、当該1または複数のガス取入口の全てが含まれる管内配置部の周方向範囲が、管内配置部の周方向について半周以内となるように、管内配置部に形成されている。
このような微粒子センサでは、当該微粒子センサを前センサ取付部に取り付けたときの、センサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置が変わると、必ず、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置(センサ本体部または管内配置部の周方向にかかる位置)が変わってしまう。このため、従来、何らかの理由で微粒子センサを取り外して、その後、改めて微粒子センサを取り付けたときに、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置が取り外す前の位置から変わっていると、通気管内を流通する被測定ガスの流速が変わっていなくても、1または複数のガス取入口を通じてセンサ本体部の内部に導入される被測定ガスの流速(単位時間当たりのガス導入量)が取り外す前とは変わってしまい、その結果、微粒子の量を適切に(精度良く)検知できなくなる虞があった。
これに対し、上述の微粒子センサは、当該微粒子センサをセンサ取付部に取り付けるときに、センサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置を常に一定の周方向位置に位置決めするセンサ側位置決め部を有している。これにより、センサ側位置決め部によってセンサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置を位置決めしつつ、当該微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたとき、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置が、常に、一定の第1周方向位置に決まる。
従って、上述の微粒子センサによれば、微粒子センサをセンサ取付部から取り外した後、改めて、微粒子センサをセンサ取付部に取り付ける場合において、常に、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、一定の周方向位置に決めることができる。このため、例えば、定期的に微粒子センサを洗浄するために、センサ取付部から微粒子センサを定期的に着脱する場合において、洗浄後、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けるときは、常に、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、一定の周方向位置に決めることができる。
なお、センサ取付部としては、例えば、センサ側位置決め部に適合する(対応する、組み合わせられる)管側位置決め部であって、センサ側位置決め部と当該管側位置決め部とを組み合わせるようにして、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けたときに、センサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置を、常に、一定の周方向位置に位置決めする管側位置決め部を有するものが挙げられる。
このセンサ取付部に対して微粒子センサを取り付ける場合は、センサ側位置決め部と管側位置決め部とを組み合わせるようにして、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けることで、「センサ側位置決め部によって、センサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置を一定の周方向位置に位置決めしつつ、当該微粒子センサを前記センサ取付部に取り付ける」ことになり、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置が、常に、一定の第1周方向位置に決まる。
さらに、本発明の他の態様は、通気管と、前記通気管に固定されたセンサ取付部と、を備え、前記通気管の内部を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサが取り付けられる、取付部付き通気管において、前記微粒子センサは、軸線方向に延びる筒状のセンサ本体部を有し、前記センサ取付部に対して着脱可能とされており、前記センサ本体部は、当該センサ本体部のうち前記軸線方向の先端側の部位であって、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けた状態において前記通気管の内部に配置される管内配置部を有し、前記管内配置部は、当該管内配置部の壁部を貫通するガス取入口であって、前記センサ本体部の内部に前記被測定ガスを導入するガス取入口を、1または複数有し、前記1または複数のガス取入口は、前記管内配置部の外周面を周方向に見て、当該1または複数のガス取入口の全てが含まれる前記管内配置部の周方向範囲が、前記管内配置部の周方向について半周以内となるように、前記管内配置部に形成されており、前記センサ取付部は、前記微粒子センサを当該センサ取付部に取り付けたときに、当該センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を、常に一定の周方向位置に位置決めする管側位置決め部を有し、前記管側位置決め部によって前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を位置決めしつつ、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたとき、前記通気管内における前記1または複数のガス取入口の周方向位置が、常に一定の第1周方向位置に決まる取付部付き通気管である。
上述の取付部付き通気管は、通気管と、通気管に固定されたセンサ取付部であって、通気管の内部を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサが取り付けられるセンサ取付部と、を備える。
このうち、センサ取付部は、微粒子センサを当該センサ取付部に取り付けたときに、センサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置を、常に、一定の周方向位置に位置決めする管側位置決め部を有している。このため、管側位置決め部によってセンサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置を位置決めしつつ、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けたとき、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置が、常に、一定の第1周方向位置に決まる。
従って、上述の取付部付き通気管を用いることで、微粒子センサをセンサ取付部から取り外した後、改めて、微粒子センサをセンサ取付部に取り付ける場合において、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、常に一定の周方向位置に決めることができる。
さらに、前記の取付部付き通気管であって、前記通気管は、当該通気管の壁部を貫通する貫通孔を構成する孔構成部であって、前記センサ取付部が取り付けられる孔構成部を有し、前記センサ取付部は、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記通気管の内部に配置される包囲部であって、前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記センサ本体部のうち前記管内配置部の径方向周囲を包囲する包囲部を有し、前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記包囲部のうち前記軸線方向について最も先端側に位置する包囲先端部が、前記管内配置部の前記ガス取入口よりも前記軸線方向の先端側に位置する取付部付き通気管とすると良い。
上述の取付部付き通気管では、センサ取付部が、軸線方向に延びる筒状の包囲部であって、通気管の内部に配置される包囲部を有する。この包囲部は、取付部付き通気管のセンサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、センサ本体部のうち管内配置部の径方向周囲を包囲する(管内配置部とは離間しつつ管内配置部の径方向周囲を包囲する)。
さらに、この包囲部は、センサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、当該包囲部のうち軸線方向について最も先端側に位置する包囲先端部が、微粒子センサの管内配置部のガス取入口よりも軸線方向の先端側に位置する形態を有している。すなわち、包囲部は、センサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、軸線方向について、通気管の孔構成部の位置から、センサ本体部の管内配置部のうちガス取入口の位置よりも先端側にまで延びる形態を有している。
上述の取付部付き通気管では、このような包囲部を設けていることで、センサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、例えば、通気管の内部に溜まっていた水が、通気管内を上流側から下流側に流通する被測定ガスの流れに伴って、通気管の上流側から微粒子センサの管内配置部に向かって飛散した場合に、当該水が、ガス取入口を通じて微粒子センサ(センサ本体部)の内部に進入し難くなる。すなわち、通気管の上流側から微粒子センサの管内配置部に向かって飛散した水を、包囲部によって受け止めることで、当該水が、ガス取入口を通じて微粒子センサ(センサ本体部)の内部に進入し難くなる。
さらに、前記の取付部付き通気管であって、前記管側位置決め部は、当該管側位置決め部によって前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を位置決めしつつ前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたことによって、前記第1周方向位置に位置決めされた前記1または複数のガス取入口が、いずれも、前記通気管の下流側を向いて開口するように、前記センサ本体部の周方向位置を位置決めし、前記包囲部は、前記通気管の下流側を向いて開口するガス導入窓であって、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けた状態において、前記包囲部の外側から当該ガス導入窓を通じて前記1または複数のガス取入口を視認できる形態のガス導入窓を有する取付部付き通気管とすると良い。
上述の取付部付き通気管では、センサ取付部の管側位置決め部が、「当該管側位置決め部によってセンサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置を位置決めしつつ微粒子センサをセンサ取付部に取り付けたことによって、第1周方向位置に位置決めされた1または複数のガス取入口が、いずれも、通気管の下流側を向いて開口するように、センサ本体部の周方向位置を位置決めする」形態を有する。これにより、取付部付き通気管に装着された微粒子センサでは、1または複数のガス取入口が、通気管の下流側を向いて開口する。
さらに、上述の取付部付き通気管では、センサ取付部の包囲部が、通気管の下流側を向いて開口するガス導入窓を有する。このガス導入窓は、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けた状態において、包囲部の外側から当該ガス導入窓を通じて1または複数のガス取入口を視認できる形態を有している。
これにより、通気管の上流側から微粒子センサの管内配置部に向かって飛散した水を、包囲部のうち通気管の上流側に位置する部位で受け止めて、ガス取入口を通じて微粒子センサ(センサ本体部)の内部に進入し難くすることができると共に、通気管内を流通する被測定ガスが、ガス導入窓を通じて、1または複数のガス取入口の内部に導入され易くなる。
さらに、本発明の他の態様は、通気管に固定されるセンサ取付部であって、前記通気管の内部を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサが取り付けられる、センサ取付部において、前記微粒子センサは、軸線方向に延びる筒状のセンサ本体部を有し、前記センサ取付部に対して着脱可能とされており、前記センサ本体部は、当該センサ本体部のうち前記軸線方向の先端側の部位であって、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けた状態において前記通気管の内部に配置される管内配置部を有し、前記管内配置部は、当該管内配置部の壁部を貫通するガス取入口であって、前記センサ本体部の内部に前記被測定ガスを導入するガス取入口を、1または複数有し、前記1または複数のガス取入口は、前記管内配置部の外周面を周方向に見て、当該1または複数のガス取入口の全てが含まれる前記管内配置部の周方向範囲が、前記管内配置部の周方向について半周以内となるように、前記管内配置部に形成されており、前記センサ取付部は、前記通気管に固定された当該センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けたときに、前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を、常に一定の周方向位置に位置決めする管側位置決め部を有し、前記管側位置決め部によって前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を位置決めしつつ、前記通気管に固定された前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けたとき、前記通気管内における前記1または複数のガス取入口の周方向位置が、常に一定の第1周方向位置に決まるセンサ取付部である。
上述のセンサ取付部は、通気管に固定されて、通気管の内部を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサが取り付けられるセンサ取付部である。
このセンサ取付部は、微粒子センサを当該センサ取付部に取り付けたときに、センサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置を、常に、一定の周方向位置に位置決めする管側位置決め部を有している。このため、管側位置決め部によってセンサ取付部に対するセンサ本体部の周方向位置を位置決めしつつ、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けたとき、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置が、常に、一定の第1周方向位置に決まる。
従って、上述のセンサ取付部を通気管に固定して用いることで、微粒子センサをセンサ取付部から取り外した後、改めて、微粒子センサをセンサ取付部に取り付けて使用する場合において、通気管内における1または複数のガス取入口の周方向位置を、常に一定の周方向位置に決めることができる。
さらに、前記のセンサ取付部であって、前記通気管は、当該通気管の壁部を貫通する貫通孔を構成する孔構成部であって、前記センサ取付部が取り付けられる孔構成部を有し、前記センサ取付部は、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記通気管の内部に配置される包囲部であって、前記通気管に固定された当該センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記センサ本体部のうち前記管内配置部の径方向周囲を包囲する包囲部を有し、前記通気管に固定された前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記包囲部のうち前記軸線方向について最も先端側に位置する包囲先端部が、前記管内配置部の前記ガス取入口よりも前記軸線方向の先端側に位置するセンサ取付部とすると良い。
上述のセンサ取付部は、軸線方向に延びる筒状の包囲部であって、通気管の内部に配置される包囲部を有する。この包囲部は、通気管に固定されたセンサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、センサ本体部のうち管内配置部の径方向周囲を包囲する(管内配置部とは離間しつつ管内配置部の径方向周囲を包囲する)。
さらに、この包囲部は、通気管に固定されたセンサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、当該包囲部のうち軸線方向について最も先端側に位置する包囲先端部が、微粒子センサの管内配置部のガス取入口よりも軸線方向の先端側に位置する形態を有している。すなわち、包囲部は、通気管に固定されたセンサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、軸線方向について、通気管の孔構成部の位置から、センサ本体部の管内配置部のうちガス取入口の位置よりも先端側にまで延びる形態を有している。
このような包囲部を設けることで、通気管に固定されたセンサ取付部に微粒子センサを取り付けた状態において、例えば、通気管の内部に溜まっていた水が、通気管内を上流側から下流側に流通する被測定ガスの流れに伴って、通気管の上流側から微粒子センサの管内配置部に向かって飛散した場合に、当該水が、ガス取入口を通じて微粒子センサ(センサ本体部)の内部に進入し難くなる。すなわち、通気管の上流側から微粒子センサの管内配置部に向かって飛散した水を、包囲部によって受け止めることで、当該水が、ガス取入口を通じて微粒子センサ(センサ本体部)の内部に進入し難くなる。
実施形態にかかる微粒子センサを車両のエンジンの排気管に装着した状態を示す概略図である。 実施形態にかかる微粒子センサの斜視図である。 同微粒子センサの縦断面図である。 同微粒子センサの他の縦断面図であり、図3とは直交する方向の縦断面図である。 同微粒子センサを排気管に取り付けた状態の縦断面図である。 同微粒子センサの分解斜視図である。 第1ケーブル及び第2ケーブルの横断面図である。 実施形態にかかる微粒子検知システムの概略構成を示す図である。 微粒子センサにおける微粒子の取り入れ、帯電、排出の様子を模式的に示す図である。 実施形態にかかる第1外側金具の下面図(先端側の平面図)である。 微粒子センサの横断面図であって、微粒子センサを図3のF−Fの位置で切断した断面図である。 微粒子センサの横断面図であって、微粒子センサを図3のG−Gの位置で切断した断面図である。 実施形態にかかるセンサ取付部の斜視図である。 同センサ取付部の上面図(後端側の平面図)である。 微粒子センサの管内配置部に含まれるノズル部材の横断面図であって、ノズル部材を図5のL−Lの位置で切断した断面図である。 排気管に装着された微粒子センサの部分拡大断面図である。 実施形態にかかる取付部付き通気管の側面図である。 図17のK−K断面図である。 図4のB部拡大図である。 変形形態にかかる微粒子センサの斜視図である。 変形形態にかかる第1外側金具の斜視図である。 同第1外側金具の下面図(先端側の平面図)である。 変形形態にかかるセンサ取付部の斜視図である。 同センサ取付部の上面図(後端側の平面図)である。 変形形態にかかる微粒子センサを排気管に取り付けた状態の縦断面図である。 変形形態にかかる取付部付き通気管の拡大断面図である。 他の形態にかかるガス取入口を説明する図である。
(実施形態)
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1は、実施形態にかかる微粒子センサ1を、車両AMに搭載したエンジンENG(内燃機関)の排気管EP(取付部付き通気管150)に装着した状態を示す概略図である。図2は、微粒子センサ1の斜視図である。図3は、微粒子センサ1の縦断面図である。図4は、微粒子センサ1の他の縦断面図であり、図3とは直交する方向の縦断面図である。図5は、センサ本体部5を排気管EPに取り付けた状態の縦断面図である。図6は、微粒子センサ1の分解斜視図である。なお、微粒子センサ1の軸線方向GH(軸線AXに沿う方向、図3〜図5において上下方向)のうち、排気管EP(取付部付き通気管150)に装着される側(図3〜図5において下方)を先端側GS、排気管EP(取付部付き通気管150)の外部に配置される側(図3〜図5において上方)を後端側GKとする。
まず、本実施形態の微粒子検知システム200について説明する。微粒子検知システム200は、図1に示すように、微粒子センサ1と、この微粒子センサ1を駆動する回路部201とを備える。
微粒子センサ1は、車両AMに搭載したエンジンENG(内燃機関)の排気管EP(取付部付き通気管150)に装着され、排気管EP内を流通する排気ガスEG(被測定ガス)中のススなどの微粒子Sを検知する。詳細には、微粒子センサ1のセンサ本体部5が、排気管EPに固定されているセンサ取付部120に取り付けられることで、センサ本体部5の先端側GSの部位が、排気管EP内に配置されて(図5参照)排気ガスEGに晒される。
回路部201は、排気管EPの外部で、第1ケーブル90及び第2ケーブル100を通じて、微粒子センサ1のセンサ本体部5に接続されている。この回路部201は、微粒子センサ1を駆動するとともに、後述する信号電流を検知する回路を有している。
ここで、本実施形態の微粒子センサ1について詳細に説明する。微粒子センサ1は、センサ本体部5と、このセンサ本体部5と回路部201との間を電気的に接続するケーブル(第1ケーブル90及び第2ケーブル100)とを備える(図2及び図3参照)。このうち、センサ本体部5は、軸線方向GHに延びる筒状をなし、接地電位PVEとされた金属製の排気管EPに固定されているセンサ取付部120に取り付けられる(図5及び図8参照)。また、センサ本体部5から延出する第1ケーブル90及び第2ケーブル100は、外部の回路部201に接続される(図8参照)。
センサ本体部5は、外側金具10、内側金具30、放電電極体70、及び補助電極体80を有する(図3参照)。このうち、外側金具10は、金属からなり、軸線方向GHに延びる円筒状であり、内側金具30とは離間して絶縁された状態で、内側金具30の径方向周囲を囲む。この外側金具10は、接地電位PVEとされた排気管EPに固定(溶接)されているセンサ取付部120に装着されて、接地電位PVEとされる(図5及び図8参照)。外側金具10は、第1外側金具11と、この第1外側金具11の後端側GKに溶接された第2外側金具15とによって構成される。なお、センサ取付部120も接地電位PVEとされる。
第1外側金具11は、図6に示すように、円筒状でステンレス製の部材である。この第1外側金具11は、円筒状の第1本体部11aと、第1本体部11aの先端側GSに位置して径方向外側に膨出する円環状の鍔部11cと、鍔部11cから径方向内側に膨出する円環状の外側保持部11b(図4参照)と、その先端側GSに位置する平面視七角形状のセンサ側位置決め部11k(図10参照)と、その先端側GSに位置するシール部11mを有している(図3及び図4参照)。
このうち、センサ側位置決め部11kは、微粒子センサ1を後述するセンサ取付部120に取り付けるときに、センサ取付部120に対するセンサ本体部5の周方向位置(軸線AX周りの位置)を位置決めする部位である。このセンサ側位置決め部11kは、図10に示すように、平面視正六角形状の部位の1つの角部(図10において左側に存在していた角部)を面取りして、平面視七角形状にした部位である。
このような平面視形状のセンサ側位置決め部11kは、第1外側金具11の中心軸の周り(微粒子センサ1の軸線AXの周り)について回転対称な形状ではない。すなわち、センサ側位置決め部11kを第1外側金具11の中心軸の周り(微粒子センサ1の軸線AXの周り)に一周(360°回転)させたとき、その回転途中で、回転前の平面視形状と同一の平面視形状になることがない。具体的には、図10に示すセンサ側位置決め部11kの平面視形状は、第1外側金具11の中心軸の周り(微粒子センサ1の軸線AXの周り)について1通りしか存在しない。
なお、仮に、センサ側位置決め部について、平面視正六角形状とした場合は、第1外側金具の中心軸の周り(微粒子センサの軸線AXの周り)について回転対称な形状となる。具体的には、平面視正六角形状のセンサ側位置決め部を第1外側金具の中心軸の周り(微粒子センサの軸線AXの周り)に一周(360°回転)させたとき、その回転途中で、5回、回転前の平面視形状と同一の平面視形状になる。
第1本体部11aの径方向周囲には、後述する締結部材60が、第1外側金具11に対し回転自在に配置されている。また、外側保持部11bは、後述する内側金具30(ホルダ50)の内側保持部51fとの間に、円筒状でアルミナ製の絶縁スペーサ47を保持する部位であり、円環状の第1介在部材48を介して、絶縁スペーサ47に先端側GSから全周にわたり係合している。
鍔部11cは、後述するように、締結部材60を用いて微粒子センサ1(センサ本体部5)を排気管EPに固定(溶接)されているセンサ取付部120に取り付けるときに、締結部材60の先端部が当接する部位である。また、シール部11mは、軸線方向GHの先端側GSに向かうにしたがって縮径する環状のテーパ面であり、後述するように、微粒子センサ1(センサ本体部5)を排気管EPに固定(溶接)されているセンサ取付部120に取り付けたとき、センサ取付部120の座面部122に接触して、第1外側金具11とセンサ取付部120との間を気密にする部位である。
絶縁スペーサ47は、絶縁性セラミックからなり、内側金具30(詳細には、ホルダ50のうち円環状の内側保持部51f)と外側金具10(詳細には、第1外側金具11のうち円環状の外側保持部11b)との間に配置されて、内側金具30と外側金具10とを電気的に絶縁している。
また、第1介在部材48は、金属製(具体的には、ステンレス製)で、平板円環状をなしている。この第1介在部材48は、外側金具10(詳細には、第1外側金具11の外側保持部11b)と絶縁スペーサ47(詳細には、絶縁スペーサ47の先端面47b)とに接触しつつ両者の間に介在している(軸線方向GHに挟まれている)。このようにすることで、第1介在部材48を、外側金具10と絶縁スペーサ47との間に安定して介在させることができる。
また、微粒子センサ1は、センサ本体部5の軸線方向GHの先端側GSで、外側金具10(第1外側金具11)の内周面11nと内側金具30の外周面30nとの間に(外側金具10の内周面11nと内側金具30の外周面30nとによって囲まれた)、排気管EP内を流通する排気ガスEG(被測定ガス)が進入する、略円筒形状の被測定ガス進入空間ISを有している(図4、図5参照)。なお、排気管EP内を流通する排気ガスEG(被測定ガス)は、例えば、センサ取付部120の包囲部125のガス導入窓125hを通じて、この被測定ガス進入空間IS内に進入する(図13参照)。
第2外側金具15は、図6に示すように、円筒状でステンレス製の部材であり、軸線方向GHに延びる形態をなし、第2外側金具15の後端部15gを貫通する第1貫通孔15b及び第2貫通孔15cを有する(図3参照)。さらに、第2外側金具15は、図4に示すように、第2外側金具15の後端部15gを軸線方向GHに貫通する第3貫通孔15dと、第2外側金具15の中央部を径方向(軸線方向GHに直交する方向)に貫通する第4貫通孔15fとを有する。この第2外側金具15の先端部は、第1外側金具11の第1本体部11a内に後端側GKから挿入され、全周にわたり溶接されている。
さらに、第2外側金具15には、第1エア取入部25と第2エア取入部27とが設けられている(図2、図4、及び図5参照)。第1エア取入部25及び第2エア取入部27は、センサ本体部5の外部から内部にエアARを取り入れるための部位である。
このうち、第1エア取入部25は、軸線方向GHに延びる筒状をなし、第2外側金具15の後端部から後端側GKに向けて突出する筒状のチューブ取付部材21と、このチューブ取付部材21に対し先端側GSに隣接する筒状のシール部材22とを有する。チューブ取付部材21は、金属からなり、第3貫通孔15dに形成されている雌ネジ穴に螺合する雄ネジ部21cと、第2外側金具15よりも後端側GKに位置して後述するエアチューブ40bが取り付けられる取付部21bとを有する。このチューブ取付部材21は、その雄ネジ部21cが第2外側金具15の第3貫通孔15dに形成されている雌ネジに螺合する態様で、第2外側金具15に固定される(図4参照)。シール部材22は、電気絶縁性のゴムからなり、チューブ取付部材21の先端部(雄ネジ部21c)に接触する態様で、第3貫通孔15d内に挿入(圧入)されている。
チューブ取付部材21の取付部21bには、エアチューブ40bの一端部が接続される(図8参照)。エアチューブ40bの他端部は、外部に設置された圧送ポンプ330に接続されている(図8参照)。これにより、圧送ポンプ330で生成された清浄なエア(圧縮空気)ARが、エアチューブ40bを通じて、第1エア取入部25に供給される。第1エア取入部25に供給されたエアARは、チューブ取付部材21の軸孔である通気孔21d及びシール部材22の軸孔である通気孔22dの内部に導入される態様で、センサ本体部5の内部に導入される(図4参照)。
第2エア取入部27は、金属からなり、軸線方向GHに延びる筒状の取付部27bと、第4貫通孔15fに形成されている雌ネジに螺合する筒状の雄ネジ部27cとを有する。この第2エア取入部27は、その雄ネジ部27cが第2外側金具15の第4貫通孔15fに形成されている雌ネジに螺合する態様で、第2外側金具15に固定される。第2エア取入部27の内部には、取付部27bから雄ネジ部27cまでの間を貫通する断面L字状の通気孔27dが形成されている。
第2エア取入部27の取付部27bには、後述するエアチューブ40cの一端部が接続される(図8参照)。エアチューブ40cの他端部は、外部に設置された圧送ポンプ330に接続されている(図8参照)。これにより、圧送ポンプ330で生成された清浄なエア(圧縮空気)ARが、エアチューブ40cを通じて、第2エア取入部27に供給される。第2エア取入部27に供給されたエアARは、通気孔27dの内部を通過して、センサ本体部5の内部(第2外側金具15の内部)に導入される(図4参照)。
また、第2外側金具15の内部から後端側GKに向けて、2本のケーブル(第1ケーブル90及び第2ケーブル100)が延出している。具体的には、図3に示すように、第2外側金具15の第1貫通孔15bの後端側GKには、第1Oリング23及び円筒状の第1リテーナ325が挿入されており、これらに第1ケーブル90が挿通された態様で、第1ケーブル90が第2外側金具15に保持されている。
第1リテーナ325は、軸線方向GHの先端側GSに位置する円筒状の挿入部325cと、これよりも後端側GKに位置する円筒状の加締め接続部325bとを有する。このうち、挿入部325cは、第2外側金具15の第1貫通孔15b内に、後端側GKから挿入される部位である。また、加締め接続部325bは、第1接地電位配線97の先端部97bに接続する部位である。この加締め接続部325bは、自身の内部に第1接地電位配線97の先端部97bを挿入配置した状態で、径方向内側に加締められることで、第1接地電位配線97の先端部97bに圧接した状態で導通している。第1リテーナ325のうち、挿入部325cよりも後端側GKの部位(加締め接続部325bを含む部位)は、第2外側金具15の後端から第2外側金具15の外部に突出して配置されている。
さらに、第2外側金具15の第2貫通孔15cの後端側GKには、第2Oリング24及び円筒状の第2リテーナ326が挿入されており、これらに第2ケーブル100が挿通された態様で、第2ケーブル100が第2外側金具15に保持されている。
第2リテーナ326は、軸線方向GHの先端側GSに位置する円筒状の挿入部326cと、これよりも後端側GKに位置する円筒状の加締め接続部326bとを有する。このうち、挿入部326cは、第2外側金具15の第2貫通孔15c内に、後端側GKから挿入される部位である。また、加締め接続部326bは、第2接地電位配線107の先端部107bに接続する部位である。この加締め接続部326bは、自身の内部に第2接地電位配線107の先端部107bを挿入配置した状態で、径方向内側に加締められることで、第2接地電位配線107の先端部107bに圧接した状態で導通している。第2リテーナ326のうち、挿入部326cよりも後端側GKの部位(加締め接続部326bを含む部位)は、第2外側金具15の後端から第2外側金具15の外部に突出して配置されている。
次に、第1ケーブル90及び第2ケーブル100について説明する。なお、図7は、第1ケーブル90及び第2ケーブル100の横断面図である。
第1ケーブル90は、トライアキシャルケーブルであり、図3及び図7に示すように、銅の芯線からなる放電電位配線91と、その径方向外側に位置し、銅細線を編んだ編組からなる円筒状の第1基準電位配線93と、放電電位配線91の径方向周囲を包囲し、放電電位配線91と第1基準電位配線93との間に配置されて両者を絶縁する、PTFEからなる第1絶縁体層92とを有している。さらに、第1ケーブル90は、第1基準電位配線93の径方向周囲を包囲し、銅細線を編んだ編組からなる円筒形状の第1接地電位配線97と、第1基準電位配線93の径方向周囲を包囲し、第1基準電位配線93と第1接地電位配線97との間に配置されて両者を絶縁する、PTFEからなる絶縁性の第2絶縁体層95とを有する。
さらに、第1ケーブル90は、図7に示すように、第2絶縁体層95の径方向内側表面95bに密着して径方向内側表面95bを覆い、第1基準電位配線93に接触する第1半導電被覆層94と、第2絶縁体層95の径方向外側表面95cに密着して径方向外側表面95cを覆い、第1接地電位配線97に接触する第2半導電被覆層96とを有する。第1半導電被覆層94及び第2半導電被覆層96は、カーボン入りFEPからなり、半導電性(導電性)を有している。さらに、第1ケーブル90は、第1接地電位配線97の径方向周囲を被覆する、FEPからなる絶縁性の外側絶縁被覆層98を有している。このように、第1ケーブル90は、第1基準電位配線93と第1接地電位配線97とによって放電電位配線91を二重に包囲すると共に、第1接地電位配線97で第1基準電位配線93を包囲する二重包囲ケーブルとなっている。
この第1ケーブル90のうち、放電電位配線91の先端部91bは、第1絶縁体層92の先端よりも第1ケーブル90の先端側(図3において上方)に延びる形態で、第1ケーブル90の外部に露出している。この放電電位配線91の先端部91bは、図3に示すように、第1接続端子77による加締め接続により、放電電極体70の第1延出部71の後端部(露出部)に接続されている。これにより、放電電位配線91が、放電電極体70に導通する。
なお、放電電位配線91の先端部91bと放電電極体70の第1延出部71の後端部(露出部)とが、第1接続端子77を通じて接続された部位を、放電電位接続部111とする(図3参照)。
また、第1基準電位配線93の先端部93bは、第1半導電被覆層94の先端よりも第1ケーブル90の先端側に延びる形態で、第1ケーブル90の外部に露出している。この第1基準電位配線93の先端部93bは、図3に示すように、内側金具30(基準電位部材)の内筒31に接続されている。これにより、第1基準電位配線93が、内側金具30(基準電位部材)に導通する。
また、第1接地電位配線97の先端部97bは、外側絶縁被覆層98の先端よりも第1ケーブル90の先端側に延びる形態で、第1ケーブル90の外部に露出している。この第1接地電位配線97の先端部97bは、図3に示すように、第2外側金具15の第1貫通孔15b内に挿入された筒状で金属製の第1リテーナ325が外嵌し、この第1リテーナ325を通じて第2外側金具15(接地電位部材)に接続されている。これにより、第1接地電位配線97が、外側金具10(接地電位部材)に導通する。
次に、第2ケーブル100について説明する。この第2ケーブル100も、トライアキシャルケーブルであり、図3及び図7に示すように、銅の芯線からなる補助電位配線101と、その径方向外側に位置し、銅細線を編んだ編組からなる円筒状の第2基準電位配線103と、補助電位配線101の径方向周囲を包囲し、補助電位配線101と第2基準電位配線103との間に配置されて両者を絶縁する、PTFEからなる第1絶縁体層102とを有している。さらに、第2ケーブル100は、第2基準電位配線103の径方向周囲を包囲し、銅細線を編んだ編組からなる円筒形状の第2接地電位配線107と、第2基準電位配線103の径方向周囲を包囲し、第2基準電位配線103と第2接地電位配線107との間に配置されて両者を絶縁する、PTFEからなる絶縁性の第2絶縁体層105とを有する。
さらに、第2ケーブル100は、図7に示すように、第2絶縁体層105の径方向内側表面105bに密着して径方向内側表面105bを覆い、第2基準電位配線103に接触する第1半導電被覆層104と、第2絶縁体層105の径方向外側表面105cに密着して径方向外側表面105cを覆い、第2接地電位配線107に接触する第2半導電被覆層106とを有する。第1半導電被覆層104及び第2半導電被覆層106は、カーボン入りFEPからなり、半導電性(導電性)を有している。さらに、第2ケーブル100は、第2接地電位配線107の径方向周囲を被覆する、FEPからなる絶縁性の外側絶縁被覆層108を有している。このように、第2ケーブル100は、第2基準電位配線103と第2接地電位配線107とによって補助電位配線101を二重に包囲すると共に、第2接地電位配線107で第2基準電位配線103を包囲する二重包囲ケーブルとなっている。
この第2ケーブル100のうち、補助電位配線101の先端部101bは、第1絶縁体層102の先端よりも第2ケーブル100の先端側(図3において上方)に延びる形態で、第2ケーブル100の外部に露出している。この補助電位配線101の先端部101bは、図3に示すように、第2接続端子87による加締め接続により、補助電極体80の第2延出部81の後端部(露出部)に接続されている。これにより、補助電位配線101が、補助電極体80に導通する。
なお、補助電位配線101の先端部101bと補助電極体80の第2延出部81の後端部(露出部)とが、第2接続端子87を通じて接続された部位を、補助電位接続部112とする(図3参照)。
また、第2基準電位配線103の先端部103bは、第1半導電被覆層104の先端よりも第2ケーブル100の先端側に延びる形態で、第2ケーブル100の外部に露出している。この第2基準電位配線103の先端部103bは、図3に示すように、内側金具30(基準電位部材)の内筒31に接続されている。これにより、第2基準電位配線103が、内側金具30(基準電位部材)に導通する。
また、第2接地電位配線107の先端部107bは、外側絶縁被覆層108の先端よりも第2ケーブル100の先端側に延びる形態で、第2ケーブル100の外部に露出している。この第2接地電位配線107の先端部107bは、図3に示すように、第2外側金具15の第2貫通孔15c内に挿入された筒状で金属製の第2リテーナ326が外嵌し、この第2リテーナ326を通じて第2外側金具15(接地電位部材)に接続されている。これにより、第2接地電位配線107が、外側金具10(接地電位部材)に導通する。
次に、締結部材60について説明する。この締結部材60は、第1外側金具11の第1本体部11aの径方向周囲に、回転自在に配置されている。締結部材60は、雄ネジ部61と、この雄ネジ部61の後端側GKに位置する工具係合部63とからなる筒状の部材である(図2〜図6参照)。このうち雄ネジ部61は、外周に雄ネジが形成された円筒状の部位である。一方、工具係合部63は、外形が六角形状の筒状で、センサ本体部5を排気管EPに固定されているセンサ取付部120に取り付ける際に工具を係合させる部位である。
排気管EPは、当該排気管EPの壁部を貫通する貫通孔EPHを構成する孔構成部EPZを有する(図5参照)。この孔構成部EPZには、センサ取付部120が取り付けられる(溶接されて固定される)と共に、微粒子センサ1のセンサ本体部5をセンサ取付部120に取り付けるときに、センサ本体部5のうち軸線方向GHの先端側GSの部位が挿通される。
図5及び図13に示すように、センサ取付部120は、円筒状の取付本体部123と、この取付本体部123よりも先端側GSに位置する円筒状の包囲部125とを有する。このセンサ取付部120は、排気管EPの貫通孔EPHを通じて包囲部125を排気管EPの内部に配置(挿入)すると共に、取付本体部123の下面123bを排気管EPに接触させた状態で、取付本体部123と排気管EPとの間を隅肉溶接(全周溶接)することで、排気管EPに固定される。
取付本体部123の内周面のうち後端側GKには、雌ネジ124が形成されている。さらに、取付本体部123の内周面のうち先端側GSには、先端側GSに向かうにしたがって縮径するテーパ状の座面部122が形成されている。さらに、取付本体部123の内周面のうち座面部122の後端側GKには、センサ側位置決め部11kに適合する平面視七角形状の管側位置決め部121が形成されている(図13及び図14参照)。
管側位置決め部121は、後述するように、微粒子センサ1をセンサ取付部120に取り付けたときに、センサ取付部120に対するセンサ本体部5の周方向位置を、常に一定の周方向位置に位置決めする部位である。この管側位置決め部121は、図14に示すように、センサ側位置決め部11kと略同等の平面視七角形状を有する凹部(穴部)である。なお、センサ側位置決め部11kの平面視形状(平面視七角形状)は、前述したように、第1外側金具11の中心軸の周り(微粒子センサ1の軸線AXの周り)について回転対称な形状ではない。
従って、管側位置決め部121に対するセンサ側位置決め部11kの組み合わせ方法(嵌合方法)は、微粒子センサ1の軸線AX周りについて1通り(1組)しか存在しない。換言すれば、図14に示す管側位置決め部121に組み合わせる(嵌合させる)ことが可能な、センサ側位置決め部11kにかかる微粒子センサ1の軸線AXの周りの向き(位置)は、微粒子センサ1の軸線AX周りについて1つしか存在しない。従って、管側位置決め部121は、センサ側位置決め部11kを当該管側位置決め部121に組み合わせるようにして、微粒子センサ1をセンサ取付部120に取り付けたときに、センサ取付部120に対するセンサ本体部5の周方向位置(軸線AX周りの位置)を、常に一定の周方向位置に位置決めすることができる。
包囲部125は、排気管EPに固定されたセンサ取付部120に微粒子センサ1のセンサ本体部5が取り付けられた状態(図5に示す状態)において、センサ本体部5のうち排気管EPの内部に配置された部位(管内配置部5Aとする)の径方向周囲を包囲する。この包囲部125には、平面視U字状の切り欠きからなるガス導入窓125hであって、当該ガス導入窓125hを通じて包囲部125の径方向内側(内部)に排気ガスEGを導入するガス導入窓125hが形成されている(図5及び図13参照)。なお、センサ取付部120は、ガス導入窓125hが排気管EPの下流側(図5において左側)に開口する向きで、排気管EPに固定(溶接)される。
また、包囲部125は、排気管EPに固定されたセンサ取付部120に微粒子センサ1のセンサ本体部5を取り付けた状態(図5に示す状態)において、軸線方向GHについて、排気管EPの孔構成部EPZの位置から、センサ本体部5の管内配置部5Aのうち、後述するガス取入口35hの位置よりも先端側GSにまで延びる形態を有する。換言すれば、この包囲部125は、排気管EPに固定されたセンサ取付部120に微粒子センサ1のセンサ本体部5を取り付けた状態(図5に示す状態)において、包囲部125のうち軸線方向GHについて最も先端側GSに位置する包囲先端部125sが、管内配置部5Aのガス取入口35hよりも軸線方向GHの先端側GSに位置する形態を有する。
なお、管内配置部5Aは、センサ本体部5のうち軸線方向GHの先端側GSの部位(詳細には、内側金具30の一部)であって、軸線方向GHに延びる筒状をなし、排気管EPに固定されたセンサ取付部120に微粒子センサ1を取り付けた状態において排気管EPの内部に配置される部位である。この管内配置部5Aは、後述するノズル部材35(詳細にはノズル部材35の一部)と、混合排出部材37と、蓋部材39とを有する。
ここで、本実施形態の取付部付き通気管150について説明する。取付部付き通気管150は、図17及び図18に示すように、排気管EP(通気管)と、排気管EPに固定されたセンサ取付部120とを備える。このうち、センサ取付部120は、ガス導入窓125hが排気管EPの下流側(図18において左側)に開口する向きで、排気管EPに固定(溶接)されている。
この取付部付き通気管150は、排気管EPの貫通孔EPHを通じて、センサ取付部120の包囲部125を排気管EPの内部に挿入すると共に、取付本体部123の下面123bを排気管EPの外周面に接触させた状態で、取付本体部123と排気管EPとの間を隅肉溶接(全周溶接)することによって製造されている。本実施形態の取付部付き通気管150は、エンジンENG(内燃機関)から排出される排気ガスEGの流路の一部を構成する。
次に、内側金具30について説明する。この内側金具30は、金属からなり、図3及び図4に示すように、軸線方向GHに延びる外形円柱状であり、前述のように、外側金具10の径方向内側に、外側金具10とは離間し絶縁された状態で配置されている。内側金具30は、第1ケーブル90の第1基準電位配線93及び第2ケーブル100の第2基準電位配線103を通じて、外部の回路部201に接続され、接地電位PVEとは異なる基準電位PV1とされる。この内側金具30は、後端側GKから先端側GSへ順に並ぶ、内筒31と、ホルダ50と、ノズル部材35と、混合排出部材37と、蓋部材39とによって構成されている(図3、図4、図6参照)。
ホルダ50は、ステンレス製で円柱状のホルダ本体部51を有する(図6参照)。このホルダ50は、セパレータ41よりも軸線方向GHの先端側GSに位置し、且つ、放電空間DSよりも軸線方向GHの後端側GKに位置している。ホルダ50は、その後端側GKの部位が内筒31の先端部内に嵌め込まれた態様で、内筒31に対し固定されている(図4参照)。
ホルダ本体部51は、ホルダ本体部51を軸線方向GHに貫通する孔であって放電電極体70が挿入される第1挿入孔と、ホルダ本体部51を軸線方向GHに貫通する孔であって補助電極体80が挿入される第2挿入孔とを有する。さらに、ホルダ本体部51は、ホルダ本体部51を軸線方向GHに貫通する通気孔56を有している。通気孔56は、第1エア取入部25を通じてセンサ本体部5の内部に導入されたエアARが、当該通気孔56を通じて軸線方向GHの後端側GKから先端側GSに流通する通気孔である(図4参照)。
ホルダ本体部51の通気孔56内には、後述する挿通管55のうち先端側GSの部位(先端部55d)が、挿入(圧入)されて固定される(図4参照)。挿通管55は、軸線方向GHに延びる円筒形状のパイプであり、当該挿通管55を軸線方向GHに貫通する中空部55b(中空孔)を有する。この挿通管55は、第1センサ内空間SA1(セパレータ41の溝部41fと内筒31の内周面とによって囲まれた空間)を軸線方向GHに挿通する(図4参照)。
この挿通管55のうち後端側GKの部位(後端部55c)は、第1エア取入部25に接続されている。具体的には、挿通管55の後端部55cは、シール部材22の通気孔22dの内部に挿入(圧入)されて固定されている。従って、本実施形態では、挿通管55によって、第1エア取入部25とホルダ本体部51の通気孔56との間が連通されている。従って、第1エア取入部25の内部に導入されたエアARは、挿通管55の内部(中空部55b)を通過して、ホルダ50の通気孔56内に導入された後、通気孔56の先端側GSの開口から通気孔56の外部に放出される(図5参照)。
また、ホルダ50は、その外周面から径方向外側に膨出する円環状をなし、外側金具10の外側保持部11bとの間で絶縁スペーサ47を保持する内側保持部51fを有している(図4、図6参照)。この内側保持部51fは、円環状の第2介在部材49を介して絶縁スペーサ47に後端側GKから全周にわたり係合して、第1外側金具11の外側保持部11bとの間に絶縁スペーサ47を挟んで保持している(図3及び図4参照)。
第2介在部材49は、金属製(具体的には、ステンレス製)で、平板円環状をなしている。この第2介在部材49は、内側金具30(詳細には、ホルダ50のうち円環状の内側保持部51f)と絶縁スペーサ47(詳細には、絶縁スペーサ47の後端面47c)とに接触しつつ両者の間に介在している(軸線方向GHに挟まれている)。このようにすることで、第2介在部材を49、内側金具30と絶縁スペーサ47との間に安定して介在させることができる。
ノズル部材35は、外形円柱状でステンレス製の部材であり、後端側GKからホルダ50の先端部が嵌め込まれて、これに固定されている。このノズル部材35は、ホルダ50よりも軸線方向GHの先端側GSに位置し、放電電極体70の対極となる放電対極部35dを有している。この放電対極部35dは、放電電極体70の先端部である針状先端部73が配置される放電空間DSを有し、この放電空間DS内において放電電極体70の針状先端部73との間で気中放電を発生させる(図3及び図9参照)。
詳細には、放電対極部35dは、ノズル部35aと、このノズル部35aよりも後端側GKに位置する後端側筒壁部35cとを有する。このうち、ノズル部35aは、軸線方向GHの後端側GKから先端側GSに向かうにしたがって縮径するテーパ形状の内面を有し、その先端部には、放電空間DSと後述する円筒状混合領域MX1(混合空間)とを連通する連通孔35fが形成されている。連通孔35fは、放電空間DSから円筒状混合領域MX1(混合空間)へエアARを噴射させるためのオリフィス孔とされ、微小な内径の孔となっている(図3及び図9参照)。
さらに、ノズル部材35は、放電対極部35dよりも軸線方向GHの先端側GSに位置する円筒状の先端側筒壁部35bを有する。この先端側筒壁部35bは、気中放電により生じたイオンCPと排気ガスEG(被測定ガス)とが導入されて混合される円筒状の混合空間(円筒状混合領域MX1という)を構成している。この円筒状混合領域MX1(混合空間)は、ノズル部35aの連通孔35fを通じて、放電空間DSと連通している(図3及び図9参照)。
また、この先端側筒壁部35bには、排気管EPの下流側に向けて開口し、この円筒状混合領域MX1に繋がる1つのガス取入口35hが設けられている(図3及び図4参照)。排気管EP内を流通する排気ガスEG(被測定ガス)は、センサ取付部120の包囲部125のガス導入窓125h及び先端側筒壁部35bのガス取入口35hを通じて、円筒状混合領域MX1(混合空間)内に導入される。
なお、ガス取入口35hは、図15に示すように、管内配置部5Aの外周面を周方向に見て(軸線AX周りに見て)、当該ガス取入口35hの全てが含まれる管内配置部5Aの周方向範囲RAが、管内配置部5Aの周方向について半周以内となるように、管内配置部5Aに形成されている。換言すれば、ガス取入口35hは、管内配置部5Aを当該管内配置部の軸線(軸線AXに一致する)に沿って切断して、管内配置部5Aを一方側部5A1(図15において左半分)と他方側部5A2(図15において右半分)とに二分割したときに、ガス取入口35hの全てを一方側部5A1に位置させることができるように、管内配置部5Aに形成されている。
このような微粒子センサ1では、当該微粒子センサ1をセンサ取付部120に取り付けたときの、センサ取付部120に対するセンサ本体部5の周方向位置(軸線AX周りの位置)が変わると、排気管EP内におけるガス取入口35hの周方向位置(センサ本体部5または管内配置部5Aの周方向にかかる位置)が変わり、その結果、排気ガスEGに含まれている微粒子Sの量を適切に(精度良く)検知できなくなる虞がある。このため、微粒子センサ1をセンサ取付部120から取り外した後、改めて、微粒子センサ1をセンサ取付部120に取り付ける場合において、排気管EP内におけるガス取入口35hの周方向位置を、常に一定の周方向位置に決めることができる取付構造が求められる。本実施形態の取付構造については後に詳述する。
混合排出部材37は、外形円柱状でステンレス製の部材であり、後端側GKからノズル部材35の先端部内に嵌め込まれて、これに固定されている。この混合排出部材37は、後端側GKに位置する排出後端部37aと、この排出後端部37aの周縁から先端側GSに延出した円筒状の筒壁部37bとからなる。このうち、排出後端部37aには、径方向内側に膨出する捕集極37cが設けられており、この捕集極37cによって、スリット状の空間であるスリット状混合領域MX2が形成されている。このスリット状混合領域MX2は、前述の円筒状混合領域MX1と連通している(図4参照)。
一方、筒壁部37b内には、円柱状の空間であるガス排出路EXが形成されている。このガス排出路EXは、スリット状混合領域MX2と連通する。また、筒壁部37bには、排気管EPの下流側に向けて開口し、ガス排出路EXに繋がる1つのガス排出口37hが設けられている(図3及び図4参照)。ガス排出口37hは、円筒状混合領域MX1(混合空間)よりも軸線方向GHの先端側GSに位置し、円筒状混合領域MX1内に導入された排気ガスEGをセンサ本体部5の外部に排出する。
また、蓋部材39は、円板状でステンレス製の部材であり、混合排出部材37の先端側GSを閉塞している。
内筒31は、軸線方向GHに延びる円筒形状をなすステンレス製の筒状部材である(図3、図4、図6参照)。この内筒31は、半円筒状の第1部材32と半円筒状の第2部材34とからなり、第1部材32と第2部材34が組み合わされることで形成されている。第1部材32と第2部材34は、同一形状をなしている。具体的には、第1部材32と第2部材34は、内筒31を軸線方向GHに二等分した半筒状をなしている。
第1部材32は、半円筒状をなすセパレータ被覆部32bと、その後端側GKに位置する半円柱状の接触導通部32cとを有する。このうち、接触導通部32cは、軸線方向GHに接触導通部32cを貫通する筒状の通気口を有する。なお、第2部材34も、第1部材32と同等の形態を有している。
上述の第1部材32と第2部材34とを組み合わせた内筒31の内部には、電気絶縁性のセパレータ41が収容されている(図3及び図4参照)。詳細には、第1部材32のセパレータ被覆部32bと第2部材34のセパレータ被覆部34bとによって形成される円筒部内(円筒状のセパレータ収容空間)に、セパレータ41が接触して収容されている。これにより、セパレータ41が内筒31によって保持されている。
また、第1部材32の接触導通部32cと第2部材34の接触導通部34cとによって形成される2つの円筒状接触面の内部には、それぞれ、第1基準電位配線93と第2基準電位配線103とが接触して配置されている(図11参照)。これにより、内筒31が、第1基準電位配線93と第2基準電位配線103とに接触して導通する。
この内筒31は、センサ本体部5の内部に固定されている。具体的には、内筒31の先端部がホルダ50の後端部に外嵌されて、この外嵌部分(内筒31の先端部とホルダ50の後端部)が溶接されることで、内筒31の先端部がセンサ本体部5の内部に固定されている。
また、内筒31は、その後端部が、円筒状の金属保持部材42の内側に挿入されて固定された状態で、金属保持部材42によって保持されている。これにより、第1部材32と第2部材34とが組み合わされて円筒状の内筒31とされた状態を保つことができると共に、内筒31の後端部がセンサ本体部5の内部に固定される。なお、内筒31の後端部と金属保持部材42とは、溶接されて固定されている。
金属保持部材42は、軸線方向GHに延びる円筒状の側壁部42bと、この側壁部42bの後端部に接続する円環状の底部42cとを有する(図4、図6参照)。底部42cには、円形状の貫通孔42dが設けられている。この貫通孔42dの内部を、挿通管55が軸線方向GHに挿通している(図4参照)。さらに、第2部材34の接触導通部34cと金属保持部材42との間に形成される空間内を、挿通管55が軸線方向GHに挿通している(図11参照)。
金属保持部材42の後端部は、半円筒状の2つの絶縁部材43bと43cを組み合わせた円筒状の絶縁部材43内に配置されて、絶縁部材43に保持されている。更に、この絶縁部材43の後端側GKには、円環状のゴム部材44が配置され、更にその後端側GKには、C環状のワッシャ45が配置されている(図4、図6参照)。
セパレータ41は、電気絶縁性部材(アルミナを主成分としたセラミック)からなり、軸線方向GHに延びる柱状をなしている(図3、図4、図6参照)。このセパレータ41は、当該セパレータ41を軸線方向GHに貫通する第1貫通孔41b及び第2貫通孔41cを有する(図12参照)。第1貫通孔41bと第2貫通孔41cは、別個独立した貫通孔であり、セパレータ41の壁部を挟んで軸線方向GHに直交する方向(図3及び図12において左右方向)に離間している。
セパレータ41の第1貫通孔41bの内部には、第1ケーブル90の先端部及び放電電極体70の第1延出部71が挿入されている。そして、第1貫通孔41bの内部には、放電電位接続部111(放電電位配線91の先端部91bと放電電極体70の第1延出部71の後端部とが、第1接続端子77を通じて接続された部位)が配置されている。なお、放電電位接続部111を構成する放電電位配線91、放電電極体70、及び第1接続端子77は、放電電位部材に相当する。
また、セパレータ41の第2貫通孔41cの内部には、第2ケーブル100の先端部及び補助電極体80の第2延出部81が挿入されている。そして、第2貫通孔41cの内部には、補助電位接続部112(補助電位配線101の先端部101bと補助電極体80の第2延出部81の後端部とが、第2接続端子87を通じて接続された部位)が配置されている。
これにより、放電電位PV2となる放電電位接続部111と補助電位PV4となる補助電位接続部112とが、セパレータ41によって電気的に絶縁されている。さらには、放電電位PV2となる放電電位接続部111と基準電位PV1となる内側金具30(内筒31など)との間も、セパレータ41によって電気的に絶縁されている。さらには、補助電位PV4となる補助電位接続部112と基準電位PV1となる内側金具30(内筒31など)との間も、セパレータ41によって電気的に絶縁されている。
次に、放電電極体70について説明する。この放電電極体70は、タングステン線からなる放電電極本体部70Aと、放電電極本体部70Aの周囲に位置する第1絶縁パイプ75とを有する。放電電極本体部70Aは、図3に示すように、直棒状の第1延出部71と、その先端部分に位置し、針状に尖った形状の針状先端部73とからなる。この放電電極本体部70A(針状先端部73)は、第1ケーブル90の放電電位配線91を通じて、外部の回路部201に接続され、放電電位PV2とされる。なお、放電電位PV2は、基準電位PV1に対し正の高電位であり、ピーク電位が1〜2kVの電位とされる。
第1延出部71は、その径方向周囲を絶縁セラミックからなる円筒状の第1絶縁パイプ75で被覆されている。但し、第1延出部71の後端部は、第1接続端子77によって放電電位配線91の先端部91bと接続するために、第1絶縁パイプ75で被覆されることなく露出している。
一方、針状先端部73は、放電対極部35dによって構成されている放電空間DS内に配置されており、放電対極部35dと共にイオン源を構成する。即ち、後述するように、基準電位PV1とされる放電対極部35dと、放電電位PV2とされる針状先端部73とは、これらの間において気中放電を発生させ、この気中放電によって微粒子Sに付着させるイオンCPを生成する。
次に、補助電極体80について説明する。この補助電極体80は、ステンレス線からなる補助電極本体部80Aと、補助電極本体部80Aの周囲に位置する円筒状の第2絶縁パイプ85とを有する。補助電極本体部80Aは、図3に示すように、直棒状の第2延出部81と、その先端側GSでU字状に曲げ返された曲げ返し部82と、曲げ返し部82から後端側GKに延びる共に先端が針状に尖った形状の補助電極部83とからなる。
第2延出部81は、その周囲を絶縁セラミックからなる円筒状の第2絶縁パイプ85で被覆されている。但し、第2延出部81の後端部は、第2接続端子87によって補助電位配線101の先端部101bと接続するために、第2絶縁パイプ85で被覆されることなく露出している。また、曲げ返し部82は、ガス排出路EX内に配置されている。
一方、補助電極部83は、スリット状混合領域MX2内に配置されている。この補助電極体80(補助電極部83)は、第2ケーブル100の補助電位配線101を通じて、外部の回路部201に接続され、補助電位PV4とされる。この補助電位PV4は、基準電位PV1に対して正の高電位であるが、放電電位PV2のピーク電位(1〜2kV)よりも低い、例えば、DC100〜200Vの電位にされている。
なお、本実施形態の微粒子センサ1は、後述するように、気中放電を発生させることでイオンCPを生成し、このイオンCPを排気ガスEGに含まれる微粒子Sに付着させることによって、帯電した帯電微粒子SCを生成する。より具体的には、放電空間DS内において、放電電極体70の針状先端部73と放電対極部35dとの間で気中放電を発生させ、その後、円筒状混合領域MX1(混合空間)内において、当該気中放電により生じたイオンCPを排気ガスEGに含まれる微粒子Sに付着させることで、帯電した帯電微粒子SCを生成する。そして、この帯電微粒子SCの量に応じて基準電位PV1と接地電位PVEとの間に流れる信号電流を用いて、排気ガスEG中の微粒子Sの量を検知する。
本実施形態の微粒子センサ1(センサ本体部5)は、第1エア取入部25を通じてセンサ本体部5の内部に導入されたエアARが、センサ本体部5の内部を軸線方向GHの後端側GKから先端側GSに流れてゆく、第1センサ内エア流路FC1を有している(図4、図8参照)。より具体的には、この第1センサ内エア流路FC1は、第1エア取入部25に導入されたエアARが、第1エア取入部25とホルダ50の通気孔56との間を連通する挿通管55の内部を、軸線方向GHの後端側GKから先端側GSに流れてゆき、その後、ホルダ50の通気孔56内を通過して放電空間DS内に導入された後、さらに、ノズル部35aの連通孔35fを通じて放電空間DSから円筒状混合領域MX1(混合空間)内へ導入される流路である(図4参照)。なお、エアARが、ノズル部35aの連通孔35fを通じて放電空間DSから円筒状混合領域MX1(混合空間)へ導入されるとき、放電空間DS内で生じたイオンCPが当該エアARと共に円筒状混合領域MX1(混合空間)内に導入される(図4、図8、図9参照)。
また、本実施形態の微粒子センサ1(センサ本体部5)は、第2エア取入部27を通じてセンサ本体部5の内部に導入されたエアARが、センサ本体部5の内部を軸線方向GHの後端側GKから先端側GSに流れてゆき、その後、外側金具10(第1外側金具11)の内周面11nと内側金具30の外周面30nとの間の第2センサ内空間SA2(図4参照)の内部を、軸線方向GHの後端側GKから先端側GSに流れてゆく、第2センサ内エア流路FC2を有している。この第2センサ内エア流路FC2は、その軸線方向GHの先端側GSで、第1介在部材48及び第2介在部材49を間に挟んで、被測定ガス進入空間ISと隣接している(図4参照)。換言すれば、第1介在部材48及び第2介在部材49は、センサ内エア流路FC(詳細には、第2センサ内エア流路FC2)と被測定ガス進入空間ISとの境界部に配置されている。
ところで、被測定ガス進入空間IS内には、排気ガスEG(被測定ガス)に含まれる微粒子S(ススなど)も進入する。このため、従来の微粒子センサでは、被測定ガス進入空間の内部(特に、排気ガスEGが滞留し易い箇所)において、排気ガスEGに含まれるススなどの微粒子Sが、被測定ガス進入空間ISを形成する内側金具30の外周面30n及び第1外側金具11の内周面11nに付着し、堆積してゆくことがあった。これにより、基準電位PV1とされる内側金具30と接地電位PVEとされる外側金具10との間の電気絶縁性が低下し(例えば、堆積したススなどの微粒子Sを通じた微短絡が生じ)、排気ガスEGに含まれる微粒子Sの量を適切に検知することができなくなる虞があった。
これに対し、本実施形態の微粒子センサ1では、図19に示すように、第1介在部材48のうち、外側金具10(第1外側金具11の外側保持部11b)と接触する(対向する)円環状の第1面48b、及び、絶縁スペーサ47の先端面47bと接触する(対向する)円環状の第2面48cに、第2センサ内エア流路FC2を流れるエアARを第2センサ内エア流路FC2から被測定ガス進入空間ISへ流出させる(放出する)複数の溝部48h(凹部)を形成している。
第1介在部材48の溝部48hは、第2センサ内エア流路FC2側(第1介在部材48の外周48j側)から被測定ガス進入空間IS側(第1介在部材48の内周48k側)へ延びる形態を有している。より具体的には、第1介在部材48の溝部48hは、第1介在部材48の外周48jから内周48kにわたって延びる形態をなし、第2センサ内エア流路FC2と被測定ガス進入空間IS側とを連通している(図19参照)。
さらに、第2介在部材49のうち、内側金具30(ホルダ50の内側保持部51f)と接触する(対向する)環状の第3面49c、及び、絶縁スペーサ47の後端面47cと接触する(対向する)環状の第4面49bに、第2センサ内エア流路FC2を流れるエアARを第2センサ内エア流路FC2から被測定ガス進入空間ISへ流出させる(放出する)複数の溝部49h(凹部)を形成している(図19参照)。
第2介在部材49の溝部49hは、第2センサ内エア流路FC2側(第2介在部材49の外周49j側)から被測定ガス進入空間IS側(第2介在部材49の内周49k側)へ延びる形態を有している。より具体的には、第2介在部材49の溝部49hは、第2介在部材49の外周49jから内周49kにわたって延びる形態をなし、第2センサ内エア流路FC2と被測定ガス進入空間IS側とを連通している(図19参照)。
これにより、第1介在部材48の溝部48hを通じて(詳細には、第1介在部材48の第1面48bのうち溝部48hを構成する面と外側金具10の第5面11gとによって囲まれた空間からなる連通路を通じて)、エアARを、第2センサ内エア流路FC2から被測定ガス進入空間IS内へ流出させる(放出する)ことができる。さらには、第2介在部材49の溝部49hを通じて(詳細には、第2介在部材49の第3面49cのうち溝部49hを構成する面と内側金具30の第6面51gとによって囲まれた空間からなる連通路を通じて)、エアARを、第2センサ内エア流路FC2から被測定ガス進入空間IS内へ流出させる(放出する)ことができる。
このようにすることで、被測定ガス進入空間IS内においてエアARの流れを形成することができるので、被測定ガス進入空間IS内において排気ガスEG(被測定ガス)が滞留し難くなる。これにより、排気ガスEG(被測定ガス)に含まれる微粒子S(例えば、ススなど)が、被測定ガス進入空間ISを形成する内側金具30の外周面30n及び外側金具10の内周面11nに付着(堆積)することを低減することができる。例えば、内側金具30の外周面30n及び外側金具10の内周面11nに付着しようとする微粒子Sを、エアARで吹き飛ばすことができる。従って、本実施形態の微粒子センサ1では、被測定ガス進入空間IS内において、基準電位PV1とされる内側金具30と接地電位PVEとされる外側金具10との間の電気絶縁性が低下し難くなる。
ここで、排気管EPに固定されたセンサ取付部120(すなわち、取付部付き通気管150のセンサ取付部120)に微粒子センサ1(センサ本体部5)を取り付ける方法、及び、取付構造について説明する。微粒子センサ1(センサ本体部5)を、排気管EPに固定されているセンサ取付部120に装着するときは、センサ本体部5のうち軸線方向GHの先端側GSの部位を、センサ取付部120の内側に挿通させて、センサ本体部5(第1外側金具11)のセンサ側位置決め部11kを、センサ取付部120の管側位置決め部121内に挿入(嵌合)させる。そして、センサ本体部5(第1外側金具11)のシール部11mを、センサ取付部120の座面部122に接触させる。
ところで、前述したように、センサ本体部5のセンサ側位置決め部11kは、微粒子センサ1の軸線AXの周りについて回転対称ではない形状の凸部である。すなわち、センサ側位置決め部11kを第1外側金具11の中心軸の周り(微粒子センサ1の軸線AXの周り)に一周(360°回転)させたとき、その回転途中で、回転前の平面視形状と同一の平面視形状になることがない(図10参照)。さらに、センサ取付部120の管側位置決め部121は、センサ側位置決め部11kと略同等の形状(平面視七角形状)を有する凹部(穴部)である(図14参照)。
従って、管側位置決め部121に対するセンサ側位置決め部11kの組み合わせ方法(嵌合方法)は、微粒子センサ1の軸線AX周りについて1通り(1組)しか存在しない。換言すれば、管側位置決め部121に組み合わせる(嵌合させる)ことが可能な、センサ側位置決め部11kにかかる微粒子センサ1の軸線AXの周りの向き(位置)は、微粒子センサ1の軸線AX周りについて1つしか存在しない。
従って、本実施形態では、上述のように、センサ側位置決め部11kを当該管側位置決め部121に組み合わせるようにして(嵌合させて)、微粒子センサ1をセンサ取付部120に取り付けると、センサ取付部120に対するセンサ本体部5の周方向位置(軸線AX周りの位置)を、常に、一定の周方向位置(図5に示す位置)に位置決めすることができる。
これにより、排気管EP内におけるガス取入口35hの周方向位置を、常に、一定の第1周方向位置(図5及び図16に示す位置であって、ガス取入口35hが排気管EPの下流側を向いて開口する位置)に位置決めすることができる。なお、図16は、取付部付き通気管150のセンサ取付部120に装着された微粒子センサ1の部分拡大断面図であり、排気管EPの下流側から上流側を見た図である。
すなわち、センサ側位置決め部11kによってセンサ取付部120に対するセンサ本体部5の周方向位置を位置決めしつつ、微粒子センサ1を、取付部付き通気管150のセンサ取付部120に取り付けると、排気管EP内におけるガス取入口35hの周方向位置が、常に、一定の第1周方向位置に決まる(図5及び図16参照)。換言すれば、管側位置決め部121によってセンサ取付部120に対するセンサ本体部5の周方向位置を位置決めしつつ、微粒子センサ1を、取付部付き通気管150のセンサ取付部120に取り付けたとき、排気管EP内におけるガス取入口35hの周方向位置が、常に、一定の第1周方向位置に決まる(図5及び図16参照)。
この状態で、締結部材60の雄ネジ部61を取付本体部123の雌ネジ124に螺合させて、締結部材60によってセンサ本体部5とセンサ取付部120とを締結すると、締結部材60の先端部によって第1外側金具11の鍔部11cが先端側GSに押圧されることによって、センサ本体部5のシール部11mがセンサ取付部120の座面部122に密着する。これにより、センサ本体部5(第1外側金具11)とセンサ取付部120との間が気密にされた状態で、微粒子センサ1のセンサ本体部5が、排気管EPに固定されているセンサ取付部120に対し、着脱可能に装着(固定)される。なお、締結部材60は、センサ本体部5に対して回転自在に配置されているので、センサ本体部5のセンサ取付部120への装着は、センサ本体部5を回転させることなく、締結部材60のみを回転させることによって行うことができる。
以上説明したことから、本実施形態では、微粒子センサ1をセンサ取付部120から取り外した後、改めて、微粒子センサ1をセンサ取付部120に取り付ける場合において、常に、排気管EP(通気管)内におけるガス取入口35hの周方向位置を、一定の第1周方向位置に決めることができる。このため、例えば、以下に説明するように、定期的に微粒子センサ1を洗浄するために、センサ取付部120から微粒子センサ1を定期的に着脱する場合において、洗浄後、微粒子センサ1をセンサ取付部120に取り付けるときは、常に、排気管EP(通気管)内におけるガス取入口35hの周方向位置を、一定の第1周方向位置に決めることができる。
具体的には、本実施形態では、前述したように、包囲部125を有するセンサ取付部120が、接地電位PVEとされた排気管EPに固定されることで接地電位PVEとなる。一方、センサ本体部5のうちガス取入口35hが形成されている管内配置部5A(内側金具30の一部)は、センサ取付部120に対して電気的に絶縁されると共に、接地電位PVEとは異なる基準電位PV1とされる。
ところで、センサ本体部5のうちガス取入口35hが形成されている管内配置部5Aの外周面には、排気ガスEGに含まれているススなどの微粒子Sが付着することがある。これにより、基準電位PV1とされる管内配置部5Aと、接地電位PVEとされるセンサ取付部120のうち管内配置部5Aの径方向周囲を包囲する包囲部125との間の電気絶縁性が低下し、排気ガスEGに含まれる微粒子Sの量を適切に検知することができなくなる虞がある。
また、本実施形態の微粒子センサ1では、前述したように、センサ本体部5が、基準電位PV1とされる内側金具30と接地電位PVEとされる外側金具10との間に介在して両者を電気的に絶縁する絶縁スペーサ47を備える。この絶縁スペーサ47は、被測定ガス進入空間IS内に露出するため、図5に示すように、微粒子センサ1をセンサ取付部120に取り付けた状態において、排気管EPの内部を流通する排気ガスEGが接触可能な位置に配置される。
このため、絶縁スペーサ47の表面には、排気ガスEGに含まれているススなどの微粒子Sが付着することがあり得る。これにより、絶縁スペーサ47の表面の絶縁抵抗が低下し、基準電位PV1とされる内側金具30と接地電位PVEとされる外側金具10との間の電気絶縁性が低下し、排気ガスEGに含まれる微粒子Sの量を適切に検知することができなくなる虞がある。
以上のようなことから、定期的に微粒子センサ1を洗浄することが好ましく、微粒子センサ1を洗浄するために、センサ取付部120から微粒子センサ1を定期的に着脱する場合がある。本実施形態では、このような場合において、洗浄後、微粒子センサ1をセンサ取付部120に取り付けるときは、常に、排気管EP(通気管)内におけるガス取入口35hの周方向位置を、一定の第1周方向位置に決めることができる。
従って、本実施形態によれば、「微粒子センサ1をセンサ取付部120から取り外した後、改めて、微粒子センサ1をセンサ取付部120に取り付けたときに、排気管EP(通気管)内におけるガス取入口35hの周方向位置が、微粒子センサ1を取り外す前の位置から変わったことによって、排気ガスEG(被測定ガス)に含まれている微粒子Sの量を適切に(精度良く)検知することができなくなる不具合」を防止することができる。
ところで、排気管EPの内部には水が溜まることがある。具体的には、排気管EPは、エンジンENG(内燃機関)の駆動後に冷却されるので、排気管EP内に凝縮水が溜まる場合がある。このため、従来、排気管EPの内部に溜まっていた水が、排気管EP内を上流側から下流側に流通する排気ガスの流れに伴って、排気管EPの上流側から微粒子センサの管内配置部に向かって飛散した場合に、当該水が、ガス取入口を通じて微粒子センサ(センサ本体部)の内部に進入する虞があった。具体的には、例えば、ガス取入口が排気管EPの下流側を向いて開口している場合、排気管EPの上流側から飛散してきた水がガス取入口内に直接進入することはないが、管内配置部の外周面のうち上流側に位置する部位に付着した水が、排気ガスの流れによって管内配置部の外周面上を下流側に移動してゆき、ガス取入口内に進入する虞があった。これにより、排気ガスEG(被測定ガス)に含まれている微粒子Sの量を適切に検知することができなくなる虞があった。
これに対し、本実施形態では、前述したように、センサ取付部120が、排気管EPに固定されたセンサ取付部120に微粒子センサ1のセンサ本体部5が取り付けられた状態(図5に示す状態)において、センサ本体部5のうち排気管EPの内部に配置された管内配置部5Aの径方向周囲を包囲する(管内配置部5Aとは離間しつつ管内配置部5Aの径方向周囲を包囲する)包囲部125を有している。
さらに、この包囲部125は、排気管EPに固定されたセンサ取付部120に微粒子センサ1のセンサ本体部5を取り付けた状態(図5に示す状態)において、軸線方向GHについて、排気管EPの孔構成部EPZの位置から、センサ本体部5の管内配置部5Aのうち、後述するガス取入口35hの位置よりも先端側GSにまで延びる形態を有する。換言すれば、この包囲部125は、排気管EPに固定されたセンサ取付部120に微粒子センサ1のセンサ本体部5を取り付けた状態(図5に示す状態)において、包囲部125のうち軸線方向GHについて最も先端側GSに位置する包囲先端部125sが、管内配置部5Aのガス取入口35hよりも軸線方向GHの先端側GSに位置する形態を有する。
本実施形態では、このような包囲部125を設けることで、排気管EPの内部に溜まっていた水が、排気管EP内を上流側から下流側に(図5において右側から左側に)流通する排気ガスEG(被測定ガス)の流れに伴って、排気管EPの上流側から微粒子センサ1の管内配置部5Aに向かって飛散した場合に、当該水が、ガス取入口35hを通じて微粒子センサ1(センサ本体部5)の内部に進入し難くすることができる。具体的には、排気管EPの上流側(図5において右側)から微粒子センサ1の管内配置部5Aに向かって飛散した水を、包囲部125によって受け止めることで、当該水が、ガス取入口35hを通じて微粒子センサ1(センサ本体部5)の内部に進入し難くなる。
また、本実施形態では、排気管EPに固定されたセンサ取付部120に微粒子センサ1を取り付けたとき、第1周方向位置に位置決めされたガス取入口35hが、排気管EPの下流側(図5において左側)を向いて開口する。
さらに、センサ取付部120の包囲部125は、センサ取付部120が排気管EPに固定された状態において、排気管EPの下流側を向いて開口するガス導入窓125hを有する。このガス導入窓125hは、排気管EPに固定されたセンサ取付部120に微粒子センサ1を取り付けた状態において、図16に示すように、包囲部125の外側から当該ガス導入窓125hを通じて、ガス取入口35hを視認できる形態を有している。なお、図16は、排気管EPの下流側からガス導入窓125hを正面視した図である。本実施形態では、図16に示すように、ガス取入口35hの全体が、ガス導入窓125hを通じて、包囲部125の外部から包囲部125の径方向に見て視認できるように構成されている。
このようにすることで、排気管EPの上流側から微粒子センサ1の管内配置部5Aに向かって飛散した水を、包囲部125のうち排気管EPの上流側(図5において右側)に位置する部位で受け止めて、ガス取入口35hを通じて微粒子センサ1(センサ本体部5)の内部に進入し難くすることができると共に、排気管EP内を流通する排気ガスEGが、ガス導入窓125hを通じて、ガス取入口35hの内部に導入され易くなる。
次いで、微粒子センサ1の電気的機能及び動作について説明する(図8及び図9参照)。まず、外部の回路部201の駆動により、基準電位PV1とされた内側金具30のノズル部35a(放電対極部35d)と、これよりも正の高電位である放電電位PV2とされた放電電極体70の針状先端部73との間において、気中放電(コロナ放電)を発生させる。この気中放電により、大気(空気)中のN2,O2 等が電離した正のイオンCPが発生する。一方で、第1エア取入部25を通じてセンサ本体部5の内部に導入されたエアARが、放電空間DS内に供給される。このため、発生したイオンCPの一部は、エアARと共に、連通孔35f(オリフィス孔)を通じて放電空間DSから円筒状混合領域MX1に噴射される。
このエアARが、円筒状混合領域MX1に噴射されると、円筒状混合領域MX1の気圧が低下するため、排気管EP内を流通する排気ガスEGが、ガス取入口35hから円筒状混合領域MX1に取り入れられる。この取入ガスEGIは、エアARと混合され、スリット状混合領域MX2及びガス排出路EXを経由して、ガス排出口37hから排出される。その際、排気ガスEG中のススなどの微粒子Sも円筒状混合領域MX1内に取り入れられる。この微粒子Sは、イオンCPが付着して、正に帯電した帯電微粒子SCとなり、この状態でガス排出口37hからエアARと共に排出される。一方、円筒状混合領域MX1に噴射されたイオンCPのうち、微粒子Sに付着しなかった浮遊イオンCPFは、補助電位PV4とされた補助電極体80の補助電極部83から斥力を受け、捕集極37cに付着することで、ガス排出口37hからの排出が抑制される。
前述の気中放電の際、外部の回路部201から放電電極体70の針状先端部73に、放電電流Idが供給される。この放電電流Idの多くは、ノズル部35aに受電電流Ijとして流れ込み、回路部201に戻る。一方、捕集極37cで捕集された浮遊イオンCPFの電荷に起因する捕集電流Ihも、回路部201に戻る。つまり、受電電流Ijと捕集電流Ihの和である受電捕集電流Ijh(=Ij+Ih)が回路部201に戻る。
但し、この受電捕集電流Ijhは、帯電微粒子SCに付着して排出された排出イオンCPHの電荷に対応する電流分だけ、放電電流Idよりも小さい値となる。このため、放電電流Idと受電捕集電流Ijhとの差分(放電電流Id−受電捕集電流Ijh)に相当する信号電流が、基準電位PV1と接地電位PVEとの間を流れる。
従って、この帯電微粒子SCにより排出された排出イオンCPHの電荷量に対応する信号電流を回路部201で検知することにより、排気ガスEG中の微粒子Sの量を検知できる。このため、本実施形態では、帯電微粒子SCの電荷量に基づいて(詳細には、帯電微粒子SCの電荷量に応じて、基準電位PV1と接地電位PVEとの間を流れる信号電流に基づいて)、排気ガスEG(被測定ガス)中の微粒子Sの量を検知する。
なお、微粒子センサ1によって検知する「微粒子Sの量」としては、排気ガスEG中の微粒子Sの表面積の合計に比例する値を得てもよいし、微粒子Sの質量の合計に比例する値を得てもよい。また、排気ガスEGの単位体積中に含まれる微粒子Sの個数に比例する値を得てもよい。
(変形形態)
次に、本発明の変形形態について説明する。本変形形態は、実施形態と比較して、微粒子センサのセンサ側位置決め部の形態、及び、センサ取付部の管側位置決め部の形態が異なり、その他は同様である。従って、ここでは、実施形態と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略または簡略化する。
図20は、変形形態にかかる微粒子センサ301の斜視図である。図21は、変形形態にかかる第1外側金具311の斜視図である。図22は、第1外側金具311の下面図(先端側GSの平面図)である。図23は、変形形態にかかるセンサ取付部420の斜視図である。図24は、センサ取付部420の上面図(後端側GKの平面図)である。図25は、変形形態にかかる微粒子センサ301を取付部付き通気管450(排気管EPに固定されたセンサ取付部420)に取り付けた状態の縦断面図である。図26は、変形形態にかかる取付部付き通気管450の断面図である。
本変形形態の外側金具310の一部をなす第1外側金具311は、図20〜図22に示すように、円筒状の第1本体部311aと、第1本体部311aの先端側GSに位置して径方向外側に膨出する円環状の鍔部311cと、鍔部311cよりも先端側GSに位置してシール部311mを有する円環状の先端環状部311pと、先端環状部311pの外周面の一部から径方向外側に突出する形態のセンサ側位置決め部311kとを有している。
このように、本変形形態の第1外側金具311は、実施形態の第1外側金具11とは異なり、センサ側位置決め部として、先端環状部311pの外周面の周方向一部から径方向外側に突出する突起状(換言すれば、鍔部311cの円環状の先端面の周方向一部から先端側に突出する突起状)のセンサ側位置決め部311kを有している(図21及び図22参照)。このようなセンサ側位置決め部311kは、第1外側金具311の中心軸の周り(微粒子センサ301の軸線AXの周り)について回転対称な形状ではない。すなわち、センサ側位置決め部311kを第1外側金具311の中心軸の周り(微粒子センサ301の軸線AXの周り)に一周(360°回転)させたとき、その回転途中で、回転前のセンサ側位置決め部311kに重なることがない。
また、本変形形態のセンサ取付部420は、図23〜図26に示すように、円筒状の取付本体部423と、この取付本体部423よりも先端側GSに位置する円筒状の包囲部425とを有する。なお、包囲部425には、平面視U字状の切り欠きからなるガス導入窓425hが形成されている。取付本体部423の内周面のうち後端側GKには、雌ネジ424が形成されている。さらに、取付本体部423の内周面のうち先端側GSには、先端側GSに向かうにしたがって縮径するテーパ状の座面部422が形成されている。さらに、取付本体部423の内周面には、座面部422の後端側GKに位置して他の周方向部位よりも先端側GSに凹んだ形態(内周面の周方向一部を先端側GSに凹ませた形態)の管側位置決め部421が形成されている。この管側位置決め部421は、センサ側位置決め部311kに適合する形状(センサ側位置決め部311kが嵌合する形状)とされている。
従って、本変形形態でも、実施形態と同様に、管側位置決め部421に対するセンサ側位置決め部311kの組み合わせ方法(嵌合方法)は、微粒子センサ301の軸線AX周りについて1通り(1組)しか存在しない。換言すれば、図24に示す管側位置決め部421に組み合わせる(嵌合させる)ことが可能な、センサ側位置決め部311kの周方向位置は、微粒子センサ301の軸線AX周りについて1つしか存在しない。
従って、本変形形態では、センサ側位置決め部311kを管側位置決め部421に組み合わせるように、センサ側位置決め部311kを管側位置決め部421の内部に挿入して(嵌合させて)、微粒子センサ301をセンサ取付部420に取り付けると、センサ取付部420に対するセンサ本体部305の周方向位置(軸線AX周りの位置)を、常に、一定の周方向位置(図25に示す位置)に位置決めすることができる。これにより、排気管EP内におけるガス取入口35hの周方向位置を、常に、一定の第1周方向位置(図25に示す位置であって、ガス取入口35hが排気管EPの下流側を向いて開口する位置)に位置決めすることができる。
すなわち、センサ側位置決め部311kによってセンサ取付部420に対するセンサ本体部305の周方向位置を位置決めしつつ、微粒子センサ301を、取付部付き通気管450のセンサ取付部420に取り付けると、排気管EP内におけるガス取入口35hの周方向位置が、常に、一定の第1周方向位置に決まる(図25参照)。換言すれば、管側位置決め部421によってセンサ取付部420に対するセンサ本体部305の周方向位置を位置決めしつつ、微粒子センサ301を、取付部付き通気管450のセンサ取付部420に取り付けたとき、排気管EP内におけるガス取入口35hの周方向位置が、常に、一定の第1周方向位置に決まる(図25参照)。
以上説明したことから、本変形形態でも、微粒子センサ301をセンサ取付部420から取り外した後、改めて、微粒子センサ301をセンサ取付部420に取り付ける場合において、常に、排気管EP(通気管)内におけるガス取入口35hの周方向位置を、一定の第1周方向位置に決めることができる。
以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態等では、微粒子センサとして、1つのガス取入口35hを有する微粒子センサ1,301を例示した。しかしながら、本発明は、複数のガス取入口を有する微粒子センサにも適用することができる。具体的には、例えば、図27に示す微粒子センサ501のように、管内配置部505A(ノズル部材535)の壁部を貫通するガス取入口535hを、3つ設けるようにしても良い。図27は、微粒子センサ501の管内配置部505Aに含まれるノズル部材535の横断面図であって、ノズル部材535を図5のL−Lの位置で切断した断面図である。
なお、3つのガス取入口535hは、図27に示すように、実施形態等と同様に、管内配置部505Aの外周面を周方向に見て(軸線AX周りに見て)、当該3つのガス取入口535hの全てが含まれる管内配置部505Aの周方向範囲RAが、管内配置部505Aの周方向について半周以内となるように、管内配置部505Aに形成されている。換言すれば、3つのガス取入口535hは、管内配置部505Aをその軸線(軸線AXに一致する)に沿って切断して、管内配置部505Aを一方側部505A1(図27において左半分)と他方側部505A2(図27において右半分)とに二分割したときに、ガス取入口535hの全てを一方側部505A1に位置させることができるように、管内配置部505Aに形成されている。
1,301,501 微粒子センサ
5,305,505 センサ本体部
5A,305A,505A 管内配置部
10,310 外側金具
11,311 第1外側金具
11k,311k センサ側位置決め部
11n 内周面
15 第2外側金具
25 第1エア取入部
27 第2エア取入部
30 内側金具
30n 外周面
31 内筒
35d 放電対極部
35f 連通孔(オリフィス孔)
35h,535h ガス取入口
37h ガス排出口
41 セパレータ
47 絶縁スペーサ
50 ホルダ
55 挿通管
56 通気孔
70 放電電極体
73 針状先端部
80 補助電極体
120,420 センサ取付部
121,421 管側位置決め部
125,425 包囲部
125h,425h ガス導入窓
125s,425s 包囲先端部
150,450 取付部付き通気管
201 回路部
AR エア
CP イオン
DS 放電空間
EP 排気管(通気管)
EPH 貫通孔
EPZ 孔構成部
EG 排気ガス(被測定ガス)
FC1 第1センサ内エア流路
FC2 第2センサ内エア流路
GH 軸線方向
GS 軸線方向の先端側
GK 軸線方向の後端側
IS 被測定ガス進入空間
MX1 円筒状混合領域(混合空間)
PVE 接地電位
PV1 基準電位
PV2 放電電位
RA 周方向範囲
S 微粒子
SC 帯電微粒子
SA1 第1センサ内空間
SA2 第2センサ内空間

Claims (10)

  1. 通気管の内部を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサを、前記通気管に固定されたセンサ取付部に取り付ける、微粒子センサの取付構造において、
    前記微粒子センサは、軸線方向に延びる筒状のセンサ本体部を有し、前記センサ取付部に対して着脱可能とされており、
    前記センサ本体部は、当該センサ本体部のうち前記軸線方向の先端側の部位であって、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けた状態において前記通気管の内部に配置される管内配置部を有し、
    前記管内配置部は、当該管内配置部の壁部を貫通するガス取入口であって、前記センサ本体部の内部に前記被測定ガスを導入するガス取入口を、1または複数有し、
    前記1または複数のガス取入口は、前記管内配置部の外周面を周方向に見て、当該1または複数のガス取入口の全てが含まれる前記管内配置部の周方向範囲が、前記管内配置部の周方向について半周以内となるように、前記管内配置部に形成されており、
    前記微粒子センサは、当該微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けるときに、前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を位置決めする、センサ側位置決め部を有し、
    前記センサ取付部は、前記センサ側位置決め部に適合する管側位置決め部であって、前記センサ側位置決め部と当該管側位置決め部とを組み合わせるようにして、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたときに、前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を、常に一定の周方向位置に位置決めする管側位置決め部を有し、
    前記センサ側位置決め部と前記管側位置決め部とを組み合わせるようにして、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたとき、前記通気管内における前記1または複数のガス取入口の周方向位置が、常に一定の第1周方向位置に決まる
    微粒子センサの取付構造。
  2. 請求項1に記載の微粒子センサの取付構造であって、
    前記通気管は、当該通気管の壁部を貫通する貫通孔を構成する孔構成部であって、前記センサ取付部が取り付けられる孔構成部を有し、
    前記センサ取付部は、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記通気管の内部に配置される包囲部であって、前記通気管に固定された前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記センサ本体部のうち前記管内配置部の径方向周囲を包囲する包囲部を有し、
    前記通気管に固定された前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記包囲部のうち前記軸線方向について最も先端側に位置する包囲先端部が、前記管内配置部の前記ガス取入口よりも前記軸線方向の先端側に位置する
    微粒子センサの取付構造。
  3. 請求項2に記載の微粒子センサの取付構造であって、
    前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたことによって前記第1周方向位置に位置決めされた前記1または複数のガス取入口は、いずれも、前記通気管の下流側を向いて開口し、
    前記包囲部は、前記通気管の下流側を向いて開口するガス導入窓であって、前記通気管に固定された前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記包囲部の外側から当該ガス導入窓を通じて前記1または複数のガス取入口を視認できる形態のガス導入窓を有する
    微粒子センサの取付構造。
  4. 請求項2または請求項3に記載の微粒子センサの取付構造であって、
    前記包囲部を有する前記センサ取付部は、接地電位とされた前記通気管に固定されることで前記接地電位となり、
    前記センサ本体部の前記管内配置部は、前記センサ取付部に対して電気的に絶縁されると共に、前記接地電位とは異なる基準電位とされる
    微粒子センサの取付構造。
  5. 通気管に固定されたセンサ取付部に取り付けられて、前記通気管の内部を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサおいて、
    前記微粒子センサは、軸線方向に延びる筒状のセンサ本体部を有し、前記センサ取付部に対して着脱可能とされており、
    前記センサ本体部は、当該センサ本体部のうち前記軸線方向の先端側の部位であって、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けた状態において前記通気管の内部に配置される管内配置部を有し、
    前記管内配置部は、当該管内配置部の壁部を貫通するガス取入口であって、前記センサ本体部の内部に前記被測定ガスを導入するガス取入口を、1または複数有し、
    前記1または複数のガス取入口は、前記管内配置部の外周面を周方向に見て、当該1または複数のガス取入口の全てが含まれる前記管内配置部の周方向範囲が、前記管内配置部の周方向について半周以内となるように、前記管内配置部に形成されており、
    前記微粒子センサは、
    当該微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けるときに、前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を常に一定の周方向位置に位置決めする、センサ側位置決め部を有し、
    前記センサ側位置決め部によって前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を位置決めしつつ、当該微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたとき、前記通気管内における前記1または複数のガス取入口の周方向位置が、常に一定の第1周方向位置に決まる
    微粒子センサ。
  6. 通気管と、前記通気管に固定されたセンサ取付部と、を備え、前記通気管の内部を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサが取り付けられる、取付部付き通気管において、
    前記微粒子センサは、軸線方向に延びる筒状のセンサ本体部を有し、前記センサ取付部に対して着脱可能とされており、
    前記センサ本体部は、当該センサ本体部のうち前記軸線方向の先端側の部位であって、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けた状態において前記通気管の内部に配置される管内配置部を有し、
    前記管内配置部は、当該管内配置部の壁部を貫通するガス取入口であって、前記センサ本体部の内部に前記被測定ガスを導入するガス取入口を、1または複数有し、
    前記1または複数のガス取入口は、前記管内配置部の外周面を周方向に見て、当該1または複数のガス取入口の全てが含まれる前記管内配置部の周方向範囲が、前記管内配置部の周方向について半周以内となるように、前記管内配置部に形成されており、
    前記センサ取付部は、前記微粒子センサを当該センサ取付部に取り付けたときに、当該センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を、常に一定の周方向位置に位置決めする管側位置決め部を有し、
    前記管側位置決め部によって前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を位置決めしつつ、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたとき、前記通気管内における前記1または複数のガス取入口の周方向位置が、常に一定の第1周方向位置に決まる
    取付部付き通気管。
  7. 請求項6に記載の取付部付き通気管であって、
    前記通気管は、当該通気管の壁部を貫通する貫通孔を構成する孔構成部であって、前記センサ取付部が取り付けられる孔構成部を有し、
    前記センサ取付部は、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記通気管の内部に配置される包囲部であって、前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記センサ本体部のうち前記管内配置部の径方向周囲を包囲する包囲部を有し、
    前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記包囲部のうち前記軸線方向について最も先端側に位置する包囲先端部が、前記管内配置部の前記ガス取入口よりも前記軸線方向の先端側に位置する
    取付部付き通気管。
  8. 請求項7に記載の取付部付き通気管であって、
    前記管側位置決め部は、当該管側位置決め部によって前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を位置決めしつつ前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けたことによって、前記第1周方向位置に位置決めされた前記1または複数のガス取入口が、いずれも、前記通気管の下流側を向いて開口するように、前記センサ本体部の周方向位置を位置決めし、
    前記包囲部は、前記通気管の下流側を向いて開口するガス導入窓であって、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けた状態において、前記包囲部の外側から当該ガス導入窓を通じて前記1または複数のガス取入口を視認できる形態のガス導入窓を有する
    取付部付き通気管。
  9. 通気管に固定されるセンサ取付部であって、前記通気管の内部を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサが取り付けられる、センサ取付部において、
    前記微粒子センサは、軸線方向に延びる筒状のセンサ本体部を有し、前記センサ取付部に対して着脱可能とされており、
    前記センサ本体部は、当該センサ本体部のうち前記軸線方向の先端側の部位であって、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記微粒子センサを前記センサ取付部に取り付けた状態において前記通気管の内部に配置される管内配置部を有し、
    前記管内配置部は、当該管内配置部の壁部を貫通するガス取入口であって、前記センサ本体部の内部に前記被測定ガスを導入するガス取入口を、1または複数有し、
    前記1または複数のガス取入口は、前記管内配置部の外周面を周方向に見て、当該1または複数のガス取入口の全てが含まれる前記管内配置部の周方向範囲が、前記管内配置部の周方向について半周以内となるように、前記管内配置部に形成されており、
    前記センサ取付部は、前記通気管に固定された当該センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けたときに、前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を、常に一定の周方向位置に位置決めする管側位置決め部を有し、
    前記管側位置決め部によって前記センサ取付部に対する前記センサ本体部の周方向位置を位置決めしつつ、前記通気管に固定された前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けたとき、前記通気管内における前記1または複数のガス取入口の周方向位置が、常に一定の第1周方向位置に決まる
    センサ取付部。
  10. 請求項9に記載のセンサ取付部であって、
    前記通気管は、当該通気管の壁部を貫通する貫通孔を構成する孔構成部であって、前記センサ取付部が取り付けられる孔構成部を有し、
    前記センサ取付部は、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記通気管の内部に配置される包囲部であって、前記通気管に固定された当該センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記センサ本体部のうち前記管内配置部の径方向周囲を包囲する包囲部を有し、
    前記通気管に固定された前記センサ取付部に前記微粒子センサを取り付けた状態において、前記包囲部のうち前記軸線方向について最も先端側に位置する包囲先端部が、前記管内配置部の前記ガス取入口よりも前記軸線方向の先端側に位置する
    センサ取付部。
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