JP5199592B2 - 排ガス分析用センサ - Google Patents
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Description
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (3)
- 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とがそれぞれ設けられ、
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センサ本体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し、
前記第一のガス給排経路と第二のガス給排経路とは互いに独立して構成され、
前記第一のガス給排経路および第二のガス給排経路に、互いに独立して供給されるイナートガスにより、前記レンズ部材が冷却される、
ことを特徴とする排ガス分析用センサ。 - 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1に記載の排ガス分析用センサ。
- 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に記載の排ガス分析センサ。
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