JP7137009B2 - 光学式のパティキュレートセンサ、特に排ガスセンサ - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、測定ガスの流れ内のパティキュレートを検出するパティキュレートセンサ、特にバーナまたは自己着火式または外部点火式の内燃機関の排ガス通路内の煤粒子を検出するセンサであって、例えば相応の煤粒子フィルタのオンボード診断の目的で使用することができるセンサに関する。また、当然ながら、別の使用分野、例えばエミッションをモニタリングするポータブルシステムおよび室内空気品質を測定するシステムも可能である。

例えば本出願人の公開後の独国特許出願公開第１０２０１７２０７４０２号明細書は、レーザを有するレーザモジュールと、熱放射線（Temperaturstrahlung）を検出するように構成された検出器とを備えた煤粒子センサを対象にしている。この明細書において開示された煤粒子センサは、レーザが、レーザ光を発生させるように構成されており、煤粒子センサは、レーザのビーム路内に配置された光学要素を有し、この光学要素は、レーザモジュールから発するレーザ光がスポットに合焦するように構成されており、かつ検出器は煤粒子センサにおいて、スポットから発する放射線を検出するように配置されていることによって傑出している。

本出願人の公開後の独国特許出願公開第１０２０１７２０７４０２号明細書において開示されたセンサは、レーザ誘起される熱源の測定原理に基づいている。

本出願人の公開後の独国特許出願公開第１０２０１７２０７４０２号明細書においてはさらに、また、煤粒子センサが、測定ガスにさらされるように構成された第１の部分と、煤粒子センサの光学コンポーネントを含んでいる、測定ガスにさらされない第２の部分とに分割されており、両部分は、測定ガスに対して不透過の分離壁によって分離されており、分離壁には、レーザ光のビーム路内に窓が取り付けられていて、この窓は、レーザ光に対しても、スポットから発する放射線に対しても透過性である。

発明の開示
本発明は、パティキュレートセンサでは、このパティキュレートセンサの光学的な入口がその耐用年数にわたって汚染してしまうという発明者らの観察に基づいている。好ましくない環境下では、レーザ光および熱放射線に対する光学的な入口の十分な透明性がもはや保証されておらず、パティキュレートセンサがもはや適正に機能しなくなるまで、汚染が進行してしまうことが判った。

したがって、本発明によれば、パティキュレートセンサが、測定ガス流から部分流を取り出し、レーザ焦点に供給し、さらに、光学的な入口を部分流に対して流体的に遮蔽することが提案されている。こうして、レーザ焦点、つまり、パティキュレート検出の本来の場所に、パティキュレート含有に関して測定ガス流の代わりになる部分流が供給される。しかも、光学的な入口は、測定ガス流からも部分流からも遮蔽されており、つまり、光学的な入口は、測定ガス流および部分流によって擦過されず、場合によって測定ガス流および部分流内に含まれている汚染物質、例えば煤粒子は、光学的な入口に達し得ない。したがって、光学的な入口の汚染は、耐用年数にわたってもはや発生しないかまたは許容可能な程度でしか発生せず、その限りにおいて、パティキュレートセンサの耐用年数は損なわれることがないかもしくは十分に高められている。

本発明の範囲内では、パティキュレートの検出とは、特に、その結果が、パティキュレートの質量および／または数、および／または特にレーザ焦点における、単位時間当たりの流れ内のパティキュレートの質量および／または数である測定であると理解される。またパティキュレートのサイズおよび／またはサイズ分布に該当する情報の獲得も、パティキュレートの検出に含まれていてもよい。

レーザ光の発生手段とは、本発明の範囲内では、特にレーザ、例えばダイオードレーザ、特にＣＷレーザであると理解され、このＣＷレーザの出力および合焦可能性は、煤粒子を、例えば３５００Ｋを上回る値で熱放射線を放出させるために励起することができるような高さである。

レーザ光の供給手段とは、本発明の範囲内では、特に、該当するレーザ光に対して透過性である光ファイバ、および／またはレーザ光に対して透過性である光学的な窓であると理解される。レーザ光は、基本的に紫外、可視、または赤外であってもよい。

レーザ光の合焦手段とは、本発明の範囲内では、特に、該当するレーザ光に対して透過性である集光レンズであると理解される。代替的に、レーザ光の合焦手段は、凹面鏡であってもよい。

熱放射線の伝搬手段とは、本発明の範囲内では、特に、該当する熱放射線に対して透過性である光ファイバ、および／または該当する熱放射線に対して透過性である光学的な窓であると理解される。熱放射線とは、本発明の範囲内では、特に、電磁放射線、高温の物体からの放出に相応して、例えば非コヒーレンスな赤外放射線および／または可視の放射線であると理解される。

光学的な入口とは、本発明の範囲内では、特に、光ファイバまたは光学的な窓であると理解される。光学的な入口は、特に同時に、レーザ光の合焦手段の機能をも果たすことができ、光学的な入口は、例えば集光レンズとして形成されていてもよい。

測定ガス流から部分流を取り出すとは、本発明の範囲内では、特に、測定ガス流の一部、つまり、部分流が、パティキュレートセンサの内部に導かれるのに対して、測定ガス流の残りの他の部分は、パティキュレートセンサを擦過して流れ、パティキュレートセンサの内部には達しないと理解される。部分流は、互いに別々にパティキュレートセンサの内部に達する複数の個別流から成っていてもよい。

本発明の範囲内では、流入開口およびオーバフロー開口は、例えば１～３ｍｍの直径を有しているかまたは非円形の幾何学形状では相応の横断面を有していてもよい。

部分流に対する光学的な入口の流体的な遮蔽とは、本発明の範囲内では、特に、流体技術的な遮蔽であると理解され、つまり、部分流は、光学的な入口に衝突しないように変向されるか、または言い換えれば、光学的な入口の前に、部分流によって通流されない領域が残っているということであると理解される。このことは特に、通流されない領域は、特に対流が形成される流れ領域と見なすことができる、センサの内部における通流される領域とは異なり、搬送現象の意味において、拡散が生じる流れ領域であると表現することができる。

光学的な入口の流体的な遮蔽は、特別な構造上の処置によって行うことができ、これらの処置については、以下においてかつ従属請求項において、ならびに実施例において、例として記載するが、特別な構造上の処置は、これらの記載に制限されるものではない。

発展形態においては、パティキュレートセンサは、例えば金属製のハウジングを有しており、このハウジング内にまたはこのハウジングに接して、光学的な入口が配置されており、ハウジングは、少なくとも１つの流入開口であって、この流入開口を通して、測定ガスの流れから部分流が取出し可能であり、かつハウジングの内部に導入可能である、流入開口と、少なくとも１つの流出開口であって、この流出開口を通して、部分流はハウジングから流出する、流出開口と、を有し、ハウジングの内部に、部分流を、光学的な入口から離反するように向けられた方向に変向する遮蔽体が設けられており、つまり、特に変向によって、光学的な入口が部分流によって衝突されることが阻止され、かつ／または光学的な入口が部分流によって衝突されないようにすることが提案されている。

つまり、光学的な入口の遮蔽を目的とした部分流の変向は、特に、光学的な入口に向けられた方向から、光学的な入口から離反するように向けられた方向に行われ、もし変向もしくは遮蔽を生ぜしめる処置が設けられていないと、部分流は光学的な入口に負荷を加えることになる。

変向は、特に、流入開口から光学的な入口に向けられた方向から、光学的な入口から離反して流出開口に向けられた方向に行うことができる。

変向は、特に、オーバフロー開口（下記参照）から光学的な入口に向けられた方向から、光学的な入口から離反して流出開口に向けられた方向に行うことができる。

発展形態において、パティキュレートセンサのハウジングはハウジングボディを有し、ハウジングボディに固定された保護管モジュールを有していることが提案されていてもよい。

ハウジングボディは、例えば、その内部に貫通通路を有している中実の鋼部材であってもよく、この鋼部材は、特にねじ山、例えば雄ねじ山と、組付け異形部、例えば外側六角成形部とを有している。ハウジングボディが２つの部分から成っている構成も可能であり、このようなハウジングボディでは、ハウジングボディスリーブに、ねじ山および組付け異形部を有しているキャップナット／ユニオンねじが嵌め込まれている。

保護管モジュールは、例えば、例えば鋼薄板から製造されている複数の保護管を有していてもよく、これらの保護管のうちの少なくとも１つの保護管またはすべての保護管は、ハウジングボディに、例えば溶接によって固定されており、かつ／またはハウジングボディに差し込まれている。保護管は、互いに溶接されていても、または互いに差し込まれていても、特にプレス嵌めされていてもよい。

ハウジングボディと保護管モジュールとの一体的な構成も好適である。

保護管モジュールを設ける発展形態において、保護管モジュールは少なくとも１つの流入開口を有し、この流入開口を通して、測定ガスの流れから部分流が取出し可能であり、かつ保護管モジュールの内部に導入可能であり、保護管モジュールは、少なくとも１つの流出開口を有し、この流出開口を通して、部分流が保護管モジュールから流出することが提案されている。

１つもしくは複数の流入開口および１つもしくは複数の流出開口、ならびに１つもしくは複数のオーバフロー開口（下記参照）は、保護管モジュールにおけるもしくは個々の保護管における孔として形成されていてもよい。さらに、それぞれ渦流発生フラップを付加することができ、これらの渦流発生フラップは、特に保護管モジュールもしくは保護管における剛性の成形部であり、部分流を孔の通流時に予め設定された方向に導き、かつ／または変向する。孔と渦流発生フラップとの組合せは、例えば保護管モジュールもしくは個々の保護管における部分的な切込みおよび押込みによって製造されていてもよい。

特に、保護管モジュールの内部に、特に上に述べたように、部分流に対する光学的な入口の流体的な遮蔽を行う遮蔽体が設けられていることが提案されている。つまり、流体的な遮蔽によって、特に光学的な入口から離反するように方向付けられた方向への部分流の変向が行われる。もし遮蔽体が設けられていないと、部分流は光学的な入口に特に負荷を加えることになり、部分流内に含まれているパティキュレートが、特に光学的な入口を汚染するおそれがある。

好適な発展形態において、保護管モジュールは、少なくとも２つの保護管を、つまり、第１の保護管と第２の保護管とを有している。

このような構成では、第１の保護管は少なくとも１つの流入開口を有しており、この流入開口を通して、測定ガスの流れから部分流が取出し可能であり、かつ保護管モジュールの内部に導入可能である。

このような構成では、第２の保護管は、第１の保護管内に配置されていて、これによって、第１の保護管と第２の保護管との間に環状室が形成されている。第１の保護管と第２の保護管とは、基本形状（つまり、孔、渦流発生フラップ、および製造に条件付けられた僅かな寸法誤差を無視すると）として、軸線方向において対称であってもよく、その限りにおいて、互いに同心的にまたは同軸的に配置されていてもよい。

さらに、第２の保護管は、少なくとも１つのオーバフロー開口を有し、このオーバフロー開口を通して、部分流は、環状室から、第２の保護管の内部に配置されたガス室内に流入する。

流出開口は、第１の保護管に形成されていてもよいし、第２の保護管に形成されていてもよく、特に、パティキュレートセンサの、光学的な入口から測定ガス側に配置された端面に形成されていてもよい。この流出開口は、特にただ１つの流出開口であってもよい。

これに関連して、特に、部分流をオーバフロー開口の通流時にまたはオーバフロー開口の通流に続いて、光学的な入口から離反して特に流出開口に向けられた方向に変向する手段が設けられている。この手段は、特に上において既に述べた流体的な遮蔽体に相当する。相応の記載を参照のこと。

部分流をオーバフロー開口の通流時にまたはオーバフロー開口の通流に続いて、光学的な入口から離反して特に流出開口に向けられた方向に変向するこのような手段は、種々様々な形式で実現されていてもよい。

一実施形態によれば、この手段は、第２の保護管のオーバフロー開口に形成された少なくとも１つの渦流発生フラップであって、光学的な入口から離反して特に流出開口に向けられた方向に向いている渦流発生フラップによって実現されている。つまり、部分流は、既に、光学的な入口から離反するように向けられた方向で、ガス室内に流入する。したがって、部分流が光学的な入口に負荷を加えることはない。

別の実施形態によれば、この手段は、第２の保護管内に配置されている第３の保護管によって実現されている。この手段は、光学的な入口から流出開口に向く方向において、オーバフロー開口の高さで円錐形にまたは段付けされて先細りになっている第３の保護管である。このような構成ではオーバフロー開口の通流後に、部分流は、第３の保護管に衝突し、かつこの保護管の先細りになっている幾何学形状に基づいて、部分流は光学的な入口から離反するように変向される。

さらに、別の実施形態によれば、この手段は、ハウジングボディの、光学的な入口から離反するように向いている端面に形成された切欠き、例えば溝によって実現されており、この切欠きは、第２の保護管のオーバフロー開口に向かい合って位置している。切欠き、例えば溝は、部分流を、オーバフロー開口を通って部分流が流れた後で変向させ、例えば１８０°に至るまで、光学的な入口から離反して、特に流出開口に向かって変向させる。

１つの手段はまた、部分流をオーバフロー開口の通流時にまたはオーバフロー開口の通流に続いて、光学的な入口から離反して特に流出開口に向けられた方向に変向し、流入開口から見てかつ／またはオーバフロー開口から見て、光学的な入口の視認性を阻止するような能力を有することもできる。言い換えれば、この手段は幾何学的に、流入開口と光学的な入口との間に、かつ／またはオーバフロー開口と光学的な入口との間に配置されている。この特徴は、光学的な入口の空間的な延在全体に関連していてもよいし、また、光学的な入口の空間的な延在の一部にだけ関連している場合、例えばオーバフロー開口から見て光学的な入口が部分的に可視であって、部分的にこの手段によって覆われる場合には、既に満たされていてもよい。

好適な発展形態において、流出開口は、保護管モジュールの、ハウジングボディから離反するように向いている端面に形成されており、流入開口は、光学的な入口から流出開口に向いている方向において、光学的な入口から見て流出開口の上流に配置されていることが提案されていてもよい。つまり、言い換えれば、流出開口は、保護管モジュールもしくはパティキュレートセンサの遠位端に配置されており、少なくとも１つの流入開口は、流出開口の近くに配置されている。このような配置形態は、流れ通路の内部におけるパティキュレートセンサの配置時に、測定ガス流が流出開口の箇所において、流入開口の箇所におけるよりも高い速度を有していることを生ぜしめる。したがって、静圧は、流入開口の箇所において流出開口の箇所におけるよりも高く、保護管モジュールもしくはパティキュレートセンサの内部は、部分流によって流入開口を起点として流出開口へと通流される。

また、複数の流入開口が設けられていてもよい。例えば６～１２個の流入開口が設けられていてもよい。これらの流入開口は部分的にまたはすべて、光学的な入口から流出開口に向いている方向において、同じ高さに配置されていてもよい。複数の流入開口またはすべてのこれらの流入開口には、本出願の範囲内では流入開口に対して述べたことが該当する。代替的に、流入開口は、第１の保護管と第２の保護管との間に存在している環状間隙の開放した開口として形成されていてもよい。

また複数のオーバフロー開口が設けられていてもよい。例えば４～１２個のオーバフロー開口が設けられていてもよい。これらのオーバフロー開口は部分的にまたはすべて、光学的な入口から流出開口に向いている方向において、同じ高さに配置されていてもよい。複数のオーバフロー開口またはすべてのこれらのオーバフロー開口には、本出願の範囲内ではオーバフロー開口に対して述べたことが該当する。

好適な発展形態において、流入開口は、光学的な入口から流出開口に向いている方向において、光学的な入口から見て、オーバフロー開口の下流に配置されていることが提案されていてもよい。このような配置形態は、部分流がまず光学的な入口への方向に流れることを生ぜしめる。部分流は変向後に、レーザ焦点へと向けられ、次いで、流出開口を通って保護管モジュールから流出する。

好ましくは、レーザ焦点は、部分流から流体的に遮蔽された領域の外側に位置している。その代わりに、レーザ焦点は、特に、部分流によって擦過される領域に位置している。

本発明の実施例は、図面に示されており、これらの実施例については、以下の記載において詳しく述べる。なお、異なる図における等しい符号は、それぞれ等しい要素または少なくともその機能に関して同等な要素を示す。

本発明において好適に使用される、レーザ誘起される熱源をベースにする測定原理を示す図である。 センサの機能形式を説明するための原理構造を示す図である。 本発明に係るパティキュレートセンサの原理構造を例示する図である。 本発明の第１の実施例の第１の変化形態を示す図である。 本発明の第１の実施例の第２の変化形態を示す図である。 本発明の第１の実施例の第３の変化形態を示す図である。 本発明の第２の実施例の第１の変化形態を示す図である。 本発明の第２の実施例の第２の変化形態を示す図である。 本発明の第２の実施例の第３の変化形態を示す図である。 本発明の第３の実施例を示す図である。

図１には、レーザ誘起される熱源をベースにする測定原理が示されている。高強度のレーザ光１０が、パティキュレート１２、例えば煤粒子に衝突する。レーザ光１０の強度は、レーザ光１０の、パティキュレート１２によって吸収されたエネルギが、パティキュレート１２を数千℃に加熱するような高さである。加熱の結果パティキュレート１２は、自発的にかつ実質的に優先方向なしに有意に、熱放射線の形態の放射線１４を放射する。したがって、熱放射線の形態で放射された放射線１４の一部が、入射するレーザ光１０の方向とは逆向きにも放射される。

図２には、パティキュレートセンサ１６の機能形式を示すための原理構造が概略的に示されている。パティキュレートセンサ１６は、ここではＣＷレーザモジュール（ＣＷ：continuous wave; 連続波）として形成されたレーザ１８を有しており、このレーザ１８の、好ましくはコリメートされたレーザ光１０は、レーザ１８のビーム路内に配置された少なくとも１つの集光レンズ２０によって、極めて小さな焦点２２に合焦され、この焦点２２においてレーザ光１０の強度は、レーザ誘起される熱源のために十分に高い。本発明は、ＣＷレーザの使用に制限されるものではない。パルス作動式のレーザを使用することも考えられる。

スポット２２の寸法は、数μｍの範囲、特に最高で２００μｍの範囲であり、これによって、スポット２２を横断するパティキュレート１２が、レーザ誘起される熱源によってであろうとまたは化学反応（特に酸化）によってであろうと、評価可能な放射出力を放射するために励起される。結果として、多くの場合、常に最多でも１つのパティキュレート１２がスポット２２内にあり、かつパティキュレートセンサ１６のその時点の測定信号が、単にこの最多で１つのパティキュレート１２だけから発することを出発点とすることができる。測定信号は検出器２６によって生成され、この検出器２６は、スポット２２を貫いて飛ぶパティキュレート１２から発する放射線１４、特に熱放射線を検出するように、パティキュレートセンサ１６内に配置されている。そのために検出器２６は、好ましくは少なくとも１つのフォトダイオード２６.１を有している。これによって、基本的には、それどころか、サイズおよび速度のようなパティキュレート１２に関する情報の抽出を可能にするシングルパティキュレート測定が可能になる。

図３には、本発明に係るパティキュレートセンサ１６の原理構造が例示されている。

パティキュレートセンサ１６は、第１の外側の保護管２１０と第２の内側の保護管２２０とから成るアセンブリを有している。保護管のアセンブリは、ここでは単に大まかにかつ概略的に示されているので、これについては図４、図５、および図６を参照のこと。

パティキュレートセンサ１６は、好ましくはコリメートされたレーザ光１０を発生させるレーザ１８を有している。レーザ光１０のビーム路内に、ビームスプリッタ３４が位置している。レーザ光１０の、ビームスプリッタ３４を変向なしに通過する部分が、集光レンズ２０によって極めて小さな焦点２２に合焦される。この焦点２２において光強度は、排ガス３２によって運ばれたパティキュレート１２を数千℃に加熱するのに十分に高く、これによって、加熱されたパティキュレート１２は、有意に、熱放射線の形態の放射線１４を放出する。この放射線１４は、例えば近赤外線内にかつ可視のスペクトル範囲にあるが、本発明は、このスペクトル範囲における放射線１４に制限されるものではない。方向付けられずに熱放射線の形態で放出されたこれらの放射線１４の一部が、集光レンズ２０によって捕捉され、ビームスプリッタ３４を介して検出器２６に向けられる。この構造には、排ガス３２への単に１つの光学的な入口４０だけが必要になるという利点がある。それというのは、同じ光学系、例えば同じ集光レンズ２０が、焦点２２を形成するために、かつパティキュレート１２から発する放射線１４を捕捉するために使用されるからである。排ガス３２は、測定ガスの一例である。測定ガスは、例えば室内空気のような他のガスまたはガス混合物であってもよい。

レーザ１８は、レーザダイオード３６と第２のレンズ３８とを有しており、この第２のレンズ３８は、レーザダイオード３６から発するレーザ光１０を好適にコリメートする。レーザダイオード３６の使用は、レーザ光１０の発生の、特に安価でかつ簡単に入手可能な可能性である。好適にコリメートされたレーザ光１０は、集光レンズ２０によって合焦される。

光学式のパティキュレートセンサ１６は、排ガスにさらされる第１の部分１６.１（排ガス側）と、排ガスにさらされない第２の部分１６.２（純粋ガス側）とを有しており、第２の部分１６.２は、パティキュレートセンサ１６の光学コンポーネントを含んでいる。両部分は、分離壁１６.３によって分離されており、この分離壁１６.３は、保護管２１０，２２０とパティキュレートセンサ１６の光学要素との間において延びている。壁１６.３は、排ガス３２から敏感な光学要素を絶縁するために働く。分離壁１６.３には、レーザ光１０のビーム路内に、窓として形成された光学的な入口４０が取り付けられており、この光学的な入口４０を通してレーザ光１０は、排ガス３２内に入射し、かつ光学的な入口４０を介して、焦点２２から発する放射線１４が集光レンズ２０に、そこからビームスプリッタ３４を介して検出器２６に入射することができる。

ここに図示された実施例とは代替的に、焦点２２の形成と、焦点２２おいてパティキュレートから発する放射線１４の捕捉とは、別々の光学式のビーム路を介して行うことも可能である。

ここでは単に実施例として記載されているレンズ組合せとは別のレンズ組合せによって、焦点２２を形成することも考えられる。さらに、パティキュレートセンサ１６を、ここでは実施例のために記載されたレーザダイオード３６とは別のレーザ光源によって実現することも可能である。

図４ａには、本発明の第１の実施例が示されている。この第１の実施例では、排ガスにさらされない第２の部分１６.２に配置されたコンポーネントは、図４ａにおいて図面を見やすくするために省かれている。これについては図３を参照することができる。

パティキュレートセンサ１６はハウジング１００を有しており、このハウジング１００は、ハウジングボディ３００と、ハウジングボディ３００の排ガス側に固定された保護管モジュール２００とから成っている。

ハウジングボディ３００は、さらに、円筒形のハウジングボディスリーブ３１０と、ハウジングボディスリーブ３１０に被嵌め可能なユニオンねじ３２０とから成っている。

ハウジングボディスリーブ３１０は貫通通路３１１を有しており、この貫通通路３１１は、排ガスに向けられた側に、光学的な入口４０を形成する光学的な窓によって気密に閉鎖される。これによって、光学的な入口４０の、排ガスとは反対の側には、パティキュレートセンサ１６の、排ガスにさらされない第２の部分１６.２が位置している。

ハウジングボディスリーブ３１０は、さらに、排ガスに向けられた端部に、周方向に延在する環状の載置要素３１２を有しており、この載置要素３１２の、排ガス側の面は、例えば排気系統の管片に接触するように設けられている。載置要素３１２の、排ガスとは反対の側には、ユニオンねじ３２０によって力が加えられる。ユニオンねじ３２０は、その周面に雄ねじ山３２３と六角成形部３２２とを有しているので、パティキュレートセンサ１６は、例えば内燃機関の排気系統に固定可能である。

載置要素３１２の排ガス側において保護管モジュール２００は、パティキュレートセンサ１６の、排ガスにさらされる部分１６.１においてハウジングボディスリーブ３１０に固定されている。保護管モジュール２００は、この例では第１の保護管２１０、第２の保護管２２０、および第３の保護管２３０から成っている。

第１の保護管２１０は、ポット状に形成されていて、ポット縁部２１１でハウジングボディスリーブ３１０の載置要素３１２に、例えば溶接によって固定されている。第１の保護管２１０は、さらに、周面を形成するポット壁２１２と、ポット底部２１３とを有している。ポット壁２１２には、ポット底部２１３の近傍に、パティキュレートセンサ１６の、例えば１２の流入開口１０１から成る孔環列が形成されている。

第２の保護管２２０は、実質的にハット状の形態を有し、実質的に第１の保護管２１０の内部に配置されている。第２の保護管２２０は、環状の半径方向フランジ部分２２１で、軸線方向においてハウジングボディスリーブ３１０の載置要素３１２に、かつ半径方向において第１の保護管２１０のポット壁２１２の内側に接触している。第２の保護管２２０の半径方向フランジ部分２２１には、第２の保護管２２０の、環状段部２２２を介して先細りになるオーバフロー開口部分２２３が接続している。オーバフロー開口部分２２３には、例えば１２のオーバフロー開口１０３から成る孔環列が設けられており、オーバフロー開口１０３は、第１の保護管２１０と第２の保護管２２０との間に形成された環状室２４０を、第２の保護管２２０の内部に形成されたガス室２５０に接続している。第２の保護管２２０のオーバフロー開口部分２２３には、円錐形に先細りになる領域２２４が接続しており、この領域２２４には、第２の保護管２２０の、カップ状の端領域２２５が接続しており、この端領域２２５は、その周面２２５.１で、第１の保護管２１０のポット底部２１３における開口に押し嵌められている。第２の保護管２２０の端領域２２５の端面２２５.２には、パティキュレートセンサ１６の流出開口１０２が設けられており、この流出開口１０２は、図示の例では、端面２２５.２よりも僅かだけ小さい。

さらに、第２の保護管２２０の内部には、第３の保護管２３０が配置されている。第３の保護管２３０は、真っ直ぐな円筒形の第１の部分２３１を有しており、この第１の部分２３１で第３の保護管２３０は、載置要素３１２の開口３１２.１内に押し嵌められている。第３の保護管２３０の真っ直ぐな円筒形の部分２３１には、円錐形に先細りになる部分２３２が接続しており、この部分２３２は、第３の保護管２３０の、排ガスに向けられた側２３３において開放している。

例えば光学的な入口４０から流出開口１０２に向かう方向によって定義されている軸線方向４００に沿って、第３の保護管２３０の、円錐形に先細りになる部分２３２は、第２の保護管２２０におけるオーバフロー開口１０３と同じ軸線方向高さに位置している。

パティキュレートセンサ１６の構造、特にハウジング１００の構造によって、排ガス３２の流れから部分流３２１が取出し可能であり、この部分流３２１は、まず、パティキュレートセンサ１６の、第１の保護管２１０に配置された流入開口１０１を通って、第１の保護管２１０と第２の保護管２２０との間に配置された環状室２４０内に達し、この環状室２４０から部分流３２１は、第２の保護管２２０におけるオーバフロー開口１０３を通って、第２の保護管２２０の内部に配置されたガス室２５０内に達し、このガス室２５０内において、第３の保護管２３０の、円錐形に先細りになる部分２３２によって変向され、そして最後に第２の保護管２２０ひいては保護管モジュール２００から流出開口１０２を通って再び流出する。

第３の保護管２３０の、円錐形に先細りになる部分２３２における変向によって、部分流３２１は、光学的な入口４０に達しないことが生ぜしめられる。この限りにおいて、この光学的な入口４０は、部分流３２１から遮蔽された領域５００内に位置している。したがって、場合によって排ガス３２中に含まれているパティキュレート１２が、光学的な入口４０を汚染することはあり得ない。

図４ｂに示された変化形態では、パティキュレートセンサ１６の流入開口１０１は、単純な孔としてではなく、渦流発生フラップ１０１.１を備えた孔として形成されている。これらの渦流発生フラップ１０１.１は、環状室２４０内に流入する部分流３２１に、第１の保護管２１０の周面２１２に対して接線方向である成分と、さらに、ハウジングボディ３００に、つまり、図４ｂにおいて下方に向けられた成分とを有している流れ方向を加えるように、方向付けられている。

孔と、付属の渦流発生フラップ１０１.１との組合せとしての流入開口１０１は、例えば第１の保護管２１０の部分的な切込みと押込みとによって製造されていてもよい。

図４ｃには、図４ａに示されたパティキュレートセンサ１６の別の変化形態が示されている。相違は、流入開口１０１が第１の保護管２１０のポット壁２１２に形成されているのではなく、第１の保護管２１０のポット底部２１３における孔環列に形成されていることにある。

図５ａには、本発明の第２の実施例が示されている。この第２の実施例では、排ガスにさらされない第２の部分１６.２に配置されたコンポーネントは、図５ａにおいて図面を見やすくするために省かれている。これについては図３を参照することができる。

パティキュレートセンサ１６はハウジング１００を有しており、このハウジング１００は、ハウジングボディ３００と、ハウジングボディ３００の排ガス側に固定された保護管モジュール２００とから成っている。

ハウジングボディ３００は、さらに、円筒形のハウジングボディスリーブ３１０と、ハウジングボディスリーブ３１０に被嵌め可能なユニオンねじ３２０とから成っている。

ハウジングボディスリーブ３１０は貫通通路３１１を有しており、この貫通通路３１１は、排ガスに向けられた側に、光学的な入口４０を形成する光学的な窓によって気密に閉鎖される。これによって、光学的な入口４０の、排ガスとは反対の側には、パティキュレートセンサ１６の、排ガスにさらされない第２の部分１６.２が位置している。

ハウジングボディスリーブ３１０は、さらに、その排ガスに向けられた端部に、周方向に延在する環状の載置要素３１２を有しており、この載置要素３１２の、排ガス側の面は、例えば排気系統の管片に接触するように設けられている。載置要素３１２の、排ガスとは反対の側には、ユニオンねじ３２０によって力が加えられる。ユニオンねじ３２０は、その周面に雄ねじ山３２３と六角成形部３２２とを有しているので、パティキュレートセンサ１６は、例えば内燃機関の排気系統に固定可能である。

載置要素３１２の排ガス側において保護管モジュール２００は、パティキュレートセンサ１６の、排ガスにさらされる部分１６.１においてハウジングボディスリーブ３１０に固定されている。保護管モジュール２００は、この例では第１の保護管２１０と第２の保護管２２０とから成っている。

第１の保護管２１０は、ポット状に形成されていて、ポット縁部２１１でハウジングボディスリーブ３１０の載置要素３１２に、例えば溶接によって固定されている。第１の保護管２１０は、さらに、周面を形成するポット壁２１２を有している。ポット壁２１２は、環状の肩部面２１６を介して階段状に先細りになっている。接続していて円錐形に先細りになる部分２１７は、端面側に、パティキュレートセンサ１６の流出開口１０２である中央の開口を有している。

第２の保護管２２０は、実質的に、両側において開放している段付けされたスリーブの形態を有している。第２の保護管２２０は、第１の保護管２１０の内部に配置されている。第２の保護管２２０は、環状の半径方向フランジ部分２２１で、軸線方向においてハウジングボディスリーブ３１０の載置要素３１２に、かつ半径方向において第１の保護管２１０のポット壁２１２の内側に接触している。第２の保護管２２０の半径方向フランジ部分２２１には、第２の保護管２２０の、環状段部２２２を介して先細りになっている実質的に円筒形のオーバフロー開口部分２２３が接続している。オーバフロー開口部分２２３には、例えば８のオーバフロー開口１０３から成る孔環列が設けられており、これらのオーバフロー開口１０３は、第１の保護管２１０と第２の保護管２２０との間に形成された環状室２４０を、第２の保護管２２０の内部に形成されたガス室２５０に接続している。

オーバフロー開口１０３は、渦流発生フラップ１０３.１を備えた孔として形成されており、これらの渦流発生フラップ１０３は、環状室２４０からガス室２５０内に流入する部分流３２１に、光学的な入口から離反するように向けられかつ流出開口１０２へ向けられた方向を加える。

孔と、付属の渦流発生フラップ１０３.１との組合せとしてのオーバフロー開口１０３は、例えば第２の保護管２２０の部分的な切込みと押込みとによって製造されていてもよい。

第２の保護管２２０は、この例では、そのオーバフロー開口部分２２３の、排ガスに向けられた端部分２２３.１で、第１の保護管２１０のポット壁２１２の先細りになる部分において、シール作用を有する面状の接触部２２３.２を形成する。

パティキュレートセンサ１６の構造、特にハウジング１００の構造によって、排ガス３２の流れから部分流３２１が取出し可能であり、この部分流３２１は、まず、パティキュレートセンサ１６の、第１の保護管２１０に配置された流入開口１０１を通って、第１の保護管２１０と第２の保護管２２０との間に配置された環状室２４０内に達し、この環状室２４０から部分流３２１は、第２の保護管２２０におけるオーバフロー開口１０３を通って、第２の保護管２２０の内部に配置されたガス室２５０内に達する。オーバフロー開口１０３の通過時に、部分流３２１に、光学的な入口４０から離反するように向けられた方向、図５ａにおいて上方に向かう方向が加えられる。この限りにおいて、この光学的な入口４０は、部分流３２１から遮蔽された領域５００内に位置している。したがって、場合によって排ガス３２中に含まれているパティキュレート１２が、光学的な入口４０を汚染することはあり得ない。

図５ｂに示された変化形態では、パティキュレートセンサ１６の流入開口１０１は、単純な孔としてではなく、渦流発生フラップ１０１.１を備えた孔として形成されている。これらの渦流発生フラップ１０１.１は、環状室２４０内に流入する部分流３２１に、第１の保護管２１０の周面２１２に対して接線方向である成分と、さらに、ハウジングボディ３００に、つまり、図５ｂにおいて下方に向けられた成分とを有している流れ方向を加えるように、方向付けられている。

孔と、付属の渦流発生フラップ１０１.１との組合せとしての流入開口１０１は、例えば第１の保護管２１０の部分的な切込みと押込みとによって製造されていてもよい。

図５ｃには、図５ａに示されたパティキュレートセンサ１６の別の変化形態が示されている。相違は、流入開口１０１が第１の保護管２１０のポット壁２１２に形成されているのではなく、第１の保護管２１０のポット底部２１３における孔環列に形成されていることにある。

図６には、本発明の第３の実施例が示されている。この第３の実施例では、排ガスにさらされない第２の部分１６.２に配置されたコンポーネントは、図６において図面を見やすくするために省かれている。これについては図３を参照することができる。

パティキュレートセンサ１６はハウジング１００を有しており、このハウジング１００は、ハウジングボディ３００と、ハウジングボディ３００の排ガス側に固定された保護管モジュール２００とから成っている。

ハウジングボディ３００は貫通通路３１１を有しており、この貫通通路３１１は、排ガスに向けられた側に、光学的な入口４０を形成する光学的な窓によって気密に閉鎖される。これによって、光学的な入口４０の、排ガスとは反対の側には、パティキュレートセンサ１６の、排ガスにさらされない第２の部分１６.２が位置している。

ハウジングボディ３００は、その周面に例えば雄ねじ山３２３と六角成形部３２２とを有しているので、パティキュレートセンサ１６は、例えば内燃機関の排気系統に固定可能である。

排ガス側においてハウジングボディ３００に、保護管モジュール２００は、パティキュレートセンサ１６の、排ガスにさらされる部分１６.１において固定されている。保護管モジュール２００は、この例では第１の保護管２１０と第２の保護管２２０とから成っている。

第１の保護管２１０は、ポット状に形成されていて、ポット縁部２１１でハウジングボディ３００に、例えば溶接によって固定されている。第１の保護管２１０は、さらに、周面を形成するポット壁２１２を有している。

第２の保護管２２０は、実質的にハット状の形態を有し、半径方向において第１の保護管２１０の内部に配置されている。第２の保護管２２０は、環状のハットつば部分２２１’で、軸線方向においてハウジングボディ３００に、かつ半径方向において第１の保護管２１０のポット壁２１２の内側に接触している。ハットつば部分２２１’には、さらに、例えば８のオーバフロー開口１０３から成る孔環列が配置されている。これによって、これらのオーバフロー開口１０３は、ハウジングボディ３００の方向に向いており、これにより、第１の保護管２１０と第２の保護管２２０との間に形成された環状室２４０と、第２の保護管２２０の内部に形成されたガス室２５０との間におけるガス交換を可能にしている。

第２の保護管２２０のハットつば部分２２１’には、半径方向において閉鎖されていて軸線方向においては両側で開放されているハット周壁部分２２２’が接続している。ハット周壁部分２２２’の、排ガスに向けられた開放した端部は、パティキュレートセンサ１６の流出開口１０２を形成している。環状室２４０の、排ガスに向けられた開放した端部は、パティキュレートセンサ１６の流入開口１０１を形成している。

オーバフロー開口１０３に向かい合って位置するように、ハウジングボディ３００の、排ガスに向けられた端面には、少なくとも１つの切欠き３０５が形成されている。この切欠き３０５は、オーバフロー開口１０３を通って流入する部分流３２１を、例えば実質的に１８０°、光学的な入口４０から離れて流出開口１０２に向かう方向に変向する。

それぞれのオーバフロー開口１０３に、ハウジングボディ３００の端面の個々の切欠き３０５、例えば、例えば平面図で見て円形の横断面を有するカップ状の切欠き３０５が設けられていることが提案されていてもよい。しかしながら、また、ハウジングボディ３００の端面に、すべてのオーバフロー開口１０３に共通に向かい合って位置している、ただ１つの環状の溝の形態のただ１つの切欠き３０５が設けられていることが提案されていてもよい。

パティキュレートセンサ１６の構造、特にハウジング１００の構造によって、排ガス３２の流れから部分流３２１が取出し可能であり、この部分流３２１は、まず、パティキュレートセンサ１６の、第１の保護管２１０に配置された流入開口１０１を通って、第１の保護管２１０と第２の保護管２２０との間に配置された環状室２４０に達し、この環状室２４０から部分流３２１は、第２の保護管２２０におけるオーバフロー開口１０３を通って、第２の保護管２２０の内部に配置されているガス室２５０内に達する。

ハウジングボディ３００に設けられた切欠き３０５における変向によって、部分流３２１が光学的な入口４０に達しないことが生ぜしめられる。この限りにおいて、光学的な入口４０は、部分流３２１から遮蔽された領域５００内に位置している。したがって、場合によって排ガス３２中に含まれているパティキュレート１２が、光学的な入口４０を汚染することはあり得ない。

Claims (14)

1. 測定ガスの流れ内のパティキュレート（１２）を検出するパティキュレートセンサであって、
   レーザ光（１０）の発生手段または供給手段と、
   レーザ光（１０）の合焦手段と、
   熱放射線の検出手段または伝搬手段と、
   を備え、
   前記パティキュレートセンサ（１６）は、少なくとも１つの光学的な入口（４０）を有し、該光学的な入口（４０）は、前記測定ガスにさらされる領域（１６.１）を、前記測定ガスとは反対側の、前記測定ガスにさらされない領域（１６.２）から分離しており、
   レーザ光（１０）の前記発生手段または前記供給手段および／または熱放射線の前記検出手段または前記伝搬手段は、前記測定ガスとは反対側の前記領域（１６.２）に配置されており、
   前記パティキュレートセンサ（１６）は、測定ガス流から部分流（３２１）を取り出し、レーザ焦点（２２）に供給し、さらに、前記光学的な入口（４０）を前記部分流（３２１）に対して流体的に遮蔽する、
   パティキュレートセンサ。
2. 前記パティキュレートセンサ（１６）はハウジング（１００）を有し、該ハウジング（１００）内にまたは該ハウジング（１００）に接して前記光学的な入口（４０）が配置されており、前記ハウジング（１００）は、少なくとも１つの流入開口（１０１）であって、該流入開口（１０１）を通して、前記測定ガスの前記流れから前記部分流（３２１）が取出し可能であり、かつ前記ハウジング（１００）の内部に導入可能である、流入開口（１０１）と、少なくとも１つの流出開口（１０２）であって、該流出開口（１０２）を通して、前記部分流（３２１）が前記ハウジング（１００）から流出する、流出開口（１０２）と、を有し、前記ハウジング（１００）の内部に、前記部分流（３２１）を、前記光学的な入口（４０）から離反するように向けられた方向に変向する遮蔽体が設けられている、請求項１記載のパティキュレートセンサ。
3. 前記遮蔽体は、前記部分流（３２１）を、前記光学的な入口（４０）へ向けられた方向から、該光学的な入口（４０）から離反するように向けられた方向に変向する、請求項２記載のパティキュレートセンサ。
4. 前記遮蔽体は、前記部分流（３２１）を、前記流入開口（１０１）から前記光学的な入口（４０）へ向けられた方向から、該光学的な入口（４０）から離反して前記流出開口（１０２）に向けられた方向に変向する、請求項３記載のパティキュレートセンサ。
5. 前記ハウジング（１００）はハウジングボディ（３００）を有し、該ハウジングボディ（３００）内にまたは該ハウジングボディ（３００）に接して前記光学的な入口（４０）が配置されており、前記ハウジング（１００）は保護管モジュール（２００）をさらに、有し、該保護管モジュール（２００）は、前記ハウジングボディ（３００）に固定されているかまたは前記ハウジングボディ（３００）と一体であり、少なくとも１つの流入開口（１０１）であって、該流入開口（１０１）を通して、前記測定ガスの前記流れから部分流（３２１）が取出し可能であり、かつ前記保護管モジュール（２００）の内部に導入可能である、流入開口（１０１）と、少なくとも１つの流出開口（１０２）であって、該流出開口（１０２）を通して、前記部分流（３２１）は前記保護管モジュール（２００）から流出する、流出開口（１０２）と、を有し、前記保護管モジュール（２００）の内部に、前記部分流（３２１）を、前記光学的な入口（４０）から離反するように向けられた方向に変向する遮蔽体が設けられている、請求項２から４までのいずれか１項記載のパティキュレートセンサ。
6. 前記保護管モジュール（２００）は第１の保護管（２１０）を有し、該第１の保護管（２１０）は、少なくとも１つの流入開口（１０１）を有し、該流入開口（１０１）を通して、前記測定ガスの前記流れから部分流（３２１）が取出し可能であり、かつ前記保護管モジュール（２００）の内部に導入可能であり、前記保護管モジュール（２００）は第２の保護管（２２０）を有し、該第２の保護管（２２０）は、前記第１の保護管（２１０）内に配置されており、これによって、前記第１の保護管（２１０）と前記第２の保護管（２２０）との間に環状室（２４０）が形成されており、前記第２の保護管（２２０）は、少なくとも１つのオーバフロー開口（１０３）を有し、該オーバフロー開口（１０３）を通して、前記部分流（３２１）は、前記環状室（２４０）から、前記第２の保護管（２２０）の内部に配置されたガス室（２５０）内に流入し、前記流出開口（１０２）は、前記第１の保護管（２１０）または前記第２の保護管（２２０）に形成されており、前記部分流（３２１）を前記オーバフロー開口（１０３）の通流時にまたは前記オーバフロー開口（１０３）の通流に続いて、前記光学的な入口（４０）から離反して前記流出開口（１０２）に向けられた方向に変向する手段が設けられている、請求項５記載のパティキュレートセンサ。
7. 前記部分流（３２１）を前記オーバフロー開口（１０３）の通流時にまたは前記オーバフロー開口（１０３）の通流に続いて、前記光学的な入口（４０）から離反して前記流出開口（１０２）に向けられた方向に変向する前記手段は、前記第２の保護管（２２０）の前記オーバフロー開口（１０３）に形成された少なくとも１つの渦流発生フラップ（１０３’）であって、前記光学的な入口（４０）から離反して前記流出開口（１０２）に向けられた方向に向いている渦流発生フラップ（１０３’）であり、かつ／または前記第２の保護管（２２０）内に配置されていて、前記光学的な入口（４０）から前記流出開口（１０２）に向く方向において、前記オーバフロー開口（１０３）の高さで円錐形にまたは段付けされて先細りになっている第３の保護管（２３０）であり、または前記ハウジングボディ（３００）の、前記光学的な入口（４０）から離反するように向いている端面に形成され、前記第２の保護管（２２０）の前記オーバフロー開口（１０３）に向かい合って位置している切欠き（３０５）である、請求項６記載のパティキュレートセンサ。
8. 前記部分流（３２１）を前記オーバフロー開口（１０３）の通流時にまたは前記オーバフロー開口（１０３）の通流に続いて、前記光学的な入口（４０）から離反して前記流出開口（１０２）に向けられた方向に変向する前記手段は、前記流入開口（１０１）から見てかつ／または前記オーバフロー開口（１０３）から見て、前記光学的な入口（４０）の視認性を完全にまたは部分的に阻止している、請求項６または７記載のパティキュレートセンサ。
9. 前記第２の保護管（２２０）は、少なくとも複数のオーバフロー開口（１０３）を有し、該オーバフロー開口（１０３）はすべて、前記光学的な入口（４０）から前記流出開口（１０２）に向いている方向において、同じ高さに配置されている、請求項６から８までのいずれか１項記載のパティキュレートセンサ。
10. 前記流入開口（１０１）はすべて、前記光学的な入口（４０）から前記流出開口（１０２）に向いている方向において、前記光学的な入口（４０）から見て、前記オーバフロー開口（１０３）の下流に配置されている、請求項９記載のパティキュレートセンサ。
11. 前記流出開口（１０２）は、前記保護管モジュール（２００）の、前記ハウジングボディ（３００）から離反するように向いている端面に形成されており、前記流入開口（１０１）は、前記光学的な入口（４０）から前記流出開口（１０２）に向いている方向において、前記光学的な入口（４０）から見て前記流出開口（１０２）の上流に配置されている、請求項５から１０までのいずれか１項記載のパティキュレートセンサ。
12. 複数の流入開口（１０１）が設けられており、該流入開口（１０１）はすべて、前記光学的な入口（４０）から前記流出開口（１０２）に向いている方向において、同じ高さに配置されている、請求項２から１１までのいずれか１項記載のパティキュレートセンサ。
13. 前記レーザ焦点（２２）は、流体的に遮蔽された領域（５００）の外側に位置している、請求項１から１２までのいずれか１項記載のパティキュレートセンサ。
14. レーザ光（１０）の前記発生手段はレーザ（１８）であり、かつ／またはレーザ光（１０）の前記供給手段は光ファイバであり、かつ／または前記合焦手段はレンズであり、かつ／または熱放射線の前記検出手段は光検出器（２６）であり、かつ／または熱放射線の前記伝搬手段は光ファイバであり、かつ／または前記光学的な入口（４０）は窓または光ファイバである、請求項１から１３までのいずれか１項記載のパティキュレートセンサ。

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