JPH0249145A - スモークセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野Ｊ この発明は、ディーゼルエンジン等の排気ガス中のスモ
ーク濃度を光学的に検出するスモークセンサに関するも
のである。

［従来技術及び課題］ 従来、ディーゼルエンジンには排気ガス中のスモーク濃
度を光学的に検出するスモークセンサが取付けられてい
る。このスモークセンサとして、例えば特開昭５９−１
００８４１号公報に示されている。これは、発光素子、
受光素子及び反射鏡が、排気管に別々に取付けられてい
る。しかし、この構造では光の通路を正確に合せること
が困難となり光路がはずれて効率良く光を使うことがで
きず製品のバラツキが大きくなったり、性能測定や調整
が困難であり、配線取付等も複雑になるという問題があ
った。

そこで、実開昭６１−１０５８５５４公報に開示されて
いる装置は発光器、受光器、及び光を反射させるプリズ
ムをケーシング部材にて一体的に支持している。しかし
、この装置においては、発光器とプリズムとの間の光通
路に排気ガスを通過させていたので、受光部での感度が
悪く出力変化が小さいという問題があった。

この発明の目的は、精度が出し易く製品のバラツキが少
なく感度の優れたスモークセンサを提供することにある
。

［課題を解決するための手段］ この発明は、光を発光する発光手段と、前記発光手段に
より発光された光を反射する反射部材と、前記反射部材
により反射された光を受光する受光手段とを備え、前記
発光手段よりの光の通路途中にガスを配置して前記受光
手段の受光強度により当該ガスのスモーク濃度を検出す
るスモークセンサにおいて、前記発光手段、反射部材、
受光手段を一体的に固定支持する支持部材を設けるとと
もに、当該支持部材には前記発光手段と反射部材により
形成された光通路と、反射部材と受光手段により形成さ
れた光通路とにガスが通過するガス通路を形成したスモ
ークセンサをその要旨どするものである。

［作用］ 発光手段、反射部材、受光手段が支持部材に一体的に固
定支持された状態で取付けられるとともに、発光手段と
反射部材により形成された光通路と、反射部材と受光手
段により形成された光通路とにガスが配置され、この際
の受光手段による受光強度により当該ガスのスモーク濃
度が検出される。

［実施例］ 以下、この発明をディーゼルエンジンの排気ガスのスモ
ーク濃度を検出するスモークセンサに具体化した一実施
例を図面に従って説明する。

第１図、第２図及び第３図に示すように、ディーゼルエ
ンジンの排気管１にはスモークセンサ２が取付けられて
いる。尚、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図であり、第３
図は第１図のＢ−８断面図である。

スモークセンサ２は支持部材としてのケーシング３が排
気管１内に配設される突出部４と排気管１外に配置され
るホルダ一部５とがらなっている。

突出部４は絶縁体でかつ断熱体のセラミックスが使用さ
れ、ホルダ一部５は熱伝導率の小さいステンレス等の金
属材料が使用され、この両部材４゜５は図示しないネジ
により固定されている。そして、スモークセンサ２は、
ホルダ一部５に形成されたフランジ６と排気管１に設け
られたフランジ７とがボルト８にて固定されることによ
り排気管１に取付けられている。

ケーシング３の突出部４は、排気ガスの流れる方向に直
交するように延設配置されている。当該突出部４の中心
には貫通孔９が形成され、その左右面には凹部１０ａ、
１０ｂが形成されている。

又、突出部４の中央部には貫通孔９の延設方向に直交す
るように切欠れたガス通路１１が形成され、当該通路１
１を排気ガスが通過する。

ケーシング３のホルダ一部５は、指向性のある発光手段
としての発光素子１２及び受光手段としての受光素子１
３が前記凹部１０ａ内に配置される後記反射部材として
の凹面鏡１８に対しその焦点距離ｆの２倍の距離（＝２
・ｆ）の位置に上下対称に配設されるとともに、この発
光素子１２及び受光素子１３は凹面鏡１８の中心に向け
て配設されている。この発光素子１２及び受光素子１３
はリード線１４にて図示しない制御回路に接続されてい
る。

第２図及び第４図に示すように、ケーシング３の突出部
４の前記凹部１０ａには、シール部材１５、光が透過可
能なヒータ付ガラス１６、インシュレータ１７、凹面１
１８及び板バネ１つが順に配置され、ネジ２０にてこれ
らの部材が固定されている。シール部材１５は金属リン
グ、ガスケット等よりなり、ヒータ付ガラス１６を気密
封止するものである。

ヒータ付ガラス１６は、第５図及びその第５図のＣ−Ｃ
断面を示す第６図に示す構造となっている。即ち、排気
ガスに接触するガラス基板２１は耐熱温度の高いサファ
イアガラス、石英ガラス等を円盤状にしたものが使用さ
れ、このガラス基板２１上に同心状の温度分布を持つよ
うにヒータパターン２２が形成されている。このヒータ
バターン２２は白金等の金属抵抗体の膜（薄膜又は厚膜
）により形成されている。そして、このヒータパターン
２２上にガラスの保護膜２３が形成されている。保護膜
２３はガラス基板２１と同一材質のものを使用する。尚
、リードの取出しに必要な電極２４部分は保護１ｔ！２
３が除かれている。そして、ヒータパターン２２への電
力供給によりヒータ付ガラス１６が５００℃以上に加温
され、ヒータ付ガラス１６にスモークが付着してもスモ
ークを焼切ることができるようになっている。

凹面鏡１８は、発光素子１２の指向性による広がりを考
慮して発光素子１２の光の少なくとも６０〜１００％が
入射する大きさとなっている。この凹面鏡１８はヒータ
付ガラス１６により排気ガスから保護されている。

又、突出部４の他方の凹部１０ｂにも、シール部材１５
、ヒータ付ガラス１６、インシュレータ１７、及び板バ
ネ１９が順に配置され、凹部１０ｂｔ、：設けたヒータ
付ガラス１６により排気ガスから発光素子１２、受光素
子１３を保護するとともにスモークの付着を防止してい
る。

第２図及び第４図に示すように、ケーシング３のホルダ
一部５及び突出部４にはヒータ用リードワイヤ２５が引
回され、このヒータ用リードワイヤ２５とヒータ付ガラ
ス１６の電極２４とが金属ベーストやボンディングにて
接合されている。さらに、ヒータ用リードワイヤ２５は
ヒータ用リードワイヤ２６を介して図示しない電気コネ
クターに接続され、制御回路にてヒータ用リードワイヤ
２５．２６を介してヒータパターン２２に電流を流すこ
とができるようになっている。

このように構成したスモークセンサ２の動作を説明する
。

制御回路からの電気信号により発光素子１２がその信号
を光に変換して出力する。この発光素子１２の光は凹部
１０ｂでのヒータ付ガラス１６、ガス通路１１、凹部１
０ａでのヒータ付ガラス１６を透過して凹面鏡１８に至
り当該四面Ｍ１８にて反射・集光され、さらに、凹部１
０ａでのヒータ付ガラス１６、ガス通路１１、凹部１０
ｂのヒータ付ガラス１６を透過して受光素子１３に受光
される。このとき、発光素子１２の光は２度排気ガス中
を通過し、その強度が減少する。その強さに応じた光が
受光素子１３にて電気信号に変換される。そして、制御
回路にて光の強さに応じてスモークセンサが検出される
。

このように本実施例によれば、凹面鏡１８で反射する入
射側及び反射側両方の光が排気ガスを通過するので、従
来の一回しか通過しない場合に比べ２倍の感度となる。

このとき、凹面１ｔ１８にて発光素子１２の光を集光さ
せているので光軸のずれ、発光素子１２と凹面鏡１８と
の関係及び受光素子１３と凹面鏡１８との関係において
ずれが生じ焦点がずれると受光素子１３の出力が変化し
てしまうが、本実施例では発光素子１２、受光素子１３
、凹面鏡１８をケーシング３に一体的に固定支持するよ
うにしたので、精度が出し易すく製品のバラツキが少な
く安定なものとすることができる。ざらに、発光素子１
２、受光素子１３、凹面鏡１８をケーシング３に一体的
に固定支持するようにしたので、製品単体での測定、調
整、検査等も容易である。又、同様に、配線、排気管１
への取付けも容易であり、小形化できる。

さらに、ヒータ付ガラス１６があるので排気ガス中のス
モークが発光素子１２、受光素子１３、凹面鏡１８に付
着することがない。又、ヒータ付ガラス１６に着いたス
モークは焼切れて焼失するので常に精度良く測定するこ
とができる。このヒータ付ガラス１６は、そのヒータパ
ターン２２が排気ガスに直接さらされていないでの化学
的劣化に対して安定であり、又、ヒータパターン２２が
ガラス材料にて保護されているので化学的に強いばかり
でなくヒータパターン２２の上下に同じ熱膨張係数の材
料（ガラス）があるため熱歪による劣化に強い。又、ヒ
ータ付ガラス１６は同心円の温度分布を持つので熱歪み
による熱応力に対する割れにも強く安定である。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものでなく、第
７図に示すように、受光素子１３・発光素子１２を固定
するホルダ一部２７のうち、受・発光素子１２．１３に
近い部分を熱伝導率の大きい銅、アルミ等の良導体で形
成するとともに、その外周部にはフィン２８を形成して
もよい。このようにすることにより、熱伝導率の小さな
ステンレス等で形成されたホルダー基部２９からの熱の
流入が少なく、素子１２．１３に近いところは、フィン
２８の放熱により温度が低くなり素子１２゜１３は熱の
影響を受けにくく精度良く測定できる。

このとき、ホルダー基部２９の肉厚を薄くすることによ
っても熱伝導を抑制することができる。

さらに、第８図に示す穴３０ａの開いたキャップ３０を
受光素子１３にかぶせると、発光素子１２の光を受ける
際にヒータ付ガラス１６等で反射した光が直接入ってく
ることはなく、又、ヒータパターン２２の加熱に伴うヒ
ータ付ガラス１６からの光の影響が少なくなり精度良く
測定できる。

又、受光素子１３側に発光素子１２の光だけを通す光学
バンドパスフィルタ３１を設けると、ヒータパターン２
２の加熱に伴うヒータ付ガラス１６が発する光の影響を
少なくすることができ、さらに精度良く測定することが
できる。

［発明の効果コ 以上詳述したようにこの発明によれば、精度が出し易く
製品のバラツキが少なく感度を向上させることができる
優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化したスモークセンサの断面図
、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第１図のＢ
−Ｂ断面図、第４図はヒータ付カラス及び凹面鏡の取付
部分を示す断面図、第５図はヒータ付ガラスの正面図、
第６図は第５図のＣ−Ｃ断面図、第７図は別個のスモー
クセンサの素子取付部分の断面図、第８図はキャップを
示す斜視図である。 ２はスモークセンサ、３は支持部材としてのケーシング
、１１はガス通路、１２は発光手段としての発光素子、
１３は受光手段としての受光素子、１８は反射部材とし
ての凹面鏡。 特許出願人　　　　　日本電装　　株式会社トヨタ自動
車　株式会社 第２図 第７ト 第８図 □１ゆ □−−−ノ 一〇

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．光を発する発光手段と、 前記発光手段により発光された光を反射する反射部材と
   、 前記反射部材により反射された光を受光する受光手段と を備え、前記発光手段よりの光の通路途中にガスを配置
   して前記受光手段の受光強度により当該ガスのスモーク
   濃度を検出するスモークセンサにおいて、 前記発光手段、反射部材、受光手段を一体的に固定支持
   する支持部材を設けるとともに、当該支持部材には前記
   発光手段と反射部材により形成された光通路と、反射部
   材と受光手段により形成された光通路とにガスが通過す
   るガス通路を形成したことを特徴とするスモークセンサ
   。