JPH05240764A - 排気ガス粒子センサ - Google Patents
排気ガス粒子センサInfo
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- JPH05240764A JPH05240764A JP4325894A JP32589492A JPH05240764A JP H05240764 A JPH05240764 A JP H05240764A JP 4325894 A JP4325894 A JP 4325894A JP 32589492 A JP32589492 A JP 32589492A JP H05240764 A JPH05240764 A JP H05240764A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
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-
- G—PHYSICS
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
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-
- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 排気ガス粒子センサ内を流れる排気ガスの各
部分のチャンバ内の通過時間を均等にすることによっ
て、測定精度を向上させる。 【構成】 排気ガス粒子センサは、取り入れ管及び異な
った断面形状を有するセンサ領域とを有し、ガスが上記
の取り入れ管を通過する位置によって上記の取り入れ管
から上記のセンサ領域にガスが移動するのに要する時間
が実質的に変化しないように構成した複数のバッフルを
有する遷移領域によって結合される。センサの動作は、
上記の窓を介して上記のセンサ領域を出入りする光線を
使用して排気ガスの不透明度を測定することによって動
作し、上記の排気ガスは、二重エア・カーテンによって
上記の各窓と接触するのを防止されている。
部分のチャンバ内の通過時間を均等にすることによっ
て、測定精度を向上させる。 【構成】 排気ガス粒子センサは、取り入れ管及び異な
った断面形状を有するセンサ領域とを有し、ガスが上記
の取り入れ管を通過する位置によって上記の取り入れ管
から上記のセンサ領域にガスが移動するのに要する時間
が実質的に変化しないように構成した複数のバッフルを
有する遷移領域によって結合される。センサの動作は、
上記の窓を介して上記のセンサ領域を出入りする光線を
使用して排気ガスの不透明度を測定することによって動
作し、上記の排気ガスは、二重エア・カーテンによって
上記の各窓と接触するのを防止されている。
Description
【産業上の利用分野】本発明は、排気ガス粒子センサに
関し、更に詳しくは、自動車の排煙センサに関する。
関し、更に詳しくは、自動車の排煙センサに関する。
【従来の技術】自動車の排煙、特にディーゼル・エンジ
ン車からの排煙に対して規制を設ける立法措置が増えて
いる。本願と同時係属中の出願である出願番号第９１０
５７３１号には、自動車の排気中の排煙または他の粒子
のレベルを、排気ガスの不透明度を測定することによっ
て検出できることが提案されている。上記の不透明度
は、排気ガスが流れているチャンバ内に光線を透過さ
せ、この光線が上記のチャンバを透過した後に減光した
強度を測定することによって、測定する。ディーゼル・
エンジンとしても周知の圧縮着火エンジンの場合、現在
の英国の排煙規制は吸収率が３．２ｍ−１と規定されて
いる。
ン車からの排煙に対して規制を設ける立法措置が増えて
いる。本願と同時係属中の出願である出願番号第９１０
５７３１号には、自動車の排気中の排煙または他の粒子
のレベルを、排気ガスの不透明度を測定することによっ
て検出できることが提案されている。上記の不透明度
は、排気ガスが流れているチャンバ内に光線を透過さ
せ、この光線が上記のチャンバを透過した後に減光した
強度を測定することによって、測定する。ディーゼル・
エンジンとしても周知の圧縮着火エンジンの場合、現在
の英国の排煙規制は吸収率が３．２ｍ−１と規定されて
いる。
【発明が解決しようとする課題】実際には、上記のアプ
ローチでは、多くの問題に直面した。先ず、所定の不透
明度に対する光線の強度の最適な変化を得るためには、
チャンバを透過する光線の光路が適当な長さを有するこ
とが望ましい。しかし、チャンバの寸法と形状が、排気
ガスを吸引するピック・アップすなわち取り入れ管の寸
法と形状と異なった場合、測定された最大不透明度、す
なわち不透明度のピークが予想を下回る傾向を示すこと
が分かっている。第２に、排気ガスが付着することによ
って、光線をチャンバに入射または透過させる窓がすす
けるのを防止するために、清浄空気を使用して排気ガス
が窓と接触するのを防止する。このような清浄空気を使
用すると、不透明度の測定に誤差の生じる可能性がある
ことが分かっている。本発明は、少なくとも部分的にこ
れらの問題を克服する排気ガス粒子センサを製作しよう
とするものである。
ローチでは、多くの問題に直面した。先ず、所定の不透
明度に対する光線の強度の最適な変化を得るためには、
チャンバを透過する光線の光路が適当な長さを有するこ
とが望ましい。しかし、チャンバの寸法と形状が、排気
ガスを吸引するピック・アップすなわち取り入れ管の寸
法と形状と異なった場合、測定された最大不透明度、す
なわち不透明度のピークが予想を下回る傾向を示すこと
が分かっている。第２に、排気ガスが付着することによ
って、光線をチャンバに入射または透過させる窓がすす
けるのを防止するために、清浄空気を使用して排気ガス
が窓と接触するのを防止する。このような清浄空気を使
用すると、不透明度の測定に誤差の生じる可能性がある
ことが分かっている。本発明は、少なくとも部分的にこ
れらの問題を克服する排気ガス粒子センサを製作しよう
とするものである。
【課題を解決するための手段】第１実施例では、本発明
は、ガス流内に直列に配設された取り入れ部、遷移部、
及び不透明度測定部によって構成さる排気ガス粒子セン
サを提供し、上記の測定部は、上記の取り入れ部に対し
て異なった断面形状を有し、上記の取り入れ部から上記
の測定部にガスが移動するのに要する時間が上記の取り
入れ部を横切るガスの位置によって実質的に変化しない
ように配設した多数の第１バッフルを有する。断面形状
が異なるということは、断面積または形状、またはその
両者が異なることを意味する。測定部の断面積または形
状が取り入れ部の断面積または形状と異なる場合、断面
形状が変化することによって、ある領域の排気ガスが他
の領域の排気ガスよりも速く移動する結果、不透明度の
ピークの減衰が観察されることが分かった。例えば、取
り入れ部の断面積が測定部の断面積より小さければ、こ
の取り入れ部の中央部のガスは、一般的に両端部に近い
ガスよりも速い速度で測定部に流れ込む。その結果、取
り入れ部内の排気ガス中のより濃度の高い排煙の瞬動、
すなわちバックファイヤのような波面は、測定部の長手
方向に沿って拡散を始める。その結果、濃度の高い排煙
の波面すなわち瞬動は、測定部内の不透明度測定素子を
通過するにしたがい時間と共に拡散する。この工程は高
不透明度のピークを平均化し、測定した不透明度のピー
クを低下させることになる。取り入れ部分を通過する位
置によって排気ガスの移動時間が変化しないように、バ
ッフルを設けることによって、上記の誤差の原因を取り
除く。第２実施例では、本発明は、透明な窓を通過する
光路に沿って排気ガスの不透明度を測定することのでき
るセンサを配設した測定部を有し、上記の排気ガスは二
重エア・カーテンによって上記の窓と接触するのを防止
される排気ガス粒子センサを提供する。清浄な空気流が
窓の前にあるアパチャから吹き込まれた場合、少なくと
も部分的に清浄空気が排気ガス中に混入し、これの不透
明度を測定することに起因して不透明度の測定に誤差を
生じる結果となることが分かった。これは図１を参照し
て説明する。チャンバ１０は排気ガスを含み、壁１１に
よって囲まれている。チャンバ１０を通る光路１２は、
上記の壁１１内のアパチャ１３を通過する。壁１１と平
行な第２壁１４は、窓１５を有し、光路はこの窓を通過
する。平行な壁１１と１４は、両者の間に通路１６を形
成し、この通路に沿って清浄な空気が流れ、矢印によっ
て示すように、この流れは通路１６に沿い、またアパチ
ャ１３を通過する。発光装置または受光装置（図示せ
ず）を、窓１５の背後に配設する。動作する場合、光路
１２に沿って透過する光線の強度の変化を測定すること
によって、チャンバ１０内の排気ガスの不透明度を測定
する。アパチャ１３を介して通路１６から連続的に流れ
る空気流は、清浄な空気内の排気ガスが窓１５を汚染す
る前にチャンバ１０に戻るのを掃引する。排気の放出量
をテストする標準的な方法は、「自由加速度」試験であ
り、この方法ではエンジンはアイドリングにし、次にエ
ンジンの最高速度に達するまでスロットルを全開し、そ
の後スロットルを閉じエンジンをアイドリングに戻す。
この周期の工程では、排気ガスの圧力は大きく変化す
る。もし清浄空気の圧力がこの排気ガスが窓１５に接触
するのを防止するのに十分であれば、排気ガスの圧力が
高くなり、次にこの排気ガスの圧力が低くなる場合に
は、清浄空気の筋１７がアパチャ１３を通過してチャン
バ１０内に侵入することが分かった。その結果、実際に
排気ガス中を透過する光路１２の長さは短くなる。この
排気ガスの圧力によって経路の長さが変化することによ
って、不透明度の測定に誤差を生じる。本発明を実施し
たセンサを添付の略図だけを参照して、例によって説明
する。
は、ガス流内に直列に配設された取り入れ部、遷移部、
及び不透明度測定部によって構成さる排気ガス粒子セン
サを提供し、上記の測定部は、上記の取り入れ部に対し
て異なった断面形状を有し、上記の取り入れ部から上記
の測定部にガスが移動するのに要する時間が上記の取り
入れ部を横切るガスの位置によって実質的に変化しない
ように配設した多数の第１バッフルを有する。断面形状
が異なるということは、断面積または形状、またはその
両者が異なることを意味する。測定部の断面積または形
状が取り入れ部の断面積または形状と異なる場合、断面
形状が変化することによって、ある領域の排気ガスが他
の領域の排気ガスよりも速く移動する結果、不透明度の
ピークの減衰が観察されることが分かった。例えば、取
り入れ部の断面積が測定部の断面積より小さければ、こ
の取り入れ部の中央部のガスは、一般的に両端部に近い
ガスよりも速い速度で測定部に流れ込む。その結果、取
り入れ部内の排気ガス中のより濃度の高い排煙の瞬動、
すなわちバックファイヤのような波面は、測定部の長手
方向に沿って拡散を始める。その結果、濃度の高い排煙
の波面すなわち瞬動は、測定部内の不透明度測定素子を
通過するにしたがい時間と共に拡散する。この工程は高
不透明度のピークを平均化し、測定した不透明度のピー
クを低下させることになる。取り入れ部分を通過する位
置によって排気ガスの移動時間が変化しないように、バ
ッフルを設けることによって、上記の誤差の原因を取り
除く。第２実施例では、本発明は、透明な窓を通過する
光路に沿って排気ガスの不透明度を測定することのでき
るセンサを配設した測定部を有し、上記の排気ガスは二
重エア・カーテンによって上記の窓と接触するのを防止
される排気ガス粒子センサを提供する。清浄な空気流が
窓の前にあるアパチャから吹き込まれた場合、少なくと
も部分的に清浄空気が排気ガス中に混入し、これの不透
明度を測定することに起因して不透明度の測定に誤差を
生じる結果となることが分かった。これは図１を参照し
て説明する。チャンバ１０は排気ガスを含み、壁１１に
よって囲まれている。チャンバ１０を通る光路１２は、
上記の壁１１内のアパチャ１３を通過する。壁１１と平
行な第２壁１４は、窓１５を有し、光路はこの窓を通過
する。平行な壁１１と１４は、両者の間に通路１６を形
成し、この通路に沿って清浄な空気が流れ、矢印によっ
て示すように、この流れは通路１６に沿い、またアパチ
ャ１３を通過する。発光装置または受光装置（図示せ
ず）を、窓１５の背後に配設する。動作する場合、光路
１２に沿って透過する光線の強度の変化を測定すること
によって、チャンバ１０内の排気ガスの不透明度を測定
する。アパチャ１３を介して通路１６から連続的に流れ
る空気流は、清浄な空気内の排気ガスが窓１５を汚染す
る前にチャンバ１０に戻るのを掃引する。排気の放出量
をテストする標準的な方法は、「自由加速度」試験であ
り、この方法ではエンジンはアイドリングにし、次にエ
ンジンの最高速度に達するまでスロットルを全開し、そ
の後スロットルを閉じエンジンをアイドリングに戻す。
この周期の工程では、排気ガスの圧力は大きく変化す
る。もし清浄空気の圧力がこの排気ガスが窓１５に接触
するのを防止するのに十分であれば、排気ガスの圧力が
高くなり、次にこの排気ガスの圧力が低くなる場合に
は、清浄空気の筋１７がアパチャ１３を通過してチャン
バ１０内に侵入することが分かった。その結果、実際に
排気ガス中を透過する光路１２の長さは短くなる。この
排気ガスの圧力によって経路の長さが変化することによ
って、不透明度の測定に誤差を生じる。本発明を実施し
たセンサを添付の略図だけを参照して、例によって説明
する。
【実施例】図２ないし図４は排気ガス粒子センサ１を示
し、このセンサは排気管２からの排気ガス内の粒子のレ
ベルを測定しようとするものである。この粒子センサ１
は、主要な３つの部分、入力管３、検出部４及び実質的
に「Ｕ」字形の本体５を有する。本体５は、入力管３に
強固に取り付け、一方検出部４は本体５と入力管３に着
脱可能に取り付ける。入力管３は、円形で直径２５ｍｍ
であり、その結果、使用する場合は、自動車の排気管２
の端部に挿入することができる。この入力管が細いこと
によって、これを非常に広範囲の寸法の排気管内に適合
させることができる。この入力管３は自動車の排気管２
の内側に配設されるので、希釈されないガスだけをセン
サ１内に取り入れることができる。入力管３は剛性を有
し、排気管２の十分奥まで挿入され、空気を吸い込んで
排気ガスを希釈するのを防止する。センサ１は、排気管
２の端部に隣接して使用することによってこの入力管３
を比較的短くし、従って、排気ガス中の粒子が入力管３
の両側に堆積すなわち凝集する傾向を緩和するが、これ
らはいずれも排気ガスの不透明度の測定値を引き下げる
傾向のあるものである。検出部４は、入力管３のすぐ下
流にある遷移部４Ａとこの遷移部４Ａの下流にある断面
形状が長方形の定容積部４Ｂによって構成される。この
定容積部４Ｂは、幅１００ｍｍ、高さ１０ｍｍのガス・
ダクトを形成し、これは入力管３に対して断面積が２倍
になり、遷移部４Ａによって、入力管３と定容積部４Ｂ
の間は滑らかに遷移される。排気ガスの不透明度は、こ
れが定容積部４Ｂを通過する間に測定する。この構成を
使用する理由は、もしセンサが入力管３の小さい直径全
体にわたって同じ断面積であれば、不透明度測定用の光
路長が非常に短くなるが、定容積部４Ｂを横切る不透明
度を測定することによって、４倍の長さの光路長が得ら
れるからである。Ｕ字形の本体５は、２つの直立部５Ａ
と５Ｂを有する。不透明度の測定は、直立部５Ａ内で発
生し、光路６に沿って定容積部４Ｂを通過し、直立部５
Ｂで受光される光線を使用して実行する。遷移部４Ａに
複数の第１バッフル７を設ける。これらのバッフル７
は、遷移部４Ａを横切って右に延び、この遷移部４Ａを
通って流れる排気ガスを整流し、その結果、排気ガス中
の波面がこの遷移部４Ａの上流から光路６へ移動するの
に要する時間は、排気ガス流の幅全体に渡って実質的に
一定になる。この所要時間は、勿論排気ガスの圧力と流
速によって変化するが、重要なのは、いづれの所定の排
気ガスの圧力でも、ガス流の横方向の位置によってこの
所要時間が変化しないことである。もし第１バッフル７
を設けないなら、遷移部４Ａの中央領域内のガスの速度
は、両端の速度よりも速くなり、その結果、もしこの遷
移部４Ａに入る排気ガス中に排煙の瞬動が存在すれば、
これは排気ガス流に沿って拡散し、その結果、この排煙
が光路６を横切る場合の不透明度値が低下する可能性が
ある。この所用時間は、遷移部４Ａと定容積部４Ｂの両
端で依然として境界層効果が存在するので、実質的に一
定であると言われるが、これらの効果は、もしバッフル
７が存在しない場合に遷移によって生じる効果と比較し
て顕著ではない。１１枚の第２バッフル８の組を、定容
積部４Ｂの下流にある光路６の下流に設ける。これらの
バッフルは、定容積部４Ｂを横切って延び、この定容積
部４Ｂを平行な面を有し寸法の等しい１２個のガス流チ
ャンネルに分割する。これらのバッフル８は、センサ１
を通過し、清浄空気を定容積部４Ｂと光路６に吹き込む
全ての風を防止する。もしこのような風が発生したな
ら、勿論、不透明度の測定は信頼できなくなる。バッフ
ル８は、このような清浄空気が光路６に侵入するのを防
止するが、その理由は、これらのバッフルが風によって
発生した全ての渦の横方向の寸法を減少させ、従って、
全ての風によって発生された渦が定容積部４Ｂ内に広が
る距離を短くするからである。図４は、本体５の直立部
５Ａと５Ｂをより詳細に示す。直立部５Ａの内部には、
発光部２０とレンズ２１を配設して光線２２を発生し、
この光線２２は光路６に沿って進む。この光線２２は、
直立部５Ａ内の壁３２Ａにある防護窓２３Ａ、及び直立
部５Ａの壁２５Ａと定容積部４Ｂの壁２６Ａ内のアパチ
ャ２４Ａを介して部分４Ｂ内の排気ガス中に進む。 排
気ガスからの粒子が窓２３Ａに付着するのを防止するた
めに、二重のエア・カーテンを設ける。加圧した清浄空
気を清浄空気ダクト２７Ａに沿って流す。この空気はフ
ァン２８から送られ、この空気が清浄空気ダクト２７Ａ
に沿って通過する前に、静電集じん器（図示せず）がこ
の空気を濾過し大気中に含まれる全ての煙と他の粒子を
除去する。壁２９Ａによって、清浄空気ダクト２７Ａは
第１清浄空気流路３０Ａと第２清浄空気流路３１Ａに分
割され、第１清浄空気流路３０Ａは壁２９Ａと壁２５Ａ
との間に形成され、一方、第２清浄空気流路３１Ａは壁
２９Ａと壁３２Ａとの間に形成される。壁２９Ａはアパ
チャ３３Ａを有し、これを介して光線２２はこの壁２９
Ａを通過する。２本の清浄空気流路３０Ａと３１Ａに沿
った空気流は、矢印３４によって示す定容積部４Ｂを介
して流れる排気ガスの方向と平行である。平行して流れ
ることによって、清浄空気の複数の筋が定容積部４Ｂ内
に注入される傾向を低減するのに役立つ。２本の清浄空
気流路３０Ａと３１Ａは、光路６の下流で再び合流し、
この清浄空気流は、開口部３５Ａを介して排気ガス流中
に排気される。２本の清浄空気流路３０Ａと３１Ａが合
流する前に、第２清浄空気流路３１Ａ中に狭窄部３６Ａ
を設け、その結果、第２清浄空気流路３１Ａ内の空気圧
は常に第１清浄空気流路３０Ａ内の空気圧よりも高い。
その結果、アパチャ３３Ａの両端で圧力差が生じ、第２
清浄空気流路３１Ａから第１清浄空気流路３０Ａへの清
浄空気の流れが発生する。定容積部４Ｂから第１清浄空
気流路３０Ａ内に排気ガスが漏洩する場合、第２清浄空
気流路３１Ａの圧力が高いことによって、排気ガスが窓
２３Ａに到達するのを防止し、この排気ガスを第１清浄
空気流路３０Ａの下流に運び去る。「自由加速度」試験
を使用する場合、第１清浄空気流路３０Ａ内の清浄空気
圧は、従来技術の清浄空気システムの空気圧ほど高い必
要はないが、その理由は、エンジンが最高速度で運転さ
れ、この排気ガスが高圧でも窓２３Ａを汚染しない場
合、第１清浄空気流路３０Ａへ排気ガスが幾らか漏洩し
ても許容することができるからである。結果として、エ
ンジンが低速度で、またはアイドリングで運転され、排
気ガス圧が低下した場合、清浄空気が定容積部４Ｂ内に
漏洩し、光路６に沿って清浄空気の筋を発生する可能性
は少ない。また、第１清浄空気流路３０Ａを非常に狭く
することもできるが、その理由は、第２清浄空気流路３
１Ａが第１清浄空気流路３０Ａのバックアップとして機
能するからであり、その結果、排気ガスが第１清浄空気
流路３０Ａに侵入することによる排気ガス中を通過する
光路６の長さの変化が小さくなり、これによって、この
経路の長さの変化に起因する見かけ上の不透明度の変化
が減少する。図４の文字Ｂで示す同様のエア・カーテン
・システムを第２直立部５Ｂに使用して、窓２３Ｂに粒
子が付着するのを防止する。窓２３Ｂの背後にレンズ３
７を配設し、光線２２を光検出器３８上に合焦させる。
排気ガスがチャンバ１０内に存在する場合に光検出器３
８に入射する光線２２の強度を、チャンバ１０内に清浄
空気だけが存在する場合に光検出器３８に入射する光線
２２の強度と比較することによって、定容積部４Ｂ内の
光路６に沿ったガスの不透明度を、特許出願番号第９１
０５１３１号から公知のように計算することができる。
ハンドル３９を本体５に固定し、これによって、自動車
の排気管２の内部の入力管３と共にセンサ１を所定の位
置に保持する。コンプレッサ２５、発光装置２０、光検
出器３８及び関連する電子装置の電源は、本体５に取り
付けたバッテリから供給する。これによって、センサ１
を容易に持ち運び、自動車の抜き打ち検査を行うことが
できるが、もしこれを１つの場所でのみ使用するなら、
リード線を商用電源に差し込んで使用することもでき
る。弾性ガスケットで形成した押しばめシールによっ
て、粒子センサの検出部４を入力管３に取り付け、これ
を２つの接ぎ手（図示せず）によって本体５に着脱可能
に取り付けるが、この場合各継ぎ手は直立部５Ａと５Ｂ
の各々の上に位置する。これによって、破損した場合検
出部を取り外して交換でき、または排気ガスによって付
着したすすを清掃することができる。センサ１を校正す
るために、検出部４を取り外し、既知の伝達係数を有す
る光学フィルタを光路６に取り付けることができる。も
し希望するなら、異なったエンジンに対して多数の検出
部を使用することも可能であり、例えば、そうしなけれ
ば排気ガスの圧力差が大き過ぎて対処できない場合、こ
れは望ましい。光学部品は、全て本体５内に収容されて
いるので、検出部４を取り外し、また交換しても、いか
なる理由によっても、光学部品は全て再位置合わせまた
は再調整する必要はない。静電集じん器は、メッシュ・
フィルタのような他のいづれかの種類のフィルタと置き
換え、エア・カーテンに使用する空気から粒子を除去す
ることができる。離れた位置にある空気取り入れ口、例
えばセンサに取り付けたフレキシブル・ホースの端部を
使用し、自動車の排気管から離れた場所で比較的清浄な
空気を取り入れることによって、濾過の必要性を軽減す
ることができる。または、センサを試験場のような同じ
場所で繰り返し使用する場合、コンプレッサとフィルタ
はセンサから省略し、据え置き式の離れた位置にあるコ
ンプレッサとフィルタからホースによって清浄な圧縮空
気を供給することもできる。上で説明したシステムは、
遷移部４Ａ内だけにバッフル７を有するが、もし必要な
ら、定容積部４Ｂ内に延びるバッフルを有することもで
き、または入力管３の内部から始まるバッフルを配設す
ることもできる。使用するバッフルの正確な形状は、入
力管３、遷移部４Ａ、及び定容積部４Ｂの正確な寸法と
形状によって決まる。検出部４の取り外しを可能にする
ため、バッフル７が入力管３の内部から始まる場合に
は、バッフル７を有する入力管３と同じ直径を有する検
出部４の一部は、入力管３ではなくて検出部４に固定し
なければならない。第１バッフル以外に、障害物をまた
設け、遷移部４Ａの中央部のガス流を減速させることも
できる。使用する第２バッフルの数、従って、定容積部
４Ｂの取り出し口が分割される独立したチャンネルの数
は、利用可能な幅と長さ及び風によって誘起されると予
測される渦の強度によって、変更することができる。代
替の構造では、検出部４の一部を形成し、直立部５の一
部である残りの壁と協働する１つに壁と２つの壁２５、
２６を置き換え、清浄なエア・カーテンを形成すること
もできる。清浄な空気の流路を形成する壁を、検出部４
と直立部の間で分離することのできる方法は多数あるこ
とが明らかである。他の好適な方法の１つは、窓２３を
直立部５に取り付け、清浄なエア・カーテンの残りの全
ての構成部品を検出部４に取り付けることである。二重
エア・カーテンの代わりに、三重または四重のエア・カ
ーテンのような多重エア・カーテンを使用することもで
きる。校正のために検出部４を取り外す代わりに、伝達
係数が既知の光学フィルタを第２バッフル８の間に挿入
することによって、光路６内に配設することもできる。
ファンの代わりに、他のいづれの形態のエア・コンプレ
ッサを使用することもできる。
し、このセンサは排気管２からの排気ガス内の粒子のレ
ベルを測定しようとするものである。この粒子センサ１
は、主要な３つの部分、入力管３、検出部４及び実質的
に「Ｕ」字形の本体５を有する。本体５は、入力管３に
強固に取り付け、一方検出部４は本体５と入力管３に着
脱可能に取り付ける。入力管３は、円形で直径２５ｍｍ
であり、その結果、使用する場合は、自動車の排気管２
の端部に挿入することができる。この入力管が細いこと
によって、これを非常に広範囲の寸法の排気管内に適合
させることができる。この入力管３は自動車の排気管２
の内側に配設されるので、希釈されないガスだけをセン
サ１内に取り入れることができる。入力管３は剛性を有
し、排気管２の十分奥まで挿入され、空気を吸い込んで
排気ガスを希釈するのを防止する。センサ１は、排気管
２の端部に隣接して使用することによってこの入力管３
を比較的短くし、従って、排気ガス中の粒子が入力管３
の両側に堆積すなわち凝集する傾向を緩和するが、これ
らはいずれも排気ガスの不透明度の測定値を引き下げる
傾向のあるものである。検出部４は、入力管３のすぐ下
流にある遷移部４Ａとこの遷移部４Ａの下流にある断面
形状が長方形の定容積部４Ｂによって構成される。この
定容積部４Ｂは、幅１００ｍｍ、高さ１０ｍｍのガス・
ダクトを形成し、これは入力管３に対して断面積が２倍
になり、遷移部４Ａによって、入力管３と定容積部４Ｂ
の間は滑らかに遷移される。排気ガスの不透明度は、こ
れが定容積部４Ｂを通過する間に測定する。この構成を
使用する理由は、もしセンサが入力管３の小さい直径全
体にわたって同じ断面積であれば、不透明度測定用の光
路長が非常に短くなるが、定容積部４Ｂを横切る不透明
度を測定することによって、４倍の長さの光路長が得ら
れるからである。Ｕ字形の本体５は、２つの直立部５Ａ
と５Ｂを有する。不透明度の測定は、直立部５Ａ内で発
生し、光路６に沿って定容積部４Ｂを通過し、直立部５
Ｂで受光される光線を使用して実行する。遷移部４Ａに
複数の第１バッフル７を設ける。これらのバッフル７
は、遷移部４Ａを横切って右に延び、この遷移部４Ａを
通って流れる排気ガスを整流し、その結果、排気ガス中
の波面がこの遷移部４Ａの上流から光路６へ移動するの
に要する時間は、排気ガス流の幅全体に渡って実質的に
一定になる。この所要時間は、勿論排気ガスの圧力と流
速によって変化するが、重要なのは、いづれの所定の排
気ガスの圧力でも、ガス流の横方向の位置によってこの
所要時間が変化しないことである。もし第１バッフル７
を設けないなら、遷移部４Ａの中央領域内のガスの速度
は、両端の速度よりも速くなり、その結果、もしこの遷
移部４Ａに入る排気ガス中に排煙の瞬動が存在すれば、
これは排気ガス流に沿って拡散し、その結果、この排煙
が光路６を横切る場合の不透明度値が低下する可能性が
ある。この所用時間は、遷移部４Ａと定容積部４Ｂの両
端で依然として境界層効果が存在するので、実質的に一
定であると言われるが、これらの効果は、もしバッフル
７が存在しない場合に遷移によって生じる効果と比較し
て顕著ではない。１１枚の第２バッフル８の組を、定容
積部４Ｂの下流にある光路６の下流に設ける。これらの
バッフルは、定容積部４Ｂを横切って延び、この定容積
部４Ｂを平行な面を有し寸法の等しい１２個のガス流チ
ャンネルに分割する。これらのバッフル８は、センサ１
を通過し、清浄空気を定容積部４Ｂと光路６に吹き込む
全ての風を防止する。もしこのような風が発生したな
ら、勿論、不透明度の測定は信頼できなくなる。バッフ
ル８は、このような清浄空気が光路６に侵入するのを防
止するが、その理由は、これらのバッフルが風によって
発生した全ての渦の横方向の寸法を減少させ、従って、
全ての風によって発生された渦が定容積部４Ｂ内に広が
る距離を短くするからである。図４は、本体５の直立部
５Ａと５Ｂをより詳細に示す。直立部５Ａの内部には、
発光部２０とレンズ２１を配設して光線２２を発生し、
この光線２２は光路６に沿って進む。この光線２２は、
直立部５Ａ内の壁３２Ａにある防護窓２３Ａ、及び直立
部５Ａの壁２５Ａと定容積部４Ｂの壁２６Ａ内のアパチ
ャ２４Ａを介して部分４Ｂ内の排気ガス中に進む。 排
気ガスからの粒子が窓２３Ａに付着するのを防止するた
めに、二重のエア・カーテンを設ける。加圧した清浄空
気を清浄空気ダクト２７Ａに沿って流す。この空気はフ
ァン２８から送られ、この空気が清浄空気ダクト２７Ａ
に沿って通過する前に、静電集じん器（図示せず）がこ
の空気を濾過し大気中に含まれる全ての煙と他の粒子を
除去する。壁２９Ａによって、清浄空気ダクト２７Ａは
第１清浄空気流路３０Ａと第２清浄空気流路３１Ａに分
割され、第１清浄空気流路３０Ａは壁２９Ａと壁２５Ａ
との間に形成され、一方、第２清浄空気流路３１Ａは壁
２９Ａと壁３２Ａとの間に形成される。壁２９Ａはアパ
チャ３３Ａを有し、これを介して光線２２はこの壁２９
Ａを通過する。２本の清浄空気流路３０Ａと３１Ａに沿
った空気流は、矢印３４によって示す定容積部４Ｂを介
して流れる排気ガスの方向と平行である。平行して流れ
ることによって、清浄空気の複数の筋が定容積部４Ｂ内
に注入される傾向を低減するのに役立つ。２本の清浄空
気流路３０Ａと３１Ａは、光路６の下流で再び合流し、
この清浄空気流は、開口部３５Ａを介して排気ガス流中
に排気される。２本の清浄空気流路３０Ａと３１Ａが合
流する前に、第２清浄空気流路３１Ａ中に狭窄部３６Ａ
を設け、その結果、第２清浄空気流路３１Ａ内の空気圧
は常に第１清浄空気流路３０Ａ内の空気圧よりも高い。
その結果、アパチャ３３Ａの両端で圧力差が生じ、第２
清浄空気流路３１Ａから第１清浄空気流路３０Ａへの清
浄空気の流れが発生する。定容積部４Ｂから第１清浄空
気流路３０Ａ内に排気ガスが漏洩する場合、第２清浄空
気流路３１Ａの圧力が高いことによって、排気ガスが窓
２３Ａに到達するのを防止し、この排気ガスを第１清浄
空気流路３０Ａの下流に運び去る。「自由加速度」試験
を使用する場合、第１清浄空気流路３０Ａ内の清浄空気
圧は、従来技術の清浄空気システムの空気圧ほど高い必
要はないが、その理由は、エンジンが最高速度で運転さ
れ、この排気ガスが高圧でも窓２３Ａを汚染しない場
合、第１清浄空気流路３０Ａへ排気ガスが幾らか漏洩し
ても許容することができるからである。結果として、エ
ンジンが低速度で、またはアイドリングで運転され、排
気ガス圧が低下した場合、清浄空気が定容積部４Ｂ内に
漏洩し、光路６に沿って清浄空気の筋を発生する可能性
は少ない。また、第１清浄空気流路３０Ａを非常に狭く
することもできるが、その理由は、第２清浄空気流路３
１Ａが第１清浄空気流路３０Ａのバックアップとして機
能するからであり、その結果、排気ガスが第１清浄空気
流路３０Ａに侵入することによる排気ガス中を通過する
光路６の長さの変化が小さくなり、これによって、この
経路の長さの変化に起因する見かけ上の不透明度の変化
が減少する。図４の文字Ｂで示す同様のエア・カーテン
・システムを第２直立部５Ｂに使用して、窓２３Ｂに粒
子が付着するのを防止する。窓２３Ｂの背後にレンズ３
７を配設し、光線２２を光検出器３８上に合焦させる。
排気ガスがチャンバ１０内に存在する場合に光検出器３
８に入射する光線２２の強度を、チャンバ１０内に清浄
空気だけが存在する場合に光検出器３８に入射する光線
２２の強度と比較することによって、定容積部４Ｂ内の
光路６に沿ったガスの不透明度を、特許出願番号第９１
０５１３１号から公知のように計算することができる。
ハンドル３９を本体５に固定し、これによって、自動車
の排気管２の内部の入力管３と共にセンサ１を所定の位
置に保持する。コンプレッサ２５、発光装置２０、光検
出器３８及び関連する電子装置の電源は、本体５に取り
付けたバッテリから供給する。これによって、センサ１
を容易に持ち運び、自動車の抜き打ち検査を行うことが
できるが、もしこれを１つの場所でのみ使用するなら、
リード線を商用電源に差し込んで使用することもでき
る。弾性ガスケットで形成した押しばめシールによっ
て、粒子センサの検出部４を入力管３に取り付け、これ
を２つの接ぎ手（図示せず）によって本体５に着脱可能
に取り付けるが、この場合各継ぎ手は直立部５Ａと５Ｂ
の各々の上に位置する。これによって、破損した場合検
出部を取り外して交換でき、または排気ガスによって付
着したすすを清掃することができる。センサ１を校正す
るために、検出部４を取り外し、既知の伝達係数を有す
る光学フィルタを光路６に取り付けることができる。も
し希望するなら、異なったエンジンに対して多数の検出
部を使用することも可能であり、例えば、そうしなけれ
ば排気ガスの圧力差が大き過ぎて対処できない場合、こ
れは望ましい。光学部品は、全て本体５内に収容されて
いるので、検出部４を取り外し、また交換しても、いか
なる理由によっても、光学部品は全て再位置合わせまた
は再調整する必要はない。静電集じん器は、メッシュ・
フィルタのような他のいづれかの種類のフィルタと置き
換え、エア・カーテンに使用する空気から粒子を除去す
ることができる。離れた位置にある空気取り入れ口、例
えばセンサに取り付けたフレキシブル・ホースの端部を
使用し、自動車の排気管から離れた場所で比較的清浄な
空気を取り入れることによって、濾過の必要性を軽減す
ることができる。または、センサを試験場のような同じ
場所で繰り返し使用する場合、コンプレッサとフィルタ
はセンサから省略し、据え置き式の離れた位置にあるコ
ンプレッサとフィルタからホースによって清浄な圧縮空
気を供給することもできる。上で説明したシステムは、
遷移部４Ａ内だけにバッフル７を有するが、もし必要な
ら、定容積部４Ｂ内に延びるバッフルを有することもで
き、または入力管３の内部から始まるバッフルを配設す
ることもできる。使用するバッフルの正確な形状は、入
力管３、遷移部４Ａ、及び定容積部４Ｂの正確な寸法と
形状によって決まる。検出部４の取り外しを可能にする
ため、バッフル７が入力管３の内部から始まる場合に
は、バッフル７を有する入力管３と同じ直径を有する検
出部４の一部は、入力管３ではなくて検出部４に固定し
なければならない。第１バッフル以外に、障害物をまた
設け、遷移部４Ａの中央部のガス流を減速させることも
できる。使用する第２バッフルの数、従って、定容積部
４Ｂの取り出し口が分割される独立したチャンネルの数
は、利用可能な幅と長さ及び風によって誘起されると予
測される渦の強度によって、変更することができる。代
替の構造では、検出部４の一部を形成し、直立部５の一
部である残りの壁と協働する１つに壁と２つの壁２５、
２６を置き換え、清浄なエア・カーテンを形成すること
もできる。清浄な空気の流路を形成する壁を、検出部４
と直立部の間で分離することのできる方法は多数あるこ
とが明らかである。他の好適な方法の１つは、窓２３を
直立部５に取り付け、清浄なエア・カーテンの残りの全
ての構成部品を検出部４に取り付けることである。二重
エア・カーテンの代わりに、三重または四重のエア・カ
ーテンのような多重エア・カーテンを使用することもで
きる。校正のために検出部４を取り外す代わりに、伝達
係数が既知の光学フィルタを第２バッフル８の間に挿入
することによって、光路６内に配設することもできる。
ファンの代わりに、他のいづれの形態のエア・コンプレ
ッサを使用することもできる。
【図１】従来技術のシステムを示す説明図である。
【図２】本発明による自動車の排気粒子センサの斜視図
である。
である。
【図３】図２に示す線Ａ−Ａに沿って切断したセンサの
断面図である。
断面図である。
【図４】図３に示す断面の一部を更に詳細に示し、全体
として同一の部品は同じ参照番号を有する。
として同一の部品は同じ参照番号を有する。
１ センサ ２ 排気管 ３ 入力管 ４Ａ 遷移部 ４Ｂ 定容積部 ５ 本体 ５Ａ、５Ｂ 直立部 ６ 光路 ７ 第１バッフル ８ 第２バッフル
Claims (11)
- 【請求項１】 ガス流内に直列に配設された取り入れ
部、遷移部、及び不透明度測定部によって構成され、上
記の測定部は、上記の取り入れ部に対して異なった断面
形状を有し、上記の取り入れ部から上記の測定部にガス
が移動するのに要する時間が上記の取り入れ部を横切る
ガスの位置によって実質的に変化しないように配設した
多数の第１バッフルを有することを特徴とする排気ガス
粒子センサ。 - 【請求項２】 複数の第１バッフルを有することを特徴
とする請求項１記載のセンサ。 - 【請求項３】 上記のセンサは、排気ガスの不透明度を
測定部内の光路に沿って測定することができ、上記の第
１バッフルは、上記の取り入れ部から上記の測定部に排
気ガスが移動するのに要する時間が上記の取り入れ部を
横切るガスの位置によって変化しないように構成される
ことを特徴とする請求項１または２記載のセンサ。 - 【請求項４】 上記の光路の下流の上記の測定部内に配
設され、上記の測定部を複数の平行なガス流のチャンネ
ルに分割するよう構成された多数の第２バッフルを有
し、その結果、清浄空気が上流から上記の測定部内に吹
き込まれるのを防止することを特徴とする請求項３記載
のセンサ。 - 【請求項５】 透明な窓を通過する光路に沿って排気ガ
スの不透明度を測定することのできるセンサを配設した
測定部を有し、上記の排気ガスは二重エア・カーテンに
よって上記の窓と接触するのを防止されることを特徴と
する排気ガス粒子センサ。 - 【請求項６】 上記のエア・カーテンが３層以上を有す
ることを特徴とする請求項５記載のセンサ。 - 【請求項７】 エア・カーテンを発生するのに使用する
空気は、静電集じん器によって清浄化することを特徴と
する請求項６記載のセンサ。 - 【請求項８】 上記の不透明度測定部は取り外し可能で
あることを特徴とする上記の請求項のいづれかに記載の
センサ。 - 【請求項９】 センサを校正するために不透明度測定部
と置き換えて伝達係数が既知のフィルタを使用すること
ができることを特徴とする請求項８記載のセンサ。 - 【請求項１０】 伝達係数が既知のフィルタを上記の第
２バッフルの間に挿入してセンサを校正することができ
ることを特徴とする請求項４記載のセンサ。 - 【請求項１１】 検出した粒子は排煙粒子であることを
特徴とする上記の請求項いづれかに記載のセンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9122375:0 | 1991-10-22 | ||
| GB9122375A GB2260809B (en) | 1991-10-22 | 1991-10-22 | Exhaust gas particle sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05240764A true JPH05240764A (ja) | 1993-09-17 |
Family
ID=10703323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4325894A Pending JPH05240764A (ja) | 1991-10-22 | 1992-10-22 | 排気ガス粒子センサ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5374992A (ja) |
| EP (1) | EP0539202A3 (ja) |
| JP (1) | JPH05240764A (ja) |
| GB (1) | GB2260809B (ja) |
| MX (1) | MX9206068A (ja) |
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