JP5199584B2 - 排ガス分析用センサ - Google Patents

Description

本発明は、排ガス分析用センサの技術に関し、より詳細には、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に向けてレーザ光を照射し、反射鏡によりレーザ光を多重反射させた後に、排ガス中を透過したレーザ光を検出する排ガス分析用センサに関する。

従来、自動車等のエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中の成分濃度や温度を測定し、分析するための装置として、排気経路（配管）に、光源や検出器部等からなる排ガス分析用センサを直接に配設し、排気経路を流れる排ガス中を透過したレーザ光を検出する等して、排ガス中の成分濃度等をリアルタイムで測定するように構成された排ガス分析装置の構成が公知である（例えば、特許文献１参照）。

上述した特許文献１に開示される排ガス分析用センサは、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に向けてレーザ光を照射し、反射鏡によりレーザ光を多重反射させた後に、排ガス中を透過したレーザ光を検出するように構成されている。このように、排ガス分析用センサは、センサ本体の排ガス通過孔内で対向する一対の反射鏡によってレーザ光を多重反射させて、レーザ光が排ガス中を透過する距離（測定長）をより長く確保することで、その測定精度を向上するように構成されている。

図６は、従来の排ガス分析用センサ１０４の構成の一例を示したものである。この排ガス分析用センサ１０４は、排ガスが通過する排ガス通過孔１４１が穿設され、分析用のレーザ光を排ガス通過孔内に向けて照射する照射部１０５と、該照射部１０５より照射されたレーザ光を多重反射させる反射鏡１６０と、排ガス中を透過したレーザ光を検出する受光部１０６とが設けられるセンサ本体１４０を有している。

特に、反射鏡１６０は、センサ本体１４０の内部空間に収納され、排ガス通過孔１４１内からセンサ本体１４０の外側方向に向けて挿入されたネジ部材１６６（ビス）による押圧力によって位置決めされて固定される。このように、従来の排ガス分析用センサ１０４では、反射鏡１６０は、排ガス通過孔１４１に対してセンサ本体１４０の外側の固定面を基準面として、この基準面にネジ部材１６６によって押し付けられることで固定される。
特開２００６−１８４１８０号公報

ところで、上述した排ガス分析用センサは、排気経路中に直接に配置されるため、センサ本体の排ガス通過孔を通過する高温の排ガスの影響を受けて、センサ本体や当該センサを構成する各部材が温度変形（熱歪みや熱変形）する恐れがある。特に、センサ本体や当該センサを構成する各部材が温度変形してしまうと、反射鏡の固定に緩みが生じ、照射部から照射されたレーザ光の反射角度がずれて、受光部にてレーザ光を受光できないといった計測不良の原因となる。

かかる観点から、図６に示したように、従来の排ガス分析用センサの構造では、反射鏡は、排ガス通過孔内から外側に向けて挿入されたネジ部材によって固定されるため、ネジ部材が排ガスによる熱の影響を受けて熱歪み等の温度変形を生じ易いという問題があった。また、ネジ部材の挿入孔が穿設される排ガス通過孔の内壁も、その強度不足によって温度変化を生じ易いという問題があった。そのため、反射鏡の固定緩みが生じ易く、照射部から照射されたレーザ光の反射角度がずれて受光部にてレーザ光を受光できない等、排ガスの測定精度に劣っていた。

そこで、本発明においては、排ガス分析用センサに関し、前記従来の課題を解決するもので、センサ本体や各構成部材の温度変形に起因する反射鏡の固定緩みを低減して、排ガスの測定精度を向上させた排ガス分析用センサを提供することを目的とするものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、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分析用のレーザ光を照射する照射部と、該照射部より照射されたレーザ光を多重反射させる反射鏡と、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、前記センサ本体と前記反射鏡との間に、前記反射鏡を加熱する加熱部材が配設され、前記センサ本体と前記加熱部材との間に緩衝部材が配設され、前記反射鏡、加熱部材、および緩衝部材は、順に積層されてケーシングの空間部内に収納され、前記ケーシングは、緩衝部材側を前記センサ本体に取り付けられ、前記ケーシングの一側面にはスリットが形成され、前記反射鏡は、前記スリットを介して前記ケーシングの外部に露出するとともに、積層された前記緩衝部材からの前記スリット方向への応力を受けて、前記スリットの前記空間部側の縁部に当接されることで位置決めがなされているものである。

請求項２においては、前記ケーシングは、前記センサ本体の排ガス通過孔の内壁に凹設された取付溝に取り付けられるものである。

請求項３においては、前記ケーシングは、前記センサ本体の外側から排ガス通過孔の内部方向に向けて挿入されたネジ部材によってセンサ本体に締結されるものである。

請求項４においては、前記緩衝部材は、波形ガスケットが用いられるものである。

請求項５においては、前記緩衝部材は、セラミックペーパが用いられるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１に示す構成としたので、加熱部材によって予め反射鏡を暖めておくことで、水分を含む低温の排ガスであっても測定を行うことができる。
また、加熱部材からセンサ本体への熱伝達を低減することができ、センサ本体の熱変形に基づく反射鏡の固定緩みを低減できる。
さらに、排ガスの熱の影響を受けて各構成部材が温度変化した場合であっても、センサ本体と反射鏡との温度変形の差を吸収することで、反射鏡を安定して固定することができ、排ガスの測定精度を向上できる。また、センサ本体から反射鏡への熱伝達を低減することができ、反射鏡の温度変形も防止できる。
また、センサ本体に対する反射鏡の着脱が容易であり、反射鏡のメンテナンス等の作業性が向上するとともに、センサ本体に安定して締結させることができる。
また、一度に複数の部材をセンサ本体から着脱することができる。

請求項２に示す構成としたので、センサ本体に対する反射鏡の位置決めが容易であり、また、センサ本体に反射鏡を安定して締結することができる。

請求項３に示す構成としたので、センサ本体や各構成部材の温度変形に起因した反射鏡の固定緩みを低減し、反射鏡を安定して固定することができるため、照射部から照射されたレーザ光の反射角度を一定にして、排ガスの測定精度を向上することができる。

請求項４に示す構成としたので、その形状に起因するばね応力を有し、各構成部材の温度変形を吸収して反射鏡を安定して固定することができる。また、他の部材との接触面積が少なく、加熱部材からセンサ本体への熱伝達やセンサ本体から反射鏡等への熱伝達を低減することができる。

請求項５に示す構成としたので、フェルト状で弾性を有することから、熱による収縮を吸収することができるため、各構成部材の温度変形を吸収して反射鏡を安定して固定することができる。また、熱伝導率が低いため、加熱部材からセンサ本体への熱伝達やセンサ本体から反射鏡への熱伝達を低減することができる。

次に、発明を実施するための最良の形態する。
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は排ガス分析用センサの反射鏡ユニットの取付構造を示した断面図、図５は同じく反射鏡ユニットの取付構造を示した側断面図、図６は従来の排ガス分析用センサの斜視図である。

まず、本実施例の排ガス分析用センサ４を用いた排ガス分析装置１の全体構成について、以下に概説する。
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。

自動車２には、エンジン２０からの排ガスを機外に排出する排気経路３が敷設され、排気経路３は、エキゾーストマニホールド３０、排気管３１、第一触媒装置３２、第二触媒装置３３、マフラー３４、排気パイプ３５等とから構成されている。また、排気経路３の各構成機器は、断面円形状の配管３ａによって連結されている。

排気経路３においては、エンジン２０の排ガスが、まずエキゾーストマニホールド３０で合流され、排気管３１を通じて第一触媒装置３２及び第二触媒装置３３に導入され、その後マフラー３４を通じて排気パイプ３５から大気中に放出される。このような排気経路３が形成されることによって、エンジン２０からの排ガスは、二つの触媒装置３２・３３によって浄化され、マフラー３４によって消音・減圧されて大気中に放出される。

排ガス分析用センサ４・４・・・は、排気経路３において４箇所に配置されており、具体的には、第一触媒装置３２の上流側のエンジン２０と排気管３１との間、第一触媒装置３２と第二触媒装置３３との間、第二触媒装置３３とマフラー３４との間、マフラー３４の下流側の排気パイプ３５の末端部にそれぞれ配置されている。

本実施例の排ガス分析装置１では、各排ガス分析用センサ４において、コントローラ１０によって赤外線レーザ光が照射され、かつ排ガスを透過した後のレーザ光が受光されることで得られたデータが、コントローラ１０からコンピュータ装置１１に送られて排ガス中の成分が分析される。

コントローラ１０は、複数の波長の赤外線レーザ光を照射する照射装置であり、レーザ光の波長は、検出する排ガスの成分に合わせて設定される。また、コントローラ１０には、排ガス分析用センサ４に接続された図示せぬ差分型光検出器等が設けられており、排ガス分析用センサ４により受光された信号光が導光され、排ガス中を透過して減衰したレーザ光と排ガス中を透過していないレーザ光との信号光が接続されたコンピュータ装置１１に出力される。
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。

このように、本実施例の排ガス分析装置１では、各排ガス分析用センサ４による排気経路３の一断面におけるスポット的な排ガスの測定が可能となっている。特に、本実施例のように、排ガス分析用センサ４が排気経路３の複数箇所に設けられることで、排ガスが排気経路３の所定断面でどのように変化するかを瞬時に測定することができ、排ガスの状態をリアルタイムに連続して測定することができる。

なお、本実施例の排ガス分析装置１では、排気経路３に配置された各排ガス分析用センサ４・４・・・は、それぞれ略同一に構成されているため、以下、一例として、第一触媒装置３２と第二触媒装置３３との間に配置された排ガス分析用センサ４について説明する。

次に、排ガス分析用センサ４の構成について、以下に詳述する。
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。

図２に示すように、排ガス分析用センサ４は、センサ本体４０が一対の管継手３６・３６に挟まれた状態で固定され、管継手３６・３６がそれぞれ第一触媒装置３２及び第二触媒装置３３に接続された配管３ａ・３ａと接続されることで排気経路３に配設される。
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。

なお、管継手３６の貫通孔３６ａは、配管３ａと同じ直径の円形に形成され、排ガスの流れが妨げられないように構成されている。また、ガスケット３７は、貫通孔３６ａ等と略同じ直径の孔が開口され、管継手３６・３６の間に排ガス分析用センサ４を挟んで配管３ａと接続しても、排ガスが途中で漏れることはなく、排気経路の長さの増加も少ないように構成されている。

このようにして、排ガス分析用センサ４は、上述した管継手３６・３６を介して排気経路３の各配管３ａと接続されており、排気経路３を流れる排ガスは、一方の管継手３６の貫通孔３６ａを介してセンサ本体４０に送られた後に、センサ本体４０の排ガス通過孔４１を通過して、他方の管継手３６の貫通孔３６ａより排気経路３の下流側に送られる。

次に、センサ本体４０について、以下に詳述する。
図３に示したように、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。

また、センサ本体４０の排ガス通過孔４１の内壁４１ａには、排ガス通過孔４１の径方向外側に向けて一対の取付溝４０ｃ・４０ｃが凹設されており、各取付溝４０ｃ・４０ｃが排ガス通過孔４１の軸中心に対して対向する位置に設けられている。この取付溝４０ｃ・４０ｃには反射鏡ユニット６が取り付けられ、反射鏡ユニット６を構成する反射鏡６０の反射面が排ガス通過孔４１の内部空間に対向するようにして配設される。

このように、各部材が取り付けられることで、排ガス分析用センサ４において、照射部５から照射されたレーザ光は、取付孔４０ａを介して排ガス通過孔４１内に導入され、排ガス通過孔４１内に導入されたレーザ光が、反射鏡６０・６０間で多重反射された後、取付孔４０ｂを介して受光部７に導出される。

なお、図３に示すように、本実施例のセンサ本体４０には、排ガス通過孔４１の内部空間に円筒形状のカバーリング８が配設されている。
カバーリング８は、通過孔８１を有する円筒状部材であって、通過孔８１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８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８の幅は、センサ本体４０の幅と略同じである。

カバーリング８の周面には、一対の長穴のレーザ光通過小孔８４が、それぞれ通過孔８１の中心軸に対して対向する位置に穿設されている（図４及び図５参照）。レーザ光通過小孔８４は、照射部５より排ガス通過孔４１内に向けて照射されたレーザ光が、反射鏡６０・６０間で複数回反射され、その後受光部６に受光されるように、レーザ光の光路上に設けられる。

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の排ガス通過孔４１内にカバーリング８を設けることで、センサ本体４０（排ガス通過孔４１の内壁４１ａ）を排ガス通過孔４１に送られた排ガスから隔絶させることができる。そのため、高温の排ガスからのセンサ本体４０への入熱を低減でき、センサ本体４０の歪みや変形を防止し、ひいては、それに起因するレーザ光軸のずれ等を防止することができる。

次に、照射部５及び受光部７について、以下に詳述する。
図３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には、接続ブロック５１がセンサ本体４０に取り付けられた状態で、光ファイバ５０の投光面から取付孔４０ａまでを貫通するようにして通光孔５２が穿設されている。
この光ファイバ５０は、上述したコントローラ１０に接続されており、コントローラ１０から射出されたレーザ光は、光ファイバ５０より照射されて通光孔５２から取付孔４０ａを介して排ガス通過孔４１内に導入される。

一方、受光部７は、レーザ光を検出するディテクタ７０と、ディテクタ７０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７１等とで構成されている。
ディテクタ７０は、接続ブロック７１に設けられた受光コリメータ７１ａに接続され、その受光面がセンサ本体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７１には、接続ブロック７１がセンサ本体４０に取り付けられた状態で、ディテクタ７０の受光面から取付孔４０ｂまでを貫通するようにして通光孔７２が穿設されている。
このディテクタ７０は、上述したコントローラ１０に接続されており、排ガス中を透過したレーザ光は、取付孔４０ｂから通光孔７２を介して排ガス通過孔４１外に導出され、ディテクタ７０に受光されて受光信号がコントローラ１０に入力される。

次に、反射鏡ユニット６について、以下に詳述する。
図３乃至図５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、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６５ａに、上下方向（図５において矢印方向）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。

そして、本実施例の反射鏡ユニット６は、センサ本体４０の排ガス通過孔４１を挟んで対向する位置に設けられた取付溝４０ｃ・４０ｃにそれぞれ取り付けられ、排ガス通過孔４１の内壁４１ａを基準面として、センサ本体４０の外側から排ガス通過孔４１の内部方向に向けて挿入されたネジ部材６６によって、センサ本体４０に締結されている。

なお、各取付溝４０ｃ・４０ｃに取り付けられる一対の反射鏡ユニット６は、略同一に構成されるため、以下、一方の反射鏡ユニット６（図３において上方に配設される反射鏡ユニット６）の構成について説明する。

反射鏡６０は、石英、若しくはサファイア、セラミック等で形成された厚さ数ｍｍ程度の長方形状基板の一方の面に、金、プラチナ、酸化チタン等のレーザ波長に見合った反射率の高い反射材がコーティングされ、さらに、その上にフッ化マグネシウムや二酸化珪素等の薄膜が形成された反射面が構成されている。

ヒータ６１は、反射鏡６０の反射面に排ガス中の水分が結露するのを防止するために、反射鏡６０を加熱するための加熱部材であって、反射鏡ユニット６において反射鏡６０の近傍位置に配設される。本実施例のヒータ６１は、反射鏡６０と略同じ形状の板状に形成され、例えば、マイカ板にステンレス箔等の発熱体を敷設した素材などが用いられる。

緩衝部材６２は、平面視板状の部材であって、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、具体的には、金属波形ガスケットやセラミックペーパ等を用いることができる。本実施例の緩衝部材６２は、金属波形ガスケットより構成され、センサ本体４０と反射鏡６０との間に位置するように、具体的には、反射鏡ユニット６において、反射鏡ユニット６を取り付ける排ガス通過孔４１の内壁４１ａと、反射鏡６０との間に位置するようにして、ケーシング６５に収納されている。さらに、本実施例の緩衝部材６２は、センサ本体４０とヒータ６１との間に位置するように配設されている。

押え板６３・６４は、長板状に形成された金属製の部材であって、一方の押え板６３は、反射鏡６０とヒータ６１との間に配設され、他方の押え板６４は、押え板６３との間にヒータ６１及び緩衝部材６２を挟み込むようにして配設される。このようにして、一方の押え板６３が反射鏡６０とヒータ６１との間に配設されることで、反射鏡６０を保護しながら、反射鏡６０をケーシング６５（の空間部６５ａ）の内壁に押し付けるようにして位置決めすることができる。

なお、他方の押え板６４は、特に設けられる必要はないが、本実施例のように、他方の押え板６４を設けることで、ヒータ６１及び緩衝部材６２を押え板６３・６４によって挟み込んだ状態でケーシング６５に収容することができ、反射鏡６０等の取り外し作業を容易かつ安全に行うことができる。

ケーシング６５は、内部に反射鏡６０やヒータ６１等を収容するための空間部６５ａが設けられた長方形状の筐体に構成されている。ケーシング６５の一側面（図４及び図５における下側面）には、長手方向に沿って平面視長穴状のスリット６５ｂが穿設されており、このスリット６５ｂを介して空間部６５ａが外部空間と連続されている。空間部６５ａに収容された反射鏡６０は、その反射面がスリット６５ｂを塞ぐようにして外部空間に露出される。
また、ケーシング６５のスリット６５ｂが穿設される側面（下側面）に対して垂直の側面には、開口部（図略）が開口されており、この開口部を介して、空間部６５ａに反射鏡６０やヒータ６１等を収容し、又は取り出される。

ケーシング６５の空間部６５ａには、まず、反射鏡６０がスリット６５ｂを介して外部空間に露出されるように最下層に位置され、この反射鏡６０から上方に向けて順に、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。特に、本実施例では、反射鏡６０は、積層された緩衝部材６２からの下方（スリット６５ｂ方向）への応力（弾力）を受けて、スリット６５ｂの空間部６５ａ側の縁部に当接されることで、上下方向（排ガス通過孔４１の径方向）の位置決めがされている。

このようにして各部材が組み付けられた反射鏡ユニット６は、上述したセンサ本体４０の排ガス通過孔４１の内壁４１ａに凹設された取付溝４０ｃに取り付けられる。
本実施例では、反射鏡ユニット６は、センサ本体４０の排ガス通過孔４１の内壁４１ａに上面を当接させた状態で、センサ本体４０の外側から排ガス通過孔４１の内部方向に向けて挿入された複数のネジ部材６６・６６・・・（本実施例では４個）によって、センサ本体４０に締結される。

ネジ部材６６・６６・・・は、反射鏡６０（反射鏡ユニット６）をセンサ本体４０に締結するための部材であって、汎用のネジやボルト等の部材を用いることができる。
センサ本体４０には、センサ本体４０の板厚略中央部において、外壁から排ガス通過孔４１の内部空間までを貫通する複数の挿入孔４０ｄ・４０ｄ・・・が穿設され、挿入孔４０ｄの一端は取付溝４０ｃに開口されている。また、反射鏡ユニット６のケーシング６５上面には、対応する位置にネジ孔６５ｃ・６５ｃ・・・が穿設されている（図５参照）。

反射鏡ユニット６がセンサ本体４０の取付溝４０ｃに取り付けられた状態で、センサ本体４０の外側から排ガス通過孔４１の内部方向に向けて、各ネジ部材６６・６６・・・が挿入孔４０ｄ・４０ｄ・・・に挿入され、挿入孔４０ｄ・４０ｄ・・・より突出された各ネジ部材６６・６６・・・がケーシング６５の対応するネジ孔６５ｃ・６５ｃ・・・に螺入される。ネジ部材６６がネジ孔６５ｃに螺入されていくにつれて、センサ本体４０の排ガス通過孔４１の内壁４１ａを接合面（基準面）として、反射鏡ユニット６にセンサ本体４０の外側方向への締結力が作用する。そして、反射鏡ユニット６は、ケーシング６５の上面が内壁４１ａに押し付けられた状態で、センサ本体４０の締結される。

なお、ネジ孔６５ｃのセンサ本体４０外側の開口部は、Ｃリング等のシール部材６７を介してネジ部材６６が挿入されるため、各ネジ孔６５ｃの開口部からの排ガス漏洩が防止され、排ガス通過孔４１内の気密性が高められている。

反射鏡ユニット６は、センサ本体４０の取付溝４０ｃに取り付けられた状態では、取付溝４０ｃとケーシング６５とが密接するようにして位置決めされる。また、反射鏡６０の反射面が排ガス通過孔４１内に面し、かつ、一対の反射鏡ユニット６・６の各反射鏡６０・６０が上下に平行に対向されている。また、かかる状態では、ケーシング６５の下面は、排ガス通過孔４１の軸中心に向けて内壁４１ａから突出せずに、取付溝４０ｃ内に収容されている。

このように、排ガス分析用センサ４は、センサ本体４０に一対の反射鏡ユニット６（及び反射鏡６０）が配設されることで、照射部５より排ガス通過孔４１内に照射されたレーザ光は、一方の（図２において下方の）反射鏡ユニット６の反射鏡６０によって他方の（図２において上方の）反射鏡ユニット６の反射鏡６０に向けて反射される。このようにして、レーザ光は、２枚の反射鏡６０・６０により交互に複数回反射されながら排ガス中を透過して、やがて受光部７に到達される。

以上のように、エンジン２０より排出された排ガスが通過する排ガス通過孔４１が穿設されたセンサ本体４０に、排ガス通過孔４１内に向けて分析用のレーザ光を照射する照射部５と、照射部５より照射されたレーザ光を多重反射させる反射鏡６０を備えた反射鏡ユニット６と、排ガス中を透過したレーザ光を受光する受光部７とが設けられる排ガス分析用センサ４において、前記反射鏡６０は、センサ本体４０の外側から排ガス通過孔４１の内部方向に向けて挿入されたネジ部材６６によってセンサ本体４０に締結されるように構成されているため、センサ本体４０や各構成部材の温度変形に起因した反射鏡６０の固定緩みを低減して、排ガスの測定精度を向上することができる。

すなわち、本実施例の排ガス分析用センサ４は、センサ本体４０の外側から排ガス通過孔４１の内部方向に向けて挿入されたネジ部材６６によって、排ガス通過孔４１の内壁４１ａを基準面としたセンサ本体４０の外側方向への締結力によって、反射鏡ユニット６を介して反射鏡６０をセンサ本体４０に締結させるものである。そして、反射鏡６０の締結部材としてのネジ部材６６が、センサ本体４０において低温側の排ガス通過孔４１の外側に位置するため、高温の排ガスの影響を受けにくく、熱歪み等の温度変形が生じにくい。そのため、反射鏡６０を安定して固定することができ、照射部５から照射されたレーザ光の反射角度を一定にして、排ガスの測定精度を向上することができるのである。

また、本実施例では、反射鏡６０は、センサ本体４０の排ガス通過孔４１の内壁４１ａに凹設された取付溝４０ｃに取り付けられるため、センサ本体４０に対する反射鏡６０の位置決めが容易であり、また、センサ本体４０に反射鏡６０を安定して固定することができる。

特に、本実施例では、反射鏡６０は、ネジ部材６６が螺入されるネジ孔６５ｃを有するケーシング６５内に収容され、ケーシング６５を介してセンサ本体４０に締結されるため、センサ本体４０に対する反射鏡６０の着脱が容易であり、反射鏡６０のメンテナンス等の作業性が向上するとともに、センサ本体４０に安定して締結させることができる。
また、ケーシング６５に反射鏡６０とともにヒータ６１が収容されることで、一度に複数の部材をセンサ本体４０から着脱することができるとともに、予めヒータ６１により反射鏡６０を暖めておくことで、自動車２のエンジン２０をスタートさせた直後の水分を含む低温の排ガスであっても測定を行うことができる。

さらに、本実施例の排ガス分析用センサ４は、センサ本体４０と反射鏡６０との間に緩衝部材６２が配設されている。
すなわち、例えば、反射鏡６０をセンサ本体４０に直接に当接させた構成とすると、高温の排ガスの影響を受けて、排ガス分析用センサ４を構成する各部材が温度変化した場合に、反射鏡６０の固定緩みが生じる恐れがある。しかしながら、本実施例のような構成とすることで、排ガスの熱の影響を受けて排ガス分析用センサ４を構成する各部材が温度変化した場合であっても、センサ本体４０と反射鏡６０との温度変形の差を吸収することで、反射鏡６０を安定して固定することができ、排ガスの測定精度を向上できる。また、センサ本体４０から反射鏡６０への熱伝達を低減することができ、反射鏡６０の温度変形も防止できる。

特に、本実施例の緩衝部材６２は、さらにセンサ本体４０とヒータ６１との間に配設されるため、ヒータ６１からセンサ本体への熱伝達を低減することができ、センサ本体４０の熱変形に基づく反射鏡６０の固定緩みを低減できる。

本実施例のように、緩衝部材６２として金属波形ガスケットを用いることで、薄板が波状に形成されたものであるため、その形状に起因するばね応力を有し、各部材の温度変形を吸収して反射鏡６０を安定して固定することができる。また、他の部材（本実施例では、ヒータ６１や押え板６３）との接触面積が少なく、ヒータ６１からセンサ本体４０への熱伝達やセンサ本体４０から反射鏡６０等への熱伝達を低減することができる。

なお、本実施例の排ガス分析用センサ４の構成は、上述した実施例に限定されない。

すなわち、上述した実施例の反射鏡ユニット６は、ケーシング６５に反射鏡６０等を収容するように構成されているが、反射鏡６０の取付構造はこれに限定されず、例えば、一対の板状部材によって反射鏡６０を挟み込むようにして一体的に固定し、これをネジ部材６６によってセンサ本体４０に締結するように構成してもよい。

また、反射鏡６０の取付位置としては、センサ本体４０の排ガス通過孔４１の内壁４１ａを凹設して形成された取付溝４０ｃに取り付けるだけでなく、センサ本体４０に反射鏡６０（反射鏡ユニット６）を収容可能な空間部を形成して、かかる空間部に取り付けてもよい。かかる場合には、空間部において排ガス通過孔４１の径方向の外側の壁面が基準面として反射鏡６０（反射鏡ユニット６）が締結される。
また、上述した取付溝４０ｃは、センサ本体４０の排ガス通過孔４１の内壁４１ａの一部を切り欠くことで形成されてもよい。

また、緩衝部材６２としてセラミックペーパが用いられる場合には、フェルト状で弾性を有することから、熱による収縮を吸収することができるため、各部材の温度変形を吸収して反射鏡６０を安定して固定することができる。また、熱伝導率が低いため、ヒータ６１からセンサ本体４０への熱伝達やセンサ本体４０から反射鏡６０等への熱伝達を低減することができる。

さらに、排ガス分析センサ４を構成する照射部５や受光部７の構成は、とくに限定されず、例えば、照射部５より照射されるレーザ光は、赤外レーザ光や紫外レーザ光でもよく、光ファイバ５０やディテクタ７０の代わりにレーザダイオードやフォトダイオードが用いられてもよい。

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。 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。 排ガス分析用センサの断面図。 排ガス分析用センサの反射鏡ユニットの取付構造を示した断面図。 同じく反射鏡ユニットの取付構造を示した側断面図。 従来の排ガス分析用センサの斜視図。

１ 排ガス分析装置
４ 排ガス分析用センサ
５ 照射部
６ 反射鏡ユニット
７ 受光部
２０ エンジン（内燃機関）
４０ センサ本体
４１ 排ガス通過孔
４１ａ 内壁
６０ 反射鏡
６１ ヒータ
６２ 緩衝部材
６５ ケーシング
６６ ネジ部材

Claims (5)

1. 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分析用のレーザ光を照射する照射部と、該照射部より照射されたレーザ光を多重反射させる反射鏡と、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、
   前記センサ本体と前記反射鏡との間に、前記反射鏡を加熱する加熱部材が配設され、
   前記センサ本体と前記加熱部材との間に緩衝部材が配設され、
   前記反射鏡、加熱部材、および緩衝部材は、順に積層されてケーシングの空間部内に収納され、
   前記ケーシングは、緩衝部材側を前記センサ本体に取り付けられ、
   前記ケーシングの一側面にはスリットが形成され、
   前記反射鏡は、前記スリットを介して前記ケーシングの外部に露出するとともに、積層された前記緩衝部材からの前記スリット方向への応力を受けて、前記スリットの前記空間部側の縁部に当接されることで位置決めがなされている、
   ことを特徴とする排ガス分析用センサ。
2. 前記ケーシングは、前記センサ本体の排ガス通過孔の内壁に凹設された取付溝に取り付けられる、
   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。
3. 前記ケーシングは、前記センサ本体の外側から排ガス通過孔の内部方向に向けて挿入されたネジ部材によってセンサ本体に締結される、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排ガス分析用センサ。
4. 前記緩衝部材は、波形ガスケットが用いられる、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の排ガス分析用センサ。
5. 前記緩衝部材は、セラミックペーパが用いられる、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の排ガス分析用センサ。

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