JP4399094B2 - 排気ガスサンプリング装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンなどから排出されるガス中に含まれるPM(Particulate Matter、すすなどの微粒子状物質)を定量分析する排気ガス中のPM測定装置などに用いられる排気ガスサンプリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
前記排気ガス中のPMを測定する手法の一つに、フィルタ重量法に則ったものがある。そして、この種の測定を行う場合、例えば排気ガスの一部を分流して希釈トンネルにサンプルガスとして導入し、このサンプルガス(排気ガス)を希釈トンネル内において希釈用の空気で希釈し、この希釈された排気ガスの全量を、PM捕集用のフィルタを設けた測定流路に流すようにした部分希釈全量採取方式の排気ガスサンプリング装置が用いられる。
【0003】
上記排気ガスサンプリング装置は、従来、図2に示すように構成されていた。すなわち、図2において、1は排気ガス源としての自動車に搭載されるディーゼルエンジン、2はこれに連なる排気ガス流路としての排気管である。3は排気管2に挿入接続され、排気管2中を流れる排気ガスGの一部をサンプリングするための排気ガス採取管で、その下流側はサンプリングされた排気ガスGの全量を希釈する希釈トンネル23に接続されている。5はこの希釈トンネル5の上流側に接続される希釈用空気Aの供給管である。
【0004】
6は希釈トンネル4の下流側に接続され、希釈されたサンプルガスSが流れるガス流路で、このガス流路6の下流側は二つの流路7,8に分岐し、それぞれの流路7,8にサンプルガスS中に含まれるPMを捕集するためのフィルタ9,10を設けて、一方の流路7はPM採取時の排気ガスを流すための測定ガス流路に、また、他方の流路8はPM非採取時の排気ガスを流すためのバイパス流路にそれぞれ構成されている。なお、フィルタ9,10のうち、一方のフィルタ9が測定用フィルタであり、他方のフィルタ10はダミーフィルタである。
【0005】
11はサンプルガス流路7、バイパス流路8の下流側に設けられる流路切換え手段としての三方電磁弁で、その下流側はガス流路12に接続され、このガス流路12には、回転数制御によって吸引能力を変えることができる吸引ポンプ、例えばルーツブロアポンプ13と、測定精度の高い流量計、例えばベンチュリ計14とがこの順に設けられている。なお、流量計15としては、ラミナー流量計や、熱線式流量計を内蔵したマスフロメータを用いることもできる。
【0006】
上記構成の排気ガスサンプリング装置においては、エンジン1の回転数およびトルクがほぼ一定である定常運転状態においては、希釈されたサンンプルガスSが測定ガス流路7に流れ、エンジン1の回転数およびトルクが変化している非定常運転状態の場合やエンジン1の回転数あるいはトルクを変更して別の回転数およびトルクに移行するときには、希釈されたサンンプルガスSがバイパス流路8に流れるように流路が切り換えられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジン1から排出される排気ガスG中に含まれるPMの主成分は、カーボン粒子であるドライスート(dry soot、以下、スートという)、可溶有機成分(Soluble Organic Fraction、以下、SOFという)およびサルフェーツ(硫黄酸化物が水分と結合した物質)である。そして、エンジン1から排出され、排気管2を流れる排気ガスGの温度は、最高400℃にも達し、このような高温の下では、前記スート、SOF、サルフェーツなどのPM構成成分は、ガス状となっている。一方、部分希釈全量採取方式のガスサンプリング装置においては、排気ガス採取管3は、例えば、その長さが0.5〜1.5m、内径が6〜10mm程度であり、これを流れるガス流量は2〜20L/分と比較的小流量である。
【0008】
したがって、前記排気ガス採取管3に排気管2を流れる排気ガスGが流れ込んだとき、排気ガス採取管3の内壁と排気ガスGとの間に温度差があると、排気ガスG中のPM成分が排気ガス採取管3の内壁に付着したり、一旦付着したPM成分が再び剥離してガス化するといった、所謂熱泳動現象が生ずることがある。このように、排気ガス採取管3の内壁においてPM成分が付着したり、再剥離すると、測定フィルタ9によって捕集されるPM重量に偏差が生じ、フィルタ重量法などによって定量されるPMの測定結果に大きな誤差が含まれることになる。
【0009】
そこで、従来においては、試験前のエンジン暖機運転などにおける排気ガスの熱を利用して排気管2を適宜の温度に暖機しておくとともに、排気ガス採取管3を一定の温度で加熱したり、希釈トンネル4も適宜の温度になるように温調するようにしていた。
【0010】
しかしながら、上述のように、排気ガス採取管3を温調しても前記偏差を十分に抑制することはできなかった。それは、定常運転状態であっても、実際のテストではいくつかの異なる回転数やトルクと順次組み合わせたものであり、過渡運転状態のテストではなおさらで、エンジン1の回転数は必ずしも一定ではなく、また、エンジン1からの排気ガスGの量が必ずしも一定でなく、排気ガスGの温度も必ずしも常に一定であるとは限らないからである。
【0011】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、排気ガス中に含まれるPMが排気ガス採取管の内壁に付着したり再剥離してガス化するのを抑制し、その結果、PMを精度よく捕集するのに好適に寄与する排気ガスサンプリング装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、排気ガス源からの排気ガスが流れる排気管に前記排気ガスの一部を採取するための排気ガス採取管を接続し、この排気ガス採取管の下流側を希釈トンネルに接続してなる排気ガスサンプリング装置において、前記排気管にその内部を流れる排気ガスの温度を測定する温度センサを設け、前記排気ガス採取管の温度を、前記排気管を流れる排気ガスの温度をパラメータの一つとして制御するようにしている(請求項1)。
【0013】
より具体的には、排気ガス源からの排気ガスが流れる排気管に前記排気ガスの一部を採取するための排気ガス採取管を接続し、この排気ガス採取管の下流側を希釈トンネルに接続してなる排気ガスサンプリング装置において、前記排気管にその内部を流れる排気ガスの温度を測定する温度センサを設ける一方、前記排気ガス採取管にこれを温度調節する温度調節機構を設け、前記温度センサの出力に基づいて前記温度調節機構を動作させ、前記排気ガス採取管の温度を前記排気管を流れる排気ガスの温度をパラメータの一つとして制御するようにしている(請求項2)。
【0014】
この発明の排気ガスサンプリング装置においては、排気ガスの温度を逐次測定し、排気ガス採取管の管壁温度を前記測定された排気ガスの温度に追従した状態で温度制御することができるので、前記排気ガスの温度と前記管壁温度との差に起因するPMの付着や再剥離を効果的に抑制することができ、PMの採取およびその定量の測定精度が大幅に向上される。
【0015】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、この発明の排気ガスサンプリング装置の一例を概略的に示すもので、この図において、図2における符号と同一符号は同一物であるので、その説明を省略する。
【0016】
図1において、15は排気管2内に設けられる温度センサで、例えばサーミスタよりなる。この温度センサ15は、排気ガス源であるエンジン1から排出される排気ガスGの温度を測定するもので、排気ガス採取管3の採取口3aの近傍でそのやや上流側に設けられている。
【0017】
そして、16は排気ガス採取管3の温度調節するための温度調節機構で、排気ガス採取管3の周囲に巻設されるヒータ17と、このヒータ17の外側にヒータ17および排気ガス採取管3を被覆するように設けられる冷却装置18と、排気ガス採取管3の管壁の温度を検出する例えばサーミスタよりなる温度センサ19からなる。20は冷却装置18に適宜の冷媒(例えば冷却水またはガス)Cを導入するための冷媒導入管で、電磁弁などの開閉弁21を備えている。また、22は冷却装置18から冷媒Cを導出するための冷媒導出管である。これらの冷媒導入管20および冷媒導出管22は、図示していない冷媒供給源や冷媒温度調節機にそれぞれ接続されている
【0018】
23は温度制御装置で、この温度制御装置23には温度センサ15,19の出力が入力されるとともに、これらの入力に基づいてヒータ17への電力供給制御や、開閉弁21の開閉制御を行うものである。
【0019】
上記構成の排気ガスサンプリング装置においては、エンジン1から排出される排気ガスGの温度が温度センサ15によって逐次測定され、その測定結果が温度制御装置23に順次送られる。そして、温度制御装置23においては、前記検出された排気ガスGの温度をパラメータとして、排気ガス採取管3の目標温度を逐次設定し、排気ガス採取管3が加熱または冷却されるようにする。
【0020】
前記検出された排気ガスGの温度をパラメータとして、排気ガス採取管3の目標温度を逐次設定するとは、例えば次のようなことをいう。今、前記排気ガスGの温度が200℃未満である場合、排気ガス採取管3の温度が排気ガスGの温度と等しくなるように温度制御する。すなわち、排気ガス採取管3には温度センサ19が設けられており、この温度センサ19による検出出力と前記温度センサ15によって検出された排気ガスGの温度とを比較し、排気ガス採取管3の温度が低い場合、ヒータ17を発熱させ、排気ガス採取管3を加熱するのである。逆に、排気ガス採取管3の温度が高い場合、開閉弁21を開いて冷媒を冷却装置18に供給し、排気ガス採取管3を冷却するのである。
【0021】
また、前記排気ガスGの温度が200℃以上である場合、例えばその数値にある定数を乗じたものを排気ガス採取管3の目標温度と設定し、この目標温度になるように、ヒータ17または冷却装置18を動作させるのである。なお、これらは、あくまでも一例であり、この発明はこれに限られるものではないことはいうまでもない。
【0022】
なお、上述の実施の形態においては、温度調節機構16に冷却装置18を設け、排気ガス採取管3を強制冷却するようにしているが、冷却装置18を設けず、自然冷却されるようにしてあってもよい。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の排気ガスサンプリング装置においては、排気管にその内部を流れる排気ガスの温度を測定する温度センサを設けて排気ガスの温度を逐次測定し、排気ガス採取管の温度を、前記測定された排気ガスの温度をパラメータの一つとして制御するようにしているので、排気ガス採取管の管壁温度を排気ガスの温度に追従した状態で温度制御することができる。したがって、排気ガスの温度と排気ガス採取管の管壁温度との差に起因するPMの付着やガス化および再剥離を効果的に抑制することができ、PMの採取およびその定量の測定精度が大幅に向上させることができる。
【0024】
そして、この発明は、特に、排気ガスの一部を、排気ガスの影響を無視できる排気ガス採取管を用いて分流して希釈トンネルにサンプルガスとして導入し、この比較的小流量のサンプルガス(排気ガス)を希釈トンネル内において希釈用の空気で希釈し、この希釈された排気ガスの全量を、PM捕集用のフィルタを設けた測定流路に流すようにした部分希釈全量採取方式の排気ガスサンプリング装置において有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の排気ガスサンプリング装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図2】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
1…排気ガス源、2…排気管、3…排気ガス採取管、4…希釈トンネル、15…温度センサ、16…温度調節機構、G…排気ガス。

Claims (2)

  1. 排気ガス源からの排気ガスが流れる排気管に前記排気ガスの一部を採取するための排気ガス採取管を接続し、この排気ガス採取管の下流側を希釈トンネルに接続してなる排気ガスサンプリング装置において、前記排気管にその内部を流れる排気ガスの温度を測定する温度センサを設け、前記排気ガス採取管の温度を、前記排気管を流れる排気ガスの温度をパラメータの一つとして制御するようにしたことを特徴とする排気ガスサンプリング装置。
  2. 排気ガス源からの排気ガスが流れる排気管に前記排気ガスの一部を採取するための排気ガス採取管を接続し、この排気ガス採取管の下流側を希釈トンネルに接続してなる排気ガスサンプリング装置において、前記排気管にその内部を流れる排気ガスの温度を測定する温度センサを設ける一方、前記排気ガス採取管にこれを温度調節する温度調節機構を設け、前記温度センサの出力に基づいて前記温度調節機構を動作させ、前記排気ガス採取管の温度を前記排気管を流れる排気ガスの温度をパラメータの一つとして制御するようにしたことを特徴とする排気ガスサンプリング装置。
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