JPS5829575B2 - ガス分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエンジンその他の排出ガスの分析装置に関し、
その目的は高速度でしかも高精度の分析を可能としたこ
とである。

例えばエンジンにおいて省エネルギーと排気ガス対策を
実施するためには、エンジンシリンダ内からガスを採取
して分析することにより、サイクルごとの燃焼状態の変
動を測定する必要がある。

従来、エンジン内の局所の燃焼状態を知るために、クラ
ンク角度に同期させてガスサンプリング弁を開弁するこ
とにより、エンジン内ガスを採取し、ガスクロマトグラ
フ法を用いて分析している。

このガスクロマトグラフ法は安定且つ高精度な分析を行
うことができ、有効な手段ではあるが、試料の採取期間
に比べて長い分析時間を要している。

すなわち、サンプリング分析条件としては、分析に要す
る試料量が少量であること、試料の採取量が変化しても
よいこと、分析中に試料濃度が変化しても正しい分析値
が得られること、さらに１回の分析に要する時間が極く
短時間であること等である。

これらの条件を満足するために真空中で分析を行う四重
桶型質量分析計を用いると有効であるが、真空中に試料
を導入するオリフィスが試料中の粒子物質によって閉塞
しやすい欠点がある。

本発明は、この四重桶型質量分析計を用い、前記の諸条
件を満足すると共に、オリフィスの閉塞を防止した構造
のガス分析装置を提供するものである。

以下本考案装置の構造について図面により説明する。

第１図並びに第４図において分析装置の構造は全く同一
であるが、第１図の場合はガス分離分析の例を示し、第
４図は空燃比測定の場合の例を示す。

従って構造説明は第１図で代表して行うものとする。

１は装置本体であり、２はこの装置本体１への試料ガス
導入管である。

３は装置本体１内の試料ガス導入部に設けられたオリフ
ィスである。

このオリフィス３の上方近傍に第２図及び第３図に示す
ように上向きの傾斜壁５ａによって上方に屈曲するガス
排出通路５を形成し、吸引ポンプ４と連通して大気に排
出するように構成されている。

さらに、オリフィス３の下方には拡散ポンプ６並びに吸
引ポンプ７との組合せによる真空ポンプと連通ずる真空
室８が形成されている。

この真空室８には、その左右に一対の四重桶型質量分析
計１１ａ。

１１ｂが丁度真空室８と十字交差する状態で連通配設さ
れている。

この左右一対の四重種型質量分析計１１ａ、１１ｂとオ
リフィス３との関係位置は等距離であることが望ましい
。

さらに、前記十字交差部分の上方の真空室内にはオリフ
ィス３と四重種型質量分析計１１ａ。

１１ｂとの間を開閉する第１開閉弁９が、また下方には
四重種型質量分析計１１ａ、１１ｂと真空ポンプの拡散
ポンプ６との間を開閉する第２開閉弁１０が設けられて
いる。

１２ａ、１２ｂはそれぞれの四重種型質量分析計１１ａ
、１１ｂとプロセッサ１３とを接続する信号回路に設け
られたアンプであり、分析中に生ずる試料量（圧）の変
化を補正するものである。

上記構造による本発明装置の作用としては、第１開閉弁
９及び第２開閉弁１０を開き、吸引ポンプ４及び拡散ポ
ンプ６と吸引ポンプ１０との組合せの真空ポンプを作動
し、試料ガス導入管２よりガスを導入する。

導入されたガスは、オリフィス３の部分で分析に要する
少量の試料ガス（１分析当り大気圧換算で０．０１〜０
．０６ｕＡ？）がオリフィス３を通って真空室８内に吸
引され、導入ガスのほとんどは吸引ポンプ４に引かれて
排出通路５を通って大気に排出される。

このときオリフィス３を通過する試料ガスは導入ガス中
に含まれている微粒子が除去されたものであり、微粒子
によるオリフィス３の閉塞を防止する。

これは試料ガス導入管２より導入されたガスがオリフィ
ス３の上方近傍の上向き傾斜壁５ａに衝突し、且つ上方
に屈曲する排出通路５を吸引ポンプ４によって引くため
に、微粒子はガスの主流にのって慣性流動し、オリフィ
ス３から遠ざかる作用を呈しているからである。

従って、微粒子がオリフィス３を通過付着することがな
く前記の通り閉塞を防止するのである。

真空室８内に吸引された試料ガスは一対の四重種型質量
分析計１１ａ、１１ｂによって所要の分析が行われ、こ
れをプロセッサ１３によりデータを採取するのである。

第１図は本発明装置によりエンジンの排気ガスの分離分
析に適用した場合の実施例を示す。

すなわち、試料ガス導入管２をエンジン１４の排気系に
取付けたガスサンプリング弁１４ａに接続し、ヘリュウ
ム、アルゴン等の不活性ガス１６をキャリヤガスとして
用い間歇的に試料を採取し、且つ採取される試料を区分
して装置本体１に導入する。

そして、一方の四重種型質量分析計１１ｂで試料の組成
分析（分離分析）を行い、同時に他方の四重種型質量分
析計１１ａで試料量（圧）の変動を測定し補正する。

一方の四重種型質量分析計１１ｂによる分析の開始は、
時間間隔を一定として分析する場合と、試料量（圧）が
一定レベルを越えたときに分析を始める２つの方法があ
る。

次に第４図は本発明装置によりエンジンの空燃比の測定
に適用した場合の実施例を示す。

この実施例の場合は第１図の実施例と異なる点は温度コ
ントローラ１８を有する酸化触媒１７を試料ガス導入管
２に設置することと、酸素若しくは酸素と不活性ガス（
ヘリュウム、アルゴン等）の混合ガス１６を試料ガスに
添加することである。

これにより採取した試料ガスの未燃焼成分を完全に酸化
して二酸化炭素とする。

装置本体１に導入された試料ガスは前記第１図の実施例
の場合と同様に微粒子を除去した少量の試量ガスをオリ
フィス３より真空室８内に吸引し、一方の四重種型質量
分析計１１ｂでは二酸化炭素を、また他方の四重種型質
量分析計１１ａでは窒素を測定する。

間歇的に試料が採取されるときには、窒素の出力信号を
モニタし、この出力が一定値を越えたときに試料が導入
されたと判断して測定を開始することにより良好な測定
が得られる。

空気の組成（窒素、酸素、アルゴン等）は常に一定割合
であるから、空気量の測定の代りに窒素量を測定しても
よい。

また燃料に含まれる元素組成（炭素、水素、酸素）が既
知であれば、燃料量測定の代りに炭素（または酸化して
二酸化炭素）の量を測定すればよい。

すなわち、燃料と空気の混合ガスを完全燃焼させて窒素
と二酸化炭素を測定すれば空燃比を求めることができる
。

以上のように本発明装置によると次のような格別の効果
を有している。

ａ、試料の採取量に変動があっても正しい分析、測定が
得られる。

ｂ、試料中に微粒子が含まれていてもこれを除去し、分
析、測定に支棒なく、且つオリフィスの閉塞を防止する
。

Ｃ１分析、測定に要する試料量が少量（１分析、測定当
り、大気圧換算で０．２〜３ｍ１）である。

ｄ、 １回の分析、測定時間が極めて短い（１ｍ５ｅ
ｃ〜１００ｍ５ｅｃ）である。

ｅ０間歇的に試料を採取して分析、測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の構造図であり、ガスの分離分析の
場合の実施例を示す。 第２図は試料ガス導入部の断面図、第３図は同主要部分
の拡大断面図、第４図は本発明装置により空燃比測定の
場合の実施例を示す図である。 １・・・・・・装置本体、２・・・・・・試料ガス導入
管、３・・・・・・オリフィス、４・・・・・・吸引ポ
ンプ、５・・・・・・排出通路、５ａ・・・・・・傾斜
壁、６・・・・・・拡散ポンプ、７・・・・・・吸引ポ
ンプ、９，１０・・・・・・開閉弁、１１ａ、１１ｂ・
・・・・・四重極型質量分析計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 装置本体の試料ガス導入部にオリフィスを設け、こ
   のオリフィス上方の近傍に上向き傾斜壁によって上方に
   屈曲し吸引ポンプと連通ずるガス排出通路を形成し、オ
   リフィス下方には真空ポンプによる真空室が設けられ、
   この真空室と交差して連通ずる左右一対の四重桶型質量
   分析計を配置し、さらに上記交差部分の上下部に開閉弁
   を設けたことを特徴とするガス分析装置。