JP2000161043A - 内燃機関から排出される粒子状物質量の測定装置 - Google Patents
内燃機関から排出される粒子状物質量の測定装置Info
- Publication number
- JP2000161043A JP2000161043A JP10334059A JP33405998A JP2000161043A JP 2000161043 A JP2000161043 A JP 2000161043A JP 10334059 A JP10334059 A JP 10334059A JP 33405998 A JP33405998 A JP 33405998A JP 2000161043 A JP2000161043 A JP 2000161043A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- particulate matter
- amount
- light
- measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 内燃機関の排ガス中の粒子状物質の量を簡単
に測定すること。 【解決手段】 本発明の測定装置においては、内燃機関
１１から排出される排ガスに向かって光透過率測定手段
１２において可視光を照射し、その透過光の波長の全域
にわたる平均強度から吸光度を測定すると共に、機関回
転数検出手段１３によって排ガスの流量を測定し、ラン
ベルトベールの法則に基づいて、排ガスの吸光度と流量
から演算手段１４によって排ガスに含まれる粒子状物質
量を推算する。装置の構成及び演算方法が簡素化されて
いるので装置が小型で安価なものとなるだけでなく、定
常状態及び過渡状態を問わず短時間内に繰り返して測定
を行うことができるので、自動車に搭載することも可能
になる。
に測定すること。 【解決手段】 本発明の測定装置においては、内燃機関
１１から排出される排ガスに向かって光透過率測定手段
１２において可視光を照射し、その透過光の波長の全域
にわたる平均強度から吸光度を測定すると共に、機関回
転数検出手段１３によって排ガスの流量を測定し、ラン
ベルトベールの法則に基づいて、排ガスの吸光度と流量
から演算手段１４によって排ガスに含まれる粒子状物質
量を推算する。装置の構成及び演算方法が簡素化されて
いるので装置が小型で安価なものとなるだけでなく、定
常状態及び過渡状態を問わず短時間内に繰り返して測定
を行うことができるので、自動車に搭載することも可能
になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排ガス中
に含まれている粒子状物質の量を手軽に測定するための
装置に関する。
に含まれている粒子状物質の量を手軽に測定するための
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンの燃焼室において
は、燃焼が局所的に不均一に進行するため、空気量に対
して燃料量の多い部分では不完全燃焼となってスス（Ｓ
ＯＯＴ）が発生する。このススに未燃燃料（軽油）や潤
滑用のオイル等の液滴が付着することによって所謂「粒
子状物質」が生成される。この粒子状物質が大量にエン
ジンのテールパイプから排出された場合には大気を汚染
するだけでなく、スモーク（黒煙）として明瞭に視認さ
れるためディーゼルエンジンを搭載している車両の商品
価値を低下させること等から問題となるが、粒子状物質
の排出量を低減させるためには、まずその排出量を正確
に測定する必要がある。
は、燃焼が局所的に不均一に進行するため、空気量に対
して燃料量の多い部分では不完全燃焼となってスス（Ｓ
ＯＯＴ）が発生する。このススに未燃燃料（軽油）や潤
滑用のオイル等の液滴が付着することによって所謂「粒
子状物質」が生成される。この粒子状物質が大量にエン
ジンのテールパイプから排出された場合には大気を汚染
するだけでなく、スモーク（黒煙）として明瞭に視認さ
れるためディーゼルエンジンを搭載している車両の商品
価値を低下させること等から問題となるが、粒子状物質
の排出量を低減させるためには、まずその排出量を正確
に測定する必要がある。
【０００３】排出量測定のための従来技術の１つとし
て、所謂「希釈トンネル装置」が知られているが、この
装置はきわめて大型で高価であるために定置的に使用さ
れるのが普通であって、通常の自動車のような車両に搭
載することができないことと、測定の際には必要な時間
だけ排ガスをフィルタによって直接に濾過しなければな
らないために、測定を迅速に行うことができないという
問題を有する。また、瞬間的な短い時間内の排出量につ
いては、フィルタによる捕集量の検出精度の低さから正
確な測定が不可能である。
て、所謂「希釈トンネル装置」が知られているが、この
装置はきわめて大型で高価であるために定置的に使用さ
れるのが普通であって、通常の自動車のような車両に搭
載することができないことと、測定の際には必要な時間
だけ排ガスをフィルタによって直接に濾過しなければな
らないために、測定を迅速に行うことができないという
問題を有する。また、瞬間的な短い時間内の排出量につ
いては、フィルタによる捕集量の検出精度の低さから正
確な測定が不可能である。
【０００４】また、特開平８−１９３９５０号公報に
は、排ガス中のスス（ＳＯＯＴ）のような粒子状物質の
量を、波長が３．８μｍの赤外線を用いて、その吸光度
から測定する技術が記載されているが、それ以上の具体
的な装置の構成や、実際に測定を行う場合に必要になる
定量的な取り扱い方法等については、詳細が明らかにさ
れていない。
は、排ガス中のスス（ＳＯＯＴ）のような粒子状物質の
量を、波長が３．８μｍの赤外線を用いて、その吸光度
から測定する技術が記載されているが、それ以上の具体
的な装置の構成や、実際に測定を行う場合に必要になる
定量的な取り扱い方法等については、詳細が明らかにさ
れていない。
【０００５】なお、日本自動車技術会の１９９８年５月
の春季大会において発表された論文（日本自動車技術会
年会報告第９８３２００８号参照）には、定量的な取り
扱いのための基礎式が記述されているが、これは自然科
学における一般的な理論式の提示に止まっており、この
理論式を用いた具体的な測定の実施方法や、実際の計算
例等については全く触れられていないので、その記載内
容を見ただけでは実際に測定装置を設計したり測定を実
施することは不可能である。
の春季大会において発表された論文（日本自動車技術会
年会報告第９８３２００８号参照）には、定量的な取り
扱いのための基礎式が記述されているが、これは自然科
学における一般的な理論式の提示に止まっており、この
理論式を用いた具体的な測定の実施方法や、実際の計算
例等については全く触れられていないので、その記載内
容を見ただけでは実際に測定装置を設計したり測定を実
施することは不可能である。
【０００６】更に、特開昭５９−１５０９１７号公報に
は、排ガス中の微粒子濃度を測定するための光学的測定
装置が記載されているが、この装置は、本発明装置のよ
うに発光素子と受光素子を近距離において対向させて配
置することにより、それらの間の透過光を検出するもの
ではなく、光源から試料に入射して散乱する散乱光の一
部を光電倍増管によって検出するように構成されている
ので、検出側において受光される光量が比較的小さいこ
とから、検出精度が低いという問題を有する。また、こ
の公報にも、前述の他の従来技術と同様に、検出された
後の信号の処理についての具体的な方法は開示されてい
ない。
は、排ガス中の微粒子濃度を測定するための光学的測定
装置が記載されているが、この装置は、本発明装置のよ
うに発光素子と受光素子を近距離において対向させて配
置することにより、それらの間の透過光を検出するもの
ではなく、光源から試料に入射して散乱する散乱光の一
部を光電倍増管によって検出するように構成されている
ので、検出側において受光される光量が比較的小さいこ
とから、検出精度が低いという問題を有する。また、こ
の公報にも、前述の他の従来技術と同様に、検出された
後の信号の処理についての具体的な方法は開示されてい
ない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける前述のような問題に対処して、小型且つ安価で、
エンジンベンチやシャシーダイナモ等に定置的に設置す
ることができるだけでなく、通常の自動車に搭載して容
易に測定を行うことができ、更に、瞬間的な短い時間内
でも、また定常状態及び過渡状態を問わず、簡単且つ正
確に排ガス中の粒子状物質量を測定することができるよ
うな、内燃機関から排出される粒子状物質量を測定する
ための改良された測定装置を提供することを目的として
いる。
おける前述のような問題に対処して、小型且つ安価で、
エンジンベンチやシャシーダイナモ等に定置的に設置す
ることができるだけでなく、通常の自動車に搭載して容
易に測定を行うことができ、更に、瞬間的な短い時間内
でも、また定常状態及び過渡状態を問わず、簡単且つ正
確に排ガス中の粒子状物質量を測定することができるよ
うな、内燃機関から排出される粒子状物質量を測定する
ための改良された測定装置を提供することを目的として
いる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された内燃機関から排出される粒子状物質量の測
定装置を提供する。
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された内燃機関から排出される粒子状物質量の測
定装置を提供する。
【０００９】請求項１に記載された測定装置において
は、内燃機関から排出される排ガスの吸光度を、単色光
ではなく、可視光内に分布する長短色々な波長を有する
通常の光線を用いて透過光の強度を測定する。強度は透
過光の波長の全域にわたる平均強度として測定される。
また、排ガスの流量は、特別の流量測定手段を用いるこ
となく、通常の自動車用内燃機関には必ず装備されてい
る機関回転数の測定手段を用いて、機関回転数から排ガ
スの流量を算出する。演算手段は、これらの手段によっ
て測定された透過光の強度から排ガスの吸光度を算出
し、機関回転数から測定された排ガスの流量から、ラン
ベルトベールの法則等に従って排ガス中の粒子状物質量
を推算する。それによって測定装置が小型で安価なもの
となり、前述の発明の課題が十分に達成される。
は、内燃機関から排出される排ガスの吸光度を、単色光
ではなく、可視光内に分布する長短色々な波長を有する
通常の光線を用いて透過光の強度を測定する。強度は透
過光の波長の全域にわたる平均強度として測定される。
また、排ガスの流量は、特別の流量測定手段を用いるこ
となく、通常の自動車用内燃機関には必ず装備されてい
る機関回転数の測定手段を用いて、機関回転数から排ガ
スの流量を算出する。演算手段は、これらの手段によっ
て測定された透過光の強度から排ガスの吸光度を算出
し、機関回転数から測定された排ガスの流量から、ラン
ベルトベールの法則等に従って排ガス中の粒子状物質量
を推算する。それによって測定装置が小型で安価なもの
となり、前述の発明の課題が十分に達成される。
【００１０】この場合、内燃機関から排出される排ガス
の全量を測定対象としてもよいが、請求項２に記載され
た測定装置においては、内燃機関から排出される排ガス
の一部を分流させて、分流した少量の排ガスの試料につ
いて吸光度を測定するので、測定装置が更に小型で安価
なものとなる。
の全量を測定対象としてもよいが、請求項２に記載され
た測定装置においては、内燃機関から排出される排ガス
の一部を分流させて、分流した少量の排ガスの試料につ
いて吸光度を測定するので、測定装置が更に小型で安価
なものとなる。
【００１１】請求項３に記載された測定装置において
は、排ガスの流量を測定するための機関回転数の測定手
段として、クランクシャフトの回転数を直接に測定する
ものの代わりに、カムシャフトや燃料ポンプの駆動シャ
フトのような、クランクシャフトによって一定の歯車比
において回転駆動される他の回転軸の回転数を測定する
手段を用いることができる。それによって排ガスの流量
の測定手段の設計の自由度が大幅に大きくなる。
は、排ガスの流量を測定するための機関回転数の測定手
段として、クランクシャフトの回転数を直接に測定する
ものの代わりに、カムシャフトや燃料ポンプの駆動シャ
フトのような、クランクシャフトによって一定の歯車比
において回転駆動される他の回転軸の回転数を測定する
手段を用いることができる。それによって排ガスの流量
の測定手段の設計の自由度が大幅に大きくなる。
【００１２】請求項４に記載された測定装置において
は、測定された排ガスの吸光度と流量から排ガス中の粒
子状物質量を推算する演算手段が、ランベルトベールの
法則に基づいて推算を行う。また、請求項５に記載され
た測定装置においては、演算手段が、粒子状物質の吸光
係数は粒子状物質の組成に関係なく一定であるものとし
て推算を行う。このようにすれば演算がきわめて簡単に
なるが、それにもかかわらず測定精度が十分に高く維持
されることは、実験によって確認されているので何ら問
題はない。
は、測定された排ガスの吸光度と流量から排ガス中の粒
子状物質量を推算する演算手段が、ランベルトベールの
法則に基づいて推算を行う。また、請求項５に記載され
た測定装置においては、演算手段が、粒子状物質の吸光
係数は粒子状物質の組成に関係なく一定であるものとし
て推算を行う。このようにすれば演算がきわめて簡単に
なるが、それにもかかわらず測定精度が十分に高く維持
されることは、実験によって確認されているので何ら問
題はない。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１に本発明の基本的な実施形態
の構成を示す。図中１１はディーゼルエンジンのような
内燃機関、１２は後に詳しく述べる光透過率測定手段で
あって、内燃機関１１から排出される排ガスの光透過率
を測定する。１３は機関回転数検出手段である。これ
は、例えばクランクシャフトやカムシャフト、或いは燃
料ポンプの駆動シャフトに設けられた光又は磁気ピック
アップ等によって内燃機関１１の回転数を検出するもの
で、これは現状では殆ど全ての内燃機関に装備されてい
るので、それを利用することによって、特別に機関回転
数の測定手段を新設しなくても機関回転数を正確に検出
することができる。１４は演算手段であって、例えば内
燃機関制御用の電子式制御装置（ＥＣＵ）内に設けられ
た演算回路を利用することができ、以下に述べる粒子状
物質量の算出式を用いて、先の２つの測定手段１２，１
３から得られた排ガスの光透過率及び機関回転数の値か
ら、排ガス中の粒子状物質量を算出する。
の構成を示す。図中１１はディーゼルエンジンのような
内燃機関、１２は後に詳しく述べる光透過率測定手段で
あって、内燃機関１１から排出される排ガスの光透過率
を測定する。１３は機関回転数検出手段である。これ
は、例えばクランクシャフトやカムシャフト、或いは燃
料ポンプの駆動シャフトに設けられた光又は磁気ピック
アップ等によって内燃機関１１の回転数を検出するもの
で、これは現状では殆ど全ての内燃機関に装備されてい
るので、それを利用することによって、特別に機関回転
数の測定手段を新設しなくても機関回転数を正確に検出
することができる。１４は演算手段であって、例えば内
燃機関制御用の電子式制御装置（ＥＣＵ）内に設けられ
た演算回路を利用することができ、以下に述べる粒子状
物質量の算出式を用いて、先の２つの測定手段１２，１
３から得られた排ガスの光透過率及び機関回転数の値か
ら、排ガス中の粒子状物質量を算出する。
【００１４】次に演算手段１４における粒子状物質量の
算出方法について詳しく説明する。この発明において
は、通常は被検出物質が溶媒に溶解した液体状の試料に
対して狭い波長分布光（単色光）を照射する場合に用い
られるランベルトベールの法則を、気体中の粒子状物質
に対して広い波長分布を持つ可視光を照射する場合に適
用することを意図している。
算出方法について詳しく説明する。この発明において
は、通常は被検出物質が溶媒に溶解した液体状の試料に
対して狭い波長分布光（単色光）を照射する場合に用い
られるランベルトベールの法則を、気体中の粒子状物質
に対して広い波長分布を持つ可視光を照射する場合に適
用することを意図している。
【００１５】まず、ランベルトベールの法則の一般的な
内容を図２と次の数式を用いて説明する。（労働省労働
衛生課監修「作業環境測定のための分析概論」参照。）
内容を図２と次の数式を用いて説明する。（労働省労働
衛生課監修「作業環境測定のための分析概論」参照。）
【００１６】
【数１】
【００１７】強度がＩ0 の単色光である入射光が、濃度
Ｃの化学種を含む長さＬの液相の試料中を透過したこと
により強度がＩの透過光が得られた場合、試料の微小部
分における光の強度の収支式を考えると式（１）のよう
になり、これを積分することによって式（２）が得られ
る。更に、式（２）における自然対数を常用対数に変換
して（３）の式を得る。式（３）の中でεはモル吸光係
数と呼ばれるもので、物質に固有の値である。式（３）
の左辺Ａは吸光度と呼ばれるため、式（４）が得られ
る。つまり、吸光度Ａは試料長さＬ及び粒子状物質濃度
Ｃに比例する。これをランベルトベールの法則と呼ぶ。
Ｃの化学種を含む長さＬの液相の試料中を透過したこと
により強度がＩの透過光が得られた場合、試料の微小部
分における光の強度の収支式を考えると式（１）のよう
になり、これを積分することによって式（２）が得られ
る。更に、式（２）における自然対数を常用対数に変換
して（３）の式を得る。式（３）の中でεはモル吸光係
数と呼ばれるもので、物質に固有の値である。式（３）
の左辺Ａは吸光度と呼ばれるため、式（４）が得られ
る。つまり、吸光度Ａは試料長さＬ及び粒子状物質濃度
Ｃに比例する。これをランベルトベールの法則と呼ぶ。
【００１８】式（４）を濃度Ｃによって整理すると次の
式（５）が得られる。従って濃度Ｃは、吸光度Ａ、モル
吸光係数ε、及び試料の長さＬから求めることができ
る。 Ｃ＝Ａ／（εＬ） …（５）
式（５）が得られる。従って濃度Ｃは、吸光度Ａ、モル
吸光係数ε、及び試料の長さＬから求めることができ
る。 Ｃ＝Ａ／（εＬ） …（５）
【００１９】次に、粒子状物質の排出量を算出する方法
について、数式を用いて詳細に説明する。単位時間当た
りの排出量ΔＷは、次の式（６）に示すように、濃度Ｃ
とガス流量Ｖの積として求められる。 ΔＷ＝ＣＶ …（６） 更に、粒子状物質の総排出量Ｗは次の式（７）に示すよ
うに、単位時間当たりの粒子状物質の排出量ΔＷを時間
ｔに関して積分することによって得られる。
について、数式を用いて詳細に説明する。単位時間当た
りの排出量ΔＷは、次の式（６）に示すように、濃度Ｃ
とガス流量Ｖの積として求められる。 ΔＷ＝ＣＶ …（６） 更に、粒子状物質の総排出量Ｗは次の式（７）に示すよ
うに、単位時間当たりの粒子状物質の排出量ΔＷを時間
ｔに関して積分することによって得られる。
【００２０】
【数２】
【００２１】この考え方から、定常状態においては勿論
のこと、測定の時間間隔を短くすることによって、過渡
状態においても簡単に粒子状物質の総排出量Ｗを測定す
ることが可能となる。また、この測定方法によれば、１
回の測定と演算の時間をきわめて短くすることが可能で
ある。
のこと、測定の時間間隔を短くすることによって、過渡
状態においても簡単に粒子状物質の総排出量Ｗを測定す
ることが可能となる。また、この測定方法によれば、１
回の測定と演算の時間をきわめて短くすることが可能で
ある。
【００２２】以上の考え方を基本として、本発明におい
ては更に次のような取り扱いをすることにより、実際に
粒子状物質量を算出することを可能とした。即ち、 １．粒子状物質の光学特性に波長依存性はないものとす
る。本発明において使用する光源（発光素子）は単色光
を発生するものではなく、可視光の範囲内に分布する普
通の光を発生するものであり、その波長は４００〜７０
０ｎｍの範囲内のものである。紫外線や赤外線のように
極端にエネルギーが大きかったり小さかったりするわけ
ではない。従って、その光学特性は波長の全域にわたっ
て略同等であると考えてよい。その結果、単色光でなく
ても、光の強度を分布波長に対する平均強度として取り
扱うことが可能になる。つまり、可視光内に分布する光
線を発生する光源を用いていても、受光素子によって検
出される透過光の強度Ｉとして、波長分布の全域にわた
る平均強度を充当することによって、前述の（１）〜
（５）の各式が成立する。
ては更に次のような取り扱いをすることにより、実際に
粒子状物質量を算出することを可能とした。即ち、 １．粒子状物質の光学特性に波長依存性はないものとす
る。本発明において使用する光源（発光素子）は単色光
を発生するものではなく、可視光の範囲内に分布する普
通の光を発生するものであり、その波長は４００〜７０
０ｎｍの範囲内のものである。紫外線や赤外線のように
極端にエネルギーが大きかったり小さかったりするわけ
ではない。従って、その光学特性は波長の全域にわたっ
て略同等であると考えてよい。その結果、単色光でなく
ても、光の強度を分布波長に対する平均強度として取り
扱うことが可能になる。つまり、可視光内に分布する光
線を発生する光源を用いていても、受光素子によって検
出される透過光の強度Ｉとして、波長分布の全域にわた
る平均強度を充当することによって、前述の（１）〜
（５）の各式が成立する。
【００２３】２．粒子状物質の吸光係数εは粒子状物質
の組成に関係なく一定とする。粒子状物質中に含まれる
ものは、分子量の違いがあっても全てが有機物質である
から、それを含む媒質（排ガス）を可視光が透過する際
の光の挙動は粒子状物質の組成に関係なく同等であると
考えて差し支えはない。また、試料の長さＬは一定なの
で、この取り扱いによって式（５）の中の粒子状物質濃
度Ｃは吸光度Ａだけの関数となり、演算がきわめて簡単
になる。
の組成に関係なく一定とする。粒子状物質中に含まれる
ものは、分子量の違いがあっても全てが有機物質である
から、それを含む媒質（排ガス）を可視光が透過する際
の光の挙動は粒子状物質の組成に関係なく同等であると
考えて差し支えはない。また、試料の長さＬは一定なの
で、この取り扱いによって式（５）の中の粒子状物質濃
度Ｃは吸光度Ａだけの関数となり、演算がきわめて簡単
になる。
【００２４】３．排ガスの流量を機関回転数によって代
表させる。最近の自動車等の車両では、駆動機関のクラ
ンクシャフトの回転数のような機関回転数を常時計測し
ているから、その計測値を利用すれば、わざわざ特別の
流量計等を用いてガス流量を計測する必要はない。燃料
供給（噴射）による排ガス流量の増加分を無視すれば、
機関回転数Ｒとガス流量Ｖとの間には線形の関係が成立
するので、排ガス流量Ｖを次の式（８）のように表わす
ことができる。 Ｖ＝αＲ＋β …（８） （但し、α及びβは定数とする。）
表させる。最近の自動車等の車両では、駆動機関のクラ
ンクシャフトの回転数のような機関回転数を常時計測し
ているから、その計測値を利用すれば、わざわざ特別の
流量計等を用いてガス流量を計測する必要はない。燃料
供給（噴射）による排ガス流量の増加分を無視すれば、
機関回転数Ｒとガス流量Ｖとの間には線形の関係が成立
するので、排ガス流量Ｖを次の式（８）のように表わす
ことができる。 Ｖ＝αＲ＋β …（８） （但し、α及びβは定数とする。）
【００２５】従って、式（５）及び（８）を式（６）に
代入すると、次の式（９）のような相関式となる。 ΔＷ＝（Ａ／εＬ）（αＲ＋β） ＝｛（α／εＬ）Ｒ＋（β／εＬ）｝Ａ …（９） これを式（７）に代入することによって、次に示すよう
な式（１０）が得られる。
代入すると、次の式（９）のような相関式となる。 ΔＷ＝（Ａ／εＬ）（αＲ＋β） ＝｛（α／εＬ）Ｒ＋（β／εＬ）｝Ａ …（９） これを式（７）に代入することによって、次に示すよう
な式（１０）が得られる。
【００２６】
【数３】
【００２７】この式（１０）の中で、α，β，ε，及び
Ｌはいずれも定数であり、吸光度Ａを求める際の光の強
度Ｉは平均強度である。結局、吸光度Ａと機関回転数Ｒ
から総排出量Ｗが計算可能となる。実験的には式（９）
から得られる次の式（１１）から、機関回転数Ｒに対し
て単位時間当たりの粒子状物質量ΔＷを吸光度Ａで割っ
た値ΔＷ／Ａを図表上にプロットすることによって、描
かれる直線の切片から直線の傾き（勾配の値）を算出す
ることができる。 ΔＷ／Ａ＝（α／εＬ）Ｒ＋（β／εＬ） …（１１）
Ｌはいずれも定数であり、吸光度Ａを求める際の光の強
度Ｉは平均強度である。結局、吸光度Ａと機関回転数Ｒ
から総排出量Ｗが計算可能となる。実験的には式（９）
から得られる次の式（１１）から、機関回転数Ｒに対し
て単位時間当たりの粒子状物質量ΔＷを吸光度Ａで割っ
た値ΔＷ／Ａを図表上にプロットすることによって、描
かれる直線の切片から直線の傾き（勾配の値）を算出す
ることができる。 ΔＷ／Ａ＝（α／εＬ）Ｒ＋（β／εＬ） …（１１）
【００２８】
【実施例】次に、実際に排気量３リットルのディーゼル
エンジンを複数の定常条件下において運転して測定を行
った例について説明する。機関回転数Ｒと負荷の大きさ
を変化させたときに、吸光度Ａに対応して変化する、単
位時間内に排出される粒子状物質量ΔＷを希釈トンネル
装置によって捕集して秤量した。このようにして吸光度
Ａに対する単位時間当たりの粒子状物質の排出量ΔＷを
測定した結果を図３に示す。機関回転数Ｒが増加するに
従って、直線の傾きが大きくなってゆくことが分かる。
この結果について、機関回転数Ｒに対して変化する、単
位時間当たりの粒子状物質の排出量ΔＷを吸光度Ａで割
った値ΔＷ／Ａを図表上にプロットしたものが図４であ
る。
エンジンを複数の定常条件下において運転して測定を行
った例について説明する。機関回転数Ｒと負荷の大きさ
を変化させたときに、吸光度Ａに対応して変化する、単
位時間内に排出される粒子状物質量ΔＷを希釈トンネル
装置によって捕集して秤量した。このようにして吸光度
Ａに対する単位時間当たりの粒子状物質の排出量ΔＷを
測定した結果を図３に示す。機関回転数Ｒが増加するに
従って、直線の傾きが大きくなってゆくことが分かる。
この結果について、機関回転数Ｒに対して変化する、単
位時間当たりの粒子状物質の排出量ΔＷを吸光度Ａで割
った値ΔＷ／Ａを図表上にプロットしたものが図４であ
る。
【００２９】図４に見られるように、測定範囲内におけ
る全ての実験点は概ね１本の直線上に並んでおり、その
傾きと切片から前述の式（９）は次のようになった。 ΔＷ＝（２．５７６×１０-4×Ｒ−１．４９３×１０-1）×Ａ…（１２） また、この結果が１本の直線上に載っていることから、
式を誘導する際に定めた本発明における前述の１〜３の
取り扱いが、実際に即して妥当なものであることが確認
された。
る全ての実験点は概ね１本の直線上に並んでおり、その
傾きと切片から前述の式（９）は次のようになった。 ΔＷ＝（２．５７６×１０-4×Ｒ−１．４９３×１０-1）×Ａ…（１２） また、この結果が１本の直線上に載っていることから、
式を誘導する際に定めた本発明における前述の１〜３の
取り扱いが、実際に即して妥当なものであることが確認
された。
【００３０】次に、排ガスの光透過率の測定の実際の例
を示す。図５は市販の透過型スモークメータを用いて測
定する例である。図５において５１はディーゼルエンジ
ン、５２は排気管、５３はマフラ（消音器）、５４はテ
ールパイプ、５５は発光素子と受光素子を備えている市
販の透過型スモークメータを示している。テールパイプ
５４に透過型スモークメータ５５を取り付けて、内部を
通過する排ガスの光の透過率を測定する。この方法にお
いては排ガスの全量を測定するため、測定値は正確であ
るが、装置全体が比較的に大型となるため、定置状態で
使用するか、或いは大型車両に搭載するのに適してい
る。
を示す。図５は市販の透過型スモークメータを用いて測
定する例である。図５において５１はディーゼルエンジ
ン、５２は排気管、５３はマフラ（消音器）、５４はテ
ールパイプ、５５は発光素子と受光素子を備えている市
販の透過型スモークメータを示している。テールパイプ
５４に透過型スモークメータ５５を取り付けて、内部を
通過する排ガスの光の透過率を測定する。この方法にお
いては排ガスの全量を測定するため、測定値は正確であ
るが、装置全体が比較的に大型となるため、定置状態で
使用するか、或いは大型車両に搭載するのに適してい
る。
【００３１】これに対して、図６に示したものは、どの
ような車両にも取り付け可能なように、小型のスモーク
メータ６５によって測定する例である。小型のスモーク
メータ６５も、短距離をおいて相互に対向して設けられ
た発光素子と受光素子を備えている。この場合はサンプ
リングポンプ６６によって吸引することにより、テール
パイプ６４を流れる排ガスの一部を分流させて小型スモ
ークメータ６５に導入する。
ような車両にも取り付け可能なように、小型のスモーク
メータ６５によって測定する例である。小型のスモーク
メータ６５も、短距離をおいて相互に対向して設けられ
た発光素子と受光素子を備えている。この場合はサンプ
リングポンプ６６によって吸引することにより、テール
パイプ６４を流れる排ガスの一部を分流させて小型スモ
ークメータ６５に導入する。
【００３２】図７に小型スモークメータ６５の詳細な構
造を示す。排ガス導入管７５によって取り込まれた排ガ
スは、パージ用空気導入管７７を備えた三方弁７６を経
た後に、測定光路７３を通過してシステム外へ排出され
る。可視光域に出力強度のピークを有する光が発光素子
７１から放射され、測定光路７３を通過する排ガス内を
透過した後に受光素子７２に到達して強度を測定され
る。これにより光透過率を測定することができる。更
に、両素子７１，７２と測定光路７３との境界面には窓
付きセラミックヒータ７４を設置して、その部分を加熱
することにより、粒子状物質が窓面に付着することを防
止していると共に、水冷冷却器７８によって両素子７
１，７２を冷却することにより、特性の温度変化及び素
子７１，７２の熱的な破壊を防止している。
造を示す。排ガス導入管７５によって取り込まれた排ガ
スは、パージ用空気導入管７７を備えた三方弁７６を経
た後に、測定光路７３を通過してシステム外へ排出され
る。可視光域に出力強度のピークを有する光が発光素子
７１から放射され、測定光路７３を通過する排ガス内を
透過した後に受光素子７２に到達して強度を測定され
る。これにより光透過率を測定することができる。更
に、両素子７１，７２と測定光路７３との境界面には窓
付きセラミックヒータ７４を設置して、その部分を加熱
することにより、粒子状物質が窓面に付着することを防
止していると共に、水冷冷却器７８によって両素子７
１，７２を冷却することにより、特性の温度変化及び素
子７１，７２の熱的な破壊を防止している。
【００３３】実際に本装置を用いて測定を行った実施例
として、前述の相関式を導出するために使用したディー
ゼルエンジンにおいて、６秒間にわたってレーシング
（空ぶかし）を行って排出スモーク値を測定した場合に
ついて説明する。図８は６秒間の時間経過に対する機関
回転数の変化とスモーク値を測定した結果を示したもの
である。ここでスモーク値とは、（１−Ｉ／Ｉ0 ）×１
００（％）の値のことである。この測定と計算を０．１
秒毎に繰り返して実行したところ、６秒間の粒子状物質
の総排出量として３９５ｍｇという値が得られた。
として、前述の相関式を導出するために使用したディー
ゼルエンジンにおいて、６秒間にわたってレーシング
（空ぶかし）を行って排出スモーク値を測定した場合に
ついて説明する。図８は６秒間の時間経過に対する機関
回転数の変化とスモーク値を測定した結果を示したもの
である。ここでスモーク値とは、（１−Ｉ／Ｉ0 ）×１
００（％）の値のことである。この測定と計算を０．１
秒毎に繰り返して実行したところ、６秒間の粒子状物質
の総排出量として３９５ｍｇという値が得られた。
【図１】本発明の基本的な実施形態のシステム構成を概
念的に示す正面図である。
念的に示す正面図である。
【図２】ランベルトベールの法則を説明するために排ガ
スの一部と、それを透過する光の強度を概念的に示す斜
視図である。
スの一部と、それを透過する光の強度を概念的に示す斜
視図である。
【図３】単位時間当たりの粒子状物質の排出量と吸光度
との関係を示す線図である。
との関係を示す線図である。
【図４】単位時間当たりの粒子状物質の排出量に対する
吸光度の比と、機関回転数との関係を示す線図である。
吸光度の比と、機関回転数との関係を示す線図である。
【図５】排ガスの全量を測定するシステムの構成例を概
念的に示す正面図である。
念的に示す正面図である。
【図６】排ガスの一部を分流させて測定するシステムの
構成例を概念的に示す正面図である。
構成例を概念的に示す正面図である。
【図７】図６のシステムに使用する小型スモークメータ
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
【図８】本発明装置による具体的な測定の過程を例示す
る線図である。
る線図である。
１１，５１，６１…内燃機関（ディーゼルエンジン） １２…光透過率測定手段 １３…機関回転数検出手段 １４…演算手段 ５４…テールパイプ ５５…透過型スモークメータ ６５…小型スモークメータ ７１…発光素子 ７２…受光素子 ７３…測定光路 ７５…排ガス導入管
フロントページの続き (72)発明者 大山 尚久 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 大道 重樹 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 杉山 敏久 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 AA05 BB01 CC19 CC20 DD15 EE01 GG10 HH02 HH06 KK01 MM03 NN02 2G087 AA15 BB28 CC01 CC27 CC40
Claims (5)
- 【請求項１】 発光素子と受光素子を近距離において対
向させて配置し、内燃機関から排出される排ガスに向か
って、可視光内に分布する波長を有する光線を前記発光
素子から照射し、その透過光の波長の全域にわたる平均
強度から吸光度を測定する手段と、排ガスの流量を機関
回転数によって測定する手段と、測定された排ガスの吸
光度と排ガスの流量から排ガス中の粒子状物質量を推算
する演算手段とを備えていることを特徴とする内燃機関
から排出される粒子状物質量の測定装置。 - 【請求項２】 請求項１において、前記内燃機関から排
出される排ガスの一部を分流させて、分流した排ガスに
ついて吸光度を測定することを特徴とする粒子状物質量
の測定装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、機関回転数と
して、クランクシャフトの回転数の代わりに、前記クラ
ンクシャフトによって一定の回転比において回転駆動さ
れる前記クランクシャフト以外の軸の回転数を測定する
ようにしたことを特徴とする粒子状物質量の測定装置。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
測定された排ガスの吸光度と流量から排ガス中の粒子状
物質量を推算する演算手段が、ランベルトベールの法則
に基づいて推算を行うようにしたことを特徴とする粒子
状物質量の測定装置。 - 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
測定された排ガスの吸光度と流量から排ガス中の粒子状
物質量を推算する演算手段が、粒子状物質の吸光係数は
粒子状物質の組成に関係なく一定であるものとして推算
を行うようにしたことを特徴とする粒子状物質量の測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33405998A JP3585382B2 (ja) | 1998-11-25 | 1998-11-25 | 内燃機関から排出される粒子状物質量の測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33405998A JP3585382B2 (ja) | 1998-11-25 | 1998-11-25 | 内燃機関から排出される粒子状物質量の測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000161043A true JP2000161043A (ja) | 2000-06-13 |
| JP3585382B2 JP3585382B2 (ja) | 2004-11-04 |
Family
ID=18273056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33405998A Expired - Fee Related JP3585382B2 (ja) | 1998-11-25 | 1998-11-25 | 内燃機関から排出される粒子状物質量の測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3585382B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007183262A (ja) * | 2005-12-29 | 2007-07-19 | Ditest Fahrzeugdiagnose Gmbh | ディーゼルエンジンにおける排気ガス検査方法と排気ガス検査装置 |
| JP2009075004A (ja) * | 2007-09-21 | 2009-04-09 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | エンジンからの過渡粒子質量排出濃度の計測方法 |
| JP2015108620A (ja) * | 2013-10-25 | 2015-06-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 微粒子測定システム |
-
1998
- 1998-11-25 JP JP33405998A patent/JP3585382B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007183262A (ja) * | 2005-12-29 | 2007-07-19 | Ditest Fahrzeugdiagnose Gmbh | ディーゼルエンジンにおける排気ガス検査方法と排気ガス検査装置 |
| EP1813787A2 (de) | 2005-12-29 | 2007-08-01 | DiTest Fahrzeugdiagnose GmbH | Verfahren sowie Vorrichtung zur Abgasuntersuchung bei Dieselmotoren |
| JP2009075004A (ja) * | 2007-09-21 | 2009-04-09 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | エンジンからの過渡粒子質量排出濃度の計測方法 |
| JP2015108620A (ja) * | 2013-10-25 | 2015-06-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 微粒子測定システム |
| US10330579B2 (en) | 2013-10-25 | 2019-06-25 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Particulate measurement system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3585382B2 (ja) | 2004-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hofeldt | Real-time soot concentration measurement technique for engine exhaust streams | |
| US3628028A (en) | Window cleaning apparatus for photometric instruments | |
| US20040168504A1 (en) | Vehicle ultraviolet gas emission analysis | |
| JP3899004B2 (ja) | 車載型ｈｃ測定装置 | |
| JP2004340970A (ja) | 内燃機関の排気ガスを測定する方法及び装置 | |
| JP4390737B2 (ja) | 排気ガス測定装置および排気ガス測定方法 | |
| JPH0511787B2 (ja) | ||
| CN1338625A (zh) | 汽车排气分析设备 | |
| JP3645756B2 (ja) | 走行車両における窒素酸化物簡易測定方法 | |
| JP3585382B2 (ja) | 内燃機関から排出される粒子状物質量の測定装置 | |
| Gautam et al. | EVALUATION OF MOBILE MONITORING TECHNOLOGIES FOR HEAVY-DUTY DIESEL-POWERED VEHICLE EMISSIONS | |
| EP0936467B1 (en) | Exhaust gas analyzer and modal mass analysis method by gas trace process using the analyzer thereof | |
| Daido et al. | Analysis of soot accumulation inside diesel engines | |
| JP2007085891A (ja) | 自動車の実走行における排気流量計測による触媒劣化試験装置及び触媒劣化試験方法 | |
| JP4077968B2 (ja) | 走行車両における窒素酸化物簡易測定方法 | |
| Shade | A performance evaluation of the MEMS: An on-road emissions measurement system study | |
| Bachalo et al. | Development of the laser-induced incandescence method for the reliable characterization of particulate emissions | |
| Sur et al. | Laser-Based In-Exhaust Gas Sensor for On-Road Vehicles | |
| JP4607541B2 (ja) | 三元触媒の劣化診断方法 | |
| JP2676602B2 (ja) | 排ガス中に含まれる燃焼生成微粒子の濃度測定方法 | |
| Saito et al. | The measurement of diesel particulate emissions with a tapered element oscillating microbalance and an opacimeter | |
| Pham et al. | Evaluation of partial flow dilution systems for very low PM mass measurements | |
| JP3617261B2 (ja) | 連続パティキュレート測定装置 | |
| JP4049300B2 (ja) | 排出ガス対策装置の劣化診断方法および装置 | |
| Degner et al. | Real time exhaust gas sensor with high resolution for onboard sensing of harmful components |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040325 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040413 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040608 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040706 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040803 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100813 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110813 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |