JP2001183342A

JP2001183342A - Ｈｃ分析装置

Info

Publication number: JP2001183342A
Application number: JP37247199A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Kusano; 茂之草野; Yoshihiro Nakase; 善博中瀬; Kenji Kanehara; 賢治金原
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ＦＩＤ法によるＨＣ分析装置の低温環境下の
計測精度を向上する。【解決手段】ＦＩＤ検出ユニット２から排出される排
出物質から水分を除去するドレーンポット５をＦＩＤ検
出ユニット２の直下位置に配置し、上記排出物質をドレ
ーンポット５を経て回収する回収管路４を、ＦＩＤ検出
ユニット２の底面から突出せしめるとともにこの突出部
４１，４２をドレーンポット５の天井部に形成された接
続口５０１，５０２と接続することにより、回収管路４
の、ＦＩＤ検出ユニット２とドレーンポット５の間にお
ける配管長を短くすることで、回収管路４内を流通する
排出物質が低温の管壁から奪熱されるのを抑制して回収
管路４内の凍結によるサンプルガス流量の変動を回避す
る。これによりサンプルガス流量変動に基因した計測誤
差が生じるのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＦＩＤ法によりＨＣ
を検出するＨＣ分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃焼現象を詳細に捉えるには
内燃機関の燃焼室等に存在する燃焼ガスや排ガス中の成
分を高速応答して検出することが必要であり、かかる成
分のうち、ＨＣは、これから内燃機関における未燃焼の
程度を知ることができるので重要である。ＨＣ検出に用
いられるものとして水素炎イオン化検出法（ＦＩＤ法）
を用いたＨＣ分析装置がある。このＨＣ分析装置はサン
プルガス中のＨＣ成分を水素炎によりイオン化してイオ
ン濃度を検出するＦＩＤ検出ユニットを備えており、イ
オン濃度はイオンをキャリアとする電流出力から得る。

【０００３】ＦＩＤ検出ユニットには検出器本体の前段
にノンメタンカッターを設けてサンプルガス中のメタン
以外のＨＣ成分を除去しメタンのみを検出するようにし
たものがある。ノンメタンカッターは金属酸化物等の触
媒によりノンメタンを燃焼しメタンのみを流通するもの
で、ノンメタンカッターを流通するサンプルガスに水分
を添加することでメタンとノンメタンの分離能が向上す
ることが知られており、ＨＣ分析装置に適用されている
（特開平８−３５９５０号公報）。したがって、ＦＩＤ
検出ユニットは、検出器本体における燃焼ガスとしての
水分、ノンメタンカッターに添加される水分、内燃機関
の排ガスを計測する場合であればその中に含まれている
水分等、多くの水分を排出し、図５に示すようにＦＩＤ
検出ユニット９１の排出口から伸びる回収管路９２は排
出物質から水分を除去するドレーンポット９３を経由し
て排出物質を回収する。ドレーンポット９３にはその天
井部に回収管路９２との接続口９３１，９３２を設けて
回収管路９２と接続されて気相の排出物質のみを回収管
路９２の下流へと流すようになっており、ドレーンポッ
ト９２に排出物質中の液化した水分が貯留する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関の
燃焼現象を計測する場合であれば、内燃機関が使用され
る環境下で計測を行う必要がある。寒冷地では内燃機関
内との温度差がきわめて大きくなるため、低温環境下で
のデータは重要である。したがって、ＨＣ分析装置は低
温環境下でも常温環境下と遜色のない正確さで計測でき
ることが望ましいが、凝固点が二酸化炭素等に比してか
なり高い上記水分の影響で低温環境下で高い計測精度を
維持するのは困難であった。

【０００５】本発明は上記実情に鑑みなされたもので、
低温環境下で高い計測精度の得られるＨＣ分析装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、天井部にＦＩＤ検出ユニットからの排出物質を回収
する回収管路との接続口を設けて排出物質中の液化した
水分を貯留するドレーンポットを、ＦＩＤ検出ユニット
の直下位置に配置して上記ＦＩＤ検出ユニットと一体化
せしめる。上記回収管路を上記ＦＩＤ検出ユニットの底
面より突出せしめて、上記ドレーンポットと接続する。

【０００７】ＦＩＤ検出ユニットの回収管路突出面と、
ドレーンポットの上記接続口の形成面とを対向せしめる
ことで、回収管路の、ＦＩＤ検出ユニットからドレーン
ポットに到る部分における配管長を短くとることがで
き、回収管路の管壁における奪熱を抑制する。したがっ
て、低温環境下でも排出物質中の水分により回収管路内
が凍結せず、回収管路の通路断面積が変動するのを防止
することができる。これにより、ＦＩＤ検出ユニットを
流出入するサンプルガスおよび排出ガスの流量が一定に
保たれ、低温環境下でも計測精度を高精度に維持するこ
とができる。

【０００８】請求項２記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、上記回収管路および上記ドレーンポッ
トを断熱性部材により覆う。

【０００９】排出物質に対する奪熱作用がさらに抑制さ
れるので、より低温の環境下でも計測精度を高精度に維
持することができる。

【００１０】請求項３記載の発明では、請求項２の発明
の構成において、上記ドレーンポットの底側の一部に上
記断熱性部材の薄肉部を設ける。

【００１１】ドレーンポットにおいて排出物質に対する
一定の奪熱作用を奏し排出物質中の水分を凝縮するので
排出物質中の水分除去作用を十分に確保することができ
る。

【００１２】請求項４記載の発明では、請求項２または
３の発明の構成において、上記断熱性部材を、上記回収
管路および上記ドレーンポットとともに上記ＦＩＤ検出
ユニットを覆う構成とする。

【００１３】ＦＩＤ検出ユニットにおける燃焼等による
熱が放散せず、ＦＩＤ検出ユニットから回収管路、ドレ
ーンポットへと伝熱し回収管路、ドレーンポットの保温
に寄与することができる。

【００１４】請求項５記載の発明では、請求項２ないし
４の発明の構成において、上記断熱性部材の形成部で上
記回収管路および上記ドレーンポットを温調する温調手
段を具備せしめる。

【００１５】排出物質中の水分の凝固防止作用をさらに
高めることで、さらに低温の環境に対応することができ
る。

【００１６】上記温調手段は、請求項６の発明のよう
に、熱を輸送する作動物質を循環せしめる熱輸送管路
と、上記作動物質を加熱するヒータとを具備し、上記熱
輸送管路により上記回収管路および上記ドレーンポット
を囲む構成とすることができる。

【００１７】請求項７記載の発明では、請求項６の発明
の構成において、上記断熱性部材を、上記回収管路およ
び上記ドレーンポットとともに上記ＦＩＤ検出ユニット
を覆う構成とし、上記熱輸送管路は、上記回収管路およ
び上記ドレーンポットとともに上記ＦＩＤ検出ユニット
の周囲を囲む構成とする。

【００１８】熱輸送管路が一定量の発熱があるＦＩＤ検
出ユニットの周囲を囲むことで、効率のよい温調が可能
となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１に本発明の
ＨＣ分析装置を示す。ＨＣ分析装置は本体部１１と制御
部１２とが各種のガスホースを束ねたホース群１３や電
気ケーブル群１４により接続されたもので、小型の本体
部１１のみを計測対象となる内燃機関等の近くに設置す
る構成としてある。本体部１１はＦＩＤ検出ユニット２
とその筐体２１の端壁面から伸びるサンプリング管３と
を備えており、サンプリング管３の先端部を例えば内燃
機関の燃焼室に挿入してＦＩＤ検出ユニット２にサンプ
ルガスとして燃焼室内ガスを導入する。ＦＩＤ検出ユニ
ット２はサンプルガス中のＨＣ成分を水素炎によりイオ
ン化しイオン濃度に応じて得られる電流の検出信号を得
る公知の構成のもので、ＦＩＤ検出ユニット２の筐体２
１内には検出器本体２２の他、ノンメタンカッターや、
上記電流の処理回路等の電子回路が格納される。

【００２０】ＦＩＤ検出ユニット２は、サンプリング管
３、後述する回収管路４、ドレーンポット５、ホース群
１３のうちの１本および制御部１２内蔵のポンプととも
に１本のガス流通系を形成し、上記ポンプの作動により
ＦＩＤ検出ユニット２から計測終了後の燃焼ガスやノン
メタンカッターに添加された水分等の排出物質が回収さ
れるとともに、サンプリング管３に新しいサンプルガス
が吸引されてＦＩＤ検出ユニット２に一定流量のサンプ
ルガスが導入されるようになっており、リアルタイムで
サンプルガスの分析が可能である。サンプルガスの流量
はポンプ能力の他、ガス流通系の形状等により規定され
る。

【００２１】ガス流通系の一部を構成する回収管路４は
ＦＩＤ検出ユニット２からの排出物質を回収しドレーン
ポット５を経て上記ホース群１３のうちの１本に送出す
るもので、ドレーンポット５をはさむ上流側と下流側と
の１対の、例えばテフロンチューブにより構成され、こ
れらのドレーンポット５側の端部４１，４２はドレーン
ポット５との接続のためＦＩＤ検出ユニット筐体２１を
貫通してその底面から引き出してある。以下、検出器本
体２２の排気口に通じる上記端部４１を上流側引き出し
配管部４１と、上記ホース群の１本に通じる上記端部４
２を下流側引き出し配管部４２という。

【００２２】ガス流通系の一部を構成するドレーンポッ
ト５はＦＩＤ検出ユニット２の直下位置であって上記上
流側引き出し配管部４１および下流側引き出し配管部４
２の下方に配置してある。ドレーンポット５の天井部に
は上流側引き出し配管部４１との接続口５０１と下流側
引き出し配管部４２との接続口５０２とが設けられ、上
流側引き出し配管部４１からドレーンポット５内に入っ
た排出物質のうち気相状態の成分のみが下流側引き出し
配管部４２へと抜け、液化した水分は上記ドレーンポッ
ト５に貯留する。

【００２３】ここで、上流側引き出し配管部４１の引き
出し位置とドレーンポット接続口５０１形成位置とが重
なるように、また下流側引き出し配管部４２の引き出し
位置とドレーンポット接続口５０２形成位置とが重なる
ように設定され、上流側引き出し配管部４１および下流
側引き出し配管部４２がＦＩＤ検出ユニット筐体２１底
面から直管状に突出してドレーンポット接続口５０１，
５０２とつながっており、回収管路４の配管長がＦＩＤ
検出ユニット２からドレーンポット５に到る部分におい
て短くとられている。

【００２４】ドレーンポット５の底部には水抜き用の配
管５１が設けてあり、ドレーンポット５に一定量の水が
溜まると弁５２が開いて溜まった水をドレーンポット５
外へ流すようになっている。弁５２の開閉は例えばフロ
ート式の水位センサ等により制御し得る。

【００２５】ＦＩＤ検出ユニット２、上流側引き出し配
管部４１、下流側引き出し配管部４２およびドレーンポ
ット５はブロック状の断熱性部材６１により覆われてお
り、ドレーンポット５はＦＩＤ検出ユニット２と一体化
している。

【００２６】ＦＩＤ検出ユニット２には、上記ノンメタ
ンカッターのメタンとノンメタンの分離能を向上せしめ
るべく、制御部１２から上記ガスホース群１３を通り空
気および水素が供給されて添加用の水が生成されるよう
になっている。また、ガスホース群１３を介してＦＩＤ
検出ユニット２に校正用のゼロガスやスパンガスが導入
可能である。これらのガスの供給や調量の制御は制御部
１２において行われる。

【００２７】本ＨＣ分析装置は回収管路４の配管長がＦ
ＩＤ検出ユニット２とドレーンポット５の間において短
くとってあるので、回収管路４内を流通する排出物質か
らの装置設置雰囲気による奪熱に寄与する管壁面積を最
小限に抑えるとともに、ＦＩＤ検出ユニット２内におけ
る燃焼熱および上記電子回路の発熱が回収管路４および
ドレーンポット５の保温に効率よく供される。これによ
り、寒冷地域で使用する場合でも回収管路４内をつたう
液化した水分の凝固を抑制することができるので、回収
管路４内のガス流通面積が変動することを防止すること
ができ、計測精度に影響が生じないようにすることがで
きる。

【００２８】しかも、ＦＩＤ検出ユニット２、上流側引
き出し配管部４１、下流側引き出し配管部４２およびド
レーンポット５は断熱性部材６１により覆われているの
で、ＦＩＤ検出ユニット２における熱の放散が抑制され
るとともに上流側引き出し配管部４１、下流側引き出し
配管部４２およびドレーンポット５における装置設置雰
囲気空気による奪熱がさらに抑制され、回収管路４内を
つたう液化した水分の凝結抑制効果がより向上し相当の
極寒地域においても良好な計測性能を発揮する。また、
ＦＩＤ検出ユニット２内の電子回路が低温雰囲気の影響
を受けにくくなるので耐環境性の高い特別の部品で構成
しなくとも、安定した回路特性を維持することができ、
また、電子回路の劣化を防止することができる。

【００２９】なお、ガスホース群１３は束ねてハーネス
化して断熱性部材６２により被覆されており、ドレーン
ポット５で除去し切れなかった僅かな水分が凝固するの
を防止する。また、サンプリング管３は断熱性部材６３
により被覆されており、これは内燃機関からの排出ガス
を計測する場合に排出ガス中の水分の凝固を防止するの
に効果がある。

【００３０】（第２実施形態）図２、図３に本発明の別
のＨＣ分析装置の本体部を示す。図中、第１実施形態と
同じ番号を付した部分は実質的に同じ作動をするので第
１実施形態との相違点を中心に説明する。

【００３１】本体部１１Ａは、ＦＩＤ検出ユニット２Ａ
の筐体２１Ａの底面に凹所が形成されるとともに、凹所
内にドレーンポット５の天井部が位置しており、さらに
回収管路４Ａの長さをＦＩＤ検出ユニット２Ａとドレー
ンポット５の間において短くしてある。

【００３２】断熱性部材６１Ａは、回収管路４Ａの引き
出し部である上流側引き出し配管部４１Ａおよび下流側
引き出し配管部４２Ａ、ドレーンポット５のみを覆う形
状となっている。

【００３３】断熱性部材６１Ａのうち、ドレーンポット
５の底側半部を覆う下側の部分６１１Ａは薄肉としてあ
り、断熱性を、上流側引き出し配管部４１Ａおよび下流
側引き出し配管部４２Ａ、ドレーンポット５の天井側半
部を覆う上側の部分６１２Ａよりも減じてある。これに
より、ドレーンポット５に流入した排出物質に対し、ド
レーンポット５のポット壁における熱交換で一定の奪熱
作用が働くようにしてドレーンポット５における水分の
液化作用を確保し、水分除去を十分に行い得るようにし
ている。

【００３４】断熱性部材下側部分６１２Ａが形成され
る、上流側引き出し配管部４１Ａおよび下流側引き出し
配管部４２Ａとドレーンポット５の天井側半部には、図
３に示すように温調手段たるリボンヒータ７が巻装して
あり、上記電気ケーブル群１４Ａを介して制御部１２
（図１参照）から通電することにより、上流側引き出し
配管部４１Ａおよび下流側引き出し配管部４２Ａ、ドレ
ーンポット５の天井側半部の保温を行う。

【００３５】なお、ヒータ７は環境温度により通電量を
制御し、回収管路４Ａにおける水分の凍結防止作用とド
レーンポット５における水分除去作用のバランスをとる
のもよい。

【００３６】（第３実施形態）図４に本発明のさらに別
のＨＣ分析装置の本体部を示す。図中、第１実施形態と
同じ番号を付した部分は実質的に同じ作動をするので第
１実施形態との相違点を中心に説明する。

【００３７】本体部１１Ｂは断熱性部材６１に熱輸送配
管たる温水配管７１が埋め込まれ、上流側引き出し配管
部４１および下流側引き出し配管部４２、ドレーンポッ
ト５の天井側半部の外周に上下方向にらせん状に囲んで
おり、ＦＩＤ検出ユニット２の外周を長手方向（図中左
右方向）にらせん状に囲んでいる。温水配管７１は、本
体部１１Ｂと制御部１２Ａとを接続する温水ホース７
２、および制御部１２Ａに格納されたポンプ７３および
投げ込みヒータ７５が浸漬する加熱用タンク７４ととも
に、温調手段たる温水の循環システム７Ａ流路を構成し
ており、投げ込みヒータ７５により循環する水を加熱し
てポンプ７３により温水を温水配管７１に供給する。

【００３８】かかる構成でも上流側引き出し配管部４１
および下流側引き出し配管部４２、ドレーンポット５の
天井側半部を保温するので、第２実施形態のごとく回収
管路４における水分の凍結防止作用が得られるととも
に、ドレーンポット５における水分除去作用を確保する
ことができる。

【００３９】しかも、ＦＩＤ検出ユニット２の外周に温
水配管７１を配設することでＦＩＤ検出ユニット２の放
熱を利用し効率よく上流側引き出し配管部４１および下
流側引き出し配管部４２、ドレーンポット５の天井側半
部の保温が可能である。

【００４０】なお、温水ホース７２はガスホース群１３
と一緒に束ねて循環温水によりガスホース内の水分の凝
固を防止する構成でもよい。

【００４１】また、本実施形態では断熱性部材をドレー
ンポットの底部側と天井側とで厚さを変えていないが、
第２実施形態のごとくドレーンポットの底部側の半部を
薄肉としてよいのは勿論である。また、上流側引き出し
配管部および下流側引き出し配管部、ドレーンポットの
天井側半部の外周のみに温水配管を配設する構成でもよ
い。

【００４２】また、本発明は、ノンメタンカッターに水
を添加しない構成のＦＩＤ検出ユニットを搭載したＨＣ
分析装置にも適用することができる。また、計測対象も
内燃機関だけに限られるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＨＣ分析装置の構成図である。

【図２】本発明の別のＨＣ分析装置の本体部の構成図で
ある。

【図３】図２の要部拡大図である。

【図４】本発明のさらに別のＨＣ分析装置の本体部の構
成図である。

【図５】従来のＨＣ分析装置の代表例の斜視図である。

【符号の説明】

１１，１１Ａ，１１Ｂ本体部１２，１２Ａ制御部１３ガスホース群１４電気ケーブル群２，２ＡＦＩＤ検出ユニット２１，２１Ａ筐体２２検出器本体３サンプリング管４，４Ａ回収管路４１，４１Ａ上流側引き出し配管部４２，４１Ａ下流側引き出し配管部５ドレーンポット６１，６１Ａ断熱性部材７リボンヒータ（温調手段）７Ａ温水循環システム（温調手段）７１温水配管（熱輸送管路）７２温水ホース７３ポンプ７４加熱タンク７５投げ込みヒータ（ヒータ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金原賢治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Ｆターム(参考） 2G087 AA13 BB11 CC35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サンプルガス中のＨＣ成分を水素炎によ
りイオン化してイオン濃度を検出するＦＩＤ検出ユニッ
トと、上記ＦＩＤ検出ユニットからの排出物質をドレー
ンポットを経由して回収する回収管路とを備え、上記ド
レーンポットにはその天井部に上記回収管路との接続口
を設けて上記ドレーンポットに上記排出物質中の液化し
た水分を貯留するようになしたＨＣ分析装置において、
上記ドレーンポットを上記ＦＩＤ検出ユニットの直下位
置に配置して上記ＦＩＤ検出ユニットと一体化せしめ、
上記回収管路を上記ＦＩＤ検出ユニットの底面より突出
せしめて上記ドレーンポットと接続したことを特徴とす
るＨＣ分析装置。
【請求項２】請求項１記載のＨＣ分析装置において、
上記回収管路および上記ドレーンポットを断熱性部材に
より覆ったＨＣ分析装置。
【請求項３】請求項２記載のＨＣ分析装置において、
上記ドレーンポットの底側の一部に上記断熱性部材の薄
肉部を設けたＨＣ分析装置。
【請求項４】請求項２または３いずれか記載のＨＣ分
析装置において、上記断熱性部材を、上記回収管路およ
び上記ドレーンポットとともに上記ＦＩＤ検出ユニット
を覆う構成としたＨＣ分析装置。
【請求項５】請求項２ないし４いずれか記載のＨＣ分
析装置において、上記断熱性部材の形成部で上記回収管
路および上記ドレーンポットを温調する温調手段を具備
せしめたＨＣ分析装置。
【請求項６】請求項５記載のＨＣ分析装置において、
上記温調手段は、熱を輸送する作動物質を循環せしめる
熱輸送管路と、上記作動物質を加熱するヒータとを具備
し上記熱輸送管路により上記回収管路および上記ドレー
ンポットを囲む構成としたＨＣ分析装置。
【請求項７】請求項６記載のＨＣ分析装置において、
上記断熱性部材を、上記回収管路および上記ドレーンポ
ットとともに上記ＦＩＤ検出ユニットを覆う構成とし、
上記熱輸送管路は、上記回収管路および上記ドレーンポ
ットとともに上記ＦＩＤ検出ユニットの周囲を囲む構成
としたＨＣ分析装置。