JP2001264223A - 排気ガス用サンプリング装置 - Google Patents

排気ガス用サンプリング装置

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JP2001264223A
JP2001264223A JP2000074979A JP2000074979A JP2001264223A JP 2001264223 A JP2001264223 A JP 2001264223A JP 2000074979 A JP2000074979 A JP 2000074979A JP 2000074979 A JP2000074979 A JP 2000074979A JP 2001264223 A JP2001264223 A JP 2001264223A
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exhaust gas
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measurement
sampling
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Shinsaku Yamada
真作 山田
Takao Imaki
隆雄 今木
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Horiba Ltd
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Horiba Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】希釈式自動車排気ガスサンプリング装置におい
て、複数のラインの定流量制御を、より安定にかつ簡易
な方法で行う。 【解決手段】希釈空気測定用サンプリングラインの定流
量化に臨界流を利用したベンチュリを用いるとともに、
その流量を基に希釈後の排気ガス測定用サンプリングラ
インの流量を制御する希釈方式を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、自動車排気ガス測
定装置、つまり、自動車から排気されるガス(以下「排
気ガス」とする)の一部又は全部をサンプリングし、排
気ガス中の成分濃度や微粒物質等を測定する装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】排気ガス中の各種の成分濃度(例えば、
一酸化炭素COや窒素酸化物NOX等)や微粒物質(P
M)等を測定する場合においては、排気ガスをそのまま
測定しようとすると共存する多量の水分の結露やサンプ
リングライン表面への物質の吸脱着によって、成分濃度
や物質量が変化し正しい測定値が得られない。そのた
め、測定しようとする排気ガスを精製された空気によっ
て希釈した後にこれらを測定する希釈サンプリング装置
を利用して、こうした誤差の発生を防止している。一般
に、排気ガスは排出量が非常に多く圧力変動が激しく温
度・湿度の変動も大きいことから、従来、こうした排気
ガスを一定比率で希釈する方法としては、こうした変動
要素をカバーして一定流量を得るために非常に高精度の
流量制御を必要とする。また、希釈空気との間の流量差
を一定の範囲内に抑える必要があるため、従来、各ライ
ンを同一のフローとし同仕様の部材を用いることが一般
的に行われていた。
【0003】特に、自動車排気ガス中のPMを測定する
ためのシステム(一般にダイリューショントンネルシス
テムと呼ばれる)においては、希釈空気に含まれるPM
と希釈された排気ガスに含まれるPMを、それぞれ採取
し、それらの重量差から、排気ガスに含まれるPMの重
量を算出する装置が用いられている。この時、それぞれ
のPMサンプル・ラインの流量制御には、高い精度が要
求され、かつ、サンプリング装置の汎用性、すなわち、
そのDLSに接続される排気ガス中のPMの量に応じ
て、サンプル流量の設定が可能であることが要求され
る。
【0004】具体的には、図5のように、希釈後の排気
ガス及び希釈空気の2つの流量測定ラインが設けられて
おり、各ラインともに、所定のポンプ13・バッファタ
ンク14・温度計12・圧力計16・ベンチュリ流量計
15(VFM)を順に設けている。このとき、基準とし
て希釈後の排気ガスの流量を例えば100L/Mに設定し
たとすると、測定を±1%の精度で行いたい場合、各流
量を100L/M±1%で制御を行い、同様に希釈空気に
ついても希釈後の排気ガス流量を基準に一定比率の流量
例えば1:1として100L/M±1%の精度で流量制御
を行う必要がある。つまり各ライン毎に一定の精度を要
求されるとともに各ライン間の流量比率での整合性をと
ることが求められる。
【0005】こうした精度を実現するため、従来は、す
べてのラインを同じ構成、つまり、ポンプ13・バッフ
ァタンク14・温度計12・圧力計16・VFM15等
についても、同仕様の部材を用いているのが一般的であ
り、かつ各部材の性能を、非常に高精度のものを用いる
必要がある。特に、自動車排気ガス中のPMを測定する
ためのシステムにおいては、米国におけるCFR(code
of federal regulations)等のレギュレーションにお
いては、サンプリング装置に用いる流量計として、フル
スケールで1%の精度が要求されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記において
は、流体の温度や圧力が比較的安定的であり排気ガスの
性情が異なっても制御流量を変動させることのほとんど
ない希釈空気用サンプリングラインにおいても、流体の
温度や圧力が大きく変化する希釈された排気ガス用サン
プリングラインと同じ高精度の部品が採用されて、各パ
ーツが高価になり装置が大掛かりにならざるをえない場
合がある。装置全体が大掛かりになれば、その装置のメ
ンテナンス性が損なわれ易く、信頼性にも影響すること
が有り得る。また、各ラインの使用条件が異なるにも拘
わらず、同仕様の部材を使用することは却ってその部材
の特性の最適条件から外れた条件で使用することとな
り、各部材の動作の安定性の影響を与える可能性がある
とともに、その寿命に影響する場合がある。さらに、い
くら同仕様の部材を使用しても個々の部品の器差により
制御流量の精度に差があることを考慮すれば、一定の制
御範囲が維持できる場合には、同仕様の部材であること
は絶対的な条件とはいえない。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、自動車排気ガス測定装置において、希
釈用空気測定用サンプリングラインの定流量化に臨界流
を利用したベンチュリを用いるとともに、その流量を基
に希釈後の排気ガス測定用サンプリングラインの流量を
制御する希釈方式を採用することを特徴とする。(請求
項1)こうした特徴を有する方法に用いることにより、
安定した流量を簡易な方法で得られるとともに、メンテ
ナンス性や信頼性の向上が期待できる。
【0008】また、自動車排気ガス測定装置において、
希釈用空気測定用サンプリングラインの定流量化に臨界
流を利用したベンチュリを用いるとともに、その流量を
基に希釈後の排気ガス測定用サンプリングラインの流量
を制御する希釈方式の排気ガス測定用サンプリング装置
であることを特徴とする。(請求項2)こうした特徴を
有する方法に用いることにより、安定した流量を簡易な
方法で得られるとともに、メンテナンス性や信頼性の向
上が期待できる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら具体例をもとに説明する。
【0010】図2は、自動車排気ガス測定装置における
ダイリューショントンネルシステムにおけるサンプリン
グ装置の第1実施例を表わす。ここでは、排気ガスをい
わゆるトンネル部2に導入される一方、希釈空気がフィ
ルタ1を通過しトンネル部2に導入され、一定距離の間
で均一に混合され、希釈後の排気ガスが形成される。こ
の一連の流れはトンネル部2の下流に接続されたCVS
6(constant volumesampler)により、一定流量として
制御される。さらに、希釈空気が通過するフィルタ1の
直後に、サンプルプローブが設けられ、希釈空気に含ま
れるPMを採取する為のPMフィルタ3(FA)へと接
続される一方、トンネル部下流側にも、サンプルプロー
ブが設けられ、希釈された排気ガスに含まれるPMを採
取する為のPMフィルタ5(FB)へと接続される。こ
れらの2つの流れは、それらの下流に接続されたサンプ
リング装置4により、一定流量として制御される。
【0011】ここで、サンプリング装置4の構成例とし
て図1をもとに詳細を述べる。まず、希釈空気の測定ラ
インにおいては、PMフィルタ3によりPMを採取され
た希釈空気が、導入口11からニードルバルブ19及び
CFV18を経由して、ポンプ13に吸引される。CF
V18は、所定の入口温度と圧力条件下において臨界流
量が決定されるよう設計されており、装置において必要
な流量に合うCFV18を選択することができる。更に
正確には、ニードルバルブ19でその入口圧を調整する
ことによって、所望の一定流量、例えば100L/Mを得
ることができる。その流量の精度については、希釈空気
の圧力の変化は非常に少なく、さらに、このサンプリン
グ装置のガス温度が充分に温度調節されている場合、複
雑な制御をすることなく非常に高精度のものが確保され
る。また、サンプリング装置のガス温度が設計時の設定
温度から大きく変化する場合においても、CFVに温度
センサーを設け、簡単な数式により流量演算すること
は、容易であり、例えば±1%の精度の確保をすること
ができる。
【0012】一方、希釈後の排気ガスの測定ラインにお
いては、PMフィルタ5によりPMを採取された排気ガ
スが、導入口11からVFM15を経由してポンプ13
に吸引される。この時、サンプリング流量は、VFM1
5によって測定されるとともに、設定された所定の流
量、例えば100L/Mと比較され、その差がゼロとなる
ように制御される。流量の制御は、ポンプ13の回転数
を制御することによって可能であるが、ポンプ13の上
流に挿入されたバルブ19の開度を制御することでも可
能である。特に高い精度が要求される場合には、両者を
組合せ最適な制御を行うことも可能である。その流量の
精度については、VFM15に接続される温度センサ1
2や圧力計16及び差圧計17の精度に左右され、高度
な要求精度、例えば所定流量の±1%の精度を満たすた
めには、各部材がそれに対応し得る精度を必要とする。
一般にはこうした部材は、高価なものが多い。なお、こ
こで流量計については、VFMを代表例として挙げた
が、希釈後の排気ガス測定ラインにおける流量計の種類
については、これに限定されるものではなく、その他オ
リフィス流量計やガスメータ等、所定の精度で測定でき
るものであれば使用可能である。
【0013】以上のような構成例をとることで、安定し
た流量を簡易な方法で得られるとともに、メンテナンス
性や信頼性の向上が期待できる。PM測定の場合は、こ
うした安定した流量下で、両方のPMフィルタ3、5の
重量差から排気ガス中のPMが、精度良く測定できるこ
ととなる。
【0014】次に、自動車排気ガス測定装置におけるダ
イリューショントンネルシステムにおけるサンプリング
装置の第2実施例を図4に表わす。ここでは、第1実施
例によって希釈後の排気ガスを、更にもう1段トンネル
部2に導入して希釈する実施例を示している。排気ガス
が、非常に高温・高湿度の場合にトンネル部2を多段に
することで装置をコンパクトにできる点で有効な手段で
ある。このとき、既述の2つのガスの流れに加え、第2
段目のトンネルの上流部に2段目の希釈空気測定用ライ
ンを設置することで、CVSの吸引流量と合わせて希釈
空気の総流量を測定することができ、排気ガスの排出量
の変動に対応したPM測定が可能となる。
【0015】ここでは、PMの測定について説明した
が、PMフィルタを除けば、自動車排気ガス測定装置と
して排気ガス中の各種成分の濃度を連続的に測定する場
合にも使用することができ、自動車のエンジン性能、排
気ガス処理装置等の特性を検査することができる。この
場合には、希釈後の排気ガス及び希釈用精製空気の一部
を採取し、図1に示すような排気ガス測定用サンプリン
グ装置のもつ2つの測定用ラインにそれぞれを導入し定
流量化して、各種成分濃度測定用分析計(図示せず)に
導入することで、両者の濃度差を測定することで排気ガ
ス中の各成分濃度又は各成分の排気量を測定することが
できる。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、ダイリューショントン
ネルシステムを始めとする高度な流量制御を必要とする
サンプリング装置において、要求される機能、すなわち
流体の温度や圧力等の条件が関係する流量についての制
御手段と制御精度を考慮した、各測定ラインのそれぞれ
に最適な流量制御方法を提供することが可能となり、安
定した流量を簡易な方法で得られるとともに、メンテナ
ンス性や信頼性の向上の効果が期待できる。また、流量
制御に要する各部材についてその最適条件で使用するこ
とができることから、部材の短期的な動作の安定性のみ
ならず、長期的にも動作の安定性が確保できるという意
味でも有効である。更に、こうした性能面だけではな
く、ここで用いられるCFVは、一般に非常に小型で所
定の性能が得られるものであり、サンプリング装置のコ
ンパクト化、コストダウンにも大きく貢献できるという
効果も期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の装置を示した説明図である。
(実施例1)
【図2】本発明の装置を含む自動車排気ガス測定装置の
実施例を示した説明図である。(実施例1)
【図3】本発明の他の実施例の装置を示した説明図であ
る。(実施例2)
【図4】本発明の装置を含む自動車排気ガス測定装置の
他の実施例を示した説明図である。(実施例2)
【図5】従来の実施方法を示した説明図である。
【符号の説明】
2 トンネル 3 PMフィルタ 4 排気ガス測定用サンプリング装置 5 PMフィルタ 6 CVS 11 導入口 12 温度計 13 ポンプ 15 VFM 16 圧力計 17 差圧計 18 CFV 19 ニードルバルブ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自動車排気ガス測定装置において、希釈
    用空気測定用サンプリングラインの定流量化に臨界流を
    利用したベンチュリを用いるとともに、その流量を基に
    希釈後の排気ガス測定用サンプリングラインの流量を制
    御することを特徴とする希釈方式の排気ガス測定用サン
    プリング方法。
  2. 【請求項2】 自動車排気ガス測定装置において、希釈
    用空気測定用サンプリングラインの定流量化に臨界流を
    利用したベンチュリを用いるとともに、その流量を基に
    希釈後の排気ガス測定用サンプリングラインの流量を制
    御することを特徴とする希釈方式の排気ガス測定用サン
    プリング装置。
JP2000074979A 2000-03-16 2000-03-16 排気ガス用サンプリング装置 Withdrawn JP2001264223A (ja)

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