JP2002055029A - 排気ガスサンプリング装置 - Google Patents

排気ガスサンプリング装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガス中に含まれるＰＭが排気ガス採取管
の内壁に付着するのを確実に防止し、その結果、ＰＭを
精度よく測定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。 【解決手段】 排気ガス源１からの排気ガスＧが流れる
排気管２に前記排気ガスＧの一部を採取するための排気
ガス採取管３を接続し、この排気ガス採取管３の下流側
を希釈トンネル４に接続してなる排気ガスサンプリング
装置において、前記排気ガス採取管３の温度を、前記排
気管２を流れる排気ガスＧの温度をパラメータとする一
定の関係式にしたがって制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【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１
３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１１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 ｓｏｏ
ｔ、以下、スートという）、可溶有機成分（Ｓｏｌｕｂ
ｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ、以下、ＳＯ
Ｆ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、Ｓ
ＯＦ、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とする一定の関係式にした
がっ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とする一定の関係式にした
がっ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。さらに、２２は排気ガス採取管３に設けら
れる温度センサで、例えばサーミスタよりなる。
【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１５，２２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２０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１
９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とする一定の関係式にしたがっ
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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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とする一定の関係式にしたがっ
    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. 【請求項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
    をパラメータとする一定の関係式にしたがって制御する
    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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