JP2005024409A - Method and instrument for measuring particulate in exhaust gas - Google Patents

Method and instrument for measuring particulate in exhaust gas Download PDF

Info

Publication number
JP2005024409A
JP2005024409A JP2003190685A JP2003190685A JP2005024409A JP 2005024409 A JP2005024409 A JP 2005024409A JP 2003190685 A JP2003190685 A JP 2003190685A JP 2003190685 A JP2003190685 A JP 2003190685A JP 2005024409 A JP2005024409 A JP 2005024409A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carrier gas
flow
exhaust gas
fine particles
fine particle
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
Application number
JP2003190685A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3985960B2 (en
Inventor
Hidenao Kawai
英直 河合
Yuichi Goto
雄一 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Traffic Safety and Environment Laboratory
Original Assignee
National Traffic Safety and Environment Laboratory
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Traffic Safety and Environment Laboratory filed Critical National Traffic Safety and Environment Laboratory
Priority to JP2003190685A priority Critical patent/JP3985960B2/en
Publication of JP2005024409A publication Critical patent/JP2005024409A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3985960B2 publication Critical patent/JP3985960B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure particulates contained in an exhaust gas continuously inclusive of the data related to the particle size of fine particles. <P>SOLUTION: The exhaust gas and a feed gas are allowed to flow in a classifying passage in a mutually layered state. The particulates in the exhaust gas are charged by the charger provided on the upstream side in the classifying passage and an electric field is formed on the downstream side thereof in the direction traversing the flows of both gases. A plurality of sampling ports are provided on the side surface of the classifying passage so as to be positionally different from each other in the flow direction. The particulates in the exhaust gas receive the effect of the electric field to move in the direction traversing the flows of the gases to arrive at the wall surface of the classifying passage. The particulates thus moved are taken in from a plurality of the sampling ports to be detected by a particle detector. Since the moving speed of smaller particulates is high, small particulates are detected at the sampling port on the upstream side of the flows of the gases and the larger particulates are detected on the downstream side. By this method, the particulates in the exhaust gas can be continuously detected while classified. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスに含まれる微粒子を連続的に、且つ粒径に関する情報を含めて計測する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関は、小型でありながら比較的大きな動力を出力可能という優れた特性を備えていることから、自動車や船舶、航空機などの各種輸送機関の動力源として、あるいは定置式の各種機器の動力源として広く使用されている。これら内燃機関は、燃焼室内で圧縮した混合気を燃焼させ、そのときに発生する燃焼圧力を機械的な仕事に変換して、動力として取り出すことを動作原理としている。
【0003】
こうした内燃機関の中でも燃料を燃焼室内に直接噴射し、燃料噴霧を拡散燃焼させる方式の内燃機関(いわゆるディーゼルエンジンや筒内噴射ガソリンエンジンなど)は、燃料消費効率が高いという優れた特性を有している。しかし、その一方で、排気ガス中に含まれる粒子状物質(Paticulate Matter 、以下ではPM)が健康に悪影響を与える可能性が指摘されているため、ディーゼルエンジン等のこうした燃焼方式の内燃機関には、排気ガス中に含まれるPMの重量濃度を許容値以下に抑制する旨の法律的な規制が定められている。また近年では、PMの中でも粒径が50nm以下の小さな粒子(以下では、ナノ粒子)が、人体に何らかの特異な影響を与える可能性が指摘されており、これらナノ粒子の健康に与える影響が、規制の必要性も含めて検討されている。
【0004】
こうした検討に際しては、排気ガス中のナノ粒子濃度を計測する必要があることはもちろんであるが、ナノ粒子の粒径によって、人体の健康に対する影響の度合いや機構が異なっている可能性が示唆されていることから、粒径分布に関する情報も計測しておく必要がある。更に、内燃機関を改良してナノ粒子の排出を効果的に抑制しようとする観点から見れば、ナノ粒子の排出挙動を明らかにするべく、排気ガス中のナノ粒子を粒径分布も含めてリアルタイムで計測しておくことが望ましい。
【0005】
排気ガス中の粒子状物質を計測する技術としては、例えば、複数の捕集部材を用いて排気ガス中の粒子状物質を粒径別に捕集することで粒径分布を計測する技術や(例えば、特許文献1)、あるいは、排気ガス中に光を入射して粒子状物質からの散乱光を計測することで、リアルタイムで濃度を計測する技術(例えば、特許文献2)などが提案されている。
【0006】
【特許文献1】
特開2003−35636号公報
【特許文献2】
特開2003−114192号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ナノ粒子は非常に粒径が小さく、分子間力や、静電力、熱泳動などの影響を受け易いので、特許文献1で提案されているように捕集部材で捕集したのでは、測定条件の影響を強く受けてしまい正確な測定が非常に困難である。加えて、排気ガス中のナノ粒子濃度をリアルタイムで計測することも不可能である。また、特許文献2で提案されている技術によれば、リアルタイムで計測することは可能であるものの、粒径分布に関する情報を得ることは困難である。もちろん、1つ1つの粒子が散乱する光の強度を解析すれば、粒径分布に関する情報を抽出することも原理的には可能であるが、ナノ粒子は粒径が小さく散乱光強度が小さいので、正確なデータを測定することが困難であり、実用的で簡便な測定方法とはなり得ない。
【0008】
本発明は、従来技術におけるこうした課題を解決するためになされたものであり、排気ガス中のナノ粒子を、粒径分布に関する情報を含めた状態で、リアルタイムに且つ簡便に計測可能な技術を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の微粒子計測装置は次の構成を採用した。すなわち、
内燃機関の排気ガスに含まれる微粒子を計測する微粒子計測装置であって、
前記排気ガスと、前記微粒子を含まない搬送ガスとが互いに層を成した状態で流れる通路部と、
前記通路部の上流側に設けられて、前記排気ガス中の微粒子を帯電させる微粒子帯電部と、
前記搬送ガスの流れを横切る方向の電場を前記微粒子帯電部の下流側に形成する電場形成部と、
前記形成された電場の作用を受けて前記搬送ガスの流れを横切って移動してきた前記微粒子を、該搬送ガスとともに連続的に採取する採取口と、
前記搬送ガスとともに採取された微粒子を検出する微粒子検出部と
を備え、
前記採取口は、前記搬送ガスの流れの方向に互いの位置を異ならせて複数設けられていることを特徴とする。
【0010】
また、上記の微粒子計測装置に対応する本発明の微粒子計測方法は、
内燃機関の排気ガスに含まれる微粒子を計測する微粒子計測方法であって、
前記排気ガスと前記微粒子を含まない搬送ガスとが通路内で互いに層を成した状態の流れを形成する工程と、
前記通路の上流側で、前記排気ガス中の微粒子を帯電させる工程と、
前記搬送ガスの流れを横切る方向の電場を前記微粒子帯電部の下流側に形成する工程と、
前記形成された電場の作用を受けて前記搬送ガスの流れを横切って移動してきた前記微粒子を、該搬送ガスの流れの方向に互いの位置を異ならせた複数箇所で、該搬送ガスとともに連続的に採取する工程と、
前記搬送ガスとともに採取された微粒子を計測する工程と
を備えることを要旨とする。
【0011】
かかる本発明の微粒子計測装置および微粒子計測方法においては、内燃機関の排気ガスと、微粒子を含まない搬送ガスとを、互いに層を成した状態で通路内に流通させる。また、通路の上流側で排気ガス中の微粒子を帯電させ、下流側では流れを横切る方向に電場を形成しておく。帯電した微粒子は、排気ガスの流れに載って上流から下流へと流されながら、電場からの力を受けて、流れと交差する方向に少しずつ移動する。そして、やがて排気ガスの領域から搬送ガスの領域へと移動し、ついには通路の内壁面に至る。こうして、搬送ガスに流されながら、電場の力を受けて流れを横切って移動してきた微粒子を、搬送ガスとともに連続的に採取して計測する。
【0012】
微粒子が流れと交差する方向に移動する速さは、電場から受けるクーロン力と、微粒子が流体から受ける抵抗などに依存しており、流体から受ける抵抗は、微粒子が大きくなるほど大きくなる。このことから、大きな抵抗を受ける大きな微粒子は、流れをゆっくりと横切るように移動し、抵抗をあまり受けない小さな微粒子は、流れを速やかに横切って移動することになる。従って、搬送ガスの流れの方向に互いの位置を異ならせた複数箇所で、搬送ガスとともに連続的に採取し、搬送ガス中に含まれる微粒子を検出してやれば、上流側では流れを速やかに横切ることのできた小さな微粒子が、また、下流側では流れをゆっくりと横切ってきた大きな微粒子が検出されることになる。
【0013】
本願の微粒子計測装置および微粒子計測方法においては、このような手法を用いて微粒子を検出しているので、排気ガス中の微粒子を連続的に計測することができる。しかも、流れの方向に位置を異ならせて設けた検出箇所に応じて、排気ガス中の微粒子を分級した状態で検出することができるので、微粒子の粒径分布に関する情報も連続的に且つ簡便に検出することが可能となる。
【0014】
また、本願の微粒子計測装置および微粒子計測方法では、排気ガスと搬送ガスとを互いに層を成した状態で通路内に流しておき、上流側では微粒子を帯電させ、下流側では電場を形成するという極めて簡素な構成で微粒子を分級している。従って、装置全体を簡素な構成として装置の小型化を図るとともに、信頼性を向上させることも可能となる。
【0015】
加えて、排気ガス中に含まれる微粒子の粒径は広い範囲に分布しているが、微粒子は分級された状態で検出部に供給されるので、それぞれの検出部には広い検出範囲が要求されることがない。このため、精度良く且つ安定して微粒子を検出することが可能となる。
【0016】
更に、上述した手法では、微粒子の検出位置の違いが、そのまま検出する微粒子の大きさの違いに対応している。従って、新たな粒径での微粒子を検出する場合にも、該当する位置に検出位置を追加するだけで、簡便に対応することが可能であるという利点もある。
【0017】
また、本願の微粒子計測装置および微粒子計測方法においては、より細かく微粒子を分級するべく採取口の数を増やす必要が生じた場合でも、採取口を流れの方向に位置を異ならせて設けることとしているので、設置個数を容易に増加させて対応することができる。
【0018】
加えて、採取口を、このように流れに対して側方に設けておけば、微粒子を分級する際の分解能を向上させることも容易である。先ず、排気ガス中の微粒子が、搬送ガスの流れを横切って通路の内壁面に至るまでに、長い距離を流されるようにしておく。微粒子が長い距離を流されるようにするためには、例えば、搬送ガス(および排気ガス)の流速を増加させたり、あるいは、形成する電場の強度を低下させればよい。このようにしておいた状態で、分級しようとする微粒子の大きさに対応する位置に採取口を設けてやる。こうすれば、同じ大きさの採取口を用いた場合でも、微粒子を分級する際の分解能を極めて簡便に向上させることが可能である。
【0019】
こうした微粒子計測装置においては、前記排気ガスおよび前記搬送ガスの流れをいわゆる層流状態に保ったまま、通路内を流してやることとしても良い。
【0020】
排気ガスおよび搬送ガスの流れが、通路内でいわゆる乱流状態になっていると、排気ガスと搬送ガスとが互いに混ざり合うような流れが生じ、この流れによって微粒子が搬送ガス内に運ばれて、分級の誤差が増加してしまう。これに対して、排気ガスおよび搬送ガスの流れを通路内で層流状態に保っておけば、こうした要因による誤差の混入を回避することが可能となり、延いては排気ガス中の微粒子を精度良く計測することが可能となるので好ましい。
【0021】
また、こうした微粒子計測装置では、微粒子を採取する採取口を、通路の内壁から搬送ガス中に突設することとしてもよい。
【0022】
検出しようとしている微粒子よりも小さな微粒子が排気ガス中に含まれていると、この微粒子は排気ガスおよび搬送ガスの流れを速やかに横切って、採取口より上流側で通路の内壁に到達する。そして、内壁に沿って下流に移動して行き、検出しようとしている大きさの微粒子とともに採取口から流入してしまう可能性がある。これに対して、採取口を通路内壁から突設しておけば、検出しようとしている微粒子よりも小さな微粒子が排気ガス中に含まれている場合でも、こうした小さな微粒子が混入することを回避することができるので、微粒子を精度良く分級して検出することが可能となる。
【0023】
あるいは、採取口の上流側に、内壁に沿って移動してきた微粒子の流入を妨げるような突部を設けることとしても良い。
【0024】
こうしても、小さな微粒子が混入して分級精度が低下してしまうことを効果的に回避することが可能であり、延いては微粒子を精度良く計測することが可能となる。
【0025】
上述した微粒子計測装置は、搬送ガスの流れの方向に互いの位置を異ならせて、2箇所に採取口を設けることとしてもよい。
【0026】
排気ガス中には、10nmから30nm前後の大きさの微粒子と、100nmから300nm前後の大きさの微粒子の、大きく2種類の微粒子が存在することが知られている。従って、微粒子の採取口を、これらの大きさに該当する2箇所に設けておけば、微粒子の排出挙動を簡便に計測することが可能となるので好ましい。
【0027】
更には、これら2箇所の採取口の間にも採取口を設けて、合計3箇所に採取口を設けることとしても良い。
【0028】
こうすれば、微粒子の粒径分布に関するより詳細な情報を簡便に得ることが可能となるので好適である。
【0029】
また、上述した微粒子計測装置の少なくとも上流側に設けられた微粒子検出部では、光学的な手法を用いて微粒子を計数することとしてもよい。
【0030】
上流側では小さな微粒子を検出しているため、重量に比して粒子個数が多くなる。従って、上流側では、光学的な手法を用いて粒子数を計数することで、精度良く微粒子を検出することが可能となる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下では、上述した本願の発明について、実施例に基づいて詳細に説明する。図1は、本実施例の微粒子計測装置100の構造を概念的に示した説明図である。微粒子計測装置100は、大まかには、分級通路110と、複数設けられた粒子検出器120と、高圧電源130などから構成されている。分級通路110の上流側には、分級通路内に排気ガスを導入するための排気ガス導入管140と、分級通路内に搬送ガスを供給するための搬送ガス供給管150とが接続されており、分級通路110の下流側には、排気ガスおよび搬送ガスを放出するための放出通路160が接続されている。排気ガス導入管140の途中には帯電器170が設けられている。帯電器170は、内部でコロナ放電などを行うことにより、通過する微粒子に電荷を付与することが可能である。分級通路110は、断面が略円形状に形成されており、分級通路110のほぼ中心には、円柱状の電極180が設けられている。電極180と分級通路110の内壁面との間には、高圧電源130によって電場を形成可能となっている。
【0032】
微粒子計測装置100を用いて、内燃機関10の排気ガス中に含まれる微粒子を計測する場合には、排気ガス導入管140を内燃機関の排気管12に装着するとともに、放出通路160に排気ブロア20を接続して、排気ガスを排気ガス導入管140に吸引する。排気ガス中に含まれている微粒子は、排気ガス導入管140に設けられた帯電器170で電荷が付与された後、分級通路110内に流入する。また、搬送ガス供給管150の上流は、圧送ポンプ30に接続されており、排気ガスの流入に合わせて、搬送ガス供給管150からは搬送ガスを分級通路110内に供給する。搬送ガスとしては、空気など、微粒子を含まない種々の気体を用いることができる。
【0033】
図1では、排気ガスの流れを斜線を付した矢印で表し、搬送ガスの流れを白抜きの矢印で表している。図示されているように、排気ガスと搬送ガスとは互いに層を成した状態で、ほとんど混じり合うことなく分級通路110内を流れていく。前述したように、分級通路110の中心に設けられた電極180と、分級通路110の内壁面との間には電場が形成されているので、排気ガス中に含まれている微粒子は、電場からのクーロン力を受けて流れを横切る方向に移動する。
【0034】
分級通路110の壁面には、流れの方向に互いの位置を異ならせて、複数の採取口122が設けられており、採取口122はそれぞれに設けられた粒子検出器120に接続されている。このように分級通路110には、複数の採取口122が流れの方向を異ならせて設けられているので、排気ガス中の微粒子は、分級通路内を通過しながら電場によって分級された状態で採取口122に到達し、それぞれの採取口122に接続された粒子検出器120に流入する。分級通路110内で微粒子が分級されるメカニズムについては後述する。
【0035】
粒子検出器120としては、光学的な手法を利用して粒子の数をカウントする粒子カウンタを好適に用いることができる。あるいは、いわゆるFID(水素炎イオン化検出器、Flam Ionization Detector)を用いて微粒子に含まれる炭素濃度を検出したり、更には、帯電した微粒子の流れを、いわゆるファラデーカップを用いて電流として直接検出するなど、他の種々の方法を適用することも可能である。
【0036】
図2は、排気ガス中の微粒子が、分級通路110内で分級されるメカニズムを示した説明図である。排気ガス中に含まれている微粒子は、帯電器170を通過する際に電荷を付与されて、排気ガス導入管140から分級通路110内に流入する。図中に示した黒丸は、排気ガス中に含まれている微粒子を示している。図2では説明の便宜から、排気ガス中には、大きな微粒子LPと小さな微粒子SPとの2種類の微粒子のみが含まれているものとする。
【0037】
排気ガス導入管140の周囲には、搬送ガス供給管150が設けられており、搬送ガス供給管150からは、圧送ポンプ30で圧送された搬送ガスが、排気ガスの流入に合わせて供給される。搬送ガスの流入速度は排気ガスの流入速度と同じ速度となるように調整されている。図2では、搬送ガスの流れを白抜きの矢印で表している。分級通路110の寸法および排気ガスの流入速度(従って、搬送ガスの流入速度)は、レイノズル数が所定値以下となるような適切な値に設定されているので、分級通路110内での排気ガスおよび搬送ガスの流れは、いわゆる層流状態に保たれており、このため排気ガスおよび搬送ガスは互いにほとんど混じり合うことなく、層を成した状態を保ったまま分級通路110内を流れていく。この結果、分級通路110の中央に設けられた電極180の周囲には、排気ガスの流れが、そしてその周囲には搬送ガスの流れが層を成して存在するような流動状況が形成されることになる。
【0038】
次いで、高圧電源130からの電圧を印加することで、電極180と分級通路110との間に電場を形成する。排気ガスおよび搬送ガスは分級通路110に沿って流れているから、電場はこの流れと交差する方向に形成されることになる。電場の方向は、微粒子に付与した電荷によって決定される。すなわち、微粒子にプラスの電荷を付与した場合は、電極180から分級通路110に向かうような電場を形成する。こうした電場は、例えば電極180に正電圧を加えて分級通路110を接地することで、あるいは電極180を接地して分級通路110に負電圧を加えることで形成することができる。逆に、微粒子にマイナスの電荷を付与した場合は、電極180に負電圧を加えて分級通路110を接地し、あるいは電極180を接地して分級通路110に正電圧を加えればよい。
【0039】
このように、微粒子に付与した電荷に応じて電場を形成しておくと、微粒子は、電極180から離れる方向のクーロン力を受けることになる。この結果、排気ガス中の微粒子は、流れを横切る方向に少しずつ移動し、搬送ガスの層に進入して、ついには分級通路110の内壁まで到達する。電荷を帯びた微粒子が、このように流れを横切る方向に移動する速度Zp は、電場から受けるクーロン力と、流体から受ける抵抗との釣り合いによって決定され、次式によって求めることができる。
Zp =Cm ×np ×e/(3πμ×dp )
ここで、np は微粒子に付与された電荷の数を示しており、eは電気素量、μは気体の粘性係数、dp は微粒子の粒径を示している。また、補正係数Cm はカニンガム補正係数と呼ばれ、微粒子の粒径が小さく、気体を連続流体と見なせないことによる影響を補正するための係数である。
【0040】
上式から明らかなように、大きな微粒子は流れをゆっくりと横切るように移動する。これは、微粒子が大きくなるほど、流体から大きな抵抗を受けるためである。このように、大きな微粒子は流れをゆっくりと横切るので、分級通路110の内壁面まで到達するまでに、排気ガスおよび搬送ガスの流れに載って長い距離を流されることになる。これに対して、流体の抵抗の少ない小さな微粒子は流れを速やかに横切るので、さほど流されることなく、分級通路110の内壁面まで到達することができる。すなわち、図2に示したように、流れの上流側に設けた採取口122では小さな微粒子SPのみが検出され、流れの下流側に設けた採取口122では大きな微粒子LPのみが検出されることになる。このように、分級通路110内の流れの方向に位置を異ならせて設けた複数の箇所で微粒子を検出してやれば、微粒子を分級した状態で微粒子を検出することが可能となるのである。
【0041】
図3は、分級通路110に設けられた採取口122の構造を概念的に示した斜視図である。図示されているように、分級通路110には外周を取り巻くように採取環124が設けられており、採取環124と分級通路110とは採取口122で連通している。分級通路110内で分級された微粒子は、採取口122から採取環124に流入し、採取環124からパイプ126によって粒子検出器120へと導かれる。このようにすれば、分級された全ての微粒子を粒子検出器120に供給することができるので、高い検出感度を得ることが可能である。
【0042】
図4は、排気ガスに含まれる微粒子の代表的な粒径分布を示した説明図である。横軸には微粒子の粒径が対数表示されている。図中の実線は各粒径での重量の計測値を示しており、図中の破線は各粒径での粒子数を示している。図示されているように、排気ガス中の微粒子は、10nm〜30nm付近にピークを有する小さな微粒子と、100nm〜300nm付近にピークを有する大きな微粒子の、大きく2種類の微粒子が含まれていることが知られている。すなわち、この2つの粒径範囲で微粒子の排出挙動を計測しておけば、全微粒子の大まかな排出挙動を把握することが可能である。
【0043】
こうした微粒子の粒径分布を考慮して、本実施例の微粒子計測装置100では、分級通路110の上流側と下流側とにそれぞれ1つずつ採取口122が設けられており、上流側の採取口122は、図3中で「A」と示した粒径範囲の微粒子を検出する位置に、また、下流側の採取口122は図3中で「B」と示した粒径範囲の微粒子を検出する位置に設けられている。それぞれの採取口122をこのような位置に設けておくことにより、排気ガス中の微粒子の大まかな排出挙動をリアルタイムで検出することが可能となる。もちろん、図3中で「C」と示した粒径範囲でも微粒子を検出することとすれば、より詳細な粒径分布を検出することも可能である。
【0044】
上述したように、本実施例の微粒子計測装置100は、排気ガス中の微粒子を分級した状態で連続的に検出することができる。微粒子の分級は、電場をかけた分級通路110内に、排気ガスおよび搬送ガスを通過させるだけで速やかに実施することができるので、内燃機関10の運転条件が変化したときの過渡的な微粒子の排出挙動も、十分な時間分解能で検出することが可能である。
【0045】
加えて、本実施例の微粒子計測装置100では、微粒子を極めて単純な機構で分級しており、フィルタのような目詰まりを起こす要素が存在しない。このため、長い期間に亘って使用を続けても特性が劣化することなく、高い精度で安定した計測を行うことが可能である。また、微粒子は採取口122で採取され、電極180に付着することがない。このため、長期間に亘る使用でも、ほとんどメンテナンスする必要がない。
【0046】
このように分級機構が簡素であることに加えて、更に、採取口を設ける位置を2箇所あるいは3箇所に絞って設けることとすれば、計測装置全体を極めて小型に構成することができる。採取口が少ない分だけ詳細な粒径分布を得ることはできないものの、前述したように、メンテナンスをすることなく長期間に亘って高い精度で安定した計測が可能であることから、例えば、内燃機関の整備工場などで用いる検査ツールとして好適に使用することが可能となる。
【0047】
本実施例の微粒子計測装置100は、構造が簡素であるだけでなく、応答性が高く且つ安定して精度良い計測が可能という優れた特長も備えている。従って、分級通路110の長手方向に多数の採取口122を設けてやれば、こうした特長を活かして、排気ガス中の微粒子の排出挙動を詳細に研究するための高精度な研究ツールとしても効果的に使用することが可能である。
【0048】
上述した微粒子計測装置100には、種々の変形例が存在している。以下では、これら変形例の微粒子計測装置について説明する。
【0049】
上述した微粒子計測装置100では、図3に示したように分級通路110の外周に採取環124を設け、分級通路110の全周に亘って採取口122を設けるものとして説明した。しかし、簡便には、分級通路110に放射状にパイプ126を立てて採取口122を設けることとしても良い。図5は、こうして複数の採取口122を設けた様子を例示した説明図である。ここで、分級通路110の上流側に設けた採取口122と下流側の採取口122とは、図5(a)に示すように、流れの方向から見て互い違いとなる位置に設けることとしてもよい。こうすれば、下流側の採取口にも上流側の採取口と同じように、すなわち上流側に存在する採取口の影響をほとんど受けることなく、下流側の採取口でも微粒子を採取することができるので、分級精度の向上を図ることが可能である。
【0050】
これに対して、図5(b)に示すように、流れの方向から見て同じ位置に設けた場合には、小さな微粒子は上流側の採取口122で採取されてしまうので、下流側に設けた採取口122に混入するおそれがない。このため、分級精度を向上させることが可能である。
【0051】
また、採取口122は、分級通路110の内壁面から搬送ガスの流れに突出させて設けることとしても良い。図6は、こうして突設された採取口122を例示した説明図である。前述したように、小さな微粒子は流体から受ける抵抗が少ないから、電場の影響を受けて流れを速やかに横切って、上流側で分級通路110の内壁面に到達する。内壁面に到達した小さな微粒子は、その後、内壁面に沿って下流へと流されていく。図6に破線で示した矢印は、小さな微粒子が、こうして内壁面に沿って移動する様子を概念的に示している。このような小さな微粒子が多数存在している場合でも、採取口122を突設しておけば、このような微粒子を採取してしまうことを回避することができるので、微粒子を精度良く分級することが可能となる。
【0052】
あるいは、採取口122の上流側に、小さな微粒子を妨げるような突部128を設けることとしても良い。図7は、こうした突部128を例示した説明図である。図中に破線の矢印で示されているように、小さな微粒子が内壁面に沿って上流から移動してきても、突部128に遮られるために、採取口122に流入することはない。その結果、微粒子を精度良く分級することが可能となる。
【0053】
また、上述した実施例では、分級通路110の断面形状を略円形として、ほぼ中央に電極180が設けられているものとして説明したが、分級通路はこうした構成に限られるものではない。例えば、分級通路110の断面を矩形形状として、図8に示したように、一方の側面に電極180を設けることとしても良い。このような構成においても、排気ガスおよび搬送ガスの流れと交差する方向に電場を形成しておけば、図2を用いて説明したメカニズムによって、微粒子を分級することができる。こうすれば、電極180を分級通路110の内部に設ける必要がないので、微粒子計測装置をより簡単な構造とすることができる。
【0054】
以上、本発明についての各種の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。
【0055】
【発明の効果】
以上記述したように、本各発明によれば、構造が簡単で信頼性が高く、応答速度に優れ、排気ガス中の微粒子を粒径分布に関する情報も含めて、高精度に計測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例の微粒子計測装置の構造を概念的に示した説明図である。
【図2】排気ガス中の微粒子が分級通路内で分級されるメカニズムを示した説明図である。
【図3】分級通路に設けられた採取口の構造を概念的に示した斜視図である。
【図4】排気ガスに含まれる微粒子の代表的な粒径分布を示した説明図である。
【図5】分級通路に複数の採取口が設けられている様子を例示した説明図である。
【図6】分級通路の内壁面に突設された採取口を例示した説明図である。
【図7】採取口の上流側に微粒子の混入を妨げるための突部が設けられている様子を例示した説明図である。
【図8】電極が側面に設けられた分級通路の構成を例示した説明図である。
【符号の説明】
10…内燃機関
12…排気管
20…排気ブロア
30…圧送ポンプ
100…微粒子計測装置
110…分級通路
120…粒子検出器
122…採取口
124…採取環
126…パイプ
128…突部
130…高圧電源
140…排気ガス導入管
150…搬送ガス供給管
160…放出通路
170…帯電器
180…電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for measuring fine particles contained in exhaust gas continuously and including information related to particle size.
[0002]
[Prior art]
Since the internal combustion engine is small and has an excellent characteristic of being able to output relatively large power, it can be used as a power source for various transportation engines such as automobiles, ships and aircraft, or as a power source for various stationary devices. As widely used. These internal combustion engines have an operating principle of combusting an air-fuel mixture compressed in a combustion chamber, converting the combustion pressure generated at that time into mechanical work, and taking it out as power.
[0003]
Among such internal combustion engines, an internal combustion engine (a so-called diesel engine, in-cylinder injection gasoline engine, etc.) that directly injects fuel into the combustion chamber and diffuses and burns fuel spray has excellent characteristics such as high fuel consumption efficiency. ing. However, on the other hand, it has been pointed out that particulate matter (PM) in the exhaust gas may adversely affect health. In addition, there is a legal regulation that suppresses the weight concentration of PM contained in the exhaust gas to a value below an allowable value. In recent years, it has been pointed out that small particles (hereinafter referred to as nanoparticles) having a particle size of 50 nm or less among PMs may have some specific effects on the human body. It is being considered including the necessity of regulation.
[0004]
In such studies, it is necessary to measure the concentration of nanoparticles in exhaust gas, but it is suggested that the degree of influence and mechanism on human health may vary depending on the particle size of nanoparticles. Therefore, it is necessary to measure information on the particle size distribution. Furthermore, from the viewpoint of effectively suppressing the emission of nanoparticles by improving the internal combustion engine, in order to clarify the emission behavior of nanoparticles, the nanoparticles in the exhaust gas including the particle size distribution are real-time. It is desirable to measure with.
[0005]
As a technique for measuring the particulate matter in the exhaust gas, for example, a technique for measuring the particle size distribution by collecting the particulate matter in the exhaust gas for each particle size using a plurality of collecting members (for example, , Patent Document 1), or a technique (for example, Patent Document 2) that measures the concentration in real time by measuring the scattered light from the particulate matter by entering light into the exhaust gas has been proposed. .
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2003-35636 A
[Patent Document 2]
JP 2003-114192 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the nanoparticles are very small in particle size and are easily affected by intermolecular force, electrostatic force, thermophoresis, etc., as collected by the collecting member as proposed in Patent Document 1, Due to the strong influence of measurement conditions, accurate measurement is very difficult. In addition, it is impossible to measure the nanoparticle concentration in the exhaust gas in real time. Moreover, according to the technique proposed in Patent Document 2, although it is possible to measure in real time, it is difficult to obtain information on the particle size distribution. Of course, if the intensity of light scattered by each particle is analyzed, it is possible in principle to extract information on the particle size distribution. However, since nanoparticles have a small particle size and low scattered light intensity, It is difficult to measure accurate data, and it cannot be a practical and simple measurement method.
[0008]
The present invention has been made to solve these problems in the prior art, and provides a technique that can easily measure nanoparticles in exhaust gas in real time in a state including information on particle size distribution. The purpose is to do.
[0009]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to solve at least a part of the problems described above, the fine particle measuring apparatus of the present invention employs the following configuration. That is,
A particulate measuring device for measuring particulates contained in exhaust gas of an internal combustion engine,
A passage portion through which the exhaust gas and the carrier gas not containing fine particles flow in a layered state,
A fine particle charging portion provided on the upstream side of the passage portion and charging the fine particles in the exhaust gas;
An electric field forming unit for forming an electric field in a direction across the flow of the carrier gas on the downstream side of the fine particle charging unit;
A sampling port for continuously collecting the fine particles, which have moved across the flow of the carrier gas under the action of the formed electric field, together with the carrier gas;
A fine particle detector for detecting fine particles collected together with the carrier gas;
With
A plurality of the sampling ports are provided at different positions in the direction of the carrier gas flow.
[0010]
Further, the fine particle measurement method of the present invention corresponding to the fine particle measurement device described above,
A fine particle measurement method for measuring fine particles contained in exhaust gas of an internal combustion engine,
Forming a flow in which the exhaust gas and the carrier gas not containing particulates are layered together in a passage;
Charging the particulates in the exhaust gas upstream of the passage;
Forming an electric field in a direction across the flow of the carrier gas downstream of the particulate charging unit;
The fine particles that have moved across the flow of the carrier gas under the action of the formed electric field continuously with the carrier gas at a plurality of positions that are different from each other in the direction of the carrier gas flow. The process of collecting
Measuring fine particles collected together with the carrier gas;
It is a summary to provide.
[0011]
In the particulate measuring apparatus and particulate measuring method of the present invention, the exhaust gas of the internal combustion engine and the carrier gas not containing particulates are circulated in the passage in a state of being layered with each other. Further, the fine particles in the exhaust gas are charged on the upstream side of the passage, and an electric field is formed in the direction crossing the flow on the downstream side. The charged fine particles are gradually moved in the direction intersecting with the flow by receiving the force from the electric field while flowing from the upstream to the downstream on the flow of the exhaust gas. Eventually, the gas moves from the exhaust gas region to the carrier gas region, and finally reaches the inner wall surface of the passage. In this way, the fine particles that have moved across the flow under the force of the electric field while flowing in the carrier gas are continuously collected and measured together with the carrier gas.
[0012]
The speed at which the fine particles move in the direction intersecting the flow depends on the Coulomb force received from the electric field, the resistance received by the fine particles from the fluid, and the like, and the resistance received from the fluid increases as the fine particles increase. For this reason, large particles that receive large resistance move slowly across the flow, and small particles that do not receive much resistance move quickly across the flow. Therefore, if the sample is continuously collected together with the carrier gas at a plurality of locations with different positions in the direction of the carrier gas flow and the particulates contained in the carrier gas are detected, the flow can be quickly crossed upstream. Small particles that have been produced, and large particles that have slowly traversed the flow on the downstream side are detected.
[0013]
In the fine particle measuring apparatus and the fine particle measuring method of the present application, since the fine particles are detected using such a method, the fine particles in the exhaust gas can be continuously measured. Moreover, since the particulates in the exhaust gas can be detected in a classified state according to the detection locations provided with different positions in the flow direction, information on the particle size distribution of the particulates can also be continuously and simply. It becomes possible to detect.
[0014]
Further, in the particulate measuring apparatus and particulate measuring method of the present application, the exhaust gas and the carrier gas are allowed to flow in the passage in a state of being layered together, the particulates are charged on the upstream side, and an electric field is formed on the downstream side. Fine particles are classified with an extremely simple structure. Therefore, it is possible to reduce the size of the device with a simple configuration as a whole and improve the reliability.
[0015]
In addition, the particle size of the fine particles contained in the exhaust gas is distributed over a wide range. However, since the fine particles are classified and supplied to the detection unit, each detection unit is required to have a wide detection range. There is nothing to do. For this reason, it becomes possible to detect fine particles with high accuracy and stability.
[0016]
Furthermore, in the above-described method, the difference in the detection position of the fine particles corresponds to the difference in the size of the fine particles to be detected as it is. Accordingly, there is an advantage that even when detecting a fine particle having a new particle diameter, it is possible to easily cope with the problem by simply adding a detection position to the corresponding position.
[0017]
Further, in the fine particle measuring apparatus and the fine particle measuring method of the present application, even when it is necessary to increase the number of sampling ports in order to classify the fine particles more finely, the sampling ports are provided with different positions in the flow direction. Therefore, it is possible to easily increase the number of installations.
[0018]
In addition, if the sampling port is provided on the side of the flow in this way, it is easy to improve the resolution when classifying the fine particles. First, fine particles in the exhaust gas are allowed to flow over a long distance from the carrier gas flow to the inner wall surface of the passage. In order to allow the fine particles to flow over a long distance, for example, the flow rate of the carrier gas (and exhaust gas) may be increased, or the strength of the electric field to be formed may be decreased. In this state, a sampling port is provided at a position corresponding to the size of the fine particles to be classified. By doing so, it is possible to improve the resolution at the time of classifying the microparticles very simply even when a sampling port of the same size is used.
[0019]
In such a fine particle measuring apparatus, the exhaust gas and the carrier gas may be flown through the passage while maintaining the so-called laminar flow.
[0020]
If the flow of the exhaust gas and the carrier gas is in a so-called turbulent state in the passage, a flow in which the exhaust gas and the carrier gas are mixed with each other is generated, and the fine particles are carried into the carrier gas by this flow. The classification error will increase. On the other hand, if the flow of exhaust gas and carrier gas is kept in a laminar flow state in the passage, it becomes possible to avoid the introduction of errors due to these factors, and thus fine particles in the exhaust gas can be accurately removed. Since it becomes possible to measure, it is preferable.
[0021]
In such a particle measuring apparatus, a collection port for collecting particles may be provided in the carrier gas from the inner wall of the passage.
[0022]
If fine particles smaller than the fine particles to be detected are contained in the exhaust gas, the fine particles quickly cross the flow of the exhaust gas and the carrier gas and reach the inner wall of the passage upstream from the sampling port. Then, it may move downstream along the inner wall and flow in from the sampling port together with fine particles of a size to be detected. On the other hand, if the sampling port protrudes from the inner wall of the passage, even if the exhaust gas contains fine particles smaller than the fine particles to be detected, it is possible to avoid such small fine particles from being mixed in. Therefore, it is possible to classify and detect fine particles with high accuracy.
[0023]
Or it is good also as providing the protrusion which prevents inflow of the microparticles | fine-particles which have moved along the inner wall in the upstream of a collection port.
[0024]
Even in this case, it is possible to effectively avoid the small classification of the fine particles and the classification accuracy to be lowered, so that the fine particles can be accurately measured.
[0025]
The fine particle measuring apparatus described above may be provided with sampling ports at two locations by making the positions different from each other in the direction of the flow of the carrier gas.
[0026]
In the exhaust gas, it is known that there are two types of fine particles, fine particles having a size of about 10 nm to 30 nm and fine particles having a size of about 100 nm to 300 nm. Therefore, it is preferable to provide the collection ports for the fine particles at two locations corresponding to these sizes because the discharge behavior of the fine particles can be easily measured.
[0027]
Furthermore, it is good also as providing a sampling port between these two sampling ports and providing a sampling port in a total of three locations.
[0028]
This is preferable because more detailed information on the particle size distribution of the fine particles can be easily obtained.
[0029]
In addition, the fine particle detector provided at least on the upstream side of the fine particle measurement device described above may count the fine particles using an optical technique.
[0030]
Since small particles are detected on the upstream side, the number of particles increases compared to the weight. Therefore, on the upstream side, it is possible to detect fine particles with high accuracy by counting the number of particles using an optical method.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the above-described invention of the present application will be described in detail based on examples. FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing the structure of the particle measuring apparatus 100 of the present embodiment. The fine particle measuring apparatus 100 is roughly composed of a classification passage 110, a plurality of particle detectors 120, a high-voltage power supply 130, and the like. An upstream side of the classification passage 110 is connected with an exhaust gas introduction pipe 140 for introducing exhaust gas into the classification passage and a carrier gas supply pipe 150 for supplying carrier gas into the classification passage. A discharge passage 160 for discharging the exhaust gas and the carrier gas is connected to the downstream side of the classification passage 110. A charger 170 is provided in the middle of the exhaust gas introduction pipe 140. The charger 170 can give a charge to the passing fine particles by performing corona discharge or the like inside. The classification passage 110 has a substantially circular cross section, and a columnar electrode 180 is provided at substantially the center of the classification passage 110. An electric field can be formed between the electrode 180 and the inner wall surface of the classification passage 110 by the high voltage power source 130.
[0032]
When measuring the particulates contained in the exhaust gas of the internal combustion engine 10 using the particulate measurement device 100, the exhaust gas introduction pipe 140 is attached to the exhaust pipe 12 of the internal combustion engine, and the exhaust blower 20 is disposed in the discharge passage 160. And exhaust gas is sucked into the exhaust gas introduction pipe 140. The fine particles contained in the exhaust gas are charged by a charger 170 provided in the exhaust gas introduction pipe 140 and then flow into the classification passage 110. Further, upstream of the carrier gas supply pipe 150 is connected to the pressure feed pump 30, and the carrier gas is supplied from the carrier gas supply pipe 150 into the classification passage 110 in accordance with the inflow of exhaust gas. As the carrier gas, various gases that do not contain fine particles, such as air, can be used.
[0033]
In FIG. 1, the flow of exhaust gas is represented by hatched arrows, and the flow of carrier gas is represented by white arrows. As shown in the figure, the exhaust gas and the carrier gas flow in the classification passage 110 with being mixed with each other in a layered state. As described above, since an electric field is formed between the electrode 180 provided at the center of the classification passage 110 and the inner wall surface of the classification passage 110, the fine particles contained in the exhaust gas are separated from the electric field. It moves in the direction crossing the flow under the Coulomb force.
[0034]
A plurality of sampling ports 122 are provided on the wall surface of the classification passage 110 in different positions in the flow direction, and the sampling ports 122 are connected to the particle detectors 120 provided in each. As described above, since the plurality of sampling ports 122 are provided in the classification passage 110 with different flow directions, the fine particles in the exhaust gas are collected in a state where they are classified by the electric field while passing through the classification passage. It reaches the mouth 122 and flows into the particle detector 120 connected to each sampling port 122. A mechanism for classifying the fine particles in the classification passage 110 will be described later.
[0035]
As the particle detector 120, a particle counter that counts the number of particles using an optical technique can be suitably used. Alternatively, a so-called FID (Flame Ionization Detector) is used to detect the concentration of carbon contained in the fine particles, and furthermore, the flow of charged fine particles is directly detected as a current using a so-called Faraday cup. It is also possible to apply other various methods.
[0036]
FIG. 2 is an explanatory view showing a mechanism by which fine particles in the exhaust gas are classified in the classification passage 110. The fine particles contained in the exhaust gas are charged when passing through the charger 170 and flow into the classification passage 110 from the exhaust gas introduction pipe 140. The black circles shown in the figure indicate the fine particles contained in the exhaust gas. In FIG. 2, for convenience of explanation, it is assumed that the exhaust gas contains only two kinds of fine particles, large fine particles LP and small fine particles SP.
[0037]
A carrier gas supply pipe 150 is provided around the exhaust gas introduction pipe 140, and the carrier gas pumped by the pressure pump 30 is supplied from the carrier gas supply pipe 150 in accordance with the inflow of the exhaust gas. . The inflow speed of the carrier gas is adjusted to be the same as the inflow speed of the exhaust gas. In FIG. 2, the flow of the carrier gas is represented by a white arrow. The size of the classification passage 110 and the inflow speed of the exhaust gas (accordingly, the inflow speed of the carrier gas) are set to appropriate values so that the number of lay nozzles is a predetermined value or less. The flow of the carrier gas is maintained in a so-called laminar flow state, so that the exhaust gas and the carrier gas hardly mix with each other, and flow in the classification passage 110 while maintaining a layered state. As a result, a flow situation is formed in which the exhaust gas flow is present around the electrode 180 provided in the center of the classification passage 110 and the carrier gas flow is present in layers around the electrode 180. It will be.
[0038]
Next, an electric field is formed between the electrode 180 and the classification passage 110 by applying a voltage from the high-voltage power supply 130. Since the exhaust gas and the carrier gas flow along the classification passage 110, the electric field is formed in a direction crossing this flow. The direction of the electric field is determined by the electric charge applied to the fine particles. That is, when a positive charge is applied to the fine particles, an electric field is formed from the electrode 180 toward the classification passage 110. Such an electric field can be formed, for example, by applying a positive voltage to the electrode 180 and grounding the classification passage 110, or by grounding the electrode 180 and applying a negative voltage to the classification passage 110. Conversely, when a negative charge is applied to the fine particles, a negative voltage may be applied to the electrode 180 to ground the classification passage 110, or the electrode 180 may be grounded to apply a positive voltage to the classification passage 110.
[0039]
In this way, when an electric field is formed according to the electric charge applied to the fine particles, the fine particles receive a Coulomb force in a direction away from the electrode 180. As a result, the fine particles in the exhaust gas move little by little in the direction crossing the flow, enter the carrier gas layer, and finally reach the inner wall of the classification passage 110. The speed Zp at which the charged fine particles move in the direction crossing the flow is determined by the balance between the Coulomb force received from the electric field and the resistance received from the fluid, and can be obtained by the following equation.
Zp = Cm × np × e / (3πμ × dp)
Here, np represents the number of charges applied to the fine particles, e represents the elementary charge, μ represents the viscosity coefficient of the gas, and dp represents the particle size of the fine particles. Further, the correction coefficient Cm is called a Cunningham correction coefficient, and is a coefficient for correcting an influence caused by the fact that the particle size of the fine particles is small and the gas cannot be regarded as a continuous fluid.
[0040]
As is clear from the above equation, large particles move slowly across the flow. This is because the larger the fine particles, the greater the resistance from the fluid. In this way, since the large fine particles slowly cross the flow, they reach the inner wall surface of the classification passage 110 and are carried over a long distance on the flow of the exhaust gas and the carrier gas. On the other hand, since the small fine particles with low fluid resistance quickly cross the flow, they can reach the inner wall surface of the classification passage 110 without much flow. That is, as shown in FIG. 2, only small particles SP are detected at the sampling port 122 provided on the upstream side of the flow, and only large particles LP are detected at the sampling port 122 provided on the downstream side of the flow. Become. In this way, if the fine particles are detected at a plurality of locations provided in different positions in the flow direction in the classification passage 110, the fine particles can be detected in a state where the fine particles are classified.
[0041]
FIG. 3 is a perspective view conceptually showing the structure of the sampling port 122 provided in the classification passage 110. As shown in the drawing, the classification passage 110 is provided with a collection ring 124 so as to surround the outer periphery, and the collection ring 124 and the classification passage 110 communicate with each other through a collection port 122. The fine particles classified in the classification passage 110 flow into the collection ring 124 from the collection port 122 and are guided from the collection ring 124 to the particle detector 120 through the pipe 126. In this way, since all classified fine particles can be supplied to the particle detector 120, high detection sensitivity can be obtained.
[0042]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a typical particle size distribution of fine particles contained in the exhaust gas. On the horizontal axis, the particle diameter of the fine particles is logarithmically displayed. The solid line in the figure shows the measured value of the weight at each particle size, and the broken line in the figure shows the number of particles at each particle size. As shown in the figure, the fine particles in the exhaust gas include two types of fine particles, a small fine particle having a peak in the vicinity of 10 nm to 30 nm and a large fine particle having a peak in the vicinity of 100 nm to 300 nm. Are known. That is, if the discharge behavior of the fine particles is measured in these two particle size ranges, it is possible to grasp the rough discharge behavior of all the fine particles.
[0043]
In consideration of such particle size distribution of the fine particles, the fine particle measuring apparatus 100 of the present embodiment is provided with one sampling port 122 on each of the upstream side and the downstream side of the classification passage 110, and the upstream sampling port. 122 is a position for detecting particles in the particle size range indicated by “A” in FIG. 3, and the sampling port 122 on the downstream side detects particles in the particle size range indicated by “B” in FIG. It is provided in the position to do. By providing each sampling port 122 at such a position, it is possible to detect the rough discharge behavior of the fine particles in the exhaust gas in real time. Of course, if fine particles are detected even in the particle size range indicated by “C” in FIG. 3, a more detailed particle size distribution can be detected.
[0044]
As described above, the particle measuring apparatus 100 of the present embodiment can continuously detect the particles in the exhaust gas in a classified state. Since the classification of the fine particles can be performed quickly only by passing the exhaust gas and the carrier gas through the classification passage 110 to which an electric field is applied, the transient fine particles when the operating condition of the internal combustion engine 10 is changed can be obtained. The discharge behavior can also be detected with sufficient time resolution.
[0045]
In addition, in the particle measuring apparatus 100 of the present embodiment, the particles are classified by an extremely simple mechanism, and there is no element that causes clogging such as a filter. For this reason, it is possible to perform stable measurement with high accuracy without deterioration of characteristics even if the use is continued for a long period of time. The fine particles are collected at the collection port 122 and do not adhere to the electrode 180. For this reason, even when used for a long period of time, there is almost no need for maintenance.
[0046]
In addition to the simple classification mechanism as described above, if the position where the sampling port is provided is limited to two or three, the entire measuring device can be made extremely small. Although it is not possible to obtain a detailed particle size distribution due to the small number of sampling ports, as described above, stable measurement can be performed with high accuracy over a long period of time without maintenance. It can be suitably used as an inspection tool used in a maintenance shop.
[0047]
The fine particle measuring apparatus 100 of the present embodiment has not only a simple structure, but also has an excellent feature that it is highly responsive and can measure stably and accurately. Therefore, if a large number of sampling ports 122 are provided in the longitudinal direction of the classification passage 110, it is effective as a highly accurate research tool for detailed study of the discharge behavior of fine particles in the exhaust gas, taking advantage of these features. Can be used.
[0048]
Various modifications exist in the fine particle measuring apparatus 100 described above. In the following, a description will be given of these modified particle measuring apparatuses.
[0049]
In the fine particle measuring apparatus 100 described above, the sampling ring 124 is provided on the outer periphery of the classification passage 110 and the sampling port 122 is provided over the entire circumference of the classification passage 110 as shown in FIG. However, for convenience, the sampling ports 122 may be provided by standing the pipes 126 radially in the classification passage 110. FIG. 5 is an explanatory view illustrating a state in which a plurality of sampling ports 122 are thus provided. Here, as shown in FIG. 5A, the sampling port 122 provided on the upstream side of the classification passage 110 and the sampling port 122 on the downstream side may be provided at positions that are staggered when viewed from the flow direction. Good. In this way, the downstream sampling port can collect the fine particles at the downstream sampling port in the same manner as the upstream sampling port, that is, almost without being affected by the upstream sampling port. Therefore, it is possible to improve the classification accuracy.
[0050]
On the other hand, as shown in FIG. 5 (b), when provided at the same position when viewed from the flow direction, small particles are collected at the upstream sampling port 122, and therefore provided at the downstream side. There is no risk of mixing in the sampling port 122. For this reason, it is possible to improve classification accuracy.
[0051]
The sampling port 122 may be provided so as to protrude from the inner wall surface of the classification passage 110 in the flow of the carrier gas. FIG. 6 is an explanatory view illustrating the sampling port 122 thus protruding. As described above, since the small particles receive less resistance from the fluid, they quickly cross the flow under the influence of the electric field and reach the inner wall surface of the classification passage 110 on the upstream side. The small particles that have reached the inner wall surface are then flowed downstream along the inner wall surface. The arrows indicated by broken lines in FIG. 6 conceptually show how small particles move in this way along the inner wall surface. Even when a large number of such small particles are present, if the sampling port 122 is provided in a projecting manner, it is possible to avoid collecting such particles, so that the particles can be classified with high accuracy. Is possible.
[0052]
Or it is good also as providing the protrusion 128 which prevents a small microparticle in the upstream of the collection port 122. FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating such a protrusion 128. As indicated by the dashed arrows in the figure, even if small particles move from the upstream along the inner wall surface, they do not flow into the sampling port 122 because they are blocked by the protrusions 128. As a result, the fine particles can be classified with high accuracy.
[0053]
Moreover, although the cross-sectional shape of the classification channel | path 110 was demonstrated as the substantially circular shape and the electrode 180 was provided in the substantially center in the Example mentioned above, a classification channel | path is not restricted to such a structure. For example, the classification passage 110 may have a rectangular cross section, and the electrode 180 may be provided on one side as shown in FIG. Even in such a configuration, if an electric field is formed in a direction crossing the flow of the exhaust gas and the carrier gas, the fine particles can be classified by the mechanism described with reference to FIG. In this case, since it is not necessary to provide the electrode 180 inside the classification passage 110, the particle measuring device can be made a simpler structure.
[0054]
While various embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and is not limited to the wording of each claim unless it departs from the scope described in each claim. It is possible to appropriately add an improvement based on the knowledge that a person skilled in the art normally has, and also to the extent that those skilled in the art can easily replace them.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the structure is simple, the reliability is high, the response speed is excellent, and the fine particles in the exhaust gas can be measured with high accuracy including the information on the particle size distribution. become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view conceptually showing the structure of a particle measuring apparatus of the present embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a mechanism by which fine particles in exhaust gas are classified in a classification passage.
FIG. 3 is a perspective view conceptually showing the structure of a sampling port provided in a classification passage.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a typical particle size distribution of fine particles contained in exhaust gas.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a state in which a plurality of sampling ports are provided in the classification passage.
FIG. 6 is an explanatory view illustrating a sampling port projecting from the inner wall surface of the classification passage.
FIG. 7 is an explanatory view exemplifying a state in which a protrusion for preventing mixing of fine particles is provided on the upstream side of the sampling port.
FIG. 8 is an explanatory view exemplifying a configuration of a classification passage having an electrode provided on a side surface thereof.
[Explanation of symbols]
10 ... Internal combustion engine
12 ... Exhaust pipe
20 ... exhaust blower
30 ... Pressure pump
100: Fine particle measuring device
110 ... Classification passage
120 ... Particle detector
122 ... sampling port
124 ... Collection ring
126 ... Pipe
128 ... protrusion
130: High voltage power supply
140 ... Exhaust gas introduction pipe
150 ... carrier gas supply pipe
160 ... Release passage
170: Charger
180 ... electrode

Claims (8)

内燃機関の排気ガスに含まれる微粒子を計測する微粒子計測装置であって、
前記排気ガスと、前記微粒子を含まない搬送ガスとが互いに層を成した状態で流れる通路部と、
前記通路部の上流側に設けられて、前記排気ガス中の微粒子を帯電させる微粒子帯電部と、
前記搬送ガスの流れを横切る方向の電場を前記微粒子帯電部の下流側に形成する電場形成部と、
前記形成された電場の作用を受けて前記搬送ガスの流れを横切って移動してきた前記微粒子を、該搬送ガスとともに連続的に採取する採取口と、
前記搬送ガスとともに採取された微粒子を検出する微粒子検出部と
を備え、
前記採取口は、前記搬送ガスの流れの方向に互いの位置を異ならせて複数設けられていることを特徴とする微粒子計測装置。
A particulate measuring device for measuring particulates contained in exhaust gas of an internal combustion engine,
A passage portion through which the exhaust gas and the carrier gas not containing fine particles flow in a layered state,
A fine particle charging portion provided on the upstream side of the passage portion and charging the fine particles in the exhaust gas;
An electric field forming unit for forming an electric field in a direction across the flow of the carrier gas on the downstream side of the fine particle charging unit;
A sampling port for continuously collecting the fine particles, which have moved across the flow of the carrier gas under the action of the formed electric field, together with the carrier gas;
A fine particle detector for detecting fine particles collected together with the carrier gas,
A fine particle measuring apparatus, wherein a plurality of the sampling ports are provided at different positions in the direction of the flow of the carrier gas.
請求項1記載の微粒子計測装置であって、
前記通路部は、前記排気ガスおよび前記搬送ガスが層流状態で流れる通路部である微粒子計測装置。
The fine particle measuring apparatus according to claim 1,
The particulate measuring device, wherein the passage portion is a passage portion through which the exhaust gas and the carrier gas flow in a laminar flow state.
請求項1または請求項2記載の微粒子計測装置であって、
前記採取口は、前記通路部の内壁から前記搬送ガス中に突設されている微粒子計測装置。
The fine particle measuring apparatus according to claim 1 or 2,
The sampling port is a fine particle measuring device that protrudes into the carrier gas from the inner wall of the passage portion.
請求項1または請求項2記載の微粒子計測装置であって、
前記採取口は、前記通路部の内壁に沿って上流側から移動してきた前記微粒子の採取を妨げる突部が設けられている微粒子計測装置。
The fine particle measuring apparatus according to claim 1 or 2,
The particulate collection device is provided with a protrusion that prevents the collection of the particulate that has moved from the upstream side along the inner wall of the passage portion.
請求項1または請求項2記載の微粒子計測装置であって、
前記採取口は、前記搬送ガスの流れの方向に互いの位置を異ならせて2箇所に設けられていることを特徴とする微粒子計測装置。
The fine particle measuring apparatus according to claim 1 or 2,
2. The fine particle measuring apparatus according to claim 1, wherein the sampling ports are provided at two positions with different positions in the direction of the flow of the carrier gas.
請求項1または請求項2記載の微粒子計測装置であって、
前記採取口は、前記搬送ガスの流れの方向に互いの位置を異ならせて3箇所に設けられていることを特徴とする微粒子計測装置。
The fine particle measuring apparatus according to claim 1 or 2,
The fine particle measuring apparatus, wherein the sampling ports are provided at three positions with different positions in the direction of the flow of the carrier gas.
請求項1または請求項2記載の微粒子計測装置であって、
微粒子検出部は、前記搬送ガスとともに採取された微粒子を光学的な手法によって計数する計測部である微粒子計測装置。
The fine particle measuring apparatus according to claim 1 or 2,
The fine particle detector is a fine particle measuring device that is a measuring unit that counts the fine particles collected together with the carrier gas by an optical method.
内燃機関の排気ガスに含まれる微粒子を計測する微粒子計測方法であって、
前記排気ガスと前記微粒子を含まない搬送ガスとが通路内で互いに層を成した状態の流れを形成する工程と、
前記通路の上流側で、前記排気ガス中の微粒子を帯電させる工程と、
前記搬送ガスの流れを横切る方向の電場を前記微粒子帯電部の下流側に形成する工程と、
前記形成された電場の作用を受けて前記搬送ガスの流れを横切って移動してきた前記微粒子を、該搬送ガスの流れの方向に互いの位置を異ならせた複数箇所で、該搬送ガスとともに連続的に採取する工程と、
前記搬送ガスとともに採取された微粒子を計測する工程と
を備える計測方法。
A fine particle measurement method for measuring fine particles contained in exhaust gas of an internal combustion engine,
Forming a flow in which the exhaust gas and the carrier gas not containing particulates are layered together in a passage;
Charging the particulates in the exhaust gas upstream of the passage;
Forming an electric field in a direction across the flow of the carrier gas downstream of the particulate charging unit;
The fine particles that have moved across the flow of the carrier gas under the action of the formed electric field continuously with the carrier gas at a plurality of positions that are different from each other in the direction of the carrier gas flow. The process of collecting
And a step of measuring fine particles collected together with the carrier gas.
JP2003190685A 2003-07-02 2003-07-02 Fine particle measuring apparatus and measuring method in exhaust gas Expired - Lifetime JP3985960B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003190685A JP3985960B2 (en) 2003-07-02 2003-07-02 Fine particle measuring apparatus and measuring method in exhaust gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003190685A JP3985960B2 (en) 2003-07-02 2003-07-02 Fine particle measuring apparatus and measuring method in exhaust gas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005024409A true JP2005024409A (en) 2005-01-27
JP3985960B2 JP3985960B2 (en) 2007-10-03

Family

ID=34188500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003190685A Expired - Lifetime JP3985960B2 (en) 2003-07-02 2003-07-02 Fine particle measuring apparatus and measuring method in exhaust gas

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3985960B2 (en)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007072942A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 Shimadzu Corporation Classifying system and fine particle measuring device
JP2007171001A (en) * 2005-12-22 2007-07-05 National Traffic Safety & Environment Laboratory Particle measuring device and measuring method
JP2007315817A (en) * 2006-05-23 2007-12-06 Univ Chuo Particle classification device
WO2008075607A1 (en) 2006-12-20 2008-06-26 Shimadzu Corporation Ionization device
JP2009222660A (en) * 2008-03-18 2009-10-01 Central Res Inst Of Electric Power Ind Nanoparticle component measuring device
JP2011196838A (en) * 2010-03-19 2011-10-06 Chugoku Electric Power Co Inc:The Radiation measuring device
JP2012052811A (en) * 2010-08-31 2012-03-15 Denso Corp Sensor control device
JP2012098036A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Sony Corp Sample flow-in apparatus, sample flow-in chip and sample flow-in method
JP2012194077A (en) * 2011-03-17 2012-10-11 Ngk Spark Plug Co Ltd Fine particle sensor
WO2017052116A1 (en) * 2015-09-22 2017-03-30 한양대학교 에리카산학협력단 Particle sampling probe and fine dust measuring device using same
US9885649B2 (en) 2015-09-11 2018-02-06 Toshiba Memory Corporation Particle measuring apparatus and particle measuring method
US10429290B2 (en) * 2016-09-29 2019-10-01 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Particulate measurement apparatus and particulate measurement system
US10436752B2 (en) * 2016-09-28 2019-10-08 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Particulate measurement apparatus and particulate measurement system
KR102098118B1 (en) * 2019-04-05 2020-05-27 주식회사 리트코 Methods capable of measuring particulates matter
US10845347B2 (en) 2015-09-22 2020-11-24 Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Erica Campus Particle sampling probe and fine dust measuring device using same
JP2021025417A (en) * 2019-07-31 2021-02-22 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 Evacuation method and device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101311426B1 (en) * 2011-08-24 2013-09-25 한국과학기술연구원 Multi-functional monitoring vehicle for mobile measuring of air pollution

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007072942A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 Shimadzu Corporation Classifying system and fine particle measuring device
JP2007171001A (en) * 2005-12-22 2007-07-05 National Traffic Safety & Environment Laboratory Particle measuring device and measuring method
JPWO2007072942A1 (en) * 2005-12-22 2009-06-04 株式会社島津製作所 Classification device and fine particle measuring device
JP4561835B2 (en) * 2005-12-22 2010-10-13 株式会社島津製作所 Classification device and fine particle measuring device
US7880109B2 (en) 2005-12-22 2011-02-01 Shimadzu Corporation Classification apparatus and fine particle measuring apparatus
KR101034340B1 (en) 2005-12-22 2011-05-16 시마쯔 코퍼레이션 Classifying system and fine particle measuring device
JP2007315817A (en) * 2006-05-23 2007-12-06 Univ Chuo Particle classification device
WO2008075607A1 (en) 2006-12-20 2008-06-26 Shimadzu Corporation Ionization device
US8022362B2 (en) 2006-12-20 2011-09-20 Shimadzu Corporation Ionization device
JP2009222660A (en) * 2008-03-18 2009-10-01 Central Res Inst Of Electric Power Ind Nanoparticle component measuring device
JP2011196838A (en) * 2010-03-19 2011-10-06 Chugoku Electric Power Co Inc:The Radiation measuring device
JP2012052811A (en) * 2010-08-31 2012-03-15 Denso Corp Sensor control device
JP2012098036A (en) * 2010-10-29 2012-05-24 Sony Corp Sample flow-in apparatus, sample flow-in chip and sample flow-in method
JP2012194077A (en) * 2011-03-17 2012-10-11 Ngk Spark Plug Co Ltd Fine particle sensor
US9885649B2 (en) 2015-09-11 2018-02-06 Toshiba Memory Corporation Particle measuring apparatus and particle measuring method
WO2017052116A1 (en) * 2015-09-22 2017-03-30 한양대학교 에리카산학협력단 Particle sampling probe and fine dust measuring device using same
US10845347B2 (en) 2015-09-22 2020-11-24 Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Erica Campus Particle sampling probe and fine dust measuring device using same
US10436752B2 (en) * 2016-09-28 2019-10-08 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Particulate measurement apparatus and particulate measurement system
US10429290B2 (en) * 2016-09-29 2019-10-01 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Particulate measurement apparatus and particulate measurement system
KR102098118B1 (en) * 2019-04-05 2020-05-27 주식회사 리트코 Methods capable of measuring particulates matter
JP2021025417A (en) * 2019-07-31 2021-02-22 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 Evacuation method and device
JP7362048B2 (en) 2019-07-31 2023-10-17 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 Vacuum evacuation method and device

Also Published As

Publication number Publication date
JP3985960B2 (en) 2007-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3985960B2 (en) Fine particle measuring apparatus and measuring method in exhaust gas
Johnson et al. A new electrical mobility particle sizer spectrometer for engine exhaust particle measurements
Yli-Ojanperä et al. Improving the nanoparticle resolution of the ELPI
US9606038B2 (en) Particle count measurement device
Maricq et al. Size distributions of motor vehicle exhaust PM: a comparison between ELPI and SMPS measurements
CN104487817B (en) For the equipment and process of particle mass concentration measurement and to the use of the equipment measured for particle mass concentration
US8044350B2 (en) Miniaturized ultrafine particle sizer and monitor
US20160139013A1 (en) A method and apparatus for dilution of aerosols
Wang et al. Improvement of Engine Exhaust Particle Sizer (EEPS) size distribution measurement–I. Algorithm and applications to compact-shape particles
US7140266B2 (en) Device for determining the size distribution of aerosol particles
JP2008128739A (en) Method and instrument for measuring number of fine particles
CN206876540U (en) A kind of Diesel particulate thing discharge quick diagnosis device based on OBD
JP5657552B2 (en) A device for characterizing the evolution of the size distribution of charged suspended particles in an air stream over time.
Eichler et al. Improvement of the resolution of TSI's 3071 DMA via redesigned sheath air and aerosol inlets
JP4748476B2 (en) Particle measuring device
Rostedt et al. A new miniaturized sensor for ultra-fast on-board soot concentration measurements
Michler et al. Comparison of different particle measurement techniques at a heavy-duty diesel engine test Bed
Rogers et al. Characterization of submicron exhaust particles from engines operating without load on diesel and JP-8 fuels
Wardoyo et al. A DC low electrostatic filtering system for PM2. 5 motorcycle emission
RU2645173C1 (en) Method for determining content of soot particles in the gte exhaust jet in flight
Saito et al. The origins of nanoparticle modes in the number distribution of diesel particulate matter
CN107179266A (en) Diesel particulate thing discharge quick diagnosis device and method based on OBD
KR100501872B1 (en) A Real-Time Instrument for Measuring Diesel Particulate Matter
JP6787837B2 (en) Particle detection sensor
Ji et al. Design and evaluation of a calibration system for portable motor vehicle emission particle number detectors

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060516

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070313

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070422

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20070422

TRDD Decision of grant or rejection written
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20070423

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070626

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070705

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3985960

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term