JP2005061913A - 排ガス測定装置及び排ガス測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配管に付着したコンタミネーションが排ガス測定に及ぼす影響を回避して、ＴＨＣ濃度を高精度に測定する。
【解決手段】希釈トンネル１からの希釈空気を流通させる希釈空気流通管８に、三方電磁弁１５及びマスフローコントローラ２３を設置する。三方電磁弁１５には、清浄空気を充填したガスボンベ１４を接続する。測定に先立ち、バックグラウンドバック１０に清浄空気を一時的に貯え、バックグラウンドバッグ１０を介した清浄空気のＴＨＣ濃度ＴＨＣ０を測定する。測定したＴＨＣ０は、排ガスのＴＨＣ濃度の演算に反映させる。希釈トンネル１に導入される希釈空気の流量を測定するとともに、マスフローコントローラ２３を作動させ、一定の割合の希釈空気をバックグラウンドバッグ１０に導入する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、排ガス測定装置及び排ガス測定方法に関し、詳細には、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定する装置及び方法に関する。

ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる炭素水素の濃度を測定する装置として、次のものが知られている。すなわち、排ガスの一部をサンプルガスとしてサンプリングし、このサンプルガスをガスボンベから供給される希釈ガス（例えば、窒素ガス）により一定の比率で希釈し、希釈したサンプルガスをサンプルバッグに貯える。そして、サンプリングが終了した後、サンプルバッグに貯えられているサンプルガスを全炭化水素計により分析し、サンプルガスの全炭化水素濃度（以下「ＴＨＣ濃度」という。）を測定するとともに、測定したＴＨＣ濃度に基づいて希釈前の排ガスのＴＨＣ濃度を算出する、というものである（特許文献１）。
特開２００１−１６５８２７号公報（段落番号０００９〜００１４）

しかしながら、上記の装置には、次のような幾つかの問題がある。
第１に、希釈したサンプルガスをサンプルバッグに導入するためのサンプル通路及びサンプルバッグ内に、サンプリングした排ガスに含まれる炭化水素が付着し、これが次回以降の測定において、ＴＨＣ濃度の測定結果に影響を及ぼし、精度を低下させることである。このようなコンタミネーションの影響は、従前であれば、排ガスのＴＨＣ濃度自体がある程度高かったため、無視することもできた。しかしながら、近年の低排出エンジンでは、ＴＨＣ濃度が非常に低下しており、コンタミネーションの影響を無視することができなくなっている。コンタミネーションの影響を回避するため、サンプル通路及びサンプルバッグを頻繁に交換することも考えられるが、コストが嵩み、かつ非効率でもあるため、現実的ではない。

第２に、上記の装置が採用する部分希釈方式（「ミニダイリューション方式」ともいう。）は、国内において、乗用車及び所定重量以下の商用車の排ガス試験に適用することが法規により認められていない。これらの車両の排ガス試験では、排ガスの全量を測定対象とすることが求められる。排ガスの全量をガスボンベからの希釈ガスにより希釈しようとすれば、そのようなガスボンベとして容量の極めて大きなものが必要となる。

ところで、排ガスの全量を希釈してＴＨＣ濃度を測定するものとして、定容量サンプリング装置（以下「ＣＶＳ装置」という。）が知られている。このＣＶＳ装置は、上記の部分希釈方式による装置に対し、排ガスの希釈とサンプリングとの順序が逆の関係にあり、排ガスの全量を希釈したうえで、希釈後の排ガスをサンプリングする。ＣＶＳ装置では、先に問題として掲げたガスボンベの設置は不要であるが、次のような別の問題がある。すなわち、エンジンから排出される排ガスの流量は、エンジン回転数の変化等により試験中にも変動する。ＣＶＳ装置では、希釈後の排ガスの流量が一定に保たれるので、排ガスに流量変動が生じると、それに応じて希釈ガスの流量も変動する。一般的なＣＶＳ装置では、このような希釈ガスの流量変動がＴＨＣ濃度の測定に与える影響は、考慮されていない。

本発明は、コンタミネーションの影響を回避し、ＴＨＣ濃度を高精度に測定することが可能であり、また、排ガスの全量を測定対象とする場合にも、装置をコンパクトに構成することのできる排ガス測定装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンの排ガスに含まれる特定物質を被検物質として、その排ガスにおける濃度を測定する装置及び方法を提供する。本発明に係る装置及び方法では、被検物質の濃度が比較的に低い希釈ガスが流れる希釈トンネルにエンジンの排ガスを流入させ、排ガスを希釈ガスにより希釈する。排ガスの合流部よりも上流から希釈前の希釈ガスを採取するとともに、下流から希釈後の排ガスを採取する。そして、採取した各ガスに含まれる被検物質の濃度として、排ガスについて第１の濃度を、希釈ガスについて第２の濃度を測定し、測定した各濃度をもとに、希釈前の排ガスに含まれる被検物質の濃度を演算する。ここで、本発明の一形態によれば、第２の濃度の測定時以外のときに、希釈トンネルから採取した希釈ガスを流通させるための通路に対し、被検物質の濃度が既知の基準ガスを流通させ、この通路を介した基準ガスに含まれる被検物質の濃度を第３の濃度として測定するとともに、前記濃度の演算において、第２の濃度から第３の濃度を減算する。また、他の形態によれば、希釈トンネルから希釈ガスを採取する際に、希釈トンネルのうち排ガスの合流部よりも上流を流れる希釈ガスの流量を測定するとともに、測定した流量に応じ、採取する希釈ガスの流量を制御する。

本発明によれば、第１に、採取した希釈ガスを流通させるための通路を介した基準ガスに含まれる被検物質の濃度を第３の濃度として測定し、濃度の演算において、この第３の濃度を第２の濃度から減算することとした。このため、第２の濃度の測定に対してコンタミネーションが及ぼす影響を演算の過程で相殺することができ、排ガスに含まれる被検物質の濃度の測定精度を向上させることができる。第２に、希釈ガスに含まれる被検物質の濃度を第２の濃度として測定し、これを濃度の演算に反映させることとした。このため、希釈ガスとして採用し得るものが純粋な不活性ガス等に限られず、例えば、実験室内の空気を採用することが可能となるので、特別にガスボンベを設ける必要がなく、装置の大型化を回避することができる。第３に、希釈ガスの流量を測定し、これに応じて第２の濃度の測定のために採取する希釈ガスの流量を制御することとした。このため、希釈ガスの流量変動に対し、常に一定の割合で希釈ガスを採取することができるので、実際に排ガスの希釈に用いられる希釈ガスと、採取する希釈ガスとの間の相関性を維持し、測定精度の向上を図ることができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、請求項１〜５及び８に記載した発明の実施形態として、本発明の第１の実施形態に係る排ガス測定装置１０１の構成を示している。なお、以下の各実施形態の説明において、各排ガス測定装置１０１〜３０１は、ディーゼルエンジン（以下「エンジン」という。）Ｅの排ガスのＴＨＣ濃度ＴＨＣｅを測定するために用いられる。

排ガス測定装置１０１では、希釈ガスとして実験室内の空気（以下「希釈空気」という。）が使用される。排ガス測定装置１０１は、排ガスの希釈が行われる希釈トンネル１を含んで構成され、希釈トンネル１内に希釈空気を流通させる。希釈トンネル１の入口部１ａには、活性炭を使用したエアフィルタ２が取り付けられており、希釈トンネル１の下流には、熱交換器３、ベンチュリ４及びブロア５が順に設置されている。ブロア５により希釈トンネル１内に希釈空気を取り込み、ベンチュリ４により希釈トンネル１の通過流量を一定に制御する。また、希釈トンネル１には、排ガス流通管６が接続されている。排ガス流通管６は、一端において、エンジンＥの排気系テールパイプと接続され、他端において、希釈トンネル１に対して側方から管壁を貫通させて挿入されている。希釈トンネル１には、ミキシングオリフィス７が設置されており、排ガス流通管６は、希釈トンネル１内の略中央まで延伸し、その端部６ａは、ミキシングオリフィス７の開口部に位置している。

希釈トンネル１には、ミキシングオリフィス７の上流及び下流に、それぞれ希釈空気流通管８、希釈排ガス流通管９が接続されている。希釈空気流通管８は、途中で分岐されており、一方でバックグラウンドバッグ１０と接続され、他方で全炭化水素計（ここでは、水素炎イオン検出計を採用する。）Ｄと接続されている。希釈空気流通管８の分岐部には、三方電磁弁１１が介装されており、バックグラウンドバッグ１０を、希釈トンネル１又は全炭化水素計Ｄに選択して連通させることができる。全炭化水素計Ｄには、希釈排ガス流通管９も接続されている。希釈空気流通管８及び希釈排ガス流通管９には、希釈トンネル１からガスを取り込むためのポンプ１２，１３が介装されている。

また、排ガス測定装置１０１では、基準ガスを充填したガスボンベ１４が設置されている。希釈空気流通管８には、希釈トンネル１と三方電磁弁１１との間に別の三方電磁弁１５が介装されており、ガスボンベ１４と三方電磁弁１５とは、基準ガス流通管１６により接続されている。三方電磁弁１５の状態に応じ、三方電磁弁１５よりも下流の希釈空気流通管８を、希釈トンネル１又はガスボンベ１４に選択して連通させることができる。なお、基準ガスは、ＴＨＣ濃度（０を含む。）が予め設定又は検出されており、例えば、清浄化した空気や、窒素ガス又はアルゴンガス等の不活性ガスを採用することができる。本実施形態では、基準ガスとして清浄空気を採用する。

ポンプ１２，１３、三方電磁弁１１，１５及び全炭化水素計Ｄの動作は、コントロールユニットＣにより制御される。
次に、排ガス測定装置１０１の動作を、図２に示すフローチャートにより説明する。
Ｓ１０１では、コンタミネーション濃度ＴＨＣ０を測定する。本実施形態に関し、コンタミネーションとは、以前の測定で希釈空気流通管８及びバックグラウンドバッグ１０内に付着した炭化水素をいう。まず、三方電磁弁１１，１５への通電をともにオフし、希釈トンネル１とバックグラウンドバッグ１０とを連通させる。この状態でポンプ１２を作動させ、実験室内の空気を希釈空気流通管８及びバッググラウンドバッグ１０に循環させることで、これらの内部に存在する不純ガス（炭化水素を含む。）を排出する。不純ガスの排出を完了すると、三方電磁弁１５への通電をオンし、ガスボンベ１４とバックグラウンドバッグ１０とを連通させ、基準ガスをバックグラウンドバッグ１０に導入する。基準ガスの導入を開始してから所定時間が経過した後、三方電磁弁１１への通電をオンして、バックグラウンドバッグ１０と全炭化水素計Ｄとを連通させ、バックグラウンドバッグ１０内の基準ガスを全炭化水素計Ｄに導入する。全炭化水素計Ｄは、導入された基準ガスのＴＨＣ濃度をコンタミネーション濃度ＴＨＣ０として測定し、測定したＴＨＣ０をコントロールユニットＣに出力する。コンタミネーション濃度ＴＨＣ０の測定を完了すると、三方電磁弁１１，１５への通電を再びオフするとともに、ポンプ１２を作動させ、希釈空気流通管８及びバッググラウンドバッグ１０から基準ガスを排出する。

Ｓ１０２では、希釈排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｄを測定する。まず、コントロールユニットＣに設定されている積算値σＴＨＣを０にリセットする。ブロア５を作動させて、希釈トンネル１内に希釈空気を導入するとともに、希釈トンネル１に対し、排ガス流通管６を介してエンジンＥの排ガスを導入する。排ガスは、ミキシングオリフィス６ａにより形成される縮流部の負圧が作用して、円滑に導入される。ポンプ１３を作動させ、希釈空気により希釈された排ガス（以下「希釈排ガス」という。）を全炭化水素計Ｄに導入する。全炭化水素計Ｄは、導入された希釈排ガスのＴＨＣ濃度を刻々の希釈排ガスＴＨＣ濃度（以下「瞬時値」という。）ＴＨＣｉとして測定するとともに、測定したＴＨＣｉをコントロールユニットＣに出力する。コントロールユニットＣは、入力したＴＨＣｉを逐次積算し、積算値σＴＨＣ（＝ΣＴＨＣｉ）を算出する。そして、算出したσＴＨＣを瞬時値ＴＨＣｉのサンプル数ｎで除算し、得た値を希釈排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｄに設定する。

Ｓ１０３では、バックグラウンド濃度ＴＨＣｂを測定する。まず、三方電磁弁１１，１５への通電をともにオフし、希釈トンネル１とバックグラウンドバッグ１０とを連通させるとともに、ポンプ１２を作動させ、バックグラウンドバッグ１０内に希釈空気を導入する。希釈空気の導入は、希釈排ガスを全炭化水素計Ｄに導入するのと同時に行う。所定サンプル数の瞬時値ＴＨＣｉの測定を完了するまでの間、導入された希釈空気は、バックグラウンドバッグ１０内に貯えられる。瞬時値ＴＨＣｉの測定を完了すると、三方電磁弁１１への通電をオンし、バックグラウンドバッグ１０内の希釈空気を全炭化水素計Ｄに導入する。全炭化水素計Ｄは、導入された希釈空気のＴＨＣ濃度をバックグラウンド濃度ＴＨＣｂとして測定し、測定したＴＨＣｂをコントロールユニットＣに出力する。

Ｓ１０４では、排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｅを演算する。コントロールユニットＣは、入力したコンタミネーション濃度ＴＨＣ０、希釈排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｄ及びバックグラウンド濃度ＴＨＣｂをもとに、下式（１）により希釈前の排ガスのＴＨＣ濃度である排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｅを算出する。なお、希釈率をＤＦとする。
ＴＨＣｅ＝ＴＨＣｄ−（１−１／ＤＦ）×（ＴＨＣｂ−ＴＨＣ０） ・・・（１）
本実施形態に関し、排ガス流通管６が第１の通路に、希釈トンネル１のうちミキシングオリフィス７よりも上流側の部分が第２の通路に、希釈トンネル１のうちミキシングオリフィス７よりも下流側の部分が第３の通路に、希釈空気流通管８が第４の通路に、希釈排ガス流通管９が第５の通路に、基準ガス流通管１６が第６の通路に相当する。また、三方電磁弁１５が流路切換手段に、ガスボンベ１４がガス供給手段に、全炭化水素計Ｄが持つＳ１０２（瞬時値ＴＨＣｉの測定），１０３（バックグラウンド濃度ＴＨＣｂの測定）の機能が第１の濃度測定手段に、全炭化水素計Ｄが持つＳ１０１（コンタミネーション濃度ＴＨＣ０の測定）の機能が第２の濃度測定手段に、コントロールユニットＣが持つＳ１０４（排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｅの測定）の機能が濃度演算手段に、三方電磁弁１１及びバックグラウンドバッグ１０が貯留手段に、コントロールユニットＣが制御手段に相当する。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
本実施形態では、バックグラウンド濃度ＴＨＣｂの測定に先立ち、基準ガスとしての清浄空気を、実際の排ガス測定で希釈空気がバックグラウンドバッグ１０に貯えられ、かつ全炭化水素計Ｄに導入されるのと近い条件のもと、全炭化水素計Ｄに導入することとした。そして、導入された基準ガスについて測定されるＴＨＣ濃度をコンタミネーション濃度ＴＨＣ０として、排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｅの演算に反映させ、測定したＴＨＣ０をバックグラウンド濃度ＴＨＣｂから減算することとした。ここで、本実施形態に係る基準ガス（すなわち、清浄空気）は、基準ガス流通管１６から希釈空気流通管８に流入する時点で炭化水素を含んでいないので、コンタミネーション濃度ＴＨＣ０として検出される炭化水素は、希釈空気流通管８への流入後、希釈空気流通管８及びバックグラウンドバッグ１０内で基準ガスに混入した炭化水素であると考えられる。従って、コンタミネーション濃度ＴＨＣ０をバックグラウンド濃度ＴＨＣｂから減算することで、バックグラウンド濃度ＴＨＣｂとして測定されたＴＨＣ濃度のうちコンタミネーションである炭化水素が占める割合を相殺することができ、排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｅを高精度に測定することができる。なお、基準ガスが既知の濃度の炭化水素を含んでいる場合は、測定したＴＨＣ０から予めその既知の濃度を減算し、正確なコンタミネーション濃度ＴＨＣ０を算出する。

以下に、他の実施形態について説明する。
図３は、請求項９〜１５に記載した発明の実施形態として、本発明の第２の実施形態に係る排ガス測定装置２０１ａの構成を示している。
図３において、第１の実施形態に係る排ガス測定装置１０１のものと同じ構成要素は、同じ符号により示している。排ガス測定装置２０１ａの特徴は、ミキシングオリフィス７の下流を流れる希釈排ガスの流量（以下「希釈排ガス流量」という。）Ｑｄを検出するためのマスフローメータ２１と、排ガス流通管６を流れる排ガスの流量（以下「排ガス流量」という。）Ｑｅを検出するためのマスフローメータ２２と、希釈空気流通管８を流れる希釈空気の流量（以下「希釈空気流量」という。）を制御するためのマスフローコントローラ（以下「ＭＦＣ」という。）２３とを備える点にある。コントロールユニットＣは、マスフローメータ２１，２２の検出信号を入力し、それらに基づいてＭＦＣ２３の開度を制御する。

次に、排ガス測定装置２０１ａの動作を、図４に示すフローチャートにより説明する。
Ｓ２０１では、希釈空気流通管８及びバックグラウンドバッグ１０内を掃気する。すなわち、三方電磁弁１１への通電をオフし、希釈トンネル１とバックグラウンドバッグ１０とを連通させる。この状態でポンプ１２を作動させ、実験室内の空気を希釈空気流通管８及びバッググラウンドバッグ１０に循環させ、これらの内部に存在する不純ガスを排出する。

Ｓ２０２では、希釈排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｄを測定する。このステップにおける動作は、図２のフローチャートに示すＳ１０２のものと同様である。すなわち、コントロールユニットＣに設定されている積算値σＴＨＣを０にリセットするとともに、ブロア５を作動させ、希釈トンネル１内に希釈空気を導入する。希釈トンネル１に対し、排ガス流通管６を介してエンジンＥの排ガスを導入し、ポンプ１３により希釈排ガスを全炭化水素計Ｄに導入する。全炭化水素計Ｄは、導入された希釈排ガスの刻々のＴＨＣ濃度を瞬時値ＴＨＣｉとして測定し、測定したＴＨＣｉをコントロールユニットＣに出力する。コントロールユニットＣは、入力したＴＨＣｉを積算して積算値σＴＨＣを算出するとともに、算出したσＴＨＣを瞬時値ＴＨＣｉのサンプル数ｎで除算し、希釈排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｄを算出する。

Ｓ２０３では、バックグラウンド濃度ＴＨＣｂを測定する。まず、希釈排ガスを全炭化水素計Ｄに導入するのに合わせ、三方電磁弁１１への通電をオフして希釈トンネル１とバックグラウンドバッグ１０とを連通させるとともに、ポンプ１２を作動させ、バックグラウンドバッグ１０内に希釈空気を導入する。ここで、コントロールユニットＣは、エアフローメータ２１，２２の検出信号をもとに、下式（２）により希釈トンネル１への希釈空気の導入量（以下「希釈空気導入量」という。）Ｑａを算出する。

Ｑａ＝Ｑｄ−Ｑｅ ・・・（２）
コントロールユニットＣは、算出したＱａに応じ、希釈空気流量が希釈空気導入量Ｑａに比例して変化するようにＭＦＣ２３の開度を制御する。このようにしてなされるＭＦＣ２３の動作により、希釈トンネル１に導入された希釈空気のうち希釈空気流通管８に導入される希釈空気の割合が、常に一定に保たれることになる。そして、瞬時値ＴＨＣｉの測定及び希釈排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｄの演算が完了すると、三方電磁弁１１への通電をオンし、バックグラウンドバッグ１０内の希釈空気を全炭化水素計Ｄに導入する。全炭化水素計Ｄは、導入された希釈空気のＴＨＣ濃度をバックグラウンド濃度ＴＨＣｂとして測定し、測定したＴＨＣｂをコントロールユニットＣに出力する。

Ｓ２０４では、排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｅを演算する。コントロールユニットＣは、入力した希釈排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｄ及びバックグラウンド濃度ＴＨＣｂをもとに、下式（３）により排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｅを算出する。
ＴＨＣｅ＝ＴＨＣｄ−（１−１／ＤＦ）×ＴＨＣｂ ・・・（３）
本実施形態に関し、排ガス流通管６が第１の通路に、希釈トンネル１のうちミキシングオリフィス７よりも上流側の部分が第２の通路に、希釈トンネル１のうちミキシングオリフィス７よりも下流側の部分が第３の通路に、希釈空気流通管８が第４の通路に、希釈排ガス流通管９が第５の通路に相当する。また、全炭化水素計Ｄが持つＳ２０２（瞬時値ＴＨＣｉの測定），２０３（バックグラウンド濃度ＴＨＣｂの測定）の機能が濃度測定手段に、コントロールユニットＣが持つＳ１０４（排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｅの演算）の機能が濃度演算手段に、マスフローメータ２１，２２及びコントロールユニットＣが持つＳ２０３（希釈空気導入量Ｑａの演算）の機能が流量測定手段に、ＭＦＣ２３及びコントロールユニットＣが持つＳ２０３（希釈ガス流量の制御）の機能が流量制御手段に、三方電磁弁１１及びバックグラウンドバッグ１０が貯留手段に相当する。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
本実施形態では、排ガス測定に際し、マスフローメータ２１，２２により希釈空気導入量Ｑａを測定するとともに、測定したＱａに応じてＭＦＣ２３の開度を制御し、希釈空気流通管８における希釈空気流量を、希釈空気導入量Ｑａに比例して変化させることとした。排ガス測定装置２０１では、ベンチュリ４の作用により希釈トンネル１内の流量が一定に保たれるため、排ガス流量Ｑｅの変動により希釈空気導入量Ｑａが変動することとなるが、上記の制御によれば、希釈トンネル１に導入された希釈空気のうち、常に一定の割合の希釈空気を希釈空気流通管８に導入することができる。従って、実際に排ガスの希釈に用いられる希釈空気と、希釈空気流通管８、延いてはバックグラウンドバッグ１０に導入される希釈空気との間の相関性が維持されることとなり、たとえ希釈空気のＴＨＣ濃度が変動し続けようとも、排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｅの演算に用いられるバックグラウンド濃度ＴＨＣｂの信頼性を高め、測定精度の向上を図ることができる。

なお、本実施形態では、希釈空気導入量Ｑａの測定のため、２つのマスフローメータ２１，２２を設置し、検出された希釈排ガス流量Ｑｄから排ガス流量Ｑｅを減算することとした。他の方法として、希釈空気導入量Ｑａは、ミキシングオリフィス７の上流を流れる希釈空気の流量を検出するマスフローメータ３１を設置することで（図５）、直接的に測定することもできる。

図６は、請求項６及び７に記載した発明の実施形態として、本発明の第３の実施形態に係る排ガス測定装置３０１の構成を示している。
図６において、以上の各実施形態の説明で述べたものと同じ構成要素は、同じ符号により示している。排ガス測定装置３０１の特徴は、コンタミネーション濃度ＴＨＣ０を測定するための構成（第１の実施形態）と、希釈空気流量を制御するための構成（第２の実施形態）とをともに備える点にある。すなわち、排ガス測定装置３０１は、前者の構成として、希釈空気流通管８に介装された三方電磁弁１５と、基準ガスとしての清浄空気を充填したガスボンベ１４と、三方電磁弁１５とガスボンベ１４とを接続する基準ガス流通管１６とを備えている。また、後者の構成として、希釈トンネル１の下流に設置されたマスフローメータ２１と、排ガス流通管６に介装されたマスフローメータ２２と、希釈空気流通管８に介装されたＭＦＣ２３とを備えている。

次に、排ガス測定装置３０１の動作を、図７に示すフローチャートにより説明する。
Ｓ３０１では、コンタミネーション濃度ＴＨＣ０を測定する。コンタミネーション濃度ＴＨＣの測定は、図２に示すフローチャートのＳ１０１におけると同様に行う。バックグラウンドバッグ１０内を掃気した後、ガスボンベ１４からバックグラウンドバッグ１０に基準ガスを導入し、バックグラウンドバッグ１０に基準ガスを貯える。そして、バックグラウンドバッグ１０内の基準ガスを全炭化水素計Ｄに導入し、コンタミネーション濃度ＴＨＣ０を測定する。

Ｓ３０２では、希釈排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｄを測定する。希釈排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｄの測定は、図２に示すフローチャートのＳ１０２におけると同様に行う。積算値σＴＨＣを０にリセットした後、希釈排ガスを全炭化水素計Ｄに導入し、瞬時値ＴＨＣｉを測定する。測定したＴＨＣｉを逐次積算して積算値σＴＨＣを算出するとともに、算出したσＴＨＣをサンプル数ｎで除算し、希釈排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｄを算出する。

Ｓ３０３では、バックグラウンド濃度ＴＨＣｂを測定する。バックグラウンド濃度ＴＨＣｂの測定は、図４に示すフローチャートのＳ２０３におけると同様に行う。マスフローメータ２１，２２の出力に基づいて希釈空気導入量Ｑａを算出し、算出したＱａに応じてＭＦＣ２３の開度を制御して、希釈空気導入量Ｑａに比例する流量で希釈空気をバックグラウンドバッグ１０に導入する。希釈排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｄの演算を完了した後、バックグラウンドバッグ１０内の希釈空気を全炭化水素計Ｄに導入し、バックグラウンド濃度ＴＨＣｂを測定する。

Ｓ３０４では、測定したコンタミネーション濃度ＴＨＣ０、希釈排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｄ及びバックグラウンド濃度ＴＨＣｂをもとに、上式（１）により排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｅを算出する。
本実施形態によれば、第１及び第２の実施形態により得られる効果を併せて得ることができる。

すなわち、第１に、バックグラウンド濃度ＴＨＣｂの測定に先立ってコンタミネーション濃度ＴＨＣ０を測定しておき、排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｅの演算に際し、測定したＴＨＣ０をバックグラウンド濃度ＴＨＣｂから減算することで、コンタミネーションである炭化水素が排ガス測定に及ぼす影響を排除し、排ガスＴＨＣ濃度ＴＨＣｅを高精度に測定することができる。

また、第２に、マスフローメータ２１，２２により測定した希釈空気導入量Ｑａに応じてＭＦＣ２３の開度を制御し、希釈空気流量を希釈空気導入量Ｑａに比例して変化させることで、排ガス流量Ｑｅの変動に対し、実際に排ガスの希釈に用いられる希釈空気と、バックグラウンドバック１０に導入される希釈空気との間の相関性を維持し、測定精度の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る排ガス測定装置の構成 同上排ガス測定装置の動作のフローチャート 本発明の第２の実施形態に係る排ガス測定装置の構成 同上排ガス測定装置の動作のフローチャート 同上排ガス測定装置の変更例 本発明の第３の実施形態に係る排ガス測定装置の構成 同上排ガス測定装置の動作のフローチャート

符号の説明

１０１，２０１，３０１…排ガス測定装置、１…希釈トンネル、２…エアフィルタ、３…熱交換器、４…ベンチュリ、５…ブロア、６…排ガス流通管、７…ミキシングオリフィス、８…希釈空気流通管、９…希釈排ガス流通管、１０…バックグラウンドバッグ、１１…三方電磁弁、１４…ガスボンベ、１５…三方電磁弁、１６…基準ガス流通管、２１…マスフローメータ、２２…マスフローメータ、２３…マスフローコントローラ、３１…マスフローメータ、Ｅ…ディーゼルエンジン、Ｃ…コントロールユニット、Ｄ…全炭化水素計。

Claims (15)

1. エンジンの排ガスに含まれる特定物質を被検物質として、その排ガスにおける濃度を測定する装置であって、
   排ガスを流通させる第１の通路と、
   排ガスよりも被検物質の濃度が低い希釈ガスを流通させる第２の通路と、
   第１及び第２の通路と接続し、希釈ガスによる希釈後の排ガスを流通させる第３の通路と、
   第２の通路と接続し、希釈ガスを流通させる第４の通路と、
   第３の通路と接続し、希釈後の排ガスを流通させる第５の通路と、
   第４の通路に介装された流路切換手段と、
   流路切換手段を介して第４の通路と接続する第６の通路と、
   第６の通路と接続し、被検物質の濃度が既知の基準ガスを、流路切換手段により許容されるタイミングで第４の通路に供給するガス供給手段と、
   第４の通路を介して希釈ガスを取り込むとともに、第５の通路を介して希釈後の排ガスを取り込み、取り込んだ各ガスに含まれる被検物質の濃度として、排ガスについて第１の濃度を、希釈ガスについて第２の濃度を測定する第１の濃度測定手段と、
   第４の通路を介して基準ガスを取り込むとともに、取り込んだ基準ガスに含まれる被検物質の濃度を第３の濃度として測定する第２の濃度測定手段と、
   第１及び第２の濃度測定手段により測定した各濃度をもとに、希釈ガスによる希釈前の排ガスに含まれる被検物質の濃度を算出する濃度演算手段と、を含んで構成される排ガス測定装置。
2. 第４の通路において、流路切換手段よりも下流に設置され、流入した希釈ガスを一時的に貯える貯留手段を更に含んで構成され、
   第１の濃度の測定に際し、第１の濃度測定手段は、所定期間に渡り測定した濃度を積算して第１の濃度を測定する一方、
   第２の濃度の測定に際し、貯留手段は、前記所定期間に渡り希釈ガスを貯え、第１の濃度測定手段は、前記所定期間が経過した後、貯留手段に貯えられた希釈ガスを取り込む請求項１に記載の排ガス測定装置。
3. 濃度演算手段は、第１の濃度をＤ１、第２の濃度をＤ２、第３の濃度をＤ３、希釈ガスによる排ガスの希釈率をＤＦとしたときに、被検物質の濃度Dｅを下式により算出する請求項１又は２に記載の排ガス測定装置。
   Ｄｅ＝Ｄ１−（１−１／ＤＦ）×（Ｄ２−Ｄ３）
4. 被検物質が炭化水素である請求項１〜３のいずれかに記載の排ガス測定装置。
5. 流路切換手段及び貯留手段の動作を制御する制御手段を更に含んで構成され、
   制御手段は、第１及び第２の濃度の測定に先立ち、それらの動作を制御して、第２の濃度測定手段に予め基準ガスを取り込ませ、第３の濃度を測定させる請求項１〜４のいずれかに記載の排ガス測定装置。
6. 第２の通路を流れる希釈ガスの流量を測定する流量測定手段と、
   第４の通路に介装され、測定した希釈ガスの流量に応じて第４の通路を流れる希釈ガスの流量を制御する流量制御手段と、を更に含んで構成される請求項１〜５のいずれかに記載の排ガス測定装置。
7. 流量制御手段は、測定した希釈ガスの流量の増大に比例させて第４の通路を流れる希釈ガスの流量を増大させる請求項６に記載の排ガス測定装置。
8. エンジンの排ガスに含まれる特定物質を被検物質として、その排ガスにおける濃度を測定する方法であって、
   被検物質の濃度が比較的に低い希釈ガスが流れる希釈トンネルにエンジンの排ガスを流入させ、排ガスを希釈ガスにより希釈し、
   排ガスの合流部よりも上流から希釈前の希釈ガスを採取するとともに、下流から希釈後の排ガスを採取し、採取した各ガスに含まれる被検物質の濃度として、排ガスについて第１の濃度を、希釈ガスについて第２の濃度を測定し、
   測定した第１及び第２の濃度をもとに、希釈前の排ガスに含まれる被検物質の濃度を演算し、
   第２の濃度の測定時以外のときに、希釈トンネルから採取した希釈ガスを流通させるための通路に対し、被検物質の濃度が既知の基準ガスを流通させ、この通路を介した基準ガスに含まれる被検物質の濃度を第３の濃度として測定し、
   前記濃度の演算において、第２の濃度から第３の濃度を減算する排ガス測定方法。
9. エンジンの排ガスに含まれる特定物質を被検物質として、その排ガスにおける濃度を測定する装置であって、
   排ガスを流通させる第１の通路と、
   第１のガスよりも被検物質の濃度が低い希釈ガスを流通させる第２の通路と、
   第１及び第２の通路と接続し、希釈ガスによる希釈後の排ガスを流通させる第３の通路と、
   第２の通路と接続し、希釈ガスを流通させる第４の通路と、
   第３の通路と接続し、希釈後の排ガスを流通させる第５の通路と、
   第４の通路を介して希釈ガスを取り込むとともに、第５の通路を介して希釈後の排ガスを取り込み、取り込んだ各ガスに含まれる被検物質の濃度として、排ガスについて第１の濃度を、希釈ガスについて第２の濃度を測定する濃度測定手段と、
   測定した各濃度をもとに、希釈前の排ガスに含まれる被検物質の濃度を算出する濃度演算手段と、
   第２の通路を流れる希釈ガスの流量を測定する流量測定手段と、
   第４の通路に介装され、測定した希釈ガスの流量に応じて第４の通路を流れる希釈ガスの流量を制御する流量制御手段と、を含んで構成される排ガス測定装置。
10. 流量測定手段は、第２の通路に設置された流量計を含んで構成される請求項９に記載の排ガス測定装置。
11. 流量測定手段は、第３の通路に設置された流量計と、第１の通路に設置された流量計とを含んで構成され、これらの流量計により検出された流量を減算して希釈ガスの流量を測定する請求項９に記載の排ガス測定装置。
12. 流量制御手段は、測定した希釈ガスの流量の増大に比例させて第４の通路を流れる希釈ガスの流量を増大させる請求項９〜１１のいずれかに記載の排ガス測定装置。
13. 第４の通路に設置され、流入した希釈ガスを一時的に貯える貯留手段を更に含んで構成され、
    第１の濃度の測定に際し、濃度測定手段は、所定期間に渡り測定した濃度を積算して第１の濃度を測定する一方、
    第２の濃度の測定に際し、貯留手段は、前記所定期間に渡り希釈ガスを貯え、濃度測定手段は、前記所定期間が経過した後、貯留手段に貯えられた希釈ガスを取り込む請求項９〜１２のいずれかに記載の排ガス測定装置。
14. 被検物質が炭化水素である請求項９〜１３のいずれかに記載の排ガス測定装置。
15. エンジンの排ガスに含まれる特定物質を被検物質として、その排ガスにおける濃度を測定する方法であって、
    被検物質の濃度が比較的に低い希釈ガスが流れる希釈トンネルにエンジンの排ガスを流入させ、排ガスを希釈ガスにより希釈し、
    希釈トンネルのうち排ガスの合流部よりも上流から希釈前の希釈ガスを採取するとともに、下流から希釈後の排ガスを採取し、採取した各ガスに含まれる被検物質の濃度を測定し、測定した各濃度をもとに、希釈前の排ガスに含まれる被検物質の濃度を演算し、
    希釈トンネルから希釈ガスを採取する際に、希釈トンネルのうち排ガスの合流部よりも上流を流れる希釈ガスの流量を測定するとともに、測定した流量に応じ、採取する希釈ガスの流量を制御する排ガス測定方法。

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