JP2005127735A - 部分希釈トンネル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質の量を正確に精度良く測定できるようにした部分希釈トンネル装置を提供する。
【解決手段】エンジンの排気ガスＧｅの一部を抽出して希釈トンネル本体２に導くと共に、希釈トンネル本体２で排気ガスＧｅを希釈空気Ａにより希釈して生成された希釈排気ガスＧｍをフィルタホルダ９に送給して希釈排気ガスＧｍ中の粒子状物質を捕集し得るよう構成した部分希釈トンネル装置において、希釈空気Ａの流量Ｆ１を略所定の流量に制御すると共に、希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２を略所定の流量に制御し得るよう構成し、エンジンの排気ガスＧｅの流量Ｑｅに所定の比率αを掛けて得られた流量Ｆ３の希釈排気ガスＧｍをフィルタホルダ９に送給し得るよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は部分希釈トンネル装置に関するものである。

自動車等の車両におけるエンジン、特にディーゼルエンジン等の内燃機関からの排気ガス中には、大気に悪影響を及ぼす粒子状物質（ＰＭ）が含まれている。そこで、従来から、部分希釈トンネル装置を用い、エンジンからの排気ガスの一部をフィルタのような捕集手段に送給して粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質の重量から排気ガス全体に含まれている粒子状物質の量を測定することが行われており、斯かる測定に際して使用する部分希釈トンネル装置の例は図７に示されている。

図中、１はエンジンからの排気ガスＧｅが送給される管路、２は希釈トンネル本体、３はサンプル導管であり、サンプル導管３の一端は管路１の外周を斜めに貫通して管路１内に挿入されており、他端は希釈トンネル本体２の外周を斜めに貫通して希釈トンネル本体２内に挿入されている。

希釈トンネル本体２の入口側には、希釈空気Ａが送給される管路４が接続されており、管路４には希釈空気流れ方向上流側から下流側に向けて、順次フィルタ５及び制御弁６並びに流量計７が接続されている。

希釈トンネル本体２の出口側には、排気ガスＧｅと空気Ａとの混合した希釈排気ガスＧｍを送給するための管路８が接続されている。管路８には希釈排気ガスＧｍの流れ方向上流側から下流側に向けて順次、希釈排気ガスＧｍ中の粒子状物質を捕集するフィルタホルダ９、流量計１０、モータ１１により駆動し得るようにしたポンプ１２が接続されており、フィルタホルダ９により粒子状物質が捕集された希釈排気ガスＧｍはポンプ１２により排気されるようになっている。

１３は管路１中を送給されるエンジンからの排気ガスＧｅの流量Ｑｅを測定するための排気ガス流量測定器、１４はモータ１１用のインバータ、１５はＣＰＵ等の演算制御装置である。而して、演算制御装置１５には、管路１中を送給される排気ガスＧｅを分割し、分割した排気ガスＧｅをサンプル導管３へ導入する際の分割比Ｋ、及び希釈トンネル本体２から管路８を送給される希釈排気ガスＧｍの目標となる流量Ｆ２を設定し得るようになっている。排気ガスＧｅの分割比Ｋ及び希釈排気ガスＧｍの目標となる流量Ｆ２は一回の試験時の測定においては不変の固定値である。

演算制御装置１５には、分割比Ｋ及び排気ガスＧｅの流量Ｑｅ（ｌ／ｍｉｎ）並びに希釈空気Ａの流量Ｆ１（ｌ／ｍｉｎ）、希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２（ｌ／ｍｉｎ）の関係（[数１]参照）、希釈比ＤＲ及び希釈空気Ａの流量Ｆ１並びに希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２の関係（[数２]参照）が予め設定されるようになっている。
[数１]
Ｋ＝Ｑｅ／（Ｆ２−Ｆ１）
[数２]
ＤＲ＝Ｆ２／（Ｆ２−Ｆ１）

排気ガス流量測定器１３で測定した排気ガスＧｅの流量Ｑｅ及び流量計７で測定した希釈空気Ａの流量Ｆ１並びに流量計１０で測定した希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２は、夫々流量信号として演算制御装置１５に与え得るようになっている。更に、演算制御装置１５からは、制御弁６及びインバータ１４へ制御指令Ｖ１、Ｖ２を与え得るようになっている。

上記部分希釈トンネル装置により排気ガスを測定する際には、エンジンからの排気ガスＧｅの一部は管路１において分割されてサンプル導管３から希釈トンネル本体２に導入され、管路４からの希釈空気Ａと合流して希釈排気ガスＧｍとなり、希釈トンネル本体２から管路８を送給されつつフィルタホルダ９において粒子状物質を捕集され、モータ１１により駆動されているポンプ１２により排気される。

又、排気ガス流量測定器１３で測定した排気ガスＧｅの流量Ｑｅ、及び流量計７で測定した希釈空気Ａの流量Ｆ１、並びに流量計１０で測定した希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２は、夫々流量信号として演算制御装置１５に与えられている。

一方、上記部分希釈トンネル装置により排気ガスを測定する際には、固定値である排気ガスＧｅの分割比Ｋ、及び同様に固定値である希釈排気ガスＧｍの目標となる流量Ｆ２、並びに[数１]、[数２]は予め演算制御装置１５に設定されている。

このため、演算制御装置１５においては、[数１]を基に希釈空気Ａの流量Ｆ１がＦ１＝Ｆ２−Ｑｅ／Ｋとして求められ、求められた流量Ｆ１＝Ｆ２−Ｑｅ／Ｋは制御指令Ｖ１として制御弁６に与えられ、制御弁６は所定の開度に制御される。従って、フィルタ５から管路４内に導入された所定の流量Ｆ１の希釈空気Ａは管路４から希釈トンネル本体２に導入される。

その結果、管路１からサンプル導管３を通って希釈トンネル本体２に導入される排気ガスＧｅの流量はＦ２−Ｆ１となり、エンジンから管路１に送給された排気ガスＧｅの流量Ｑｅを分割比Ｋで除算した流量に制御される。又、流量計１０により測定された希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２が設定された値からずれて偏差が生じた場合には、偏差に対応した制御指令Ｖ２が演算制御装置１５からインバータ１４を介してモータ１１に与えられ、流量計１０により測定された希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２が設定された流量Ｆ２と合致するよう、モータ１１の回転数が制御される。

一回の試験が終了すると、フィルタホルダ９により捕集された粒子状物質はフィルタホルダ９から回収されてその重量が測定され、その結果から、一回の試験でエンジンが運転された際に排出された粒子状物質の全量が[数３]により求められる。[数３]中、ｍはフィルタホルダ９から回収された粒子状物質の量（ｇ／ｔｅｓｔ）、Ｍは当該試験時間の間における排気ガスＧｅ中の粒子状物質の全量Ｍ（ｇ／ｔｅｓｔ）であり、[数１]、[数２]に示すものと同一の記号は同一の内容を表している。
[数３]
Ｍ＝ｍ×Ｋ
＝ｍ×[Ｑｅ／（Ｆ２−Ｆ１）]
＝ｍ×[Ｆ２／（Ｆ２−Ｆ１）]×（Ｑｅ／Ｆ２）
＝ｍ×ＤＲ×（Ｑｅ／Ｆ２）

エンジンからの排気ガスＧｅの流量Ｑｅの時間的変化の状態は図８に示されており、希釈空気Ａの流量Ｆ１の時間的変化の状態及び希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２の時間的変化の状態は図９に示されている。而して、図９においては、希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２は設定された値に対応していることを示しており、希釈空気Ａの流量Ｆ１は排気ガスＧｅの流量Ｑｅに対応して反比例的に変化することを示している。この際、図９におけるＦ２−Ｆ１がサンプル導管３から希釈トンネル本体２に導入される排気ガスＧｅの流量となる。

分割比Ｋの時間的変化の状態は図１０に示され、希釈比ＤＲの時間的変化の状態は図１１に示されている。而して、図１０において、分割比Ｋは約１７００を目標値（設定値）とした場合を示し、希釈比ＤＲは希釈空気Ａの流量Ｆ１が図９に示すように変化した場合の変化の状態を示している。図１０に示すように、アイドル時においては分割比Ｋの設定値に対する変動が大きいが、これは、排気ガスＧｅの流量Ｑｅが低い状態では、[数１]におけるＦ２−Ｆ１の値が小さく、又、ばらつきも生ずるため、これを分母とする分割比Ｋの値は大きくばらつくことになるのである。

又、図９に示すように、アイドル時においては、希釈トンネル本体２に導入される排気ガスＱｅの流量Ｆ２−Ｆ１が少なく、図１１に示すように希釈比ＤＲ（＝Ｆ２／[Ｆ２−Ｆ１]）は高くて希釈排気ガスＧｍ中の排気ガスＧｅの濃度が薄くなる。一方、負荷運転時においては、排気ガスＱｅの流量Ｆ２−Ｆ１の値が大きくなると（図９の負荷運転時の領域を参照）、希釈比ＤＲ（[数２]）は小さくなる。（これは、希釈排気ガスＧｍ中の排気ガスＧｅの濃度が濃くなることを示している。）なお、アイドル時に希釈比ＤＲが大きい状態で希釈比ＤＲに変動があるのは、分割比Ｋの場合と同様、アイドル時には、[数２]の分母となるＦ２−Ｆ１が小さく、ばらつきも生じるためである。

部分希釈を行う装置としては例えば特許文献１、２等がある。特許文献１、２では、粒子状物質を捕集してその重量を測定するのではなく、排気ガスの成分の分析を行っており、粒子状物質を捕集するようにした本件発明とは直接的には関係がない。
特開平８−２７８２３８号公報 特開平９−１４５５６２号公報

図８に示すように、アイドル時においては、エンジンから送給される管路１中の排気ガスＧｅの流量Ｑｅが少ないため、希釈トンネル本体２に導入される排気ガスＧｅの流量Ｆ２−Ｆ１も少なく、例えば、希釈トンネル本体２に導入される排気ガスＧｅの流量Ｆ２−Ｆ１は、図９に示すように、僅かに約１ｌ／ｍｉｎ程度となる。

一方、希釈トンネル本体２及び管路８を送給される希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２は約７５ｌ／ｍｉｎであり、希釈トンネル本体２に導入される排気ガスＧｅの上記流量Ｆ２−Ｆ１（約１ｌ／ｍｉｎ）に比較して多量である。このため、希釈排気ガスＧｍは希釈比ＤＲが高く、希釈トンネル本体２に導入される排気ガスＧｅの流量Ｆ２−Ｆ１の僅かな変動（[数２]の分母の変動）により、図１１に示すごとく希釈比ＤＲが大きく変動する。このＤＲ値の積算の平均が粒子状物質の量の計算に用いられるため、従来装置においてはエンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物資の量を精度良く測定することができない。

本発明は上述の実情に鑑み、エンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質の量を正確に精度良く測定するようにした部分希釈トンネル装置を提供することを目的としてなしたものである。

請求項１の部分希釈トンネル装置は、エンジンの排気ガスの一部を抽出して希釈トンネル本体に導くと共に、該希釈トンネル本体で排気ガスを希釈空気により希釈して生成された希釈排気ガスを粒子状物質捕集手段に送給して希釈排気ガス中の粒子状物質を捕集し得るよう構成した部分希釈トンネル装置において、前記希釈空気の流量を略所定の流量に制御すると共に、前記希釈排気ガスの流量を略所定の流量に制御し得るよう構成し、前記エンジンの排気ガスの流量に所定の比率を掛けて得られた流量の希釈排気ガスを前記粒子状物質捕集手段に送給し得るよう構成したものである。

請求項２の部分希釈トンネル装置は、エンジンの排気ガスの一部を抽出して希釈トンネル本体に導くと共に、該希釈トンネル本体で排気ガスを希釈空気により希釈して生成された希釈排気ガスを粒子状物質捕集手段に送給して希釈排気ガス中の粒子状物質を捕集し得るよう構成した部分希釈トンネル装置において、前記部分希釈トンネル本体の出側に接続した管路を並列に配置すると共に、並列の管路の下流側において、並列の管路を合流させ、並列の管路のうち一方の管路に粒子状物質捕集手段を設け、前記希釈空気の流量を略所定の流量に制御すると共に、前記希釈排気ガスの流量を前記並列の管路の下流側で合流させた管路において略所定の流量に制御し得るよう構成し、前記エンジンの排気ガスの流量に所定の比率を掛けて得られた流量の希釈排気ガスを前記粒子状物質捕集手段に送給し得るよう構成したものである。

本発明の請求項１、２記載の部分希釈トンネル装置によれば、エンジンがアイドル状態の場合においても、エンジンの排気ガスの分割比を低く押さえることができることにより、希釈比を低く押えることが可能となり、このため、希釈排気ガス中の排気ガスの濃度を濃く保持することができ、その結果、エンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質の量を正確に精度良く測定することができ、粒子状物質の測定精度が向上する、という優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１は本発明を実施する形態の一例であり、図中、図７と同一の符号を付したものは同一のものを表わしている。而して、本図示例装置の従来装置と異なる点は以下に述べる点であり、それ以外は従来装置と同様である。

すなわち、本図示例においては、図１に示すごとく、希釈排気ガス流れ方向上流側端部がフィルタホルダ９よりも上流側に位置し、希釈排気ガス流れ方向下流側端部が流量計１０の上流側に位置するよう、管路８の中途部に並列に管路８ａ，８ｂを接続し、管路８ａにフィルタホルダ９及び流量計１６並びにモータ１７により駆動し得るようにしたポンプ１８を、希釈排気ガス流れ方向上流側から下流側に向けて順次設け、流量計１６で測定した管路８ａを送給される希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ３を演算制御装置１５に与え得るようにしてある。

又、本図示例では、演算制御装置１５には、希釈空気Ａの流量Ｆ１及び希釈トンネル本体２と管路８を送給される希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２を、当該試験の間は不変の固定された目標値として設定し得るようにし、エンジンからの排気ガスＧｅの流量Ｑｅと管路８ａを送給される希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ３の比率α＝（Ｆ３／Ｑｅ）も当該試験の間は不変の固定された目標値として設定し得るようにし、演算制御装置１５からはインバータ１９を介してモータ１７に制御指令Ｖ３を与え得るようにしてある。

次に、上記図示例の作動を説明する。
上記部分希釈トンネル装置により排気ガスを測定する際には、希釈空気Ａの目標となる流量Ｆ１、及び希釈排気ガスＧｍの目標となる流量Ｆ２、並びにエンジンからの排気ガスＧｅの流量Ｑｅと希釈トンネル本体２及び管路８ａを送給される希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ３の比率α（＝Ｆ３／Ｑｅ）、[数１]、[数２]は予め演算制御装置１５に設定されている。

このため、制御弁６は演算制御装置１５からの制御指令Ｖ１により、設定された希釈空気Ａの流量Ｆ１に対応した開度に保持され、ポンプ１２は制御指令Ｖ２により、設定された希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２に対応した回転数で駆動され、ポンプ１８は制御指令Ｖ３により、エンジンからの排気ガスＧｅの流量Ｑｅと設定された比率αを掛けて導出された希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ３＝α×Ｑｅに対応した回転数で駆動されている。

エンジンからの排気ガスＧｅの一部は管路１において分割されてサンプル導管３から希釈トンネル本体２に導入され、管路４からの希釈空気Ａと合流して希釈排気ガスＧｍとなり、希釈トンネル本体２から送出されて管路８を送給され、管路８から分流されて管路８ａ，８ｂに送給される。而して、管路８ａ中の希釈排気ガスＧｍはフィルタホルダ９を通過することにより、粒子状物質を捕集され、粒子状物質を捕集された希釈排気ガスＧｍは、管路８ａの下流側において、管路８ｂからの希釈排気ガスＧｍと管路８において合流し、モータ１１により駆動されているポンプ１２により管路８を通って排気される。

又、排気ガス流量測定器１３で測定した排気ガスＧｅの流量Ｑｅ、及び流量計７で測定した希釈空気Ａの流量Ｆ１、並びに流量計１０で検出した希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２、流量計１６で検出した希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ３は、夫々流量信号として演算制御装置１５に与えられている。

このため、測定された希釈空気Ａの流量Ｆ１や希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２が設定された所定の値に対しずれて偏差が生じ、又、希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ３がＦ３＝α×Ｑｅから求められた値に対しずれて偏差が生じた場合には、演算制御装置１５からは制御指令Ｖ１が流量計７に与えられて希釈空気Ａの流量Ｆ１が設定された所定の流量となるよう制御され、制御指令Ｖ２がインバータ１４を介してモータ１１に与えられ、管路８を送給される希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２が設定された所定の流量となるよう、ポンプ１２の回転数が制御され、制御指令Ｖ３がインバータ１９を介しモータ１７に与えられ、管路８ａを送給される希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ３が所定の流量となるよう、ポンプ１８の回転数が制御される。

上記図示例において、管路８ａを送給される希釈排気ガスＧｍの流量がＦ３の場合、管路８ｂを送給される希釈排気ガスＧｍの流量はＦ２−Ｆ３となる。

一回の試験が終了すると、フィルタホルダ９により捕集された粒子状物質はフィルタホルダ９から回収されてその重量が測定され、その結果から、一回の試験でエンジンが運転された際に排出された粒子状物質の全量が[数４]により求められる。なお、流量Ｆ３の単位は流量Ｆ１、Ｆ２と同様、ｌ／ｍｉｎである。
[数４]
Ｍ＝ｍ×Ｋ×（Ｆ２／Ｆ３）
＝ｍ×[Ｑｅ／（Ｆ２−Ｆ１）]×（Ｆ２／Ｆ３）
＝ｍ×[Ｆ２／（Ｆ２−Ｆ１）]×（Ｑｅ／Ｆ３）
＝ｍ×ＤＲ×（Ｑｅ／Ｆ３）

本図示例において、エンジンからの排気ガスＧｅの流量Ｑｅの時間的変化の状態は図２に示されており、希釈空気Ａの流量Ｆ１の時間的変化の状態及び希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２の時間的変化の状態は図３に示されている。図３は、エンジンの運転状態が変わって管路１に送給される排気ガスＧｅの流量Ｑｅが大きく変化しても、希釈空気Ａの流量Ｆ１及び希釈トンネル本体２及び管路８を送給される希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２は略一定であることを示している。

図４は分割比Ｋ（＝Ｑｅ／[Ｆ２−Ｆ１]）の時間的変化の状態を示している。このように分割比Ｋが変動するのは、管路１中を送給される排気ガスＧｅの流量Ｑｅが増減しても、サンプル導管３から希釈トンネル本体２へ導入される排気ガスＧｅの流量Ｆ２−Ｆ１は略一定のためである。

図５は希釈比ＤＲの時間的変化の状態を示している。希釈空気Ａの流量Ｆ１及び希釈トンネル本体２及び管路８を送給される希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ２は略一定の値のため、希釈比ＤＲ（＝Ｆ２／[Ｆ２−Ｆ１]）は略一定値となる。

図６には、管路８ａを送給される希釈排気ガスＧｍの流量Ｆ３の時間的変化の状態を示している。流量Ｆ３はエンジンから管路１へ送給された希釈排気ガスＧｍの流量Ｑｅに比率αを掛けたものであるため（Ｆ３＝α×Ｑｅ）、管路１に送給された排気ガスＧｅの流量Ｑｅと比例した値となり、波形は流量Ｑｅの波形（図２参照）に対して相似形状となる。

本図示例によれば、管路１に送給される排気ガスＧｅの流量Ｑｅの増減の如何に拘らず、サンプル導管３から希釈トンネル本体２へ導入される排気ガスＧｅの流量Ｆ２−Ｆ１を略一定流量にすることができる。このため、希釈排気ガスＧｍは希釈比ＤＲの低い状態にすることができる。図３では、流量Ｆ２−Ｆ１は約１８ｌ／ｍｉｎであり、希釈比ＤＲは従来のものと比較して変動が少なく安定している。

又、希釈比ＤＲの分母である排気ガスＧｅの流量Ｆ２−Ｆ１を大きくすることで、希釈比ＤＲを低く押えるとが可能となる。その結果、希釈トンネル本体２及び管路８ａを送給される希釈排気ガスＧｍ中の希釈が少ないため、排気ガスＧｅの濃度を濃く保持することができ、その結果、エンジンの排気ガスＧｅ中に含まれる粒子状物質の量を正確に精度良く測定することができ、粒子状物質の測定精度が向上する。

なお、本発明は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の部分希釈トンネル装置の実施の形態の一例を示す概要図である。 図１に示す装置において、エンジンから送給された排気ガスの流量の時間的変化の状態を示すグラフである。 図１に示す装置において、希釈空気及び希釈排気ガスの流量の時間的変化の状態を示すグラフである。 図１に示す装置において、分割比の時間的変化の状態を示すグラフである。 図１に示す装置において、希釈比の時間的変化の状態を示すグラフである。 図１に示す装置において、フィルタホルダに導入される希釈排気ガスの時間的変化の状態を示すグラフである。 従来の部分希釈トンネル装置の一例を示す概要図である。 図７に示す装置において、エンジンから送給された排気ガスの流量の時間的変化の状態を示すグラフである。 図７に示す装置において、希釈空気及び希釈排気ガスの流量の時間的変化の状態を示すグラフである。 図７に示す装置において、分割比の時間的変化の状態を示すグラフである。 図７に示す装置において、希釈比の時間的変化の状態を示すグラフである。

符号の説明

２ 希釈トンネル本体
８ 管路
８ａ 管路
８ｂ 管路
９ フィルタホルダ（粒子状物質捕集手段）
Ａ 希釈空気
Ｇｅ 排気ガス
Ｇｍ 希釈排気ガス
Ｆ１ 流量
Ｆ２ 流量
Ｆ３ 流量
Ｑｅ 流量
α 比率

Claims (2)

1. エンジンの排気ガスの一部を抽出して希釈トンネル本体に導くと共に、該希釈トンネル本体で排気ガスを希釈空気により希釈して生成された希釈排気ガスを粒子状物質捕集手段に送給して希釈排気ガス中の粒子状物質を捕集し得るよう構成した部分希釈トンネル装置において、前記希釈空気の流量を略所定の流量に制御すると共に、前記希釈排気ガスの流量を略所定の流量に制御し得るよう構成し、前記エンジンの排気ガスの流量に所定の比率を掛けて得られた流量の希釈排気ガスを前記粒子状物質捕集手段に送給し得るよう構成したことを特徴とする部分希釈トンネル装置。
2. エンジンの排気ガスの一部を抽出して希釈トンネル本体に導くと共に、該希釈トンネル本体で排気ガスを希釈空気により希釈して生成された希釈排気ガスを粒子状物質捕集手段に送給して希釈排気ガス中の粒子状物質を捕集し得るよう構成した部分希釈トンネル装置において、前記部分希釈トンネル本体の出側に接続した管路を並列に配置すると共に、並列の管路の下流側において、並列の管路を合流させ、並列の管路のうち一方の管路に粒子状物質捕集手段を設け、前記希釈空気の流量を略所定の流量に制御すると共に、前記希釈排気ガスの流量を前記並列の管路の下流側で合流させた管路において略所定の流量に制御し得るよう構成し、前記エンジンの排気ガスの流量に所定の比率を掛けて得られた流量の希釈排気ガスを前記粒子状物質捕集手段に送給し得るよう構成したことを特徴とする部分希釈トンネル装置。

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