JP2006184114A

JP2006184114A - ハイドロカーボン測定装置

Info

Publication number: JP2006184114A
Application number: JP2004377414A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Niizawa; 元啓新沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】サンプルガス中のハイドロカーボン類の濃度を短時間で検出するハイドロカードン測定装置を提供する。
【解決手段】サンプルガス中のＴＨＣ濃度を検出するＦＩＤ１を有し、ＦＩＤ１によって検出したＴＨＣ濃度からサンプルガス中のハイドロカーボンの成分比率を算出し、ＴＨＣ濃度と成分比率に基づいて、サンプルガス中に含まれるＨＣ類の濃度を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明はハイドロカーボン測定装置に関するものである。

自動車の排ガスに対する規制、特にハイドロカーボン（以下、ＨＣ）成分に関する規制では、水素炎イオン化検出器（以下、ＦＩＤ）によって検出する全ハイドロカーボン（以下、ＴＨＣ）による規制の他に、ノンメタンオーガニックガス（以下、ＮＭＯＧ、ＮＭＯＧ＝ＴＨＣ−メタン＋全アルデヒド）、ホルムアルデヒド（以下、ＨＣＨＯ）、またはノンメタンハイドロカーボン（以下、ＮＭＯＧ、ＮＭＯＧ＝ＴＨＣ−メタン）による規制が、既に米国において導入されている。

しかし、ＨＣＨＯに代表されるアルデヒド類は、通常のＦＩＤではほとんど感度を示さない。このアルデヒド、あるいはＨＣＨＯを検出する分析方法として代表的なものとして、例えばカートリッジ液体クロマトグラフ法（以下、カートリッジＨＰＬＣ法）、あるいは還元ＦＩＤ法（ガスクロマトグラフ法、以下、ＧＣ）法がある。

従来、還元ＦＩＤ法としてカラムとＦＩＤとのラインと途中に還元触媒を設け、サンプルガスをカラムに導入して成分を分離し、カラムから出てくるアルデヒド成分を順次メタンに還元して検出するものが、特許文献１に開示されている。
特開平７−２６０７６４号公報

しかし、上記の発明では、ＨＣＨＯに代表されるアルデヒドを検出する分析方法では、アルデヒド類検出専用の分析装置、分析に必要な溶剤や器具、場所などが必要となり、多額の設備費が必要となる。また基本的にバッチ処理であるためＴＨＣとの同時測定、連続測定はできず、サンプリングから結果が出るまでの間に、ＧＣであれば感度向上のための排出ガスの濃縮、ＨＰＬＣであれば抽出、さらには共通として成分の分離というような多くの工数と数時間程度の長い時間を要するため、実験評価の効率が非常に悪い、といった問題がある。

本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、自動車などの内燃機関から排出される排出ガス中のＨＣ成分をＦＩＤで検出し、ＴＨＣ濃度の他に、アルデヒド（全アルデヒドまたは個別アルデヒド）、メタン、ＮＭＯＧ、ＮＭＨＣの内、少なくとも一つのＨＣ類の濃度を実用的で精度良く、かつ勘弁に同時測定する装置を提供することを目的とする。

本発明のハイドロカーボン測定装置は、燃焼排ガスとしてのサンプルガス中の全ハイドロカーボン濃度を検出する第１水素炎イオン化検出手段と、全ハイドロカーボン濃度に応じて定まる全ハイドロカーボン中のハイドロカーボン類の成分比率を算出するハイドロカーボン成分比率算出手段と、検出された全ハイドロカーボン濃度と、ハイドロカーボン成分比率算出手段に基づいてサンプルガス中に含まれる少なくとも一つのハイドロカーボン類のハイドロカーボン濃度を検出する濃度検出手段を備える。

本発明によると、第１水素炎イオン化検出手段によって検出した全ハイドロカーボン濃度に基づいて、サンプルガス中に含まれるハイドロカーボン類の濃度を検出することができるので、例えばアルデヒド類の専用の検出装置などを設けずにアルデヒド類などの検出ができ、装置の小型化、実験時間の短縮を図ることができる。

本発明の第１実施形態の構成を図１のブロック図を用いて説明する。この実施形態のＨＣ測定装置１０は、エンジンなどから排出される排気ガス（サンプルガス）と、水素炎発生用の空気と水素が導入される第１水素炎イオン化検出手段であるＦＩＤ１と、ＦＩＤ１によって検出されたＴＨＣ濃度の信号に基づいて、ＴＨＣの他にアルデヒド、メタン、ＮＭＯＧ、ＮＭＨＣなどの内、少なくとも１つのＨＣ類の濃度を演算処理して検出する濃度検出手段である演算部２と、検出されたＴＨＣ濃度や演算部２により検出された各種ＨＣ類を、所定時間積算して積算濃度（あるいは平均濃度）を算出する濃度積算手段である積算部３と、演算部２に検出されたＴＨＣ濃度や各種ＨＣ類濃度、または積算部３によって算出された積算濃度（あるいは平均濃度）を表示する濃度表示手段である表示部４と、を備える。

ＦＩＤ１は、空気と水素によってサンプルガスを水素炎により燃焼させ、その際に生じるイオンを計測して、ＴＨＣ濃度を検出し、そのＴＨＣ濃度を電気信号により演算部１２へ伝達する。

演算部２、積算部３は例えばパーソナルコンピュータを使用し、ＦＩＤ１からのＴＨＣの信号に基づいてパーソナルコンピュータ内の専用のデータ処理プログラムによって、ＴＨＣのリアルタイムの濃度や各種ＨＣ類の積算濃度（あるいは平均濃度）の測定を行う。また、表示部４はパーソナルコンピュータに連結されるモニタ、またはプリンタである。

次に本発明のＨＣ検出方法について図２のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ２０１では、ＦＩＤ１にサンプルガスと空気と水素を導入し、ＦＩＤ１によってサンプルガス中のＴＨＣ濃度を検出する。

ステップＳ２０２では、演算部２において、サンプルガス中の各種ＨＣ類の中で検出する種類のＨＣの含有量（成分比率）を図３に示すマップに基づいて検出する。図３のマップは性状の異なる様々な燃料で例えばディーゼルエンジンを運転したり、ディーゼルエンジンの燃焼室形状を変化させたときのサンプルガス中のＴＨＣに対する各種ＨＣ類（ＮＭＯＧ、アルデヒド類総量、メタン、ＮＭＨＣ、ＨＣＨＯ）の含有量を示したものであり、サンプルガス中のＴＨＣ含有量（濃度）が多くなると各種ＨＣ類の含有量（濃度）が多くなる。図３に示すマップがハイドロカーボン成分比率算出手段、第１記憶手段を構成する。

ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で検出した各種ＨＣ類を所定時間積算し、積算濃度、または所定時間で割った平均濃度を算出する。ここでは或る所定時間積層することで、検出したＨＣの濃度を正確に検出することができる。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０１で検出したＴＨＣとステップＳ２０３で検出した各種ＨＣ類の濃度を表示部４に表示する。

これにより、ＦＩＤでＴＨＣを検出するだけで、サンプルガス中に含まれる各種ＨＣ類を検出することができる。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

ＦＩＤ１によって検出されたＴＨＣ濃度によって各種ＨＣ類の濃度を検出するので、ＦＩＤ１の他にＨＣ類検出用の装置、例えばＧＣ、ＨＰＬＣなどの分析装置を必要とせず、各種ＨＣを検出するので検出装置のコストを削減できる。また、装置を小型化することができる。また、ＴＨＣと各種ＨＣをほぼ同時に検出することができ、測定時間を短縮することができる。

次に本発明の第２実形態について図４のブロック図を用いて説明する。この実施形態はＴＨＣ濃度を検出するＦＩＤ１の他に、メタン濃度のみを検出可能な第２水素炎イオン化検出手段であるＦＩＤ５を備える。その他の構成については第１実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。この構成によって、サンプルガス中からメタン成分を除いたＮＭＨＣに対する各種ＨＣ類を検出することができる。なお、演算部２ではＦＩＤ１とＦＩＤ５から伝達されるＴＨＣ、メタンによってＮＭＨＣ中の各種ＨＣ類の濃度を算出する。

ＦＩＤ５はＴＨＣからメタンを分離して、メタン濃度を検出する装置である。また、サンプルガスと空気と水素が導入される導入口ハイドロカーボン除去手段である酸化触媒部６を設けており、この酸化触媒部６を約３００℃に加熱し、メタン以外の各種ＨＣ類を酸化除去する。なお、酸化触媒部６をＦＩＤ５へ導入される前のガス供給路に設けても良い。メタンは酸化触媒部６でも酸化除去されずに残るため、ＦＩＤ５はメタン濃度を連続的に検出することができる。例えば自動車のエンジンなど排気ガスを触媒処理をした場合、ＴＨＣ中のメタンが酸化処理できずに排出されるが、ＦＩＤ５によってメタン濃度を検出し、演算部２でＴＨＣ濃度からメタン濃度を除したＮＭＨＣ中の各種ＨＣ類を求めることができる。

次にこの実施形態のＨＣ検出方法について図５のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ５０１では、ＦＩＤ１とＦＩＤ５にサンプルガスと空気と水素を導入し、ＦＩＤ１によってサンプルガス中のＴＨＣ濃度を検出し、ＦＩＤ５によってサンプルガス中のメタン濃度を検出する。なお、ＦＩＤ５に導入されるサンプルガスは、酸化触媒部６によってメタン以外の各種ＨＣ類が酸化除去される。

ステップＳ５０２では、演算部２において、ＦＩＤ１によって検出されたＴＨＣ濃度からＦＩＤ５によって検出されたメタン濃度を除いたＮＭＨＣを算出する。そしてＮＭＨＣ中の各種ＨＣ類の中で検出する種類のＨＣの含有量を図６に示すマップに基づいて検出する。図６のマップはＮＭＨＣに対する各種ＨＣ類（ＮＭＯＧ、アルデヒド類総量、ＨＣＨＯ）の含有量を示したものであり、サンプルガス中のＮＭＨＣの含有量（濃度）が高くなると各種ＨＣ類の含有量（濃度）が多くなる。なお、ＮＭＨＣ中の各種ＨＣ類はＴＨＣ中の各種ＨＣ類よりも正確に測定することができる。図６に示すマップがハイドロカーボン成分比率算出手段、第２記憶手段を構成する。

ステップＳ５０３では、ステップＳ５０２で検出した各種ＨＣ類を所定時間積算し、各種ＨＣ類の積算量から積算濃度、または所定時間で割った平均濃度を算出する。これは、或る所定時間積算することで、検出した各種ＨＣ類の濃度を正確に検出することができる。

ステップＳ５０４では、ステップＳ５０２で算出したＮＭＨＣとステップＳ５０３で検出した各種ＨＣ類の濃度を表示部４に表示する。

これにより、ＦＩＤ１でＴＨＣ濃度を、またＦＩＤ５でメタン濃度を検出するだけで、ＮＭＨＣ中に含まれる各種ＨＣ類を検出することができる。

本発明の第２実施形態の効果について説明する。

ＦＩＤ５によって排出ガス中のメタン濃度を検出し、ＦＩＤ１によって検出されたＴＨＣ濃度からメタン濃度を除いたＮＭＨＣに対する各種各種ＨＣの濃度を検出するので、排気ガスに触媒処理を行った後の排気ガスにおいてもＦＩＤ１、ＦＩＤ５の他にＨＣ類検出用の装置、例えばＧＣ、ＨＰＬＣなどの分析装置を必要とせず、各種ＨＣ類の濃度を検出することができる。また、ＮＭＨＣ中のＨＣ類の濃度を算出することができ、各種ＨＣ類の濃度を正確に測定することができる。

また、ＦＩＤ１、ＦＩＤ５の他にＨＣ類検出用の装置、例えばＧＣ、ＨＰＬＣなどの分析装置を必要とせず、各種ＨＣを検出するので検出装置のコストを削減できる。また、装置を小型化することができる。また、ＴＨＣと各種ＨＣをほぼ同時に検出することができ、測定時間を短縮することができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

複数の種類のハイドロカーボン濃度を検出する分野において利用することができる。

本発明の第１実施形態を示すＨＣ測定装置のブロック図である。本発明の第１実施形態の各種ＨＣ類を測定するフローチャートである。本発明の第１実施形態のＴＨＣと各種ＨＣ類の関係を示す図である。本発明の第２実施形態を示すＨＣ測定装置のブロック図である。本発明の第２実施形態の各種ＨＣ類を測定するフローチャートである。本発明の第２実施形態のＴＨＣと各種ＨＣ類の関係を示す図である。

符号の説明

１ＦＩＤ（第１水素炎イオン化検出手段）
２演算部（濃度検出手段）
３積算部（濃度積算手段）
４表示部（濃度表示手段）
５ＦＩＤ（第２水素炎イオン化検出手段）
６酸化触媒部（ハイドロカーボン除去手段）
１０ＨＣ測定装置

Claims

燃焼排ガスとしてのサンプルガス中の全ハイドロカーボン濃度を検出する第１水素炎イオン化検出手段と、
全ハイドロカーボン濃度に応じて定まる全ハイドロカーボン中のハイドロカーボン類の成分比率を算出するハイドロカーボン成分比率算出手段と、
前記検出された全ハイドロカーボン濃度と、前記ハイドロカーボン成分比率算出手段に基づいて前記サンプルガス中に含まれる少なくとも一つのハイドロカーボン類のハイドロカーボン濃度を検出する濃度検出手段を備えることを特徴とするハイドロカーボン検出装置。
前記ハイドロカーボン成分比率算出手段は、前記全ハイドロカーボン濃度に対するハイドロカーボン類の濃度を記憶した第１記憶手段であり、
前記濃度検出手段によって検出した前記ハイドロカーボン濃度を所定時間積算し、前記ハイドロカーボン濃度の積算濃度を算出する濃度積算手段と、
前記濃度検出手段によって検出された前記ハイドロカーボン濃度と、前記濃度積算手段によって積算された前記ハイドロカーボン濃度の積算濃度を表示する濃度表示手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のハイドロカーボン検出装置。
前記濃度検出手段によって検出される前記ハイドロカーボン濃度は、アルデヒド、メタン、ノンメタンオーガニックガス、ノンメタンハイドロカーボンの内少なくとも一つの種類のハイドロカーボンであることを特徴とする請求項１または２に記載のハイドロカーボン検出装置。
前記サンプルガス中のメタン以外のハイドロカーボンを除去するハイドロカーボン除去手段と、
前記ハイドロカーボン除去手段によって残ったメタンの濃度を検出する第２水素炎イオン化検出手段と、を備え、
前記ハイドロカーボン成分比率算出手段は、前記全ハイドロカーボン濃度から前記メタン濃度を除したノンメタンハイドロカーボン中のハイドロカーボン類の成分比率を算出することを特徴とする請求項１に記載のハイドロカーボン検出装置。
前記ハイドロカーボン成分比率算出手段は、前記ノンメタンハイドロカーボン濃度に対するハイドロカーボン類の濃度を記憶した第２記憶手段であり、
前記濃度検出手段によって検出した前記ハイドロカーボン濃度を所定時間積算し、積算ハイドロカーボン濃度を算出する濃度積算手段と、
前記濃度検出手段によって検出された前記ハイドロカーボン濃度と、前記濃度積算手段によって積算された前記積算ハイドロカーボン濃度を表示する濃度表示手段と、を備えることを特徴とする請求項４に記載のハイドロカーボン検出装置。
前記濃度検出手段によって検出される前記ハイドロカーボン濃度は、アルデヒド、ノンメタンオーガニックガスの内少なくとも一つの種類のハイドロカーボンであることを特徴とする請求項４または５に記載のハイドロカーボン検出装置。