JP2008164413A - 排出ガスサンプリング分析システム - Google Patents

Abstract

【課題】粒子数計測システムにおいて、簡便な構造によって粒子数計測装置からの逆流を防止できるようにする。
【解決手段】エンジンからの排出ガスが希釈されることなく導入される排出ガス導入ポートＰＴ１と、その排出ガス導入ポートＰＴ１から導入された排出ガスの分析を行う分析機構２００と、その分析機構２００に導入される排出ガスの圧力を安定させるための圧力安定化機構９とを備え、前記圧力安定化機構９が、排出ガス導入ポートＰＴ１と前記分析機構２００とを連通する連通流路ＴＬにおける圧力を検知する圧力センサ９１と、開成時に前記連通流路ＴＬ内の排出ガスを外部へ放出するバルブ９２と、前記圧力センサ９１からの圧力信号を受信し、その圧力信号の値が、予め定められた閾値を超えた場合に、バルブ制御信号を出力して前記バルブ９２を開成させるバルブ制御部７と、を具備するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排出ガスをサンプリングし、その成分分析を行う排出ガスサンプリング分析システムに関するものである。

エンジン排出ガスの成分を分析する方式の１つとして、希釈サンプリング方式が知られている（特許文献１等参照）。この方式では、排出ガスを大気等で数倍に希釈し、濃度や質量の計測を行う。この方式では、サンプル中の水分濃度を下げることができ、配管内部での結露がおこりにくい。そのため、水の凝縮によるガス濃度変化や水溶性成分の溶解損失による測定誤差を抑制できる。

この希釈サンプリング方式による排出ガス分析においては、希釈比の変動を抑制して測定誤差を回避できることから、排出ガスが安定に供給されることが好ましい。しかし、排出ガスの量や圧力は、エンジン運転状況によって変動するものであり、特にマフラーの上流からサンプルする場合は、圧力変動によるその影響が大きくなる。

そこで従来は、ダイレクトで排出ガスをサンプルする部分にチェックバルブを設けて導入される排出ガスの圧力安定化を図っている。しかしながら、排圧程度での高速動作を要求すると、チェックバルブの弁体やバネ部品の軽量化を図らねばならず、その結果耐久性に劣るものとなる。つまり、この種の排出ガスサンプリング分析システムにおいて、導入される排出ガスの圧力を、機械的構成部品のみに頼ったフィードバック制御機構で制御するには、応答性向上や耐久性向上に限界があり、例えば排気脈動が生じた場合に圧力安定を保つことは難しい。
特開平１０−１０４１３４号公報

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、サンプリングしたエンジン排出ガスの圧力を応答性よく安定化させることができ、その後の分析における測定誤差を低減させることをその主たる所期課題としたものである。

すなわち、本発明に係る排出ガスサンプリング分析システムは、エンジンからの排出ガスが希釈されることなく導入される排出ガス導入ポートと、その排出ガス導入ポートから導入された排出ガスの分析を行う分析機構と、その分析機構に導入される排出ガスの圧力を安定させるために圧力安定化機構とを備え、前記圧力安定化機構が、排出ガス導入ポートと前記分析機構とを連通する流路における圧力を検知する圧力センサと、開成時に前記連通流路内の排出ガスを外部へ放出するバルブと、前記圧力センサからの圧力信号を受信し、その圧力信号の値が、予め定められた閾値を超えた場合に、バルブ制御信号を出力して前記バルブを開成させるバルブ制御部と、を備えたものであることを特徴とする。

導入前の排出ガスの早い圧力変動に対しても十分追随して、導入後の排出ガスの圧力を安定できるようにするには、前記バルブにピエゾ方式のものを用いることが好ましい。

分析機構は、直接サンプリング方式のものでも希釈サンプリング方式のものでもよいが、特に希釈サンプリング方式のものであれば、本発明の効果が顕著となる。

前記排出ガス導入ポートには、排気管をダイレクトに接続する以外に、全流希釈トンネルや分流希釈トンネルなどの希釈システムを介在させて接続してもよい。

本発明の効果が顕著となる具体的な前記分析機構としては、排出ガス中の粒子状物質を計測する粒子数計測装置を備えたものを挙げることができる。

このように構成した本発明によれば、機械的構成部品のみによるローカルＦＢ制御ではなく、圧力を計測して、電磁バルブやピエゾバルブなど、応答性、耐久性に優れたバルブを電気的に制御することができるので、エンジン排出ガスの高周波な脈動に対しても十分応答して、これを安定に制御することができるようになる。また、このことによって、その後の分析における測定誤差を低減することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１に、本実施形態に係る排出ガスサンプリング分析システム１００の全体概要を示す。この分析システム１００は、エンジンからの排出ガスをダイレクトに、すなわち希釈しないまま、排出ガス導入ポートＰＴ１に導き、そこから内部連通流路ＴＬを経て分析機構２００に導入し分析するものである。

分析機構２００は、導入された排出ガスをエアにより所定比率で希釈する希釈ユニット１と、その希釈ユニット１で希釈された排出ガス中の成分を分析する分析機構本体６とを備えている。

希釈ユニット１は、前記連通流路ＴＬと内部エア流路ＡＬとの接続点又はその下流近傍に設けた混合器１１と、その混合器１１に導入される排出ガスの質量流量を測定するための流量測定機構１２と、混合器１１に同じく導入されるエアの質量流量を制御するエア流量制御部１３と、を備えている。なお、エアは、希釈ガス導入ポートＰＴ２からレギュレータ３１を介してアキュムレータ３２に一旦蓄積され、このアキュムレータ３２から供給されるように構成してある。また、この希釈ユニット１の前段にはフロースプリッタ４１が設けられており、排出ガスのうちの一定流量が吸引ポンプ５１によりバイパス流路ＢＬ１に分流されるように構成してある。図１中バイパス流路ＢＬ１に設けられている符号８１は、このバイパス流路ＢＬ１に一定流量の流体を流すためのクリティカルオリフィス等の定流量器である。

前記流量測定機構１２は、例えば流体抵抗となるオリフィス部（図示しない）、そのオリフィス部の上下流側の圧力を測定するための圧力センサ（図示しない）、流体温度を測定するための温度センサ（図示しない）などから構成され、前記圧力センサからの圧力信号や温度センサからの温度信号に基づいて、情報処理装置７が混合器１１に導入される排出ガスの質量流量を算出できるように構成されたものである。情報処理装置７は、ＣＰＵ、メモリ、入力手段、ディスプレイ等を備え、メモリに格納した所定プログラムにしたがってＣＰＵや周辺機器が協働して動作する汎用乃至専用のいわゆるコンピュータである。

エア流量制御部１３は、前記情報処理装置７から目標流量データを与えられると、内部に設けた流量センサ（図示しない）で測定される実流量が、目標流量データの値（以下、目標流量とも言う）となるように、内部のバルブ（図示しない）を調整してローカルで流量制御するものである。この目標流量は、前記情報処理装置７によって、排出ガスの流量と希釈比とから算出される。

さて、前述した希釈ユニット１で希釈された排出ガスは、さらにそのうちの所定量がフロースプリッタ４２によりバイパス流路ＢＬ２に分流され、残りが測定流路ＭＬに導かれる。なお、バイパス流路ＢＬ２に設けられている符号８２は定流量器である。この測定流路ＭＬには、途中に分析機構本体６が設けられていて、さらにその下流には、この分析機構本体６内に排出ガスを導くための第２吸引ポンプ５２が設けられている。

分析機構本体６は、ここでは例えば粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒｓ）の数を計測する粒子数計測装置であり、ブタノールなどのアルコールガスを過飽和状態で混入させて排出ガス中のＰＭに付着させることにより、このＰＭを大きな径に成長させ、成長したＰＭをレーザ光によって計測するタイプのものである。この粒子数計測装置６で測定された計測データは、前記情報処理装置７に出力されて適宜処理される。

しかしてこの実施形態では、排出ガス導入ポートＰＴ１と分析機構２００との間に、その分析機構に導入される排出ガスの圧力を安定させるための圧力安定化機構９を設けている。

この圧力安定化機構９は、排出ガス導入ポートＰＴ１と前記分析機構２００とを連通する連通流路ＴＬにおける圧力を検知する圧力センサ９１と、前記連通流路から分岐するバイパス流路ＢＬ３と、そのバイパス流路ＢＬ３に設けられたリモート制御可能なバルブ９２と、前記バルブ９２を制御するバルブ制御部と、を備えたものである。

圧力センサ９１は絶対圧センサであり、連通流路ＴＬ上に設けられたダスト除去器たるサイクロンＣＬの上流に配置されている。

前記バルブ９２は、内部構造は図示しないが、ピエゾ素子の伸縮で弁部の開口径を変化させる高速応答タイプのもので、バルブ制御部から与えられるバルブ制御信号の値に応じてその弁部の開度を定めることができる。

バルブ制御部は、この実施形態では前記情報処理装置７がその機能を兼ねる。具体的には、このバルブ制御部としての機能を発揮させるためのプログラムを前記情報処理装置７に搭載するようにしている。もちろん、情報処理装置７とは別に単独でアナログ乃至デジタル電気回路によりバルブ制御部を構成するようにしても構わない。

次に、このバルブ制御部、正確には情報処理装置７のバルブ制御部に相当する部分の動作を説明する。このバルブ制御部は、前記圧力センサ９１からの圧力信号を例えば１０ｍｓｅｃ程度の間隔でサンプリングし（図２、ステップＳ１）、その圧力信号の値が予め定められた閾値を超えているか否かを判断する（図２、ステップＳ２）。超えていた場合には、その閾値と圧力信号の値（測定圧力値とも言う）との偏差に応じた値を有するバルブ制御信号を出力して前記バルブ９２を開成させる（図２、ステップＳ３）。このことにより、連通路ＴＬ内の排出ガスが外部のバイパス流路ＢＬ３に流出して、連通路ＴＬ内の圧力が低下することになる。一方、圧力信号の値が閾値を下回った場合には、前記バルブ９２を閉止させる（図２、ステップＳ４）。なお閾値にはヒステリシスを設けても構わない。

このようなものであれば、機械的構成部品のみによる制御ではなく、計測した圧力値と閾値との偏差に応じて、ピエゾバルブ９２という応答性、耐久性に優れたバルブを電気的に制御するようにしているので、エンジン排出ガスの高周波な脈動に対しても十分応答して、これを安定に制御することができるようになる。したがって、希釈ユニット１での希釈比も安定に保つことができるようになり、その後の分析における測定誤差を低減することが可能となる。特にこの実施形態では微量なＰＭを測定するためのものであって、希釈比の変動が大きな測定誤差につながりやすいため、このような希釈比の変動を安定化できる圧力安定化機構９の効果は特に顕著なものとなる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、応答性、耐久性さえ所望のスペックを満たすのであれば、バルブにピエゾバルブ以外のものを用いても構わない。

また、前記実施形態では、測定圧力値と閾値との偏差に応じてバルブ開度を変えるようにしていたが、測定圧力値が閾値を上回ればバルブ全開、下回れば全閉、というように、バルブをＯＮ−ＯＦＦ駆動することも可能である。

さらに、前記排出ガス導入ポートに、全流希釈トンネルや分流希釈トンネルなどの希釈システムを通過した希釈された排出ガスを導入しても構わない。また、分析機構は、排出ガス中の粒子状物質を計測するもののみならず、ＮＯｘなど、他の排出ガス成分を測定するものに本発明を適用して同様な作用効果を奏し得るし、直接サンプリング方式のものなど希釈ユニットの不要な構成でも本発明を適用可能である。

加えて、流路系など、その構成は図示例に限られず、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能である。

本発明の一実施形態における排出ガスサンプリング分析システムを示す模式的概略全体図。 同実施形態における逆流防止手順を示すフローチャート。

符号の説明

１００・・・排出ガスサンプリング分析システム
２００・・・分析機構
１・・・希釈ユニット
６・・・分析機構本体（粒子数計測装置）
７・・・バルブ制御部（情報処理装置）
９・・・圧力安定化機構
９１・・・圧力センサ
９２・・・バルブ
ＰＴ１・・・排出ガス導入ポート
ＴＬ・・・連通流路
ＣＬ・・・ダスト除去器

Claims (6)

1. エンジンからの排出ガスが希釈されることなく導入される排出ガス導入ポートと、その排出ガス導入ポートから導入された排出ガスの分析を行う分析機構と、その分析機構に導入される排出ガスの圧力を安定させるための圧力安定化機構とを備え、
   前記圧力安定化機構が、
   排出ガス導入ポートと前記分析機構とを連通する連通流路における圧力を検知する圧力センサと、
   開成時に前記連通流路内の排出ガスを外部へ放出するバルブと、
   前記圧力センサからの圧力信号を受信し、その圧力信号の値が、予め定められた閾値を超えた場合に、バルブ制御信号を出力して前記バルブを開成させるバルブ制御部と、を備えたものである排出ガスサンプリング分析システム。
2. 前記バルブがピエゾ方式のものである請求項１記載の排出ガスサンプリング分析システム。
3. 前記分析機構が、導入された排出ガスを一定比率で希釈する希釈ユニットを備えている請求項１又は２記載の排出ガスサンプリング分析システム。
4. 連通流路上にダスト除去器が設けられており、そのダスト除去器の上流に圧力センサが設けられている請求項１又は２記載の排出ガスサンプリング分析システム。
5. 前記排出ガス導入ポートに、全流希釈トンネルや分流希釈トンネルなどの希釈システムを通った、希釈された排出ガスをも導入可能に構成している請求項１、２又は３記載の排出ガスサンプリング分析システム。
6. 前記分析機構が、排出ガス中の粒子状物質を計測する粒子数計測装置を備えたものである請求項１、２、３、４又は５記載の排出ガスサンプリング分析システム。