JP2009103130A - 内燃エンジン、特にディーゼル形式の内燃エンジンからの再循環排ガスをサンプリングする装置と該装置を使用する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、再循環したその場での、つまりＥＧＲ回路からの排ガスのサンプリング、およびガスの最初の状態での排ガスのサンプリングを提供する。
【解決手段】
内燃エンジン、特にディーゼル形式の内燃エンジンからの再循環排ガスをサンプリングする装置であって、前記ガス用の循環制御弁３２を備えている再循ガス循環ライン２６を有する、エンジンの排気部分２２、２４とエンジンの吸気部分１８、２０との間の排ガス再循環回路１２を有する装置であり、再循環排ガスライン上に少なくとも２つのサンプリング点３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄと、収集されたガスを少なくとも１つの分析装置４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ、４６Ｄ；５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄに送る分配機器４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄとを有する再循環排ガスサンプリング装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃エンジン、特にディーゼル形式の内燃エンジンからの再循環排ガスをサンプリングする装置に関する。

サンプリングの目的は、汚染物質をより具体的に究明し、定量化するために、このガスに含まれている化成物および／または構成物質の収集および／または分析および／または計測である。

非常に厳格な汚染防止基準の制定によって、燃料消費と汚染物質排出とを最適化するために、ますます高度化した内燃エンジンの燃焼モードの使用が必要になってきている。

その一例は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）回路と呼ばれる排ガス再循環回路を使用しているディーゼル形式の内燃エンジンである。この回路の主な目的は、排気マニフォールドつまり排気ラインなどのエンジン排気部分からの排ガスをこのエンジンの吸気部分に供給することである。

これは、吸入される空気を希釈し、二酸化炭素（ＣＯ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）とが存在するため、燃焼温度を下げる効果がある。この温度の低下は、従来のディーゼル燃焼に関して、窒素酸化物（ＮＯ_x）の比率の減少につながる。

最近の研究によって、この再循環ガスの化学的成分が、この形式のエンジンにおける燃焼の開始と進行とに与える影響が明らかになった。

そのため、ＥＧＲ回路への流入から流出までのこの再循環排ガス（つまりＥＧＲガス）の組成を正確に知ることが必須である。

本出願人によって出願されているフランス特許出願公開明細書第２，７８０，５０７号に記載の装置などのこれまでに公知の排ガスサンプリング装置では、この再循環排ガスの構成物質のサンプリングと分析とが不可能であった。実際、これらの装置では、様々なサンプリングと分析とを可能にするには、薄められた冷たい排ガスの使用が必要である。

これは、エンジンの動作点により、約２５０℃である非常に高温の再循環排ガスには適用できない。ＥＧＲ回路の入口でのこのガスの冷却は、その成分の標準化につながり、その結果、そのガスの構成物質のサンプリングと分析におけるずれにつながることになる。

さらに、この排ガスは、ＥＧＲ回路の入口と出口との間でその成分が変化し、この変化を知ることが必要な場合もある。希釈の効果は、反応時間を短縮するか反応停止させるように、十分な量の空気を排ガスに混ぜることによってこの変化を停止させることにある。

本発明の目的は、再循環しているその場の、つまりＥＧＲ回路からの排ガスおよび排ガスの最初の状態での排ガスのサンプリングを提供することである。

したがって、本発明は、内燃エンジン、特にディーゼルエンジンからの再循環排ガスをサンプリングする装置であって、そのガス用の循環制御弁を備えている再循環排ガス循環ラインを有する、このエンジンの排気部分とエンジンの吸気部分との間の排ガス再循環回路を有し、再循環排ガスライン上に少なくとも２つのサンプリング点と、サンプリングされたガスを少なくとも１つの分析装置に送る分配機器とを有することを特徴とする再循環排ガスサンプリング装置に関する。

有利には、サンプリング点を、排ガス再循環回路の入口の近傍に配置できる。

サンプリング点を、排ガス再循環回路の出口の近傍に配置できる。

そのラインが再循環排ガスクーラーを備えている場合、サンプリング点をクーラーの入口の近傍および／またはクーラーの出口の近傍に配置することができる。

好ましくは、各サンプリング点は絞り手段を有することができる。

分析装置は再循環排ガスに含まれているアルデヒド類／ケトン類を収集する手段を有することができる。

アルデヒド類／ケトン類を収集する手段は少なくとも２，４−ジニトロフェニルヒドラジンを収容している少なくとも１つのカートリッジを有することができる。

分析装置は再循環排ガスに含まれている多環式芳香族炭化水素類を吸収する手段を有することができる。

多環式芳香族炭化水素類を吸収する手段は、少なくともポリスチレン、ジビニルベンゼン、および石英綿を収容している少なくとも１つのカートリッジを有することができる。

分析装置は排ガスの構成物質を計測する手段を有することができる。

分析装置は上記ガスの少なくとも窒素酸化物（ＮＯ_x）および／または酸素（Ｏ₂）および／または二酸化炭素（ＣＯ₂）および／または一酸化炭素（ＣＯ）および／または未燃焼炭化水素（ＨＣ）を計測する手段有することができる。

分配機器は、収集されたガスを、そのガスの初期の物理的パラメータを測定する装置に送ることができるようにすることができる。

本発明は、内燃エンジン、特にディーゼル形式の内燃エンジンからの再循環排ガスであって、このエンジンの排気部分とエンジンの吸気部分との間の排ガス再循環回路のライン内を循環している再循環排ガスをサンプリングする方法であって、そのライン内を循環している高温で希釈されていない再循環排ガスをこのラインの少なくとも２つの点で収集することと、再循環排ガスを少なくとも１つの分析装置に送るために分配機器へ導くことに存することを特徴とする再循環排ガスをサンプリングする方法にも関する。

図１において、内燃エンジン１０、特にディーゼル形式の内燃機関は、排ガス再循環回路１２（つまりＥＧＲ回路）を有している。

エンジンは、燃料混合気の燃焼が行われる燃焼室１６を含む少なくとも１つのシリンダ１４を有している。エンジンの空気供給回路に属している外気の供給ライン２０に接続されている吸気マニフォールド１８によって、吸気弁を備えている管などのエンジンのすべての吸気手段（不図示）を接続することができる。排気マニフォールド２２は、燃料混合気の燃焼室内での燃焼から発生する排ガスを、排気ライン２４を通して排出するために、不図示の排気手段（排気管と排気弁）によって収集することを可能にしている。

ＥＧＲ回路１２は、排気ライン２４上のバイパス点２８のエンジン排気部分を、外気供給ライン２０の結合点３０でエンジン吸気部分に接続している再循環排ガス循環ライン２６（つまりＥＧＲライン）を有している。

もちろん、本発明の範囲から逸脱せずに、このＥＧＲラインは、排気マニフォールド２２を吸気マニフォールド１８に接続してもよい。

このＥＧＲラインは、バイパス点２８から吸気ライン２０の結合点３０までの再循環排ガスの循環の方向に、ＥＧＲ回路内を循環する排ガスの量を、完全に開いている位置と完全に閉じている位置との間の複数の位置によって制御できるようにする絞り手段３２（つまりＥＧＲ弁）を備えている。ラインは、たとえばエンジンの通常の冷却回路から流入する冷却流体を流す再循環排ガスクーラー３４も備えている。

したがって、排ガスを吸気部分に供給しなければならないエンジン動作範囲について、ライン２４内を循環している排ガスの一部がバイパス点２８においてライン２６の方へ方向を変え、結合点３０までそのライン内を循環するように、絞り弁３２は開いた位置の１つ、ここでは、図面に示しているように完全に開いている位置にある。

このライン２６内を循環しているＥＧＲガスの変化を調べることができるように、少なくとも２つの取り出し点（つまりサンプリング点）、説明している例では４つの取り出し点３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄが設けられている。

２つの取り出し点３６Ａと３６Ｂとが設けられており、一方の取り出し点３６Ａは、前述のガスの循環の方向を考慮すると、ＥＧＲライン２６の入口の近く、好ましくはＥＧＲ弁３２の後に設けられている。他方の取り出し点３６Ｂは、結合点３０の上流でクーラーの下流のこのラインの出口の近くに設けられている。有利には、取り出し点３６Ｃがクーラー３４の上流の、クーラー３４の入口の近くの弁３２とクーラーとの間に配置されており、もう１つの取り出し点３６Ｄがこのクーラーの下流でクーラーの出口の近くの、クーラーと取り出し点３６Ｂとの間に設けられている。

これらの取り出し点は、検出器や熱電対などライン上に通常存在している要素への流れを減らすことなく、補うようにライン上に配置されている。

絞り手段４０Ａ〜４０Ｄを備えており、好ましくは断熱されているサンプリングチューブ３８Ａ〜３８Ｄが各取り出し点に設けられている。

各サンプリングチューブから、分配機器４２Ａ〜４２Ｄが、このＥＧＲガスに含まれているアルデヒド類／ケトン類または多環式芳香族炭化水素類（ＰＡＨｓ）を収集することができるようにしている第１の分析装置４６Ａ〜４６Ｄへ向けて配置されているライン４４Ａ〜４４Ｄと、窒素酸化物（ＮＯ_x）および／または酸素（Ｏ₂）および／または二酸化炭素（ＣＯ₂）および／または一酸化炭素（ＣＯ）および／または未燃焼炭化水素（ＨＣ）を単独でまたは互いに組み合わせて定量化できるようにするガス分析ベンチ５など、このＥＧＲガスに含まれている構成物質の量を計測できるようにする第２の分析装置５０Ａ〜５０Ｄへ向けて配置されている第２のライン４８Ａ〜４８Ｄと、収集されたＥＧＲガスが、流速や温度などのこのガスの初期の物理的パラメータを知ることができるようにする計測装置（不図示）に送られるように第１のサンプリング装置を迂回できるようにしている第３のライン５２Ａ〜５２Ｄとを有することができるようにしている。

有利には、絞り手段４０Ａ〜４０Ｄは、必要に応じて各取り出し点を分離するか、収集されたＥＧＲガスを、第１の分析装置４６Ａ〜４６Ｄに接続されているライン４４Ａ〜４４Ｄに向けて、および／または第２の分析装置５０Ａ〜５０Ｄに接続されている第２のライン４８Ａ〜４８Ｄに向けて、および／または第３のライン５２Ａ〜５２Ｄに向けて導くことを可能にする多方弁型、特に３方弁型である。

好ましくは、熱電対（図中では参照番号を付していない）が、金属部分の上を通過した後の取り出し点でのＥＧＲガスの温度を知るために、各分配機器上に配置されている。

アルデヒド／ケトン収集のために備わっている第１の分析装置４６Ａ〜４６Ｄの構成を示している図からわかるように、取り出し点から収集されたＥＧＲガスが通過して流れるようにライン４４Ａ〜４４Ｄに接続されている少なくとも１つのＤＮＰＨ（２，４−ジニトロフェニルヒドラジン）被覆シリカカートリッジ５４が使用されている。アルデヒド類とケトン類とは、存在しているＤＮＰＨと即座に反応し、生成されたヒドラジン類がカートリッジ５４上に即座に保持される。カートリッジの飽和現象を防止するように、２つのカートリッジ５４が直列に配置されていることが好ましい。有利には、これらのカートリッジを支持するプラテン５６が設けられている。

当業者には公知のように、いったんサンプリングが実施されると、カートリッジが支持部分から取り外される。それから、アルデヒドとケトンとのヒドラジン誘導体は、有機溶剤によって抽出される。したがって、液体抽出溶液をたとえば液体クロマトグラフィーによって分析することができる。

あるいは、ＰＡＨｓを収集するために、ＤＮＰＨカートリッジ（および場合によってはこれらのカートリッジ５４の支持部分）がＸＡＤ₂（ポリスチレンとジビニルベンゼン）と石英綿とが充填されているカートリッジに置き換えられ、ライン４４Ａ〜４４Ｄ内を循環しており、取り出し点から収集されたＥＧＲガスが、それらのカートリッジを通して流れる。これらのカートリッジも支持部分上に取り付けることができる。

ＤＮＰＨカートリッジに関連して前述したように、サンプリング段階が完了すると即座に、カートリッジが取り外され、液体サンプルを得るために任意の公知の手段、特にジクロロメタンを使用する手段によって、ＰＡＨｓがこのカートリッジから抽出される。それから、このサンプルは、収集されたＥＧＲガスに含まれているＰＡＨｓを特定し定量化できるたとえば高性能液体クロマトグラフィーなどの分析装置によって処理および／または分析される。

したがって、ＥＧＲ回路を循環しているＥＧＲガスを収集できるように、弁４０Ａ〜４０Ｄが開いた位置に設定される。この構成において、ライン２６を循環しているＥＧＲガスの一部は、接続されている分配機器４２Ａ〜４２Ｄに到達するように、各サンプリングチューブ３８Ａ〜３８Ｄに向けられる。

この分配機器によって、弁４０Ａ〜４０Ｄを、様々な取り出し点で収集されたＥＧＲガスを、アルデヒド類／ケトン類またはＰＡＨｓを収集するために第１の分析装置に向けて第１のライン内に、汚染物質を計測するために第２の分析装置に向けて第２のライン内に、第１のサンプリング装置を迂回するように第３のラインＤ内に循環させることができる位置にすることができる。

以下の表は、本発明の装置によって、そして様々な連続している取り出し点の間のＥＧＲガスの循環に基づいて実施されたサンプリングから得られた結果の一部を示している。

ＥＧＲガスに含まれているＨＣの比率が取り出し点３６Ａから取り出し点３６Ｂまでにますます大きく減少するのに対して、ＮＯ_xの含有量は増加することがわかる。

アルデヒド類／ケトン類のサンプリングに関しては、それらの比率が入口取り出し点３６Ａから出口取り出し点３６Ｂまでに大きく減少することがわかる。

ＰＡＨｓについては、ナフタレン、１−メチルナフタレン、および２−メチルナフタレンの含有量は点３６Ａと点３６Ｄとの間ではあまり減少しないが、点３６Ｄから点３６Ｂまででは大きく減少する。

フルオレン、フェナントレン、フルオランテン、およびピレンについては、点３６Ｃと点３６Ｂとの間で最も大きい増加を観察した。

これらの結果から、燃料消費と大気に排出される汚染物質の割合とについて所望の値を得るために、再循環ガスのパラメータ（流速、冷却温度、．．．）および／またはエンジン動作パラメータ（空燃比、ＭＩＰ、エンジン回転数、．．．）を決定することができる。

本発明は、前述の例には限定されておらず、あらゆる変形例および等価な例とを含んでいる。

内燃エンジンから再循環されている排ガスのサンプリングを実行する、本発明の装置を示している図である。

Claims (14)

1. 内燃エンジン、特にディーゼル形式の内燃エンジンからの再循環排ガスをサンプリングする装置であって、前記再循環排ガス用の循環制御弁（２２）を備えている再循環排ガス循環ライン（２６）を有する、前記エンジンの排気部分（２２、２４）と前記エンジンの吸気部分（１８、２０）との間の排ガス再循環回路（１２）を有する再循環排ガスサンプリング装置において、前記再循環排ガスライン上に少なくとも２つのサンプリング点（３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄ）と、サンプリングされた前記ガスを前記ガスの化合物および／または構成物質を分析する少なくとも１つの分析装置（４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ、４６Ｄ；５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ）に送る分配機器（４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ）とを有することを特徴とする、再循環排ガスサンプリング装置。
2. 前記サンプリング点（３６Ａ）は、前記排ガス再循環回路（１２）の入口の近傍に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の再循環排ガスサンプリング装置。
3. 前記サンプリング点（３６Ｂ）は、前記排ガス再循環回路（１２）の出口の近傍に位置していることを特徴とする、請求項１または２に記載の再循環排気サンプリング装置。
4. 前記ラインは再循環排ガスクーラー（３４）を備えており、前記サンプリング点（３６Ｃ）は前記クーラーの入口の近傍に位置していることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の再循環排ガスサンプリング装置。
5. 前記ラインは再循環排ガスクーラー（３４）を備えており、前記サンプリング点（３６Ｄ）は前記クーラーの出口の近傍に位置していることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の再循環排ガスサンプリング装置。
6. 前記各サンプリング点は絞り手段（４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ）を有していることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の再循環排ガスサンプリング装置。
7. 前記分析装置（４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ、４６Ｄ）は前記再循環排ガスに含まれているアルデヒド類／ケトン類を収集する手段（５４）を有することを特徴とする、請求項１に記載の再循環排ガスサンプリング装置。
8. アルデヒド類／ケトン類を収集する前記手段は、少なくとも２，４−ジニトロフェニルヒドラジンを収容している少なくとも１つのカートリッジを有することを特徴とする、請求項７に記載の再循環排ガスサンプリング装置。
9. 前記分析装置（４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ、４６Ｄ）は前記再循環排ガスに含まれている多環式芳香族炭化水素を吸収する手段を有することを特徴とする、請求項１に記載の再循環排ガスサンプリング装置。
10. 多環式芳香族炭化水素類を吸収する前記手段は、少なくともポリスチレン、ジビニルベンゼン、および石英綿を収容している少なくとも１つのカートリッジを有することを特徴とする、請求項９に記載の再循環排ガスサンプリング装置。
11. 前記分析装置（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ）は前記排ガスの構成物質を計測する手段を有することを特徴とする、請求項１に記載の再循環排ガスサンプリング装置。
12. 前記分析装置（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ）は前記ガスの少なくとも窒素酸化物（ＮＯ_x）および／または酸素（Ｏ₂）および／または二酸化炭素（ＣＯ₂）および／または一酸化炭素（ＣＯ）および／または未燃焼炭化水素（ＨＣ）を計測する手段を有することを特徴とする、請求項１１に記載の再循環排ガスサンプリング装置。
13. 前記分配機器（４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ）は、前記収集されたガスを、前記ガスの初期の物理的パラメータを測定する装置に送ることができるようにすることを特徴とする、請求項１に記載の再循環排ガスサンプリング装置。
14. 内燃エンジン、特にディーゼル形式の内燃エンジンからの再循環排ガスであって、前記エンジンの排気部分（２２、２４）と前記エンジンの吸気部分（１８、２０）との間の排ガス再循環回路（１２）のライン（２６）内を循環している再循環排ガスをサンプリングする方法であって、前記ライン内を循環している、希釈されていない高温の前記再循環排ガスを前記ライン上の少なくとも２つの点（３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄ）で収集することと、前記再循環排ガスを、前記ガスの化合物および／または構成物質を分析する少なくとも１つの分析装置（４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ、４６Ｄ；５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ）に送るために分配機器（４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ）へ導くことを特徴とする、再循環排気をサンプリングする方法。

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