JP2014196969A - 排ガスサンプリング装置及び排ガスサンプリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水分の結露を抑えつつ、測定精度を向上させることが可能な希釈比に容易に設定できる。【解決手段】一定流量に制御された混合ガスをサンプリングする定容量サンプリング部を備え、当該定容量サンプリング部が、排ガス流路ＨＬ及び希釈用ガス流路ＤＬが接続され、排ガス及び希釈用ガスを混合した混合ガスを流すメイン流路ＭＬと、メイン流路ＭＬに設けられて混合ガスの流量を一定流量に制御するとともに、当該一定流量が変更可能に構成された定流量機構６と、定流量機構６の上流側に設けられて、混合ガス又は希釈用ガスの水分を検出する水分検出部９とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、排ガスサンプリング装置及び排ガスサンプリング方法に関するものである。

採取した排ガスを大気等の希釈用ガスで希釈し、当該排ガス中に含まれる成分の濃度を測定する希釈サンプリング方式として、定容量希釈サンプリング装置（ＣＶＳ）が広く用いられている。

このＣＶＳでは、希釈用ガスによる排ガスの希釈比を、排ガス中の水分が結露しない程度に、例えば１０倍〜２０倍となるように、定流量機構を構成する臨界流量ベンチュリの臨界流量を設定している。その一方で、希釈比を大きくすると、希釈された排ガス中に含まれる成分の濃度が小さくなってしまい、測定誤差によって測定精度が悪くなってしまう。

このため、従来は、排ガス中の水分が結露しない範囲で、出来るだけ希釈比を小さくするように前記臨界流量ベンチュリの臨界流量を設定している。具体的には、供試体であるエンジン（車両）の排気量や最高車速（エンジン回転数）等に基づいて、ユーザの勘や経験側によって臨界流量ベンチュリの臨界流量を設定している。

しかしながら、エンジン（車両）の種類や試験条件等によって、排ガスに含まれる水分量が異なるため、上記のようにユーザの勘や経験側に基づいて臨界流量ベンチュリの臨界流量を設定すると、排ガス中の水分が結露しない程度まで希釈できていない、或いは、排ガスの希釈比が大きくなり過ぎてしまうといった問題が生じる。

また、希釈用ガスとして大気を用いた場合には、当該大気に含まれる水分量が誤差となり、上記のようにユーザの勘や経験側に基づいて臨界流量ベンチュリの臨界流量を設定すると、排ガス中の水分が結露しない程度まで希釈できていない、或いは、排ガスの希釈比が大きくなり過ぎてしまうといった問題が生じる。

特開平６−３４１９５０号公報

そこで本発明は、水分の結露を抑えつつ、測定精度を向上させることが可能な希釈比に容易に設定できるようにすることをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る排ガスサンプリング装置は、一定流量に制御された混合ガスをサンプリングする定容量サンプリング部を備え、前記定容量サンプリング部が、排ガスが流れる排ガス流路及び希釈用ガスが流れる希釈用ガス流路が接続され、前記排ガス及び前記希釈用ガスを混合した混合ガスを流すメイン流路と、前記メイン流路に設けられて、前記メイン流路を流れる混合ガスの流量を一定流量に制御するとともに、当該一定流量が変更可能に構成された定流量機構と、前記メイン流路に接続されて、前記一定流量に制御された混合ガスをサンプリングするサンプリング流路と、前記定流量機構の上流側に設けられて、前記混合ガス又は前記希釈用ガスの水分を検出する水分検出部とを備えることを特徴とする。
また、本発明の排ガスサンプリング装置を用いた排ガスサンプリング方法は、前記水分検出部により得られた水分検出値に基づいて、前記定流量機構を制御して前記排ガスの希釈比を設定することを特徴とする。

このようなものであれば、定流量機構の上流側に水分検出部を設けて、混合ガスの水分量を検出するように構成しているので、混合ガスに含まれる水分量を正確に把握することができ、その水分量に基づいて最適な希釈比を設定することができる。これにより、混合ガスの水分の結露を抑えることができ、混合ガスを希釈し過ぎることによる測定精度の低下を防ぎ、測定精度を向上させることができる。
また、排ガスに含まれる水分量が予め分かっている場合には、希釈比の設定において重要なのが希釈用ガスに含まれる水分量である。この場合、水分検出部が希釈用ガスの水分を検出するように構成しているので、希釈用ガスの水分を正確に把握することにより、混合ガスに含まれる水分を正確に把握することができ、その水分量に基づいて最適な希釈比を設定することができる。これにより、混合ガスの水分の結露を抑えることができ、混合ガスを希釈し過ぎることによる測定精度の低下を防ぎ、測定精度を向上させることができる。

前記水分検出部が、前記混合ガス又は前記希釈用ガスの相対湿度を検出するものであることが望ましい。混合ガス又は希釈用ガスの水分量として、相対湿度を検出することで、相対湿度が０％〜１００％の間の値をとるので、ユーザが水分量の把握をし易くすることができる。なお、水分検出部が、混合ガス又は希釈用ガスの絶対湿度や水分濃度を検出するものでは、一見して、その値を見て希釈比を設定することが難しい。

前記水分検出部により得られた検出結果を表示する検出結果表示部を有することが望ましい。これならば、検出結果表示部の値を見るだけで、最適な希釈比を設定することができる。また、現在の希釈比が最適か否かの判断も容易に行うことができる。

前記定流量機構が、臨界流量がそれぞれ異なり互いに並列に接続された複数の臨界流量ベンチュリと、当該複数の臨界流量ベンチュリの何れか１つに混合ガスを流すべく切り替える切り替え機構とを備えていることが望ましい。これならば、切り替え機構により混合ガスが流れる臨界流量ベンチュリを切り替えるだけで、容易に希釈比を変更することができる。

このように構成した本発明によれば、定流量機構の上流側に水分検出部を設けているので、水分の結露を抑えつつ、測定精度を向上させることが可能な希釈比に容易に設定できる。

本実施形態の排ガスサンプリング装置の構成を示す模式図。 変形実施形態の排ガスサンプリング装置の構成を示す模式図。 変形実施形態の排ガスサンプリング装置の構成を示す模式図。

以下に、本発明に係る排ガスサンプリング装置について、図面を参照して説明する。

本実施形態の排ガスサンプリング装置１００は、例えばエンジン等から排出される排ガス中に含まれる成分分析を行うためのガス分析システムに用いられるものであり、排ガスを大気（希釈用空気）等の希釈用ガスで数倍（例えば１０倍〜２０倍）に希釈し、濃度計測を行う希釈サンプリング方式のものである。

具体的にこの排ガスサンプリング装置１００は、定容量サンプリング部を備えており、図１に示すように、排ガスを導入するための排ガス導入ポートＰＴ１に一端が接続された排ガス流路ＨＬと、希釈用ガスを導入するための希釈用ガス導入ポートＰＴ２に一端が接続された希釈用ガス流路ＤＬと、前記排ガス流路ＨＬの他端及び前記希釈用ガス流路ＤＬの他端が接続され、前記排ガス及び前記希釈用ガスの混合ガス（希釈された排ガス）が流れるメイン流路ＭＬとを備えている。

排ガス流路ＨＬは、一端に排ガス導入ポートＰＴ１が設けられた排ガスを導入する排ガス導入配管２により構成されている。メイン流路ＭＬは、前記排ガス導入配管２に接続された混合部３と、当該混合部３の下流に接続されたダスト除去用のサイクロン４と、当該サイクロン４の下流に接続され、後述するように一定流量に制御された混合ガスをサンプリングするためのサンプリング配管５と、当該サンプリング配管５に接続された定流量機構６とにより構成されている。また、希釈用ガス流路ＤＬは、一端に希釈用ガス導入ポートＰＴ２が設けられた希釈用ガス導入配管７により構成されている。なお、希釈用ガス導入ポートＰＴ２には、大気中の夾雑物を除去するためのフィルタ（不図示）が設けられている。

ここで、混合部３は、前記希釈用ガス流路ＤＬを構成する希釈用ガス導入配管７と前記排ガス導入配管２とが接続されるものであり、例えばミキシングティーと呼ばれるものである。また、混合ガスを定容量サンプリングするためのサンプリング配管５には、ガス採取バッグ、ＰＭ捕集フィルタ又は排ガス分析装置等の分析機器２００に、希釈排ガスを採取して導入するためのサンプリング流路ＳＬが接続されている。

定流量機構６は、前記排ガス導入配管２から導入される排ガスと希釈用ガス導入配管７から導入される希釈用ガスとの総流量が一定流量となるように流量制御するとともに、その一定流量が変更可能であり、これによって排ガスの希釈比を変更可能にするものである。本実施形態の定流量機構６は、前記サンプリング配管５の下流に接続された臨界流量ベンチュリ（ＣＦＶ）からなるメインベンチュリ６１と、このメインベンチュリ６１の下流に接続された例えばブロワ等の吸引ポンプ６２により構成される。この吸引ポンプ６２によりメインベンチュリ６１の上流側及び下流側の差圧が必要値以上にすることで前記総流量が一定となる。なお、吸引ポンプ６２により吸引された希釈排ガスは外部に放出される。

具体的に定流量機構６は、臨界流量がそれぞれ異なる複数の臨界流量ベンチュリ６１ａ〜６１ｄを有しており、この複数の臨界流量ベンチュリ６１ａ〜６１ｄは、互いに並列に接続されている。つまり、メイン流路ＭＬが、複数の臨界流量ベンチュリ６１ａ〜６１ｄそれぞれに分岐して形成されており、各分岐流路ＭＬａ〜ＭＬｄに臨界流量ベンチュリ６１ａ〜６１ｄが設けられている。本実施形態の複数の臨界流量ベンチュリ６１ａ〜６１ｄは４つであり、それらの臨界流量が、例えば５［ｍ^２／ｍｉｎ］、９［ｍ^２／ｍｉｎ］、１５［ｍ^２／ｍｉｎ］及び２０［ｍ^２／ｍｉｎ］である。

また、この定流量機構６は、前記複数の臨界流量ベンチュリ６１ａ〜６１ｄの少なくとも１つに混合ガスを流すべく、混合ガスが流れる臨界流量ベンチュリ６１ａ〜６１ｄを切り替える切り替え機構８を有している。この切り替え機構８は、各分岐流路ＭＬａ〜ＭＬｄにおいて、臨界流量ベンチュリ６１ａ〜６１ｄの下流側に設けられたバタフライバルブ等の開閉弁８ａ〜８ｄから構成されている。本実施形態の開閉弁８ａ〜８ｄは、ユーザにより手動で開閉操作される。

しかして、本実施形態の排ガスサンプリング装置１００は、定流量機構６の上流側に、メイン流路ＭＬを流れる混合ガスの水分を検出する水分検出部９が設けられている。

この水分検出部９は、メイン流路ＭＬにおいて、定流量機構６における分岐点の上流側に設けられている。本実施形態では、サンプリング流路ＳＬのサンプリング位置によりも下流側に設けられている。なお、水分検出部９は、混合ガスの水分を検出できる位置であれば良く、具体的には、メイン流路ＭＬにおいて、混合部３の下流側と定流量機構６の上流側との間であれば何処でも良い。

また、水分検出部９は、メイン流路ＭＬを流れる混合ガスの相対湿度を検出する相対湿度センサである。そして、この水分検出部９により検出された相対湿度は、検出結果表示部である相対湿度表示部（不図示）により、ユーザが視認可能に表示される。なお、相対湿度表示部は、水分検出部９自体に設けても良いし、排ガスサンプリング装置１００の制御装置のディスプレイにより構成しても良いし、排ガス分析装置等の分析機器２００のディスプレイ上に表示しても良いし、別途相対湿度表示用のディスプレイを用意しても良い。

このように構成した排ガスサンプリング装置１００の希釈比設定方法の一例について説明する。

まず、ユーザが切り替え機構８の開閉弁８ａ〜８ｄを操作することによって、臨界流量が一番大きい臨界流量ベンチュリ６１ｄに混合ガスが流れるようにする。この状態で混合ガスを流し、水分検出部９により混合ガス中の相対湿度を検出する。なお、２以上の開閉弁８ａ〜８ｄを開けることにより、２つ以上の臨界流量ベンチュリ６１を組み合わせて、混合ガスが流れるようにしても良い。

そして、ユーザがこの水分検出部９により得られた相対湿度を見て、所定の基準値（例えば相対湿度８５％）と比較する。この比較の結果、水分検出部９により得られた相対湿度が前記所定の基準値に近付くように、ユーザが切り替え機構８を操作して、希釈比を小さくしていき、前記所定の基準値を超えない程度の最大値となるようにする。この希釈比の調整後、排ガスサンプリング測定を開始する。このように、大きい希釈比から徐々に希釈比を小さくして、希釈比を調整しているので、水分の結露を抑えながら、希釈比の設定を行うことができる。なお、小さい希釈比から徐々に希釈比を大きくして、希釈比を設定しても良い。

このように構成した本実施形態に係る排ガスサンプリング装置１００によれば、定流量機構６の上流側に水分検出部９を設けて、混合ガスの水分を検出するように構成しているので、混合ガスに含まれる水分を正確に把握することができ、その水分量に基づいて最適な希釈比を設定することができる。これにより、混合ガスの水分の結露を抑えつつ、測定精度を向上させることができる。

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、前記実施形態では、水分検出部９が、メイン流路ＭＬに設けられて、混合ガスの水分を検出するものであったが、図２に示すように、希釈用ガス流路ＤＬに設けられて、希釈用ガスの水分を検出するものであっても良い。排ガスに含まれる水分量が予め分かっている場合、希釈比を決めるにあたっての誤差成分は、希釈用ガスに含まれる水分量であり、このように希釈用ガスの水分を検出するものであれば、前記誤差成分の影響を考慮して、排ガスの希釈比を最適なものに設定できるようになる。これにより、混合ガスの水分の結露を抑えつつ、測定精度を向上させることができる。なお、この場合、排ガス流路ＨＬである排ガス導入配管２に水分検出部をさらに設けても良い。

また、前記実施形態では、希釈比を設定する際に、混合ガスを流して行っているが、上述の通り、希釈用ガスに含まれる水分量が誤差成分となるため、希釈用ガスのみを流すことで、当該希釈用ガスに含まれる水分を検出し、希釈比を設定するようにしても良い。

また、水分検出部９としては、相対湿度を検出するものの他、絶対湿度を検出するものであっても良いし、水分濃度（体積分率）等の水分量を示すその他の値を検出するものであっても良い。

さらに、前記実施形態では、希釈用ガス流路ＤＬにより大気を採取して、当該大気を希釈用ガスとして用いているが、排ガスサンプリング装置１００が希釈用空気精製装置を有しており、当該希釈用空気生成装置により生成された希釈用空気を用いるものであっても良い。

その上、前記実施形態では、メインベンチュリ６１ａ〜６１ｄの切り替えを手動操作で行うものであったが、排ガスサンプリング装置１００が、前記メインベンチュリ６１ａ〜６１ｄの切り替えを自動で行うものであっても良い。具体的には、図３に示すように、切り替え機構８である開閉弁８ａ〜８ｄを電磁弁として、当該開閉弁８ａ〜８ｄを制御装置１０により開閉制御する。このとき、制御装置１０は、水分検出部９から相対湿度等の水分量を示す検出信号を取得して、当該検出信号が示す水分量と所定の基準値とを比較する。そして、制御装置１０は、混合ガス又は希釈用ガスに含まれる水分量が所定の基準値を超えない程度の最大値となるように、開閉弁８ａ〜８ｄを開閉制御して希釈比を設定する。

加えて、前記実施形態の定流量機構６は、複数の臨界流量ベンチュリ６１ａ〜６１ｄを有し、混合ガスが流れる臨界流量ベンチュリを切り替えることで、混合ガスの一定流量を段階的に切り替える多段ＣＶＦ方式であったが、以下のものとしても良い。例えば、ベンチュリを臨界流量に達する前の領域で流量計として用い、その下流側の吸引ポンプをフィードバック制御することにより、ベンチュリの臨界流量以下の範囲内で連続的に切り替えるベンチュリ流量計方式のものであっても良い。また、臨界流量ベンチュリの喉部面積を機械的に変化させることにより、ガス流量を連続的に切り替える可動ＣＦＶ方式のものであっても良い。さらに、臨界流量ベンチュリの他に、臨界流量オリフィス（ＣＦＯ）を用いたものであっても良い。その上、臨界流量ベンチュリを用いない定容量ポンプ方式のものであっても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・排ガスサンプリング装置
ＨＬ・・・排ガス流路
ＤＬ・・・希釈用ガス流路
ＭＬ・・・メイン流路
６・・・定流量機構
６１ａ〜６１ｄ・・・複数の臨界流量ベンチュリ
８・・・切り替え機構
９・・・水分検出部

Claims (5)

1. 一定流量に制御された混合ガスをサンプリングする定容量サンプリング部を備え、
   前記定容量サンプリング部が、
   排ガスが流れる排ガス流路及び希釈用ガスが流れる希釈用ガス流路が接続され、前記排ガス及び前記希釈用ガスを混合した混合ガスを流すメイン流路と、
   前記メイン流路に設けられて、前記メイン流路を流れる混合ガスの流量を一定流量に制御するとともに、当該一定流量が変更可能に構成された定流量機構と、
   前記メイン流路に接続されて、前記一定流量に制御された混合ガスをサンプリングするサンプリング流路と、
   前記定流量機構の上流側に設けられて、前記混合ガス又は前記希釈用ガスの水分を検出する水分検出部とを備える排ガスサンプリング装置。
2. 前記水分検出部が、前記混合ガス又は前記希釈用ガスの相対湿度を検出するものである請求項１記載の排ガスサンプリング装置。
3. 前記水分検出部により得られた検出結果を表示する検出結果表示部を有する請求項１又は２記載の排ガスサンプリング装置。
4. 前記定流量機構が、臨界流量がそれぞれ異なり互いに並列に接続された複数の臨界流量ベンチュリと、当該複数の臨界流量ベンチュリの少なくとも１つに混合ガスを流すべく切り替える切り替え機構とを備えている請求項１乃至３の何れかに記載の排ガスサンプリング装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の排ガスサンプリング装置を用いた排ガスサンプリング方法であって、
   前記水分検出部により得られた水分検出値に基づいて、前記定流量機構を制御して前記排ガスの希釈比を調整することを特徴とする排ガスサンプリング方法。