JP2015232559A - 排ガス採取機構及び排ガス分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス中に含まれる凝縮した水滴が採取されにくくし、測定対象である気体成分のみを好適に採取でき、排ガス分析における応答速度を高く保つことができる排ガス採取機構を提供する。【解決手段】排ガスの流れる流路内に配置され、排ガスを採取するためのサンプリングプローブ３２と、前記流路内において前記サンプリングプローブの上流側又は側面側を少なくとも覆うように設けられており、水滴除去構造を有する通気保護カバー３５と、を備えた。【選択図】図３

Description

本発明は、排ガスの流れる流路から排ガスを採取するための排ガス採取機構に関するものである。

従来、排気管等の流路を流れる排ガスの一部を排ガス採取機構によってサンプリングして、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、全炭化水素（ＴＨＣ）といった排ガス中の成分の分析を行う排ガス分析装置に導入する事が行われている。

前記排ガス採取機構３Ａは、図７に示すような車両の排気管の開口端に取り付けられた取付管３１Ａと、前記取付管３１Ａの外側面から内部へと挿入されるサンプリングプローブ３２Ａと、流路内において前記サンプリングプローブ３２Ａの周囲を覆う概略円筒状の保護管３４Ａと、を備えたものがある（特許文献１参照）。

前記保護管３４Ａは、排ガスの流れる流路において下流側の側面のみが開口しており、この下流側の開口から排ガスが保護管３４Ａの内部に流入し、この内部に流入した排ガスがサンプリングプローブ３２Ａで採取される。このように構成することにより、保護管３４Ａの上流側側面で排ガス中の燃えカスやダスト等の固形成分がサンプリングプローブ３２Ａに入ることを防ぎ、サンプリングプローブ３２Ａでの詰まり等の不具合が発生することを防いでいる。

しかしながら、上述した保護管３４Ａの構成では、排ガス中において凝縮した水滴が飛来してきた場合、保護管３４Ａの内部に取り込まれ、保護管３４Ａ内に留まってしまうことがある。そして、例えば保護管３４Ａの内側面下方に留まっている水分Ｗが蒸発すると本来排ガスに含まれているはずの水分濃度よりも異常に高い濃度となってしまい、このことは水分濃度の測定だけでなく、他の排ガス成分の測定精度にも水分干渉等によって悪影響を与えてしまうことがある。また、図６に示すように排ガス全体の進行方向に対して前記保護管３４Ａの開口は逆向きになっているので、保護管３４Ａ内には排ガスが導入されにくく、排ガス分析装置における分析の応答速度が低下する原因にもなっている。

米国特許第８０８７３０８号公報

本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、サンプリングプローブによって排ガス中に含まれる凝縮した水滴が採取されにくくし、測定対象である排ガスの気体成分のみを好適に採取でき、排ガス分析における応答速度を高く保つことができる排ガス採取機構を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の排ガス採取機構は、排ガスの流れる流路内に配置され、排ガスを採取するためのサンプリングプローブと、前記流路内において前記サンプリングプローブの上流側又は側面側を少なくとも覆うように設けられており、水滴除去構造を有する通気保護カバーと、を備えたことを特徴とする。

このようなものであれば、水滴除去構造を有する通気保護カバーによって付着させて凝縮した水分を取り除き、通気通過した排ガスの気体成分だけを前記サンプリングプローブで採取することができる。したがって、排ガス中の水滴に起因する各種測定精度に対する悪影響をなくすことができる。また、前記サンプリングプローブの上流側に設けられた通気保護カバーを排ガスの気体成分は通過できるので、前記サンプリングプローブ内に多量の排ガスが導入されやすく、排ガス分析時における応答速度を高くすることが可能となる。

排ガス中に含まれる微小径の水滴が前記通気保護カバーを通過しにくくできるようにするには、前記通気保護カバーが、金属メッシュ又は複数の細孔を有する金属板で形成されていればよい。このようなものであれば、金属メッシュの格子部分は水滴が付着して排ガスから除去される水滴除去構造として機能し、金属メッシュの開口は排ガスの気体成分が通過する通気構造として機能する。このため、排ガスから水分を除去しつつ、排ガス中の気体成分を前記サンプリングプローブで効率よく採取することができる。

排ガス中の水滴が保護カバーにおける通気構造を塞ぐようにへばりつき、排ガス中の気体成分が通過しにくくなるのを防ぎ、水滴自体が通気構造を素通りしてしまわないようにするには、５０メッシュよりも大きく２００メッシュよりも小さい金属メッシュで形成されていればよい。

排ガス中の水滴が前記保護カバーにおいて好適に捕集されるようにするための具体的な実施の態様としては、前記通気保護カバーが、１００メッシュの金属メッシュで形成されているものが挙げられる。

前記通気保護カバーで除去された水分が前記サンプリングプローブの近傍で留まるのを防ぎ、排ガス中の気体成分のみが前記サンプリングプローブから好適に採取されるようにするには、前記通気保護カバーが、前記サンプリングプローブの上流側を半円筒状に覆うように設けられていればよい。このようなものであれば、前記通気保護カバーは半円筒状に形成されているので、前記通気保護カバーで捕集された水分は、前記通気保護カバーの開口から外へと排出される。特に前記サンプリングプローブ及び前記通気保護カバーの軸方向が水平方向を向いていれば、通気保護カバーの内部に水滴が留まる凹部は存在しないので効率よく捕集された水分を通気保護カバーの外部へと排出できる。

このように本発明の排ガス採取機構によれば、水分除去構造を有する通気保護カバーがサンプリングプローブの少なくとも上流側又は当該サンプリングプローブの側面側に形成されているので、排ガス中の水滴は前記通気保護カバーで捕集しつつ、排ガス分析に適した気体成分のみを多量に通過させて、応答速度の高い排ガス分析を実現できる。

本発明の一実施形態に係る排ガス採取機構及び排ガス分析システムを示す模式図。 同実施形態における排ガス採取機構を示す模式的斜視図。 同実施形態における排ガス採取機構の模式的分解斜視図。 同実施形態における保護管及び通気保護カバーの詳細を示す模式的拡大斜視図。 本発明の別の実施形態に係る排ガス採取機構の通気保護カバーの例を示す模式的斜視図。 本発明のさらに別の実施形態に係る排ガス採取機構を示す模式図。 従来の排ガス採取機構を示す模式図。

本発明の一実施形態に係る排ガス採取機構３及び排ガス分析システム２００について各図を参照しながら説明する。

本実施形態に係る排ガス分析システム２００は、車載型のものであって、図１に示すように車両ＶＨの内燃機関１（エンジン）に連結された排気管２から排出される排ガス中の、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）、全炭化水素（ＴＨＣ）等の含有成分を分析するものである。ここで、分析とは各分析対象物質の有無の検出や、その濃度測定等を含む概念である。

具体的には前記排ガス分析システム２００は、図１に示すように前記排気管２の開口側端部に装着される排ガス採取機構３と、車内に搭載される排ガス分析装置５と、前記排ガス採取機構３で採取された排ガスを所定の温度に保ちながら前記排ガス分析装置５へと導入するためのホットホース４と、前記排ガス分析装置５へ電力を供給する電源切替装置６と、から構成してある。

前記排ガス分析装置５は、非分散赤外線吸収（ＮＤＩＲ）法により排ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素の濃度を分析し、化学発光法（ケミルミネッセンス法）又は非分散型紫外線分析（ＮＤＵＶ）法により排ガス中の窒素酸化物の濃度を分析するように構成してある。また、この排ガス分析装置５は、水素炎イオン（ＦＩＤ）法により排ガス中の全炭化水素の濃度分析を行う。例えば非分散赤外線吸収法による分析は、採取された排ガス中に凝縮した水滴が含まれており、この水滴が蒸発して排ガス中の水分濃度が高くなりすぎると、その測定精度に悪影響を受ける場合がある。このため、本実施形態では前記排ガス採取機構３では排気管２を流れる排ガス中に含まれる水滴が採取されないように構成してある。

次に前記排ガス採取機構３の詳細について図２乃至４を参照しながら説明する。

前記排ガス採取機構３は、図２に示すように前記排気管２の開口端部に対して軸方向を合わせて取り付けられる概略円筒状の取付管３１と、前記取付管３１の外側面に設けられた挿入口から内部へと挿入される排ガス採取管ＳＰと、を具備するものである。すなわち、図２及び図３に示されるように、前記排ガス採取管ＳＰは前記取付管３１に取り付けられた状態で軸方向が水平方向に向くようにして取り付けてある。

前記排ガス採取管ＳＰは、図３に示すように内側からサンプリングプローブ３２と、前記取付管３１内において前記サンプリングプローブ３２の外周面を所定距離離間して覆う保護管３４と、前記サンプリングプローブ３２と前記保護管３４との間に設けられる継手３３とから構成してある。

前記サンプリングプローブ３２は、排気管から前記取付管３１内へと流れる排ガスの流路内に配置されて、その流路から排ガスの一部を採取するものである。このサンプリングプローブ３２は図３に示すように概略中空細円筒状をなしており、その先端部側面には複数の小径の排ガス採取口３２１が多数形成してある。前記サンプリングプローブ３２の基端は前記ホットホース４と接続され、採取された排ガスが前記ホットホース４内へと導出される排ガス導出口３２２が形成してある。

前記保護管３４は、図３及び図４（ａ）、及び、前記保護管３４の先端側を水平方向に沿って見た状態を示す模式図である図４（ｂ）から分かるように前記サンプリングプローブ３２よりも直径の大きい中空半円筒状のものであり、組み付けられた状態で前記サンプリングプローブ３２と二重管構造をなすものである。また、前記保護管３４は水平方向から見た場合に半円の頂点が排ガスの流れとは逆方向を向くように設けてあり、保護管３４の内周面には水分が貯まらないように構成してある。さらに前記保護管３４において、排ガスの流路内で上流側の側面をなす半円筒領域には、メッシュ状に形成された通気保護カバー３５がその一部をなすように形成してあり、前記通気保護カバー３５は側面に開口を有した半円筒形状の保持体により保持されている。

前記通気保護カバー３５は、図４（ａ）に示すように本実施形態では半円筒形状に曲げられた金属メッシュで形成してあり、前記サンプリングプローブ３２から見た場合に、当該サンプリングプローブ３２の上流側を全て覆うように配置してある。そして、この金属メッシュの格子部分は排ガス中の水滴が付着して除去される水分除去構造として機能するとともに、金属メッシュの開口は排ガスの気体成分を通過させる通気構造として機能する。この通気保護カバー３５を形成する金属メッシュは５０メッシュより大きく、２００メッシュより小さい目の粗さのものを用いており、本実施形態では１００メッシュの金属メッシュを用いている。ここで、「メッシュ」とは１インチあたりにおける目の数のことを言う。

なお、前記通気保護カバー３５を形成する金属メッシュの目の粗さについて別の表現をすると、このものは排ガスに含まれる凝縮した水滴が格子部分で捕集されるとともに、捕集された水滴により金属メッシュの目が塞がれないような粗さとなっている。

このような排ガス採取機構３及び排ガス分析システム２００によれば、サンプリングプローブ３２の排ガス採取口３２１の上流側を金属メッシュにより形成された前記通気保護カバー３５で覆うように構成してあるので、排ガス中に含まれるダスト等の固形成分だけでなく、前記保護管３４内に流入する排ガスは前記通気保護カバー３５を通過する際に水滴も格子部分により除去されて、排ガスの気体成分のみが前記保護管３４内に流入することになる。

また、前記保護管３４は半円筒状に形成してあり、前記通気保護カバー３５で除去された水滴の受け皿になる部分が保護管３４の内周面に形成されないように配置してあるので、除去された水分は前記保護管３４の開口部分から外部へと排出される。このため、従来のように前記サンプリングプローブ３２の近傍に水滴が留まることがなく、異常に水分濃度の高い排ガスが採取されることがない。

すなわち、従来のように前記保護管３４内に排ガス中で凝縮している水滴が入り込み、留まることがないので、前記排ガス分析装置で行われる各測定に対して排ガス中の水滴が悪影響を及ぼさないようにできる。

また、前記保護管３４の上流側側面に前記通気保護カバー３５が設けてあり、排ガスは当初の流れ方向を保ったまま前記通気保護カバー３５を通過して前記サンプリングプローブ３２へと到達することができるので、排ガスの気体成分は保護管３４内に導入されやすい。したがって、排ガス分析装置における排ガス分析の応答速度を高い状態で維持する事が可能となる。加えて、この通気保護カバー３５が例えば排ガス中の燃えカス等により汚れてしまい、通気しにくくなった場合にはこの部分だけを交換したり、洗浄したりすれば容易にその機能を回復させることもできる。

さらに、前記継手３３によって様々な形状の保護管３４を排ガス測定に応じて付け替えることもできる。例えば、前記保護管４において前記通気保護カバー３５が設けてある場所が異なっている、あるいは、金属メッシュの目の粗さが異なっている保護管３４を複数用意しておき、排ガスの状態に応じて適切なものに付け替えられるようにもできる。このことにより内燃機関１がガソリンエンジンとディーゼルエンジンと違いによって排出される排ガスの水滴量が異なる場合等でもより好ましい排ガスの採取を実現できる。なお、場合によっては前記保護管３４を用いずに流路内に前記サンプリングプローブ３２を直接配置することも可能である。

次に本発明の別の実施形態に係る排ガス採取機構について図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては前記実施形態に対応する部材には同じ符号を付すこととする。

この実施形態の保護管３４は、前記取付管３１に組み付けられた状態で軸方向が垂直方向を向くように構成してあり、複数の細孔を有する金属板であり、メッシュ状に形成されたパンチングメタル（パンチングメッシュ）で構成された通気保護カバー３５のみで形成してある。また、前記保護管３４は前記サンプリングプローブ３２の全周を覆うようには形成しておらず、半円筒形状に形成してあり、前記サンプリングプローブ３２の上流側のみを覆うようにしてある。この半円筒形状に形成された保護管３４の略全面に亘ってパンチングにより多数の貫通穴が形成してあり、格子部分が排ガス中の水滴を捕集し、貫通穴を排ガスの気体成分が通過する。すなわち、この実施形態では、パンチングメタルの貫通穴が通気構造として機能するとともに、残りの板部分（格子部分）が水分除去構造として機能する。

なお、パンチングメタルにおける貫通孔の直径や密度については前記実施形態において説明したメッシュに相当する値に設定すればよい。例えば５０メッシュから２００メッシュに相当する直径や密度、あるいは、開口率で形成されたパンチングメタルを用いればよい。

このようなものであっても、前記実施形態と同様に前記サンプリングプローブ３２によって排ガス中の凝縮した水滴が採取されることを好適防ぎ、排ガスの各種成分の測定精度を高く保つことができる。

その他の実施形態について説明する。

前記各実施形態では、前記サンプリングプローブの上流側のみに前記通気保護カバーが設けられるようにしていたが、例えば前記サンプリングプローブの全周に亘って覆うように前記通気保護カバーを設けても構わない。また、半円筒に限らず、例えば前記サンプリングプローブの上流側の１／４円筒領域のみを前記通気保護カバーが覆うようにしても構わない。すなわち、前記通気保護カバーは前記サンプリングプローブ３２の少なくとも上流側を覆うようにして、排ガス中の凝縮した水滴が直接前記サンプリングプローブ内に採取されることを防ぐ、あるいは、低減できるようなものであればよい。

前記通気保護カバーで除去された水滴を前記サンプリングプローブの近傍で留まらせないようにするには、例えば、前記保護管が側面の一部が軸方向に切断されて開口が形成された部分円筒状に形成されたものであればよい。また、保護管の側面における開口端が鉛直方向で最も下方に位置するように保護管の向きを設定すれば、重力によって除去された水分を保護管の外部へと排出しやすい。別の表現をすると保護管の側面における開口端を通る仮想水平面が、保護管の他の部分と交差することがないようにその向きを設定すれば、図７に示されるような水分が貯まる部分を無くすことができ、除去された水分を速やかに外部へ排出することができる。

前記通気保護カバーを形成する金属メッシュの選定については、目の粗さを表すメッシュに基づいたものだけでなく、例えば、線径や開口の大きさに基づいて選定してもよい。

前記各実施形態では、車載型の排ガス分析システムにおいて流路から排ガスを採取するために前記排ガス採取機構を用いていたが、例えば車載型以外の排ガス分析システムに本発明を用いても構わない。また、内燃機関単体での評価時に流路から排ガスを採取する際に本発明の排ガス採取機構を用いても構わない。

本発明の排ガス採取機構３は、図２に示されるように前記車両ＶＨの前記排気管２に概略円筒状の前記取付管３１を軸方向に沿って取り付け、その取付管３１の側面に対して垂直に前記サンプリングプローブ３２及び前記保護管３４を挿入しているものに限られない。例えば、前記通気保護カバー３５は前記サンプリングプローブ３２の少なくとも上流側を覆うように設けられていればよいので、前記サンプリングプローブ３２が前記排気管２内に軸方向が一致するように挿入されており、前記サンプリングプローブ３２の軸方向先端部に対して上流側に前記通気保護カバー３５が設けられていてもかまわない。すなわち、前記サンプリングプローブ３２の側面を基準として上流側を覆うように前記通気保護カバー３５が設けられているものに限られず、前記サンプリングプローブ３２の流路における向きによっては、当該サンプリングプローブ３２の軸先端面を基準として上流側を覆うように前記通気保護カバー３５を設けても構わない。

このようなものであっても前記実施形態と同様に前記通気保護カバー３５は排ガスの水滴については除去し、気体成分だけを前記サンプリングプローブ３２で採取できるようにし、分析の信頼性を保つことができる。

なお、サンプリングプローブ３２は、前記取付管３１を用いずに車両ＶＨの排気管２の中に直接挿入し、排ガスを採取するものであってもよい。このように設けられたサンプリングプローブ３２でも、図６に示すように水滴除去構造を有する通気保護カバー３５を前記サンプリングプローブ３２において前記排ガス吸入孔３２１が形成されている先端部の側面側を少なくとも覆うように設けることにより、排ガス中の凝縮した水分を通気保護カバー３５に付着させて取り除き、排ガスの気体成分だけを前記サンプリングプローブ３２で採取する事が可能となる。

以上のように前記通気保護カバー３５は、サンプリングプローブ３１内に至る排ガスの流れに対してサンプリングプローブ３１の上流側に設けてあればよい。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。

２００・・・排ガス分析システム
３ ・・・排ガス採取機構
３１ ・・・取付管
３２ ・・・サンプリングプローブ
３３ ・・・継手
３４ ・・・保護管
３５ ・・・通気保護カバー
１ ・・・内燃機関
２ ・・・排気管
４ ・・・ホットホース
５ ・・・排ガス分析装置
６ ・・・電源切替装置

Claims (6)

1. 排ガスの流れる流路内に配置され、排ガスを採取するためのサンプリングプローブと、
   前記流路内において前記サンプリングプローブの上流側又は側面側を少なくとも覆うように設けられており、水滴除去構造を有する通気保護カバーと、を備えたことを特徴とする排ガス採取機構。
2. 前記通気保護カバーが、金属メッシュ又は複数の細孔を有する金属板で形成されている請求項１記載の排ガス採取機構。
3. 前記通気保護カバーが、５０メッシュよりも大きく２００メッシュよりも小さい金属メッシュで形成されている請求項１記載の排ガス採取機構。
4. 前記通気保護カバーが、１００メッシュの金属メッシュで形成されている請求項１に記載の排ガス採取機構。
5. 前記通気保護カバーが、前記サンプリングプローブの上流側を半円筒状に覆うように設けられている請求項１に記載の排ガス採取機構。
6. 請求項１に記載の排ガス採取機構を備えた排ガス分析装置。