JP3521104B2 - 排ガス中のｐｍ測定装置 - Google Patents
排ガス中のｐｍ測定装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばディーゼ
ルエンジンなど内燃機関から排出されるガス中に含まれ
るＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、すす
などの微粒子状物質）を定量分析する排ガス中のＰＭ測
定装置に関する。 【０００２】前記ＰＭは、フィルタ重量法によって、次
のように定義されている。すなわち、エンジン排ガスを
希釈トンネルを用いて空気で５２℃以下まで希釈、冷却
し、０．３μｍの標準粒子を９５％以上捕集できる炭化
フッ素被膜ガラス繊維フィルタやメンブランフィルタな
どによってフィルタ上に捕集された固形または液状の粒
子の総和をＰＭという。そして、捕集後、気温２５℃、
湿度６０％の雰囲気中に８時間以上放置した後の重量を
ＰＭの重量という。 【０００３】また、前記ＰＭは、有機溶媒に溶解し主と
して炭化水素成分であるＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒ
ｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）とＩＳＦ（Ｉｎｓｏｌ
ｕｂｌｅ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）との大別でき、ＩＳＦに
は、主として炭素成分であるｄｒｙ Ｓｏｏｔ（以下、
単にＳｏｏｔという）とサルフェートと水分とが含まれ
る。なお、ＰＭの測定と分析については、例えば、日本
機械学会（Ｎｏ．９５−２９）講習会教材（’９５．
６．１〜２、東京、内燃機関の燃焼と排気改善のための
計測技術）「粒子状物質の測定と分析」〔（財）日本自
動車研究所 山崎 均〕がある。 【０００４】 【従来の技術】ところで、上述のフィルタ重量法は、Ｐ
Ｍを付着・捕集したフィルタを精密天秤を用いて測定す
るものであり、所謂連続測定を行うことができない。こ
れに対して、排気ガス中のＰＭを連続的に測定する方法
としては、特公平２−３１８２０号公報に示すものがあ
る。このＰＭ測定方法は、ＨＣ（炭化水素）に感度があ
る波長の光とＨＣに感度がない波長の光とをサンプルガ
スに照射して、サンプルガスの吸収を測定し、そのとき
得られるデータを、経験によって得られた数式を用い
て、ＳＯＦおよびＳｏｏｔの量を算出するようにしたも
のである。 【０００５】しかしながら、上記公報のＰＭ測定方法
は、理論的裏付けに乏しく、真にＳＯＦやＳｏｏｔを計
測しているとはいえないといった問題があるほか、セル
が汚れやすく、メンテナンスが面倒であるといった不都
合がある。 【０００６】これに対して、カーボンバランス法があ
る。このカーボンバランス法によるＰＭ測定装置の構成
を図７を参照しながら説明する。 【０００７】図７において、６１は図示してないディー
ゼルエンジンからの排ガス（サンプルガスＳＧ）が定量
流れるガス流路で、その下流側の点６２において二つの
流路６３，６４に二分されている。一方の流路６３は、
サンプルガスＳＧ中のＰＭを捕集するための捕集フィル
タ６５を内蔵したフィルタ６６と加熱燃焼炉６７とを備
えており、リファレンスガス流路として構成されてい
る。他方の流路６４は、リファレンスガス流路６３とむ
だ容積を同じにするための、フィルタを有してないダミ
ーフィルタ６８と、加熱燃焼炉６７と同様に構成された
加熱燃焼炉６９とを備えており、サンプルガス流路とし
て構成されている。 【０００８】７０は流体変調方式のガス分析計で、ガス
分析部７１と、これにサンプルガス流路６４からのサン
プルガスＳＧと、リファレンスガス流路６３からのリフ
ァレンスガスＲＧとを交互に一定量ずつ供給するガス供
給部７２とからなる。すなわち、ガス分析部７１は、二
つのセル７３，７４を並列的に配置し、各セル７３，７
４のそれぞれ一方の側に赤外光源７５，７６を配置する
とともに、セル７３，７４の他方の側に例えばコンデン
サマイクロホン型検出器よりなるＣＯ2 検出器７７とＨ
2 Ｏ検出器７８とを光学的に直列配置してなる。 【０００９】そして、ガス供給部７２は、例えばロータ
リバルブよりなり、図示してないモータによって回転す
る仕切り板７９によって、一方のセル７３にリファレン
スガスＲＧが供給されているときには、他方のセル７４
にサンプルガスＳＧが供給され、また、一方のセル７３
にサンプルガスＳＧが供給されているときには、他方の
セル７４にリファレンスガスＲＧが供給されるように、
一定周期でガスＳＧ，ＲＧの切換え供給を行うように構
成されている。８０，８１はガス供給部７２とセル７
３，７４との間を接続するガス流路である。 【００１０】なお、上記流体変調方式のガス分析計の基
本的原理は、この出願人による特公昭５６−４８８２２
号公報に詳しく説明されている。 【００１１】上記構成のＰＭ測定装置においては、ガス
流路６１を流れるサンプルガスＳＧの一部は、点６２に
おいてリファレンスガス流路６３に分流し、フィルタ６
６を通過する際、含有するＰＭが除去されてリファレン
スガスＲＧとなり、加熱燃焼炉６７に導入される。そし
て、残りのサンプルガスＳＧは、そのままダミフィルタ
６８を経て、同じく加熱燃焼炉６９に導入される。 【００１２】前記加熱燃焼炉６７，６９の内部は、例え
ば１０００℃程度に加熱され、ＣＯ，ＨＣ成分は酸化
（燃焼）されてＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏとなる。その後、両ガス
流路６３，６４における燃焼ガスは、ガス供給部７２の
働きによって、サンプルガスＳＧ、リファレンスガスＲ
Ｇとしてセル７３，７４に互いに違いに交互に供給され
る。 【００１３】そして、前記両セル７３，７４に光源７
５，７６から赤外光を照射することにより、セル７３，
７４を通過する赤外光は、セル７３，７４内で所定の吸
収を受けた後、ＣＯ2 検出器７７およびＨ2 Ｏ検出器７
８に入射される。このとき、両検出器７７，７８から得
られる信号の大きさは、サンプルガスＳＧとリファレン
スガスＲＧとにおけるＣＯ2 およびＨ2 Ｏに比例したも
のが差分として得られる。すなわち、ＣＯ2 検出器７７
およびＨ2 Ｏ検出器７８の出力の和がＰＭ濃度となる。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】上述のように、上記カ
ーボンバランス法によれば、ディーゼルエンジンなどの
排ガス中に含まれるＰＭを連続的に定量することができ
るが、次のような問題がある。すなわち、 （１）リファレンスガス流路６３とサンプルガス流路６
４における流量抵抗差に起因するノイズにより、高速応
答性で測定することが困難である。 （２）赤外光によるＣＯ2 およびＨ2 Ｏの測定は、干渉
成分が多く、誤差が生じやすい。 （３）ＣＯ2 およびＨ2 Ｏの二つの成分を検出するため
に二つの検出器６７，６８を用いる必要がある。 （４）共存ベースガスが測定成分であるＣＯ2 およびＨ
2 Ｏと同じであるため、高感度化が困難である。 【００１５】ところで、従来より、サンプルガス中の全
炭化水素（Ｔｏｔａｌ Ｈｙｄｒｏ−Ｃａｒｂｏｎ、以
下、ＴＨＣ）などＨＣを定量分析するものとして、図４
に示すような水素炎イオン化検出器（Ｆｌａｍｅ Ｉｏ
ｎｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下、ＦＩＤと
いう）４０が知られている。すなわち、図４において、
４１は燃焼室で、その内部にはノズル４２と、コレクタ
電極４３が設けられている。そして、４４はサンプルガ
スＳを供給するためのサンプルガス供給路、４５は水素
ガスのみまたは水素ガスと他の燃焼性ガスとからなる燃
料ガスＦを供給する燃料ガス供給路で、両ガス供給管４
４，４５はノズル４２の上流側で一体となってノズル４
２に接続されている。また、４６は助燃用空気Ａを供給
するための助燃ガス供給路で、その端部は燃焼室４１の
適宜箇所で開口接続されている。 【００１６】前記ノズル４２は、高圧配線４７を介して
高圧直流電源（図示してない）に接続され、コレクタ電
極４３は、信号線４８を介して信号処理回路（図示して
ない）に接続されている。なお、４９は燃焼室４１の内
部上方に設けられる着火装置、５０は排気口、５１は絶
縁スリーブである。 【００１７】上記構成のＦＩＤ４０においては、例えば
ＨＣ成分を含むサンプルガスＳを、燃料ガスＦ、助燃用
空気Ａとともに燃焼室４１内に導入し、着火装置４９に
よって例えば放電スパークを生じさせることにより、ノ
ズル４２の先端に所望の炎５２が形成され、この炎５２
のエネルギーでＨＣの熱イオン化が生じ、サンプルガス
Ｓ中に含まれるＨＣ量に比例した電流出力が信号線４８
を介して出力され、これによって、サンプルガスＳ中の
ＨＣ濃度を分析することができる。 【００１８】ところで、ディーゼルエンジンからの排ガ
ス中に含まれるＰＭには、上述したように、主として炭
化水素成分（ＨＣ）であるＳＯＦと主として炭素成分
（Ｃ）であるＳｏｏｔがあり、従来までの考えによれ
ば、前記ＦＩＤ３０によっては、炭素成分を検出するこ
とができないとされていた。 【００１９】しかしながら、この出願の発明者の研究に
よれば、従来からＨＣ成分の分析に使用されているＦＩ
Ｄ４０によって、ＨＣのみならず、Ｃ（炭素）をも検出
することができることを見出した。 【００２０】すなわち、図５は、ＦＩＤ４０の燃焼室４
１内における熱イオンの生成過程を説明するための図
で、ノズル４２とコレクタ電極４３との間に設けられる
高圧直流電源５３によって、例えばノズル４２に＋３０
０Ｖの電圧が印加した状態で、着火装置３９によって放
電スパークを生じさせると、ノズル４２の先端には例え
ば１５００Ｋといった高温の炎５２が形成される。 【００２１】このとき、炭素（グラファイト）を主成分
とするサンプルガスＳ中に含まれるＳｏｏｔは、下記の
理由により検出されると発明者は推定している。すなわ
ち、上述のような高温下で、Ｓｏｏｔは、熱エネルギー
により電子を放出し、熱イオン化が行われるのではない
かということである。このときグラファイトがイオン化
するエネルギーは４．５ｅＶ（１０３．７ｋｃａｌ／ｍ
ｏｌ）である。本来、グラファイトは、その比抵抗が４
×１０-5Ω・ｃｍであり、半導体であるが、前記大きさ
のエネルギーを受けることにより、比較的容易に帯電し
たグラファイトとなると考えられる。そして、このイオ
ン化により放出される電子がノズル４２に集められるこ
とにより、炭素成分であるグラファイトをも検出するこ
とができると推定している。 【００２２】図６は、前記ＦＩＤ４０におけるグラファ
イトに対する応答性を示す実測例を示すものである。 【００２３】この発明は、上述の事柄および知見に基づ
いてなされたもので、ディーゼルエンジンなど内燃機関
から排出されるガス中に含まれるＰＭを連続的にしかも
精度よく定量分析することができる新規で有用な排ガス
中のＰＭ測定装置（以下、単にＰＭ測定装置という）を
提供することを目的としている。 【００２４】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のＰＭ測定装置は、内燃機関から排出され
るガスがサンプルガスとして定流量流れるガス流路の上
流側および下流側にそれぞれ分岐流路を接続し、これら
の分岐流路に第１水素炎イオン化検出器と第２水素炎イ
オン化検出器とをそれぞれ設けるとともに、前記ガス流
路における二つの分岐流路の接続箇所の間に、前記サン
プルガスを冷却するためのガスの導入路および冷却され
たサンプルガス中に含まれるＰＭを捕集するフィルタ装
置を設け、所定の高温の排ガスを第１水素炎イオン化検
出器に供給するとともに、前記冷却されたサンプルガス
を第２水素炎イオン化検出器に供給し、第１水素炎イオ
ン化検出器から得られる信号を信号処理することによっ
てＴＨＣ濃度とＳｏｏｔ濃度を求めるとともに、第２水
素炎イオン化検出器と第１水素炎イオン化検出器のそれ
ぞれの出力信号におけるトレンドの比を求め、この比を
前記ＴＨＣ濃度に乗ずることによりＳＯＦ濃度を求める
ようにしている。 【００２５】１９１℃に保持されたサンプルガス（排ガ
ス）を第１ＦＩＤによって測定すると、ＴＨＣとＳｏｏ
ｔとの合計濃度が測定される。そして、サンプルガス中
に含まれるＴＨＣは、前記１９１℃から例えば５２℃に
冷却されコンデンスされると、そのうちのいくらかがＳ
ＯＦに変化する。その変化の割合ｋは、近似的に冷却温
度Ｔの関数である。すなわち、ＰＭの総量ＴＰＭは、近
似的に、下記（１）式で表される。 ＴＰＭ（ｔ）＝Ｓｏｏｔ（ｔ）＋ｋ（Ｔ）・ＴＨＣ（ｔ） ……（１） ここに、（ｔ）はそれぞれの量が時間の関数（瞬時値）
で表されることを示している。 【００２６】前記（１）式におけるｋ（Ｔ）を定めるの
に、冷却前後のサンプルガスを第１、第２のＦＩＤにそ
れぞれ供給したときにそれぞれのＦＩＤから出力される
信号の差を用いる。ＳＯＦの生成、すなわち、ＴＨＣの
冷却には、サンプルガスの十分な混合を必要とするの
で、ＦＩＤの応答時間や内燃機関の状態変化より十分遅
くすることができる。したがって、サンプルガスの冷却
前の瞬時値データ、すなわち、第１ＦＩＤの出力信号に
基づく瞬時値データにおけるトレンド＜ＴＨＣ1 ＞（十
分に長い時間幅における平均）と、サンプルガスの冷却
後の瞬時値データ、すなわち、第２ＦＩＤの出力信号に
基づく瞬時値データにおけるトレンド＜ＴＨＣ2 ＞との
比をｋ（Ｔ）とする。すなわち、 ｋ（Ｔ）＝１−＜ＴＨＣ 2 ＞／＜ＴＨＣ 1 ＞ とするのである。 【００２７】この発明によれば、ディーゼルエンジンな
どの排ガスにおけるＰＭ濃度を、ＳＯＦ成分とＳｏｏｔ
成分に区別した状態で同時にかつ高速（サブミリ秒オー
ダー）に測定することができる。 【００２８】 【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施例
を、図を参照しながら説明する。 【００２９】図１は、この発明のＰＭ測定装置の一例を
概略的に示すもので、この図において、１はディーゼル
エンジン、２はディーゼルエンジン１に接続される排気
管、３は排気管２に接続されるサンプルガス流路で、そ
の下流端には排気管２を流れる排ガスＧをサンプルガス
流路３内に所定の定流量で吸引するポンプ４が設けられ
ている。 【００３０】前記サンプルガス流路３の上流側の接続点
５とポンプ４との間には、適宜の間隔をおいて２つの分
岐流路流６，７（以下、第１分岐流路６、第２分岐流路
７という）がそれぞれプローブ８，９をサンプルガス流
路３に挿入するようにして接続されている。第１分岐流
路６、第２分岐流路７には、それぞれ、図４に示したＦ
ＩＤ４０と同様構成のＦＩＤ１０，１１（以下、第１Ｆ
ＩＤ１０、第２ＦＩＤ１１という）が設けられている。 【００３１】前記サンプルガス流路３の第１分岐流路６
と第２分岐流路７との間には、第１分岐流路６の接続点
より下流側を流れる排ガスＧを所定の温度に冷却するた
めの冷却ガスＣＧを導入するための冷却ガス導入管１２
が接続されている。この冷却ガス導入管１２には冷却ガ
スＣＧの流量を測定し、これ所定の流量になるように調
整するためのマスフローコントローラ１３が設けられて
いる。１４は冷却ガス導入管１２が接続される近傍に形
成される冷却部である。１５は冷却部１４において冷却
された排ガスＧ中に含まれるＰＭを除去するための捕集
フィルタ１６を備えたフィルタ装置である。 【００３２】前記サンプルガス流路３の上流側の接続点
５から下流側の冷却・混合部１２までの部分１７および
第１分岐流路６は、適宜の温調手段（図示してない）に
より、これらを流れる排ガスＧの温度が１９１℃になる
ように温調されている。この温度においては、排ガスＧ
中に含まれているＳＯＦはほとんど気体である。このよ
うな排ガスＧがプローブ８および第１分岐流路６を経て
第１ＦＩＤ１０にサンプルガスＳ1 として供給される。 【００３３】前記温調部分１７を経て冷却部１４に至っ
た排ガスＧは、冷却ガス導入管１２を介して導入される
清浄で低温の空気または窒素ガスなどの冷却ガスＣＧと
接触し、これと混じり合うことにより冷却され、５２℃
になるように調整される。したがって、冷却ガス導入管
１２を介して冷却部１４に供給される冷却ガスＣＧは、
所定の温度に調整されるとともに、冷却ガス導入管１２
に設けられたマスフローコントローラ１３によって流量
調整される。 【００３４】前記サンプルガス流路３の冷却部１４から
第２分岐流路７の接続点までの部分１８および第２分岐
流路７は、適宜の温調手段（図示してない）により、こ
れらを流れる排ガスＧの温度が５２℃になるように温調
されている。この温度においては、排ガスＧ中に含まれ
ているＳＯＦはＰＭに吸着している。このような排ガス
Ｇは、フィルタ装置１５を経てプローブ９および第２分
岐流路７を介して第２ＦＩＤ１１にサンプルガスＳ2 と
して供給される。 【００３５】１９，２０は第１ＦＩＤ１０、第２ＦＩＤ
１１のそれぞれ信号出力ラインで、プリアンプ２１，２
２を備えている。２３は例えばアナログ系の信号処理装
置で、プリアンプ２１，２２を経た第１ＦＩＤ１０、第
２ＦＩＤ１１のそれぞれの出力信号ａ，ｂが入力され
る。 【００３６】図２は、前記信号処理装置２３の構成の一
例を示すもので、２４はコンパレータ、２５，２６は移
動平均回路などの平滑回路、２７は減算回路、２８は除
算回路、２９は乗算回路、３０は加算回路である。ま
た、３１〜３３は出力点である。 【００３７】上述のように構成されたＰＭ測定装置の動
作について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１
に示すように、排気管２を流れるディーゼルエンジン１
から排出されるＰＭを含んだ排ガスＧは、ポンプ４の吸
引動作によりサンプルガス流路３に一定量吸い込まれ、
サンプルガス流路３を定流量の排ガスＧが流れ、その一
部がプローブ８を介して第１分岐流路６に１９１℃のサ
ンプルガスＳ1 として取り入れられる。このサンプルガ
スＳ1 中には、上述したようにＳＯＦが気体として含ま
れている。 【００３８】前記サンプルガスＳ1 は、第１ＦＩＤ１０
に導入され、図４に示すように、着火装置４９によって
ノズル４２の先端に所望の炎５２が形成され、この炎５
２のエネルギーでＨＣの熱イオン化が生じ、図３（Ａ）
に示すような信号ａが出力信号ライン１９に出力され
る。 【００３９】前記信号ａにおいて、ゆるやかに変化する
部分ａ1 はトレンドと呼ばれるもので、これは、サンプ
ルガスＳ1 中に含まれるＴＨＣ（ＳＯＦに変化する部分
を含む）に対応する信号であり、ショットノイズ状の部
分ａ2 がサンプルガスＳ1 中に含まれるＳｏｏｔに対応
する信号である。 【００４０】排ガスＧのうち、冷却部１４に至ったサン
プルガスは、冷却ガス導入管１２を介して冷却部１４に
供給される冷却ガスＣＧと接触して冷却され、５２℃に
まで温度調整されたサンプルガスＳ2 となる。このサン
プルガスＳ2 においては上述したように、ＳＯＦはＰＭ
に吸着されている。そして、このサンプルガスＳ2 が、
フィルタ装置１５を通過する際、それに含まれたＰＭ
（ＳＯＦおよびＳｏｏｔ）が除去され、ＰＭを含まない
状態のサンプルガスＳ2 となり、その一部がプローブ９
を介して第２分岐流路７に５２℃のサンプルガスＳ2 と
して取り入れられる。 【００４１】前記サンプルガスＳ2 は、第２ＦＩＤ１１
に導入され、上記第１ＦＩＤ１０におけると同様に、着
火装置４９によってノズル４２の先端に所望の炎５２が
形成され、この炎５２のエネルギーでＨＣの熱イオン化
が生じ、図３（Ｂ）に示すような信号ｂが出力信号ライ
ン２０に出力される。 【００４２】前記信号ｂにおいては、そのゆるやかに変
化するトレンドｂ1 がサンプルガスＳ2 中に含まれるＴ
ＨＣ（ＳＯＦが除去されている）に対応する信号であ
る。 【００４３】前記第１ＦＩＤ１０、第２ＦＩＤ１１の出
力ａ，ｂは、プリアンプ２１，２２を経て、図２に示す
ような信号処理装置２３に入力される。この信号処理装
置２３においては、例えば次のような信号処理が行われ
る。 【００４４】まず、前記信号ａは、コンパレータ２４、
移動平均回路２５および減算回路２７に入力される。コ
ンパレータ２４は、立ち上がりの速さと高さを基準にし
てショットノイズと判定することができる機能を備えて
おり、このコンパレータ２４によって、信号ａにおける
Ｓｏｏｔに対応する信号成分ａ2 に対応する濃度成分ｃ
〔＝Ｓｏｏｔ（ｔ）〕が得られる。この信号ｃは、減算
回路２７、加算回路３０に入力されるとともに、出力点
３１にＳｏｏｔ（ｔ）を表す信号として出力される。 【００４５】また、移動平均回路２５は、前記信号ａに
おけるゆるやかな変化をするトレンドａ1 を検出しこれ
を分離するもので、信号ｄ〔＝＜ＴＨＣ1 ＞〕を出力
し、この信号ｄは除算回路２８に入力される。 【００４６】一方、前記信号ｂは、前記移動平均回路２
５と同様の機能を有する移動平均回路２６に入力され、
この移動平均回路２６からは信号ｅ〔＝＜ＴＨＣ2 ＞〕
が出力され、この信号ｅは除算回路２８に入力される。 【００４７】そして、前記減算回路２７においては、信
号ａと信号ｃとの差が求められる。つまり、冷却前の温
度１９１℃における排ガスＧに含まれるＴＨＣ（ｔ）が
求められ、これが信号ｆとして乗算回路２９に入力され
る。 【００４８】また、前記除算回路２８においては、１−
ｅ／ｄなる演算、すなわち、１−＜ＴＨＣ2 ＞／＜ＴＨ
Ｃ1 ＞なる演算が行われて、係数ｋ（Ｔ）が求められ，
信号ｇとして乗算回路２８に入力される。 【００４９】前記乗算回路２８においては、冷却前の温
度１９１℃における排ガスＧに含まれるＴＨＣ（ｔ）の
量と係数ｋ（Ｔ）とが掛算され、ＳＯＦ（ｔ）が求めら
れる。このＳＯＦ（ｔ）は、信号ｈとして加算回路３０
に入力されるとともに、出力点３２にＳＯＦ（ｔ）を表
す信号として出力される。 【００５０】前記加算回路３０においては、コンパレー
タ２４の出力ｃ〔＝Ｓｏｏｔ（ｔ）と乗算回路２９の出
力ｈ〔＝ＳＯＦ（ｔ）〕が加算され、ＰＭのトータル濃
度であるＴＰＭ（ｔ）が求められ、これを表す信号ｉが
として出力点３３に出力される。 【００５１】つまり、最終出力として、ＴＰＭ（ｔ）、
Ｓｏｏｔ（ｔ）およびＳＯＦ（ｔ）を各別に得ることが
できる。 【００５２】上述の説明から理解されるように、二つの
ＦＩＤ１０，１１のうち、上流側の第１ＦＩＤ１０から
排ガスＧに含まれるＴＨＣやＳｏｏｔなどの成分を瞬時
的に測定する一方、下流側の第２ＦＩＤ１１を信号の補
償用としている。したがって、応答に係わる量の測定
は、第１ＦＩＤ１０のみでよく、２つのＦＩＤ１０，１
１を用いているにもかかわらず、十分な応答性があり、
サブミリ秒オーダーでの測定が可能である。 【００５３】そして、第１ＦＩＤ１０からの出力信号ａ
を、その信号における特徴に応じた信号処理を行うこと
により、Ｓｏｏｔに対応する信号を求めるとともに、Ｓ
ＯＦの生成を温度の関数として捉え、１９１℃の排ガス
Ｇにおけるトレンド＜ＴＨＣ1 ＞に対する５２℃の排ガ
スＧにおけるトレンド＜ＴＨＣ2 ＞の割合を求めて、Ｔ
ＨＣからＳＯＦに相変化する量を定量的に求めるように
しているので、個々の成分濃度を正確に求めることがで
きる。 【００５４】なお、上述の実施例においては、ディーゼ
ルエンジン１に接続された排気管２に、定流量で排ガス
Ｇをサンプリングするサンプルガス流路３を接続し、こ
のサンプルガス流路３から、ＦＩＤ１０，１１に排ガス
Ｇを導入するようにしていたが、必ずしもこのようにす
る必要はなく、例えば、前記排気管２を定流量でサンプ
ルガスが流れるようにし、この排気管２からＦＩＤ１
０，１１に排ガスＧを導入するようにしてもよく、ま
た、排気管２に排ガスＧを希釈する希釈用トンネルを接
続し、これに定流量採取装置（ＣｏｎｓｔａｎｔＶｏｌ
ｕｍｅ Ｓａｍｐｌｅｒ、）を設けて、希釈された排ガ
スＧをＦＩＤ１０，１１に導入するようにしてもよい。 【００５５】また、上述の実施例においては、信号処理
装置２３をアナログ系に構成しているが、これに限られ
るものではなく、信号処理装置２３をディジタル系に構
成してもよく、その場合、信号処理装置２３としてコン
ピュータを用いることもできる。 【００５６】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ディーゼルエンジンなど内燃機関からの排ガスにお
けるＰＭ濃度を、ＳｏｏｔとＳＯＦとを区別して連続的
かつ同時にしかも精度よく定量分析することができる。
ルエンジンなど内燃機関から排出されるガス中に含まれ
るＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、すす
などの微粒子状物質）を定量分析する排ガス中のＰＭ測
定装置に関する。 【０００２】前記ＰＭは、フィルタ重量法によって、次
のように定義されている。すなわち、エンジン排ガスを
希釈トンネルを用いて空気で５２℃以下まで希釈、冷却
し、０．３μｍの標準粒子を９５％以上捕集できる炭化
フッ素被膜ガラス繊維フィルタやメンブランフィルタな
どによってフィルタ上に捕集された固形または液状の粒
子の総和をＰＭという。そして、捕集後、気温２５℃、
湿度６０％の雰囲気中に８時間以上放置した後の重量を
ＰＭの重量という。 【０００３】また、前記ＰＭは、有機溶媒に溶解し主と
して炭化水素成分であるＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒ
ｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）とＩＳＦ（Ｉｎｓｏｌ
ｕｂｌｅ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）との大別でき、ＩＳＦに
は、主として炭素成分であるｄｒｙ Ｓｏｏｔ（以下、
単にＳｏｏｔという）とサルフェートと水分とが含まれ
る。なお、ＰＭの測定と分析については、例えば、日本
機械学会（Ｎｏ．９５−２９）講習会教材（’９５．
６．１〜２、東京、内燃機関の燃焼と排気改善のための
計測技術）「粒子状物質の測定と分析」〔（財）日本自
動車研究所 山崎 均〕がある。 【０００４】 【従来の技術】ところで、上述のフィルタ重量法は、Ｐ
Ｍを付着・捕集したフィルタを精密天秤を用いて測定す
るものであり、所謂連続測定を行うことができない。こ
れに対して、排気ガス中のＰＭを連続的に測定する方法
としては、特公平２−３１８２０号公報に示すものがあ
る。このＰＭ測定方法は、ＨＣ（炭化水素）に感度があ
る波長の光とＨＣに感度がない波長の光とをサンプルガ
スに照射して、サンプルガスの吸収を測定し、そのとき
得られるデータを、経験によって得られた数式を用い
て、ＳＯＦおよびＳｏｏｔの量を算出するようにしたも
のである。 【０００５】しかしながら、上記公報のＰＭ測定方法
は、理論的裏付けに乏しく、真にＳＯＦやＳｏｏｔを計
測しているとはいえないといった問題があるほか、セル
が汚れやすく、メンテナンスが面倒であるといった不都
合がある。 【０００６】これに対して、カーボンバランス法があ
る。このカーボンバランス法によるＰＭ測定装置の構成
を図７を参照しながら説明する。 【０００７】図７において、６１は図示してないディー
ゼルエンジンからの排ガス（サンプルガスＳＧ）が定量
流れるガス流路で、その下流側の点６２において二つの
流路６３，６４に二分されている。一方の流路６３は、
サンプルガスＳＧ中のＰＭを捕集するための捕集フィル
タ６５を内蔵したフィルタ６６と加熱燃焼炉６７とを備
えており、リファレンスガス流路として構成されてい
る。他方の流路６４は、リファレンスガス流路６３とむ
だ容積を同じにするための、フィルタを有してないダミ
ーフィルタ６８と、加熱燃焼炉６７と同様に構成された
加熱燃焼炉６９とを備えており、サンプルガス流路とし
て構成されている。 【０００８】７０は流体変調方式のガス分析計で、ガス
分析部７１と、これにサンプルガス流路６４からのサン
プルガスＳＧと、リファレンスガス流路６３からのリフ
ァレンスガスＲＧとを交互に一定量ずつ供給するガス供
給部７２とからなる。すなわち、ガス分析部７１は、二
つのセル７３，７４を並列的に配置し、各セル７３，７
４のそれぞれ一方の側に赤外光源７５，７６を配置する
とともに、セル７３，７４の他方の側に例えばコンデン
サマイクロホン型検出器よりなるＣＯ2 検出器７７とＨ
2 Ｏ検出器７８とを光学的に直列配置してなる。 【０００９】そして、ガス供給部７２は、例えばロータ
リバルブよりなり、図示してないモータによって回転す
る仕切り板７９によって、一方のセル７３にリファレン
スガスＲＧが供給されているときには、他方のセル７４
にサンプルガスＳＧが供給され、また、一方のセル７３
にサンプルガスＳＧが供給されているときには、他方の
セル７４にリファレンスガスＲＧが供給されるように、
一定周期でガスＳＧ，ＲＧの切換え供給を行うように構
成されている。８０，８１はガス供給部７２とセル７
３，７４との間を接続するガス流路である。 【００１０】なお、上記流体変調方式のガス分析計の基
本的原理は、この出願人による特公昭５６−４８８２２
号公報に詳しく説明されている。 【００１１】上記構成のＰＭ測定装置においては、ガス
流路６１を流れるサンプルガスＳＧの一部は、点６２に
おいてリファレンスガス流路６３に分流し、フィルタ６
６を通過する際、含有するＰＭが除去されてリファレン
スガスＲＧとなり、加熱燃焼炉６７に導入される。そし
て、残りのサンプルガスＳＧは、そのままダミフィルタ
６８を経て、同じく加熱燃焼炉６９に導入される。 【００１２】前記加熱燃焼炉６７，６９の内部は、例え
ば１０００℃程度に加熱され、ＣＯ，ＨＣ成分は酸化
（燃焼）されてＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏとなる。その後、両ガス
流路６３，６４における燃焼ガスは、ガス供給部７２の
働きによって、サンプルガスＳＧ、リファレンスガスＲ
Ｇとしてセル７３，７４に互いに違いに交互に供給され
る。 【００１３】そして、前記両セル７３，７４に光源７
５，７６から赤外光を照射することにより、セル７３，
７４を通過する赤外光は、セル７３，７４内で所定の吸
収を受けた後、ＣＯ2 検出器７７およびＨ2 Ｏ検出器７
８に入射される。このとき、両検出器７７，７８から得
られる信号の大きさは、サンプルガスＳＧとリファレン
スガスＲＧとにおけるＣＯ2 およびＨ2 Ｏに比例したも
のが差分として得られる。すなわち、ＣＯ2 検出器７７
およびＨ2 Ｏ検出器７８の出力の和がＰＭ濃度となる。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】上述のように、上記カ
ーボンバランス法によれば、ディーゼルエンジンなどの
排ガス中に含まれるＰＭを連続的に定量することができ
るが、次のような問題がある。すなわち、 （１）リファレンスガス流路６３とサンプルガス流路６
４における流量抵抗差に起因するノイズにより、高速応
答性で測定することが困難である。 （２）赤外光によるＣＯ2 およびＨ2 Ｏの測定は、干渉
成分が多く、誤差が生じやすい。 （３）ＣＯ2 およびＨ2 Ｏの二つの成分を検出するため
に二つの検出器６７，６８を用いる必要がある。 （４）共存ベースガスが測定成分であるＣＯ2 およびＨ
2 Ｏと同じであるため、高感度化が困難である。 【００１５】ところで、従来より、サンプルガス中の全
炭化水素（Ｔｏｔａｌ Ｈｙｄｒｏ−Ｃａｒｂｏｎ、以
下、ＴＨＣ）などＨＣを定量分析するものとして、図４
に示すような水素炎イオン化検出器（Ｆｌａｍｅ Ｉｏ
ｎｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下、ＦＩＤと
いう）４０が知られている。すなわち、図４において、
４１は燃焼室で、その内部にはノズル４２と、コレクタ
電極４３が設けられている。そして、４４はサンプルガ
スＳを供給するためのサンプルガス供給路、４５は水素
ガスのみまたは水素ガスと他の燃焼性ガスとからなる燃
料ガスＦを供給する燃料ガス供給路で、両ガス供給管４
４，４５はノズル４２の上流側で一体となってノズル４
２に接続されている。また、４６は助燃用空気Ａを供給
するための助燃ガス供給路で、その端部は燃焼室４１の
適宜箇所で開口接続されている。 【００１６】前記ノズル４２は、高圧配線４７を介して
高圧直流電源（図示してない）に接続され、コレクタ電
極４３は、信号線４８を介して信号処理回路（図示して
ない）に接続されている。なお、４９は燃焼室４１の内
部上方に設けられる着火装置、５０は排気口、５１は絶
縁スリーブである。 【００１７】上記構成のＦＩＤ４０においては、例えば
ＨＣ成分を含むサンプルガスＳを、燃料ガスＦ、助燃用
空気Ａとともに燃焼室４１内に導入し、着火装置４９に
よって例えば放電スパークを生じさせることにより、ノ
ズル４２の先端に所望の炎５２が形成され、この炎５２
のエネルギーでＨＣの熱イオン化が生じ、サンプルガス
Ｓ中に含まれるＨＣ量に比例した電流出力が信号線４８
を介して出力され、これによって、サンプルガスＳ中の
ＨＣ濃度を分析することができる。 【００１８】ところで、ディーゼルエンジンからの排ガ
ス中に含まれるＰＭには、上述したように、主として炭
化水素成分（ＨＣ）であるＳＯＦと主として炭素成分
（Ｃ）であるＳｏｏｔがあり、従来までの考えによれ
ば、前記ＦＩＤ３０によっては、炭素成分を検出するこ
とができないとされていた。 【００１９】しかしながら、この出願の発明者の研究に
よれば、従来からＨＣ成分の分析に使用されているＦＩ
Ｄ４０によって、ＨＣのみならず、Ｃ（炭素）をも検出
することができることを見出した。 【００２０】すなわち、図５は、ＦＩＤ４０の燃焼室４
１内における熱イオンの生成過程を説明するための図
で、ノズル４２とコレクタ電極４３との間に設けられる
高圧直流電源５３によって、例えばノズル４２に＋３０
０Ｖの電圧が印加した状態で、着火装置３９によって放
電スパークを生じさせると、ノズル４２の先端には例え
ば１５００Ｋといった高温の炎５２が形成される。 【００２１】このとき、炭素（グラファイト）を主成分
とするサンプルガスＳ中に含まれるＳｏｏｔは、下記の
理由により検出されると発明者は推定している。すなわ
ち、上述のような高温下で、Ｓｏｏｔは、熱エネルギー
により電子を放出し、熱イオン化が行われるのではない
かということである。このときグラファイトがイオン化
するエネルギーは４．５ｅＶ（１０３．７ｋｃａｌ／ｍ
ｏｌ）である。本来、グラファイトは、その比抵抗が４
×１０-5Ω・ｃｍであり、半導体であるが、前記大きさ
のエネルギーを受けることにより、比較的容易に帯電し
たグラファイトとなると考えられる。そして、このイオ
ン化により放出される電子がノズル４２に集められるこ
とにより、炭素成分であるグラファイトをも検出するこ
とができると推定している。 【００２２】図６は、前記ＦＩＤ４０におけるグラファ
イトに対する応答性を示す実測例を示すものである。 【００２３】この発明は、上述の事柄および知見に基づ
いてなされたもので、ディーゼルエンジンなど内燃機関
から排出されるガス中に含まれるＰＭを連続的にしかも
精度よく定量分析することができる新規で有用な排ガス
中のＰＭ測定装置（以下、単にＰＭ測定装置という）を
提供することを目的としている。 【００２４】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のＰＭ測定装置は、内燃機関から排出され
るガスがサンプルガスとして定流量流れるガス流路の上
流側および下流側にそれぞれ分岐流路を接続し、これら
の分岐流路に第１水素炎イオン化検出器と第２水素炎イ
オン化検出器とをそれぞれ設けるとともに、前記ガス流
路における二つの分岐流路の接続箇所の間に、前記サン
プルガスを冷却するためのガスの導入路および冷却され
たサンプルガス中に含まれるＰＭを捕集するフィルタ装
置を設け、所定の高温の排ガスを第１水素炎イオン化検
出器に供給するとともに、前記冷却されたサンプルガス
を第２水素炎イオン化検出器に供給し、第１水素炎イオ
ン化検出器から得られる信号を信号処理することによっ
てＴＨＣ濃度とＳｏｏｔ濃度を求めるとともに、第２水
素炎イオン化検出器と第１水素炎イオン化検出器のそれ
ぞれの出力信号におけるトレンドの比を求め、この比を
前記ＴＨＣ濃度に乗ずることによりＳＯＦ濃度を求める
ようにしている。 【００２５】１９１℃に保持されたサンプルガス（排ガ
ス）を第１ＦＩＤによって測定すると、ＴＨＣとＳｏｏ
ｔとの合計濃度が測定される。そして、サンプルガス中
に含まれるＴＨＣは、前記１９１℃から例えば５２℃に
冷却されコンデンスされると、そのうちのいくらかがＳ
ＯＦに変化する。その変化の割合ｋは、近似的に冷却温
度Ｔの関数である。すなわち、ＰＭの総量ＴＰＭは、近
似的に、下記（１）式で表される。 ＴＰＭ（ｔ）＝Ｓｏｏｔ（ｔ）＋ｋ（Ｔ）・ＴＨＣ（ｔ） ……（１） ここに、（ｔ）はそれぞれの量が時間の関数（瞬時値）
で表されることを示している。 【００２６】前記（１）式におけるｋ（Ｔ）を定めるの
に、冷却前後のサンプルガスを第１、第２のＦＩＤにそ
れぞれ供給したときにそれぞれのＦＩＤから出力される
信号の差を用いる。ＳＯＦの生成、すなわち、ＴＨＣの
冷却には、サンプルガスの十分な混合を必要とするの
で、ＦＩＤの応答時間や内燃機関の状態変化より十分遅
くすることができる。したがって、サンプルガスの冷却
前の瞬時値データ、すなわち、第１ＦＩＤの出力信号に
基づく瞬時値データにおけるトレンド＜ＴＨＣ1 ＞（十
分に長い時間幅における平均）と、サンプルガスの冷却
後の瞬時値データ、すなわち、第２ＦＩＤの出力信号に
基づく瞬時値データにおけるトレンド＜ＴＨＣ2 ＞との
比をｋ（Ｔ）とする。すなわち、 ｋ（Ｔ）＝１−＜ＴＨＣ 2 ＞／＜ＴＨＣ 1 ＞ とするのである。 【００２７】この発明によれば、ディーゼルエンジンな
どの排ガスにおけるＰＭ濃度を、ＳＯＦ成分とＳｏｏｔ
成分に区別した状態で同時にかつ高速（サブミリ秒オー
ダー）に測定することができる。 【００２８】 【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施例
を、図を参照しながら説明する。 【００２９】図１は、この発明のＰＭ測定装置の一例を
概略的に示すもので、この図において、１はディーゼル
エンジン、２はディーゼルエンジン１に接続される排気
管、３は排気管２に接続されるサンプルガス流路で、そ
の下流端には排気管２を流れる排ガスＧをサンプルガス
流路３内に所定の定流量で吸引するポンプ４が設けられ
ている。 【００３０】前記サンプルガス流路３の上流側の接続点
５とポンプ４との間には、適宜の間隔をおいて２つの分
岐流路流６，７（以下、第１分岐流路６、第２分岐流路
７という）がそれぞれプローブ８，９をサンプルガス流
路３に挿入するようにして接続されている。第１分岐流
路６、第２分岐流路７には、それぞれ、図４に示したＦ
ＩＤ４０と同様構成のＦＩＤ１０，１１（以下、第１Ｆ
ＩＤ１０、第２ＦＩＤ１１という）が設けられている。 【００３１】前記サンプルガス流路３の第１分岐流路６
と第２分岐流路７との間には、第１分岐流路６の接続点
より下流側を流れる排ガスＧを所定の温度に冷却するた
めの冷却ガスＣＧを導入するための冷却ガス導入管１２
が接続されている。この冷却ガス導入管１２には冷却ガ
スＣＧの流量を測定し、これ所定の流量になるように調
整するためのマスフローコントローラ１３が設けられて
いる。１４は冷却ガス導入管１２が接続される近傍に形
成される冷却部である。１５は冷却部１４において冷却
された排ガスＧ中に含まれるＰＭを除去するための捕集
フィルタ１６を備えたフィルタ装置である。 【００３２】前記サンプルガス流路３の上流側の接続点
５から下流側の冷却・混合部１２までの部分１７および
第１分岐流路６は、適宜の温調手段（図示してない）に
より、これらを流れる排ガスＧの温度が１９１℃になる
ように温調されている。この温度においては、排ガスＧ
中に含まれているＳＯＦはほとんど気体である。このよ
うな排ガスＧがプローブ８および第１分岐流路６を経て
第１ＦＩＤ１０にサンプルガスＳ1 として供給される。 【００３３】前記温調部分１７を経て冷却部１４に至っ
た排ガスＧは、冷却ガス導入管１２を介して導入される
清浄で低温の空気または窒素ガスなどの冷却ガスＣＧと
接触し、これと混じり合うことにより冷却され、５２℃
になるように調整される。したがって、冷却ガス導入管
１２を介して冷却部１４に供給される冷却ガスＣＧは、
所定の温度に調整されるとともに、冷却ガス導入管１２
に設けられたマスフローコントローラ１３によって流量
調整される。 【００３４】前記サンプルガス流路３の冷却部１４から
第２分岐流路７の接続点までの部分１８および第２分岐
流路７は、適宜の温調手段（図示してない）により、こ
れらを流れる排ガスＧの温度が５２℃になるように温調
されている。この温度においては、排ガスＧ中に含まれ
ているＳＯＦはＰＭに吸着している。このような排ガス
Ｇは、フィルタ装置１５を経てプローブ９および第２分
岐流路７を介して第２ＦＩＤ１１にサンプルガスＳ2 と
して供給される。 【００３５】１９，２０は第１ＦＩＤ１０、第２ＦＩＤ
１１のそれぞれ信号出力ラインで、プリアンプ２１，２
２を備えている。２３は例えばアナログ系の信号処理装
置で、プリアンプ２１，２２を経た第１ＦＩＤ１０、第
２ＦＩＤ１１のそれぞれの出力信号ａ，ｂが入力され
る。 【００３６】図２は、前記信号処理装置２３の構成の一
例を示すもので、２４はコンパレータ、２５，２６は移
動平均回路などの平滑回路、２７は減算回路、２８は除
算回路、２９は乗算回路、３０は加算回路である。ま
た、３１〜３３は出力点である。 【００３７】上述のように構成されたＰＭ測定装置の動
作について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１
に示すように、排気管２を流れるディーゼルエンジン１
から排出されるＰＭを含んだ排ガスＧは、ポンプ４の吸
引動作によりサンプルガス流路３に一定量吸い込まれ、
サンプルガス流路３を定流量の排ガスＧが流れ、その一
部がプローブ８を介して第１分岐流路６に１９１℃のサ
ンプルガスＳ1 として取り入れられる。このサンプルガ
スＳ1 中には、上述したようにＳＯＦが気体として含ま
れている。 【００３８】前記サンプルガスＳ1 は、第１ＦＩＤ１０
に導入され、図４に示すように、着火装置４９によって
ノズル４２の先端に所望の炎５２が形成され、この炎５
２のエネルギーでＨＣの熱イオン化が生じ、図３（Ａ）
に示すような信号ａが出力信号ライン１９に出力され
る。 【００３９】前記信号ａにおいて、ゆるやかに変化する
部分ａ1 はトレンドと呼ばれるもので、これは、サンプ
ルガスＳ1 中に含まれるＴＨＣ（ＳＯＦに変化する部分
を含む）に対応する信号であり、ショットノイズ状の部
分ａ2 がサンプルガスＳ1 中に含まれるＳｏｏｔに対応
する信号である。 【００４０】排ガスＧのうち、冷却部１４に至ったサン
プルガスは、冷却ガス導入管１２を介して冷却部１４に
供給される冷却ガスＣＧと接触して冷却され、５２℃に
まで温度調整されたサンプルガスＳ2 となる。このサン
プルガスＳ2 においては上述したように、ＳＯＦはＰＭ
に吸着されている。そして、このサンプルガスＳ2 が、
フィルタ装置１５を通過する際、それに含まれたＰＭ
（ＳＯＦおよびＳｏｏｔ）が除去され、ＰＭを含まない
状態のサンプルガスＳ2 となり、その一部がプローブ９
を介して第２分岐流路７に５２℃のサンプルガスＳ2 と
して取り入れられる。 【００４１】前記サンプルガスＳ2 は、第２ＦＩＤ１１
に導入され、上記第１ＦＩＤ１０におけると同様に、着
火装置４９によってノズル４２の先端に所望の炎５２が
形成され、この炎５２のエネルギーでＨＣの熱イオン化
が生じ、図３（Ｂ）に示すような信号ｂが出力信号ライ
ン２０に出力される。 【００４２】前記信号ｂにおいては、そのゆるやかに変
化するトレンドｂ1 がサンプルガスＳ2 中に含まれるＴ
ＨＣ（ＳＯＦが除去されている）に対応する信号であ
る。 【００４３】前記第１ＦＩＤ１０、第２ＦＩＤ１１の出
力ａ，ｂは、プリアンプ２１，２２を経て、図２に示す
ような信号処理装置２３に入力される。この信号処理装
置２３においては、例えば次のような信号処理が行われ
る。 【００４４】まず、前記信号ａは、コンパレータ２４、
移動平均回路２５および減算回路２７に入力される。コ
ンパレータ２４は、立ち上がりの速さと高さを基準にし
てショットノイズと判定することができる機能を備えて
おり、このコンパレータ２４によって、信号ａにおける
Ｓｏｏｔに対応する信号成分ａ2 に対応する濃度成分ｃ
〔＝Ｓｏｏｔ（ｔ）〕が得られる。この信号ｃは、減算
回路２７、加算回路３０に入力されるとともに、出力点
３１にＳｏｏｔ（ｔ）を表す信号として出力される。 【００４５】また、移動平均回路２５は、前記信号ａに
おけるゆるやかな変化をするトレンドａ1 を検出しこれ
を分離するもので、信号ｄ〔＝＜ＴＨＣ1 ＞〕を出力
し、この信号ｄは除算回路２８に入力される。 【００４６】一方、前記信号ｂは、前記移動平均回路２
５と同様の機能を有する移動平均回路２６に入力され、
この移動平均回路２６からは信号ｅ〔＝＜ＴＨＣ2 ＞〕
が出力され、この信号ｅは除算回路２８に入力される。 【００４７】そして、前記減算回路２７においては、信
号ａと信号ｃとの差が求められる。つまり、冷却前の温
度１９１℃における排ガスＧに含まれるＴＨＣ（ｔ）が
求められ、これが信号ｆとして乗算回路２９に入力され
る。 【００４８】また、前記除算回路２８においては、１−
ｅ／ｄなる演算、すなわち、１−＜ＴＨＣ2 ＞／＜ＴＨ
Ｃ1 ＞なる演算が行われて、係数ｋ（Ｔ）が求められ，
信号ｇとして乗算回路２８に入力される。 【００４９】前記乗算回路２８においては、冷却前の温
度１９１℃における排ガスＧに含まれるＴＨＣ（ｔ）の
量と係数ｋ（Ｔ）とが掛算され、ＳＯＦ（ｔ）が求めら
れる。このＳＯＦ（ｔ）は、信号ｈとして加算回路３０
に入力されるとともに、出力点３２にＳＯＦ（ｔ）を表
す信号として出力される。 【００５０】前記加算回路３０においては、コンパレー
タ２４の出力ｃ〔＝Ｓｏｏｔ（ｔ）と乗算回路２９の出
力ｈ〔＝ＳＯＦ（ｔ）〕が加算され、ＰＭのトータル濃
度であるＴＰＭ（ｔ）が求められ、これを表す信号ｉが
として出力点３３に出力される。 【００５１】つまり、最終出力として、ＴＰＭ（ｔ）、
Ｓｏｏｔ（ｔ）およびＳＯＦ（ｔ）を各別に得ることが
できる。 【００５２】上述の説明から理解されるように、二つの
ＦＩＤ１０，１１のうち、上流側の第１ＦＩＤ１０から
排ガスＧに含まれるＴＨＣやＳｏｏｔなどの成分を瞬時
的に測定する一方、下流側の第２ＦＩＤ１１を信号の補
償用としている。したがって、応答に係わる量の測定
は、第１ＦＩＤ１０のみでよく、２つのＦＩＤ１０，１
１を用いているにもかかわらず、十分な応答性があり、
サブミリ秒オーダーでの測定が可能である。 【００５３】そして、第１ＦＩＤ１０からの出力信号ａ
を、その信号における特徴に応じた信号処理を行うこと
により、Ｓｏｏｔに対応する信号を求めるとともに、Ｓ
ＯＦの生成を温度の関数として捉え、１９１℃の排ガス
Ｇにおけるトレンド＜ＴＨＣ1 ＞に対する５２℃の排ガ
スＧにおけるトレンド＜ＴＨＣ2 ＞の割合を求めて、Ｔ
ＨＣからＳＯＦに相変化する量を定量的に求めるように
しているので、個々の成分濃度を正確に求めることがで
きる。 【００５４】なお、上述の実施例においては、ディーゼ
ルエンジン１に接続された排気管２に、定流量で排ガス
Ｇをサンプリングするサンプルガス流路３を接続し、こ
のサンプルガス流路３から、ＦＩＤ１０，１１に排ガス
Ｇを導入するようにしていたが、必ずしもこのようにす
る必要はなく、例えば、前記排気管２を定流量でサンプ
ルガスが流れるようにし、この排気管２からＦＩＤ１
０，１１に排ガスＧを導入するようにしてもよく、ま
た、排気管２に排ガスＧを希釈する希釈用トンネルを接
続し、これに定流量採取装置（ＣｏｎｓｔａｎｔＶｏｌ
ｕｍｅ Ｓａｍｐｌｅｒ、）を設けて、希釈された排ガ
スＧをＦＩＤ１０，１１に導入するようにしてもよい。 【００５５】また、上述の実施例においては、信号処理
装置２３をアナログ系に構成しているが、これに限られ
るものではなく、信号処理装置２３をディジタル系に構
成してもよく、その場合、信号処理装置２３としてコン
ピュータを用いることもできる。 【００５６】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ディーゼルエンジンなど内燃機関からの排ガスにお
けるＰＭ濃度を、ＳｏｏｔとＳＯＦとを区別して連続的
かつ同時にしかも精度よく定量分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のＰＭ測定装置の構成の一例を概略的
に示す図である。 【図２】前記ＰＭ測定装置において用いられる信号処理
装置の一例を概略的に示す図である。 【図３】前記ＰＭ測定装置の動作説明図である。 【図４】この発明で用いる水素炎イオン化検出器の一例
を示す図である。 【図５】前記水素炎イオン化検出器の燃焼室内における
熱イオンの生成過程を説明するための図である。 【図６】前記水素炎イオン化検出器におけるグラファイ
トに対する応答性を示す実測例を示す図である。 【図７】従来技術を説明するための図である。 【符号の説明】 １…内燃機関、３…ガス流路、６，７…分岐流路、１０
…第１水素炎イオン化検出器、１１…第２水素炎イオン
化検出器、１２…冷却ガス導入管、１５…フィルタ装
置、２３…信号処理装置、Ｇ…排ガス、Ｓ，Ｓ1 ，Ｓ2
…サンプルガス、ｃ…Ｓｏｏｔ濃度、ｉ…ＳＯＦ濃度、
ｉ…ＰＭ濃度。
に示す図である。 【図２】前記ＰＭ測定装置において用いられる信号処理
装置の一例を概略的に示す図である。 【図３】前記ＰＭ測定装置の動作説明図である。 【図４】この発明で用いる水素炎イオン化検出器の一例
を示す図である。 【図５】前記水素炎イオン化検出器の燃焼室内における
熱イオンの生成過程を説明するための図である。 【図６】前記水素炎イオン化検出器におけるグラファイ
トに対する応答性を示す実測例を示す図である。 【図７】従来技術を説明するための図である。 【符号の説明】 １…内燃機関、３…ガス流路、６，７…分岐流路、１０
…第１水素炎イオン化検出器、１１…第２水素炎イオン
化検出器、１２…冷却ガス導入管、１５…フィルタ装
置、２３…信号処理装置、Ｇ…排ガス、Ｓ，Ｓ1 ，Ｓ2
…サンプルガス、ｃ…Ｓｏｏｔ濃度、ｉ…ＳＯＦ濃度、
ｉ…ＰＭ濃度。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 山岸 豊
京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地
株式会社堀場製作所内
(56)参考文献 特開 平９−5299（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/62 - 27/70
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 内燃機関から排出されるガスがサンプル
ガスとして定流量流れるガス流路の上流側および下流側
にそれぞれ分岐流路を接続し、これらの分岐流路に第１
水素炎イオン化検出器と第２水素炎イオン化検出器とを
それぞれ設けるとともに、前記ガス流路における二つの
分岐流路の接続箇所の間に、前記サンプルガスを冷却す
るためのガスの導入路および冷却されたサンプルガス中
に含まれるＰＭを捕集するフィルタ装置を設け、所定の
高温の排ガスを第１水素炎イオン化検出器に供給すると
ともに、前記冷却されたサンプルガスを第２水素炎イオ
ン化検出器に供給し、第１水素炎イオン化検出器から得
られる信号を信号処理することによってＴＨＣ濃度とＳ
ｏｏｔ濃度を求めるとともに、第２水素炎イオン化検出
器と第１水素炎イオン化検出器のそれぞれの出力信号に
おけるトレンドの比を求め、この比を前記ＴＨＣ濃度に
乗ずることによりＳＯＦ濃度を求めるようにしたことを
特徴とする排ガス中のＰＭ測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21504896A JP3521104B2 (ja) | 1996-07-27 | 1996-07-27 | 排ガス中のｐｍ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21504896A JP3521104B2 (ja) | 1996-07-27 | 1996-07-27 | 排ガス中のｐｍ測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038849A JPH1038849A (ja) | 1998-02-13 |
| JP3521104B2 true JP3521104B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=16665903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21504896A Expired - Fee Related JP3521104B2 (ja) | 1996-07-27 | 1996-07-27 | 排ガス中のｐｍ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3521104B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3451012B2 (ja) * | 1998-03-17 | 2003-09-29 | 株式会社堀場製作所 | 希釈ガス流量制御装置 |
-
1996
- 1996-07-27 JP JP21504896A patent/JP3521104B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1038849A (ja) | 1998-02-13 |
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