JP4494382B2 - 自動車排ガス測定装置およびそのサンプリングラインパージ方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の排ガスを測定する自動車排ガス測定装置およびそのサンプリングラインに付着した排ガス成分のパージを行うサンプリングラインパージ方法に関する。

周知のように、従来、自動車排ガス測定装置としては、例えば、排ガス中のＴＨＣやＮＯ_Ｘを測定するものがある。それらの排ガス測定装置は、排ガスを分析計まで導くためのそれぞれ独立した複数のサンプリングラインを備えたものからなっており、排ガスの測定終了後、サンプリングラインに付着した排ガス成分を取り除くため、従来から空気等によるパージが行われている。

特開２００３−７５３０９ 特開２００３−１４９０９９

従来のパージ方法では、サンプリングラインに付着した排ガス成分を完全に除去することができない。しかも、昨今の自動車触媒技術の向上によって自動車から排出される排ガス成分は、ますます低濃度になってきており、サンプリングラインに残留した排ガス成分が自動車排ガス測定装置の測定結果に与える誤差は無視できないものになってきている。また、従来のパージ方法では、長時間の試験終了までパージを行うことができず、サンプリングラインに付着した排ガス成分を除去できないので、自動車排ガス測定装置の測定結果に誤差を与えていた。

本発明は、前述する従来の状況を改善するためになされたもので、その目的はサンプリングラインに付着した排ガス成分を完全に除去できる排ガス測定装置およびそのサンプリングパージ方法を提供するものである。

本願発明は、上記する目的を達成するにあたって、具体的には、自動車排ガスを分析するための分析計と、前記自動車排ガスを分析計へ導びくための複数のサンプリングラインと、前記サンプリングラインの各入口側に接続され、前記複数のサンプリングラインのいずれかで自動車排ガスを測定している際に、残りのサンプリングラインをパージする手段が設けられている自動車排ガス測定装置であって、前記残りのサンプリングラインをパージしたパージガス中の特定成分濃度をモニタ分析計で計測し、その濃度によって、次の測定に使用するサンプリングラインを自動的に決定することを特徴とする自動車排ガス測定装置を構成するものである。

さらに、本発明において、請求項２に記載の発明は、自動車排ガスを分析するための分析計と、前記自動車排ガスを分析計へ導びくための複数のサンプリングラインと、前記サンプリングラインの各入口側に接続され、前記複数のサンプリングラインのいずれかで自動車排ガスを測定している際に、残りのサンプリングラインをパージする手段が設けられている自動車排ガス測定装置であって、前記残りのサンプリングラインをパージした後に、サンプリングラインを真空ポンプで減圧にした後、密閉し、その内部圧力の変化を監視することで、サンプリングラインの漏れを検出することを特徴とする自動車排ガス測定装置を構成するものでもある。

さらにまた、本発明において、請求項３に記載の発明は、自動車排ガスを分析するための分析計と、前記自動車排ガスを分析計へ導びくための複数のサンプリングラインと、前記サンプリングラインの各入口側に接続され、前記複数のサンプリングラインのいずれかで自動車排ガスを測定している際に、残りのサンプリングラインをパージする手段が設けられている自動車排ガス測定装置におけるサンプリングラインパージ方法であって、前記残りのサンプリングラインをパージする際にサンプリングラインを真空ポンプで減圧にすることで、サンプリングラインに付着した排ガス成分の蒸発を促進することを特徴とする自動車排ガス測定装置のサンプリングラインパージ方法を構成するものである。

上記の構成からなる本発明では、例えばパージ中の複数のサンプリングラインにおけるパージガス中の特定成分濃度を、モニタ用分析計で順次繰り返し計測することで、最も早くにあらかじめ定められたパージ完了と認められる濃度に達したサンプリングラインを次に使用するサンプリングラインとして認定、記録した後パージ動作を終了することで、必要なパージガスの使用量やパージガスを加熱する電力を抑え、パージ時間が無駄に長くなることを極力抑えることができる。

また、サンプリングラインを真空ポンプで減圧にすることにより、サンプリングラインに付着した排ガス成分の沸点を下げ、蒸発を促進することで、パージ能力が向上し、パージ時間を短縮し、加熱部の設定温度を従来方法よりも適切に下げることが可能になり、それに必要な余分な電力等を削減することができる。

すなわち、上記構成により、サンプリングラインに付着した排ガス成分を確実かつ無駄なく除去することができる自動車排ガス測定装置のサンプリングラインパージ方法を提供することが可能となる。また、前記パージ方法を適用することにより、自動車排ガス測定装置の測定における誤差を低減し、ひいては、生じる前記誤差を最小限とすることが可能となる。

また、自動車排ガスを分析する分析計と、自動車排ガスを分析計へ導入するための加熱された複数のサンプリングラインと、これらのサンプリングラインの入口側に接続され、複数のサンプリングラインのひとつで自動車排ガスを測定している際に、残りのサンプリングラインを加熱された精製空気でパージする手段が設けられている自動車排ガス測定装置であって、サンプリングラインのパージを完了する際、サンプリングラインを減圧状態のまま開閉弁によって密閉し、あらかじめ定められた時間内で変化するサンプリングライン内圧力を圧力センサで検知することで、サンプリングラインの洩れの有無、並びにその度合いを検出し、これを前記自動車排ガス測定装置に適用することにより、自動車排ガス測定装置の測定における誤差を低減し、ひいては、生じる前記誤差を最小限とすることが可能となる。

以上で説明したように、本発明によって、少ない電力、パージ流量でサンプリングラインに付着した自動車排ガス成分を確実に除去し、あわせて上記する目的を実現するための機器構成を利用してサンプリングラインの漏れをチェックすることができる自動車排ガス測定装置と、その排ガスパージ方法を提供することが可能になる。そして複数のサンプリングラインのいずれかで自動車排ガスを測定している際に、残りのサンプリングラインを加熱された精製空気でパージする手段が設けられていることで、長時間の連続測定を目的とした試験においても、瞬時にパージ済みのサンプリングラインと入れ替えることで、連続測定を途切れさせることなくパージが実現できる。またサンプリングラインに付着した自動車排ガス成分を確実に除去できるパージ方法とサンプリングラインの漏れをチェックできる自動車排ガス測定装置を用いることにより、自動車排ガス測定装置を用いた測定に生じる誤差を低減し、ひいては生じる前記誤差を最小限にすることができる。

本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施例に係わる自動車排ガス測定装置のパージ方法（以下パージ方法という）が適用される自動車排ガス測定装置ｆの構成を示す概略図である。この自動車排ガス測定装置ｆは、自動車エンジン（図示せず）から排出された排ガスＳを分析するための分析計６と前記排ガスＳを分析計６に導くための互いに独立した複数のサンプリングライン１、２、３と、排ガス測定後にサンプリングラインの上流から加熱したパージガスＰを送ることができるパージガスライン４とを含むものからなっている。前記各サンプリングライン１、２、３は、それぞれ加熱手段Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を備えており、前記パージガスライン４は、加熱手段Ｈ４を備えている。

パージ動作の際には、前記加熱手段Ｈ４により加熱されたパージガスＰはサンプリングラインを測定動作からパージ動作に切り替えるための切替弁１ｂ、２ｂ、３ｂ、１ｃ、２ｃ、３ｃを経由して排気ライン５の下流にある真空ポンプ７に吸引され、その能力によりパージ中のサンプリングラインは減圧になる。前記真空ポンプ７の排気は、パージ排気ガス中の排ガス成分濃度を計測するモニタ分析計８に導かれる。パージ動作終了時には開閉弁１ａ、２ａ、３ａ、１ｄ、２ｄ、３ｄによってパージ後のサンプリングラインが減圧状態のまま密閉され、圧力センサ１ｅ、２ｅ、３ｅによって、密閉時と、一定時間経過後のサンプリングライン内圧力を比較して漏れの判定を行う。

前記分析計６およびモニタ分析計８は、前記自動車排ガスＳに含まれる成分を分析するものであり、例えば、前記成分としてＮＯ_Ｘ やＣＯ、ＴＨＣなどがある。本実施例では前記分析計６およびモニタ分析計７が全炭化水素を計測する分析計である場合について述べる。

上記構成からなる自動車排ガス測定装置ｆでは、自動車排ガスＳの測定時には切替バルブ１ｂを経て、加熱手段Ｈ１をもつサンプリングライン１に導かれ、切替弁１ｃを経て分析計６に至る。その時、サンプリングライン２及び３は、加熱手段Ｈ４をもつパージライン４から供給される加熱された精製空気Ｐが、開閉弁２ａ及び３ａが開になることによりサンプリングライン２および３に導入され、パージを行い、そのパージガスは切替弁２ｃおよび３ｃを経由し、開閉弁２ｄ、３ｄが開になることで排気ライン５に至る。同時に排気ライン５の下流に位置する真空ポンプ７が作動し、サンプリングライン２および３を減圧する。この時の圧力は導入する精製空気Ｐの流量と、サンプリングラインに付着した排ガス成分が蒸発、気化した時の体積と真空ポンプ７の排気能力によって決定される。開閉バルブ２ａ、２ｄと、３ａ、３ｄは、一定時間毎に交互に開閉して、サンプリングライン２および３のパージは交互に行われることになる。

この時、真空ポンプ７の排気ガスはモニタ分析計８に導入され、サンプリングライン２および３のパージガスに含まれる脱離した排ガス成分を交互に計測する。サンプリングライン２若しくは３のモニタ分析計測定濃度が、あらかじめ定められた濃度を下回れば、それがサンプリングライン２であれば、開閉弁２ａと２ｄが閉じ、それがサンプリングライン３であれば開閉弁３ａと３ｄが閉じてサンプリングラインを減圧状態のまま密閉し、密閉直後の当該サンプリングライン内圧力と、密閉後一定時間経過後の当該サンプリングライン圧力を比較し、その変化が定められた範囲内であれば、例えば、当該サンプリングラインが測定準備を完了した旨ディスプレー等に表示し、必要とされる時期に、自動車排ガスＳを測定するのに使用しているサンプリングライン１に代わって、当該サンプリングラインを使用するものである。この時、それまで測定に使用していたサンプリングライン１は切替弁１ｂおよび１ｃが切り替わりパージガスライン４の下流にある開閉弁１ａおよび１ｄが開になり、パージ動作を開始する。

上述したパージ方法において、モニタ用分析計８のパージ終了を判定する濃度設定値、複数のサンプリングラインに対して、切り替えながらパージ動作を行う時のパージ時間設定、パージ終了後、サンプリングラインを密閉して漏れチェックを行う時間およびその判定圧力などは、測定対象の自動車排ガスの組成や、試験内容によって適切に定める。
また上述したパージ方法では、パージやリークチェックを連続的に自動化して運用することを例としているが、測定対象の自動車排ガスの組成や、試験方法によって、それぞれの動作を個別に運転することもできる。

前記パージを行う時、そのシーケンスは、例えば、図２のように表すことができる。これはパージされるサンプリングラインが２つの時、その一方のサンプリングラインでの挙動を図示したものである。パージ開始と同時にサンプリングラインは真空ポンプ７によって減圧になり、一定時間保持されるが、パージがもう一方のサンプリングラインに移ると、その間は開閉弁により密閉される。この時はサンプリングラインに付着した排ガス成分の蒸発、気化のため、サンプリングライン圧力は徐々に上昇するが、次の周期では当初の減圧レベルに戻る。これを繰り返していく過程で、真空ポンプ７の排気はモニタ用分析計８に導かれ、パージ中のサンプリングラインの排ガス成分濃度が計測されるが、パージの進行と共に浄化が進んで、その濃度は低下していく。

モニタ用分析計８の計測濃度が、あらかじめ設定されたパージ終了濃度に最も早く達したサンプリングラインは開閉弁により密閉され、一定時間保持され、サンプリングラインに設けられた圧力センサによって内部圧力が検知される。サンプリングラインに漏れが無ければその圧力は維持されるが、漏れがあれば圧力は徐々に上昇する。あらかじめ定められた時間に変化した圧力量によって漏れの度合いを判定する。上記シーケンス例では複数のサンプリングラインのパージを交互に行ったが、複数のサンプリングラインを同時にパージした後、上記動作を行うことでパージ効果を高めても良い。またパージやリークチェックを単独で行い、その目的を達成することもできる。

ここで前記パージにおける効果の根拠を挙げる。例えばガソリンエンジンの自動車排ガスであれば、ガソリンの主成分はＣ_１ からＣ_１０の炭化水素であるから、その沸点は３０℃から２００℃であり、サンプリングラインに付着した未燃焼のＣ_１０の炭化水素排ガス成分を完全に脱離、除去するためにはサンプリングラインを２００℃以上に加熱して蒸発、ガス化させる必要があるが、一部の炭化水素は２００℃以上の高温になると分解する可能性があり、しいては全炭化水素としての測定値に誤差を与える事になる。そこで例えばサンプリングライン内の圧力を２００ｍｍＨｇまで真空ポンプ７で下げれば、Ｃ_１０成分の沸点を約１５０℃程度まで下げる事ができ、サンプリングラインの温度も炭化水素が分解しない、低い温度に設定する事が可能になる。

また一方でその時サンプリングラインに導入するパージガス流量は、減圧下では大気圧下での流量の４倍近くになるので、大気圧下でのパージと比べて非常に少ない流量で同等の効果を得ることができ、ひいては電力やパージガスの節約に効果がある。サンプリングライン内の圧力は、パージ時に低くすればするほどパージ効果は増大するが、それは真空ポンプの能力上昇にともなう消費電力の増加や設置面積の増加、及びサンプリングラインを構成している材料の圧力耐久性を考慮し、最適な条件を選定する。

ここで、前記パージガス流量およびサンプリングライン温度と圧力の違いによるパージ効果を比較した実験結果を図３に示す。この実験は、図４に示すような実験装置により行ったものであり、実験条件は、図３に示すように、パージ回数：１回、パージガス流量：５リットル／ｍｉｎ、パージ時間：１０ｓｅｃ、減圧時の圧力：２７０ｍｍＨｇ、バブリングした液体：オクタン、バブリング流量：２リットル／ｍｉｎ、バブリング時間：２０ｓｅｃ、加熱サンプリングライン温度：１００℃であった。その結果は、大気圧でパージ後には、曲線Ｃ−ａであり、減圧下でパージ後には、曲線Ｃ−ｂであった。本発明は、このような実験結果から得られた知見を基に考案されたもので、自動車排ガス測定装置ｆにおける最適なパージ方法を提供することを目的としている。

本発明の一実施例に係わる自動車排ガス測定装置のパージ方法が適用される自動車排ガス測定装置の構成を概略的に示す説明図である。 上記実施例におけるパージパターンの一例を概略的に示す説明図である。 上記実施例において、圧力の違いによるパージ効果を比較した実験結果を概略的に示すグラフである。 上記実施例において、実験の状況を示す概略的な説明図である。

符号の説明

１ 加熱サンプリングライン
２ 加熱サンプリングライン
３ 加熱サンプリングライン
４ パージガスライン
５ 排気ライン
６ 分析計
７ 真空ポンプ
８ モニタ分析計
Ｐ パージガス
Ｓ 自動車排ガス
ｆ 自動車排ガス測定装置

Claims (3)

1. 自動車排ガスを分析するための分析計と、前記自動車排ガスを分析計へ導びくための複数のサンプリングラインと、前記サンプリングラインの各入口側に接続され、前記複数のサンプリングラインのいずれかで自動車排ガスを測定している際に、残りのサンプリングラインをパージする手段が設けられている自動車排ガス測定装置であって、
   前記残りのサンプリングラインをパージしたパージガス中の特定成分濃度をモニタ分析計で計測し、その濃度によって、次の測定に使用するサンプリングラインを自動的に決定することを特徴とする自動車排ガス測定装置。
2. 自動車排ガスを分析するための分析計と、前記自動車排ガスを分析計へ導びくための複数のサンプリングラインと、前記サンプリングラインの各入口側に接続され、前記複数のサンプリングラインのいずれかで自動車排ガスを測定している際に、残りのサンプリングラインをパージする手段が設けられている自動車排ガス測定装置であって、
   前記残りのサンプリングラインをパージした後に、サンプリングラインを真空ポンプで減圧にした後、密閉し、その内部圧力の変化を監視することで、サンプリングラインの漏れを検出することを特徴とする自動車排ガス測定装置。
3. 自動車排ガスを分析するための分析計と、前記自動車排ガスを分析計へ導びくための複数のサンプリングラインと、前記サンプリングラインの各入口側に接続され、前記複数のサンプリングラインのいずれかで自動車排ガスを測定している際に、残りのサンプリングラインをパージする手段が設けられている自動車排ガス測定装置におけるサンプリングラインパージ方法であって、
   前記残りのサンプリングラインをパージする際にサンプリングラインを真空ポンプで減圧にすることで、サンプリングラインに付着した排ガス成分の蒸発を促進することを特徴とする自動車排ガス測定装置のサンプリングラインパージ方法。

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