JP5912981B2 - 排ガス希釈装置及びｐｍ測定システム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンから排出される排ガスを希釈する排ガス希釈装置、及び当該排ガス希釈装置を用いたＰＭ測定システムに関するものである。

この種の排ガス希釈装置としては、エンジンから排出される排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を測定するものとして、特許文献１に示すように、希釈トンネルと、当該希釈トンネルに排ガスを導入するための排ガス導入管と、当該排ガス導入管の導入口近傍に設けられたオリフィスが形成されたオリフィス板とを有するものがある。

ここで、特許文献２に示すように、単一の希釈トンネルに、第１排ガスを導入する第１排ガス導入管及び第２排ガスを導入する第２排ガス導入管を設け、これら排ガス導入管を切り替え弁によって切り替えることにより、各エンジンからの排ガスを選択的に希釈及び測定できるように構成したものがある。そして、この排ガス希釈装置では、第１排ガス及び希釈用空気を混合するオリフィスの下流側に、第２排ガス導入管が接続されている。

しかしながら、オリフィスの下流側に第２排ガス導入管が接続されているため、第１排ガスのＰＭ測定を行う場合には、オリフィスにより希釈された第１排ガスが、第２排ガス導入管の開口空間に滞留し、又は当該開口空間を形成する内面に付着して、第１排ガスのＰＭ測定に測定誤差が生じてしまうという問題がある。つまり、第1排ガスと希釈ガスとが混合される混合部より下流では、希釈ガスにより排ガスが冷却され、ＰＭが生成される。そのような混合部よりも下流側にデッドスペースを設けると、そのデッドスペースにＰＭが付着してしまい、測定誤差となるのである。また、第１排ガスのＰＭ測定終了後に、第２排ガスのＰＭ測定を行う場合には、当該第２排ガス導入管の開口空間に残留又は付着した第１排ガス由来のＰＭが、第２排ガスに含まれるＰＭとして測定される恐れがあり、第２排ガスのＰＭ測定に測定誤差が生じてしまうという問題がある。

特開２０００−３２９６６１号公報 国際公開ＷＯ２０１０／１１２２８６号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、複数のエンジンから排出される排ガスの排ガス計測において、希釈トンネルを共通化することによって生じる例えばＰＭ測定等といった排ガス測定における誤差を低減することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る排ガス希釈装置は、希釈用空気が供給され、エンジンからの排ガスを希釈するための希釈トンネルと、第１エンジンから排出された第１排ガスを前記希釈トンネルに導入する第１排ガス導入路と、第２エンジンから排出された第２排ガスが希釈されたものである第２希釈排ガスを前記希釈トンネルに導入する第２希釈排ガス導入路とを備え、前記希釈トンネルが、前記第１排ガス導入路により導入された第１排ガス及び前記希釈用空気を混合するガス混合部とを有し、前記第２希釈排ガス導入路が、前記希釈トンネルにおける前記ガス混合部よりも上流側に前記第２希釈排ガスを導入するものであり、前記第１排ガス導入路及び前記第２希釈排ガス導入路が、前記希釈トンネル内において合流していることを特徴とする。

このようなものであれば、単一の希釈トンネルを用いて第１エンジン及び第２エンジンから排出される排ガスを測定することができる。これにより、例えば第１排ガス及び第２希釈排ガス中に含まれる例えばＰＭ測定等の排ガス測定を行う場合に、それぞれに対応した専用の希釈トンネルを用意する必要が無く、コスト削減及びシステムの小型化を実現することができる。また、第２希釈排ガス導入路が、希釈トンネルにおけるガス混合部の上流側に第２希釈排ガスを導入することから、第１排ガス測定において、ガス混合部の下流側に第２希釈排ガス導入路を開口させた場合に生じるＰＭ測定誤差を低減することができる。例えば、第１排ガスのＰＭ測定において、第２希釈排ガス導入路の開口空間に第１排ガスのＰＭ等の測定成分が滞留又は付着することにより生じる測定誤差を低減することができる。また、第２希釈排ガスの例えばＰＭ測定等の排ガス測定において、第２希釈排ガス導入路の開口空間に残留又は付着した第１排ガス由来のＰＭ等の測定成分が、第２希釈排ガスに含まれるＰＭ等の測定成分として測定されることを防止して排ガス測定における誤差を低減することができる。

近年では、直接噴射式エンジン等のガソリンエンジンから排出されるガソリン排ガスに含まれるＰＭに関する規制強化が進んでおり、当該ガソリン排ガスに含まれるＰＭを測定する要求がある。この要求を本発明により好適に対処するためには、前記第１エンジンがディーゼルエンジンであり、第２エンジンがガソリンエンジンであることが望ましい。これならば、ディーゼルエンジンから排出されるディーゼル排ガスを希釈する排ガス希釈装置と、ガソリンエンジンから排出されるガソリン排ガスを希釈する排ガス希釈装置を別個に準備する必要が無く、コスト削減及びシステムの小型化を実現することができる。さらに、第２希釈排ガス導入路の開口空間によるデッドスペースのＰＭ等の滞留又は付着という課題は、ディーゼルエンジンからの排ガスにおいて、より顕著に表れるものであり、ディーゼルエンジンからの希釈排ガス混合部下流側にデッドスペースを設けないことによる効果は大きい。

第２希釈排ガス導入路を希釈トンネルの側壁に開口させることによってガス混合部の上流側に第２希釈排ガスを導入することも考えられるが、そうすると、第２希釈排ガスに含まれるＰＭ等の測定成分が希釈トンネルの内壁面に付着してしまい、ＰＭ測定等の排ガス測定における誤差の要因となる。このため、前記第１排ガス導入路及び前記第２希釈排ガス導入路が、前記希釈トンネル内において合流していることが望ましい。

ここで、従来の排ガスのＰＭ測定においては、排ガス導入路の導入口とガス混合部との間には、ＰＭが付着するような構造物を設けないという技術常識がある。このため、第１排ガス導入路及び第２希釈排ガス導入路を合流させて導入口を共通化させることにより、第２希釈排ガス導入路の導入口とガス混合部との間にＰＭが付着するような構造物の無い構成とすることができる。したがって、第２希釈排ガスに含まれるＰＭが希釈トンネル内の内壁に付着することを防止して測定誤差を低減することができる。

第１排ガス導入路及び第２希釈排ガス導入路を合流させた場合に、一方の導入路に付着したＰＭ等の測定成分が、他方の導入路から希釈トンネル内に排ガスを導入する際に、巻き込まれて混入してしまう恐れがあり、そうすると、測定誤差の要因となってしまう。この問題を解決するためには、前記第１排ガス導入路及び前記第２希釈排ガス導入路が、それらの合流部において同一方向を向くように滑らかに合流していることが望ましい。

希釈トンネル内の構成を可及的に簡略化して、各排ガスに含まれるＰＭ等の測定成分の付着を防止するためには、前記ガス混合部が、前記第１排ガス導入路のガス導入口の近傍にオリフィスが配置されたオリフィス板により構成されていることが望ましい。

また本発明に係るＰＭ測定システムは、希釈用空気が供給され、エンジンからの排ガスを希釈するための希釈トンネルと、第１エンジンから排出された第１排ガスを前記希釈トンネルに導入する第１排ガス導入路と、第２エンジンから排出された第２排ガスが希釈されたものである第２希釈排ガスを前記希釈トンネルに導入する第２希釈排ガス導入路と、前記希釈トンネルの下流側に設けられて、希釈された排ガスをＰＭ測定機器に導入する希釈排ガスサンプリング路とを備え、前記希釈トンネルが、前記第１排ガス導入路により導入された第１排ガス及び前記希釈用空気を混合するガス混合部とを有し、前記第２希釈排ガス導入路が、前記希釈トンネルにおける前記ガス混合部よりも上流側に前記第２希釈排ガスを導入するものであることを特徴とする。

このように構成した本発明によれば、単一の希釈トンネルを用いて第１エンジン及び第２エンジンから排出される排ガス計測を行うことができるとともに、ガス混合部の下流側に第２希釈排ガスを導入しないようにしていることから、当該第２希釈排ガス導入路が第１排ガスのＰＭ測定等の排ガス測定に与える影響を低減することができる。

本実施形態の排ガス希釈装置を用いたＰＭ計測システムの模式図。 同実施形態の各排ガス導入路の合流点近傍の構成を示す模式図。 変形実施形態の排ガス希釈装置を用いたＰＭ計測システムの模式図。

以下に本発明に係る排ガス希釈装置を用いたＰＭ計測システムについて図面を参照して説明する。

本実施形態のＰＭ計測システム１００は、ディーゼルエンジンＤＥから排出されるディーゼル排ガス又はガソリンエンジンＧＥから排出されるガソリン排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を計測するものである。

具体的にこのものは、図１に示すように、希釈用空気が供給され、各種エンジンからの排ガスを希釈するための希釈トンネル２と、第１エンジンであるディーゼルエンジンＤＥからのディーゼル排ガス（第１排ガス）を前記希釈トンネル２に導入する第１排ガス導入路３（以下、ディーゼル排ガス導入路３という。）と、第２エンジンであるガソリンエンジンＧＥからのガソリン排ガスを希釈して当該希釈されたガソリン排ガス（第２希釈排ガス）を前記希釈トンネル２に導入する第２希釈排ガス導入路４（以下、ガソリン排ガス導入路４という。）と、前記希釈トンネル２の下流側に設けられて、希釈された排ガスをＰＭ測定機器６に導入する希釈排ガスサンプリング路５とを備えている。

希釈トンネル２は、概略円筒形状をなすものである。そして、希釈トンネル２の上流側には、空気清浄フィルタＦを介して希釈用空気を導入するための希釈用空気導入路７が接続されている。また、希釈トンネル２の下流側には、ベンチュリ流量計（例えば、臨界流量ベンチュリ方式（ＣＦＶ））及び吸引ポンプからなる定流量採取装置（ＣＶＳ）８が接続されている。なお、前記希釈用空気導入路７には、当該希釈用空気導入路７の開閉を行う電磁弁等の開閉弁７１が設けられている。

また、希釈トンネル２の内部には、ディーゼル排ガス導入路３により導入されたディーゼル排ガス及び希釈用空気を混合するガス混合部２１が設けられている。このガス混合部２１は、図２に示すように、希釈用空気導入路７から導入された希釈用空気を絞るためのオリフィス２０１が形成された断面円形のオリフィス板２００により形成されている。つまり、ガス混合部２１は、前記オリフィス２０１及びその下流側領域からなる。このオリフィス板２００は、希釈トンネル２の内部を２分するように設けられている。そして、このオリフィス２０１によって希釈用空気導入路７から導入された希釈用空気が乱流となり、当該希釈用空気が、ディーゼル排ガス導入路３により導入されたディーゼル排ガス又はガソリン排ガス導入路４により導入された希釈ガソリン排ガスと混合される。

ディーゼル排ガス導入路３は、ディーゼルエンジンＤＥに接続された排気管からのディーゼル排ガスを希釈トンネル２に導入するものであり、前記ディーゼルエンジンＤＥの排気管から排出されるディーゼル排ガスを導入するディーゼル排ガス導入ポート３１を一端に有する。また、ディーゼル排ガス導入路３の下流側には、当該ディーゼル排ガス導入路３の開閉を行う電磁弁等の開閉弁３２が設けられている。

また、ディーゼル排ガス導入路３における希釈トンネル２内の他端開口（ディーゼルガス導入口３３）は、図２に示すように、前記ガス混合部２１を構成するオリフィス２０１の近傍に開口している。つまり、オリフィス２０１がディーゼル排ガス導入路３の導入口３３近傍に位置するように設けられている。具体的には、オリフィス２０１と導入口３３とは同軸上に配置されており、オリフィス２０１の上流側近傍に導入口３３が配置される場合、オリフィス２０１の下流側近傍に導入口３３が配置される場合、オリフィス２０１内に導入口３３が配置される場合が考えられる。

ガソリン排ガス導入路４は、ガソリンエンジンＧＥに接続された排気管からのガソリン排ガスを希釈トンネル２に導入するものであり、前記ガソリンエンジンＧＥの排気管から排出されるガソリン排ガスを導入するガソリン排ガス導入ポート４１を一端に有する。

また、ガソリン排ガス導入路４には、当該ガソリン排ガス導入ポート４１から導入されたガソリン排ガスを希釈するための希釈用空気導入路９が接続されている。このように、導入ポート４１に導入されたガソリン排ガスを、ガソリン排ガス導入路４上で希釈することにより、当該ガソリン排ガスに含まれる水分がガソリン排ガス導入路４上で凝集してしまうことを防止している。さらに、ガソリン排ガス導入路４の下流側には、当該ガソリン排ガス導入路４の開閉を行う電磁弁等の開閉弁４２が設けられている。なお、前記希釈用空気導入路９には、当該希釈用空気導入路９の開閉を行う電磁弁等の開閉弁９１が設けられている。また、前記希釈用空気導入路７及び前記希釈用空気導入路９は、それら開閉弁７１及び開閉弁９１の上流側で合流しており、開閉弁７１及び開閉弁９１の開閉を切り替えることによって、希釈トンネル２への希釈用空気の導入及びガソリン排ガス導入路４への希釈用空気の導入を選択できるように構成されている。

さらに、ガソリン排ガス導入路４における希釈トンネル２内の他端開口（ガソリン排ガス導入口４３）は、ガス混合部２１の上流側において開口しており、希釈トンネル２におけるガス混合部２１よりも上流側に希釈されたガソリン排ガスを導入するように構成されている。

そして、ディーゼル排ガス導入路３に設けられた開閉弁３２及びガソリン排ガス導入路４に設けられた開閉弁４２の開閉を切り替えることによって、ディーゼル排ガス中のＰＭ計測及び希釈されたガソリン排ガス中のＰＭ計測を択一的に行うように構成される。

希釈排ガスサンプリング路５は、希釈トンネル２によって希釈されたディーゼル排ガス又は希釈されたガソリン排ガスを、ＰＭ測定機器６に導くものである。本実施形態の希釈排ガスサンプリング路５は、希釈トンネル２におけるガス混合部２１の下流側に開口するサンプリングポート５１を一端に有し、他端が、２つに分岐され、それぞれの分岐路５２、５３に希釈された排ガス中に含まれるＰＭを捕集するためのフィルタ６１、６２（ＰＭ測定機器６）が設けられている。一方の分岐路５２は、ＰＭ採取時（排ガス測定時）のサンプルガス（サンプリングポート５１により採取されたガス）を流すためのサンプルガス流路を構成し、他方の分岐路５３は、ＰＭ非採取時（レファレンス測定時）のサンプルガスを流すためのバイパス流路を構成する。また、それぞれの分岐路５２、５３の下流端には、回転数制御によって吸引能力が可変の吸引ポンプ（例えばルーツブロアポンプ）５４、５５が設けられている。

この吸引ポンプ５４、５５は、図示しない制御機器（ＰＩＤコントローラ）によって制御することにより、フィルタ６１を通過するガス流量を、希釈トンネル２内のガス流量に対して常に一定の比例関係を持って追従させるようにしている。つまり、希釈排ガスサンプリング路５の下流側に設けられる図示しない流量計によって測定されるガス流量が、定流量採取装置（ＣＶＳ）８によって測定されるガス流量と一定の比例関係となるように流量制御されている。

しかしてディーゼル排ガス導入路３及びガソリン排ガス導入路４は、図２に示すように、希釈トンネル２内において合流しており、ディーゼル排ガス導入路３の導入口３３及びガソリン排ガス導入路４の導入口４３が共通の開口となるように構成されている。

具体的に各排ガス導入路３、４における合流点ＭＰよりも下流側は、直線状の共通流路となるように構成されている。また、各排ガス導入路３、４における合流点ＭＰよりも上流側は、希釈トンネル２の側壁に略垂直に貫通しており、その希釈トンネル２の側壁側から前記合流点ＭＰに至るまで曲線状に構成されている。そして、２つの排ガス導入路３、４が、合流点ＭＰに向かって同一方向を向くように、滑らかに合流するように構成されている。具体的には、２つの排ガス導入路のうち一方の排ガス導入路が、他方の排ガス導入路の接線方向を向くように合流するように構成されている。これにより、ディーゼル排ガス導入路３及びガソリン排ガス導入路４を合流させた場合に、一方の導入路から希釈トンネル２内に排ガスを導入する際に、他方の導入路内面に付着したＰＭが巻き込まれて混入することを防止している。

また、本実施形態では、２つの排ガス導入路３、４が、希釈トンネル２内において対称形状となるように構成されており、具体的には、２つの排ガス導入路３、４が、希釈トンネル２の中心軸（オリフィス２０１の開口中心を通る軸線）に対して対称となるように構成されている。これにより、ディーゼル排ガス導入路３及びガソリン排ガス導入路４は、希釈トンネル２における互いに対向する側壁に接続されることとなり、希釈トンネル２の外部における配管を容易にできる。

このように構成した本実施形態に係るＰＭ計測システム１００によれば、単一の希釈トンネル２を用いてディーゼルエンジンＤＥ及びガソリンエンジンＧＥから排出される排ガスを測定することができる。これにより、例えばガソリン排ガス中に含まれるＰＭ測定及びディーゼル排ガスに含まれるＰＭ測定を行う場合に、それぞれに対応した専用の希釈トンネルを用意する必要が無く、コスト削減及びシステムの小型化を実現することができる。

また、ガソリン排ガス導入路４が希釈トンネル２において、ガス混合部２１の上流側に希釈されたガソリン排ガスを導入することから、ディーゼル排ガス測定において、ガス混合部２１の下流側にガソリン排ガス導入路４を開口させた場合に生じるＰＭ測定誤差を低減することができる。例えば、ディーゼル排ガスのＰＭ測定において、ガソリン排ガス導入路４の開口空間にディーゼル排ガスのＰＭが滞留又は付着することにより生じる測定誤差を低減することができる。また、希釈されたガソリン排ガスのＰＭ測定において、ガソリン排ガス導入路４の開口空間に残留又は付着したディーゼル排ガス由来のＰＭが、希釈されたガソリン排ガスに含まれるＰＭとして測定されることを防止して測定誤差を低減することができる。

前記ディーゼル排ガス導入路３及び前記ガソリン排ガス導入路４が、前記希釈トンネル２内において合流しているので、ガソリン排ガス導入路４の導入口４３及びディーゼル排ガス導入路３の導入口３３を共通化させることができる。これにより、希釈されたガソリン排ガスに含まれるＰＭが、希釈トンネル２の内部におけるガス混合部２１の上流側の内壁に付着することを防止して、測定誤差を低減することができる。また、２つの排気ガス導入路３、４を希釈トンネル２内で合流させることによって、共通流路部分を可及的に短くすることができ、各種ガスに含まれるＰＭの相互干渉を防ぐことができる。

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、２つの導入路３、４が希釈トンネル２内で合流するものであったが、ガソリン排ガス導入路４を希釈トンネル２内において、ディーゼル排ガス導入路３とは異なる位置に開口させるように構成しても良いし、図３に示すように、希釈トンネル２の側壁に開口するように構成しても良い。その他、２つの導入路３、４を希釈トンネル２の外部で合流させて、その合流路を希釈トンネル内に導入するように構成しても良い。

また、前記実施形態では、１つの希釈トンネル２に２つの排ガス導入路３、４を設けた構成を示したが、３つ以上の排ガス導入路を設けたものであっても良い。例えば、２つのディーゼル排ガス導入路３及び１つのガソリン排ガス導入路４を備えるものであっても良い。つまり、複数の第１エンジンからの第１排ガスを１つの希釈トンネルを用いて希釈する場合には、複数の第１エンジンそれぞれに対応する第１排ガス導入路を複数設けて、それら複数の第１排ガス導入路を希釈トンネルに接続しても良い。又は複数の第２エンジンからの第２希釈排ガスを１つの希釈トンネルを用いて希釈する場合には、複数の第２エンジンそれぞれに対応する第２希釈排ガス導入路を複数設けて、それら複数の第２希釈排ガス導入路を希釈トンネルに接続しても良い。

また、前記実施形態では第１エンジンをディーゼルエンジンとし、第２エンジンをガソリンエンジンとした場合を示しているが、第１エンジン及び第２エンジンともにディーゼルエンジンであっても良いし、第１エンジン及び第２エンジンともにガソリンエンジンであっても良い。

さらに、前記実施形態では、ディーゼル排ガス導入路３及びガソリン排ガス導入路４が希釈トンネル２に対して互いに対向するように接続されているが、希釈トンネル２に対して同一方向から接続されるものであっても良い。これならば、２つの排ガス導入路が同一方向を向いて合流するので、一方の導入路から希釈トンネル２内に排ガスを導入する際に、他方の導入路内面に付着したＰＭが巻き込まれて混入することをより一層防止することができる。

その上、前記実施形態のガソリン排ガス導入路（第２希釈排ガス導入路）は、ガソリン排ガスを希釈するための希釈用空気導入路が接続されて、当該第２希釈排ガス導入路においてガソリン排ガスを希釈するものであったが、その他、別に設けた希釈装置によって希釈されたガソリン排ガスを受け取り、その希釈された排ガスを希釈トンネルに導入する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・・・ＰＭ計測システム
ＤＥ ・・・ディーゼルエンジン（第１エンジン）
ＧＥ ・・・ガソリンエンジン（第２エンジン）
２ ・・・希釈トンネル
２１ ・・・ガス混合部
３ ・・・ディーゼル排ガス導入路（第１排ガス導入路）
４ ・・・ガソリン排ガス導入路（第２希釈排ガス導入路）
ＭＰ ・・・合流部
５ ・・・希釈排ガスサンプリング路
６ ・・・ＰＭ測定機器

Claims (4)

1. 希釈用空気が供給され、エンジンからの排ガスを希釈するための希釈トンネルと、
   第1エンジンから排出された第１排ガスを前記希釈トンネルに導入する第1排ガス導入路と、
   第２エンジンから排出された第２排ガスが希釈されたものである第２希釈排ガスを前記希釈トンネルに導入する第２希釈排ガス導入路とを備え、
   前記希釈トンネルが、前記第1排ガス導入路により導入された第１排ガス及び前記希釈用空気を混合するガス混合部とを有し、
   前記第２希釈排ガス導入路が、前記希釈トンネルにおける前記ガス混合部よりも上流側に前記第２希釈排ガスを導入するものであり、
   前記第１排ガス導入路及び前記第２希釈排ガス導入路が、前記希釈トンネル内において合流している排ガス希釈装置。
2. 前記第１排ガス導入路及び前記第２希釈排ガス導入路が、それらの合流部において滑らかに合流している請求項１記載の排ガス希釈装置。
3. 前記ガス混合部が、前記第１排ガス導入路のガス導入口の近傍にオリフィスが配置されたオリフィス板により構成されている請求項１又は２記載の排ガス希釈装置。
4. 希釈用空気が供給され、エンジンからの排ガスを希釈するための希釈トンネルと、
   第１エンジンから排出された第１排ガスを前記希釈トンネルに導入する第１排ガス導入路と、
   第２エンジンから排出された第２排ガスが希釈されたものである第２希釈排ガスを前記希釈トンネルに導入する第２希釈排ガス導入路と、
   前記希釈トンネルの下流側に設けられて、希釈された排ガスをＰＭ測定機器に導入する希釈排ガスサンプリング路とを備え、
   前記希釈トンネルが、前記第１排ガス導入路により導入された第１排ガス及び前記希釈用空気を混合するガス混合部とを有し、
   前記第２希釈排ガス導入路が、前記希釈トンネルにおける前記ガス混合部よりも上流側に前記第２希釈排ガスを導入するものであり、
   前記第１排ガス導入路及び前記第２希釈排ガス導入路が、前記希釈トンネル内において合流しているＰＭ測定システム。