JP6235106B2 - 排ガス分析システム及び排ガス分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）からの排ガスをサンプリングして分析する排ガス分析システム及び排ガス分析方法に関するものである。

近年、ハイブリッド車やアイドリングストップ車の増加に伴い、運転中にエンジンが停止する車両の排ガス計測を行われるようになっている。

ここで従来の排ガス分析装置としては、特許文献１に示すように、エンジンの排ガスが流れるテールパイプからダイレクトに排ガスをサンプリングして排ガス分析装置に導入するものがある。

しかしながら、この排ガス分析装置を用いて上記のハイブリッド車などの排ガス計測を行う場合には、エンジンが停止した場合においても排ガス分析装置のポンプによる吸引が行われてしまう。そうすると、エンジンを含むテールパイプ内に本来とは異なるガスの流れが生じてしまい、例えばテールパイプ内に設けられた触媒の温度が変化してしまう、あるいはエンジンの排気ポートの圧力が低下してしまう等の不具合が生じる恐れがある。

このときエンジンの停止と同時に排ガス分析装置のポンプを停止して計測を停止することが考えられるが、ポンプを停止した場合には、ポンプの惰性によりガス吸引が瞬時に停止せずに、エンジンやテールパイプ等の配管内が陰圧となり、エンジン条件が変化したり、分析装置のポンプ自体に負荷がかかり、あるいはガスが不用意に流れたりするなどの問題がある。また、排ガス分析装置測定のポンプの停止後、エンジン始動と同時にポンプを起動するとポンプなどの立ち上がりの遅れが懸念される。

特開２０１０−１３９３４０号公報

そこで本発明は、車両運転中にエンジン回転が停止する車両の排ガス分析において、当該エンジンの停止による問題点を一挙に解決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分析システムは、エンジンからの排ガスが流れる排ガス流路に一端が開口し、分析機器に他端が接続された排ガス導入配管と、前記排ガス導入配管により排ガスをサンプリングして前記分析機器に導くサンプリング経路及び大気を導入して前記分析機器に導く大気導入経路を選択的に切り替える切り替え機構と、を前記分析機器上流に備え、前記分析機器への経路を、前記エンジンが停止状態から運転状態に切り替わる場合に前記切り替え機構により前記サンプリング経路とし、前記エンジンが運転状態から停止状態に切り替わる場合に前記切り替え機構により大気導入経路とすることを特徴とする。

このようなものであれば、切り替え機構によりエンジンが運転（回転）状態にある時はサンプリング経路とし、エンジン停止時は大気導入経路としているので、分析機器を動作させたままであっても、排ガス流路から排ガス導入配管にガスが吸引されることがない。これにより、エンジン停止時における排ガス流路における不意のガス流れ、触媒の温度変化、排気ポートの圧力低下などの問題点を解消することができる。また、エンジン停止時であっても分析機器のポンプを停止する必要がないので、ポンプ起動時の立ち上がり又はポンプ停止時の惰性による問題点も解消することができる。

この排ガス分析システムの構成を簡略化するとともにコストを削減して安価にするだけでなく、操作を簡単にするためには、前記排ガス導入配管が、一端が前記排ガス流路に開口した上流側配管と、他端が前記分析機器に接続された下流側配管とを有し、前記切り替え機構が、第１のポートに前記上流側配管が接続され、第２のポートに前記下流側配管が接続され、第３のポートが大気開放された三方弁であることが望ましい。

またエンジンの運転又は停止に応じて自動で切り替え機構を制御できるようにするためには、前記エンジンが運転状態にあるか（回転しているか）否かを示すエンジン動作関連信号を受け付けた制御装置が、前記切り替え機構を制御することが望ましい。

また本発明に係る排ガス分析方法は、エンジンからの排ガスが流れる排ガス流路に一端が開口し、分析機器に他端が接続された排ガス導入配管と、前記排ガス導入配管により排ガスをサンプリングして前記分析機器に導くサンプリング経路及び大気を導入して前記分析機器に導く大気導入経路を選択的に切り替える切り替え機構とを前記分析機器上流に設け、前記分析機器への経路を、前記エンジンが停止状態から運転状態に切り替わる場合に前記切り替え機構により前記サンプリング経路とし、前記エンジンが運転状態から停止状態に切り替わる場合に前記切り替え機構により前記大気導入経路とす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、エンジン停止時における排ガス流路における不意のガス流れ、触媒の温度変化、排気ポートの圧力低下などの問題点を解消することができる。また分析機器のポンプを停止する必要がないので、ポンプ起動時の立ち上がり又はポンプ停止時の惰性による問題点も解消することができる。

本実施形態の排ガス分析システムの構成を概略的に示す図。 同実施形態のサンプリング経路及び大気導入経路を示す図。 変形実施形態に係る切り替え機構を示す図。 その他の排ガス分析システムの構成を概略的に示す図。

以下に本発明に係る排ガス分析システムの一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る排ガス分析システム１００は、エンジンダイナモ２００に搭載されたエンジンからの排ガスを分析するものである。

具体的にこのものは、図１に示すように、エンジンＥの排ガスを分析する分析機器である排ガス分析装置２と、エンジンダイナモ２００に搭載されたエンジンＥの排ガスが流れる排ガス流路３００に一端が開口し、排ガス分析装置２に他端が接続された排ガス導入配管３と、この排ガス導入配管３に設けられ、当該排ガス導入配管３により排ガスをサンプリングするサンプリング経路Ｌ１及び大気を導入する大気導入経路Ｌ２を選択的に切り替える切り替え機構４と、この切り替え機構４を制御する制御装置５とを備えている。なお、前記排ガス導入配管３、切り替え機構４及び制御装置５により排ガスサンプリング装置が構成される。

排ガス分析装置２は、排ガス中に含まれる測定成分の濃度を測定するものであり、例えばＮＤＩＲ法によりＣＯ、ＣＯ_２、ＦＩＤ法によりＴＨＣ、ＣＬＤ法によりＮＯ_Ｘの濃度を測定する。

また、排ガス流路３００において、排ガス導入配管３の一端開口（サンプリングポイント）に対する上流側及び下流側にはそれぞれ、排ガスを浄化するための排ガス浄化触媒が設けられている。

本実施形態の切り替え機構４は、排ガス導入配管３に設けられた三方電磁弁により構成されている。この三方電磁弁４は、排ガス導入配管３を構成する上流側配管３１が接続される上流側ポート（第１のポート）Ｐ１と、排ガス導入配管３を構成する下流側配管３２が接続される下流側ポート（第２のポート）Ｐ２と、大気開放された大気開放ポート（第３のポート）Ｐ３とを有する。なお、上流側配管３１の上流側開口が前記排ガス流路３００内に開口している。また下流側配管３２の下流側が排ガス分析装置２のガス導入ポートに接続されている。その他、大気開放ポートＰ３に大気開放された配管を接続しても良い。

この三方電磁弁４は、後述する制御装置５により制御されて、図２に示すように、上流側ポートＰ１及び下流側ポートＰ２が連通するサンプリング経路Ｌ１（図２（Ａ）参照）と、大気開放ポートＰ３及び下流側ポートＰ２が連通する大気導入経路Ｌ２（図２（Ｂ）参照）とを選択的に切り替える。三方電磁弁４は、切り替えの応答性を良くするために、サンプリングポイントに近い方が望ましく、本実施形態では排ガス導入配管３において排ガス流路３００を形成する配管の外側近傍に設けている。

制御装置５は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏチャネル、Ａ／Ｄコンバータ等を備えた専用乃至汎用のコンピュータであり、前記メモリに記憶させた制御プログラムにしたがってＣＰＵ及びその周辺機器が協働することにより、エンジンＥの運転／停止に併せて前記切り替え機構である三方電磁弁４を切り替えるものである。

具体的に制御装置５は、エンジンＥが運転状態にある時は三方電磁弁４を制御することによってサンプリング経路Ｌ１とし、エンジンＥの停止時は三方電磁弁４を制御することによって大気導入経路Ｌ２とする。これにより、エンジンＥの運転（回転）時はサンプルが排ガス分析装置２に導入され、エンジンＥの停止時は、大気が排ガス分析装置２に導入される。

この制御装置５は、エンジンＥ又は当該エンジンＥの周辺装置から得られるエンジン動作関連信号に基づいて前記三方電磁弁４を切り替え制御する。エンジン動作関連信号は、内燃機関が運転状態にあるか、すなわちエンジンＥが回転しているか否か（エンジンＥの運転（ＯＮ）／停止（ＯＦＦ））を示す信号であり、例えば、エンジンＥの回転数を検出するピックアップセンサから得られる検出信号、エンジンＥの点火信号、エンジンＥの振動又は騒音を解析して得られるエンジン回転数信号、周辺装置であるエンジンダイナモ２００から得られるエンジン回転数信号、排ガス流路３００を流れる排ガス流量を検出する流量センサから得られる排ガス流量信号、エンジンＥの吸気流量を検出する流量センサから得られる吸気流量信号などである。

そして、制御装置５は、上記のエンジン動作関連信号を取得して、エンジンＥが回転しているか否か（エンジンＥのＯＮ／ＯＦＦ）を判断し、エンジンＥがＯＦＦであると判断した場合には、三方電磁弁４を切り替えて大気導入経路Ｌ２とする。一方、制御装置５は、エンジンＥがＯＮであると判断した場合には、三方電磁弁４を切り替えてサンプリング経路Ｌ１とする。

なお、エンジン動作関連信号として上記の信号を用いた場合には、実際のエンジン運転に対して切り替えタイミングが遅くなってしまう場合がある。この場合にはエンジン動作関連信号として、別途エンジン始動信号を用いても良い。また、例えばアイドリングストップ車のようにテストモードの区間でエンジンＥのＯＮ／ＯＦＦがはっきりしているような場合にはテストモードを解析して得られた解析信号をエンジン動作関連信号として用いて、エンジンＥがＯＮ／ＯＦＦになるべきタイミングで切り替え機構４を切り替えてサンプリング経路Ｌ１／大気導入経路Ｌ２を切り替えることも可能である。

このように構成した本実施形態に係る排ガス分析装置１００によれば、三方電磁弁４によりエンジン運転時はサンプリング経路Ｌ１とし、エンジン停止時は大気導入経路Ｌ２としているので、排ガス分析装置２を動作させたままであっても、排ガス流路３００から排ガス導入配管３にガスが吸引されることがない。これにより、エンジン停止時における排ガス流路３００における不意のガス流れ、触媒の温度変化、排気ポートの圧力低下などの問題点を解消することができる。

また、エンジン停止時であっても排ガス分析装置２のポンプを停止する必要がないので、ポンプ起動時の立ち上がり又はポンプ停止時の惰性による問題点も解消することができる。

さらに、三方電磁弁４を用いていることから、排ガス分析装置１００の構成を簡略化するとともにコストを削減して安価にするだけでなく、操作を簡単にすることができる。

その上、三方電磁弁４を設けることにより、排ガスをサンプリングしない暖機モードのような場合に、排ガス分析装置２側からガスを逆流させて排ガス導入配管３をパージすることができる。また長時間の測定を行う場合において途中でパージが必要な状況であっても、エンジンＥ側の影響を与えることなくパージすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

エンジンの停止又は運転に合わせて測定を停止又は開始する場合、そのタイミングが重要である。排ガスサンプリングを行う排ガス分析システム１００の場合は、サンプリングポイントから分析機器２までに排ガスが流れる遅れ時間も排出量演算の精度向上のために重要となる。遅れ時間は分析機器２の種類や配管長により異なるため、成分ごとに遅れ時間を計測して、排出量の演算時に遅れ時間補正を行うことが望ましい。

この遅れ時間を計測するためには、例えば排ガス導入配管の上流側開口に、成分濃度既知の標準ガス等を供給して、切り替え機構をサンプリング経路に切り替える。この切り替えタイミングと、分析機器の指示の立ち上がりタイミングを比べることで測定開始時の遅れ時間が分かる。同様に、濃度既知の標準ガス等を流した状態で、切り替え機構を大気導入経路に切り替える。この切り替えタイミングと、分析機器の指示の立ち下がりを比べることで測定停止時の遅れ時間が分かる。なお、成分濃度既知の標準ガスを供給する供給機構を別途設けることなく、エンジンを定常状態にして排ガス濃度を一定にすることで同様の遅れ時間の計測を行うことができる。

また前記実施形態では、切り替え機構４が三方電磁弁であり、制御装置５がエンジン動作関連信号を取得して自動的に三方電磁弁４を切り換えるものであったが、ユーザが制御装置５を操作することによって三方電磁弁４を切り替えるようにしても良い。

また切り替え機構４を三方弁から構成し、ユーザが手動で三方弁を切り替えるように構成しても良い。

さらに前記実施形態の排ガス分析装置は、分析機器として排ガス分析装置２を用いたものであったが、その他ＰＭ分析装置を用いたものであっても良い。

その上、切り替え機構４として、図３に示すように、排ガス導入配管３から分岐した大気開放配管４１を設け、その分岐点Ｐよりも上流側にそれぞれ開閉弁４２、４３を設けて構成しても良い。

加えて、排ガス分析装置１００を用いて排ガス流路３００上に設けられた排ガス浄化触媒の上流側及び下流側それぞれから排ガスをサンプリングし、そのサンプリングした排ガスを分析することで触媒の浄化効率を分析するようにしても良い。この場合、排ガス分析装置１００は、図４に示すように、排ガス浄化触媒の上流側から排ガスをサンプリングする第１排ガス導入配管３Ａと、排ガス浄化触媒の下流側から排ガスをサンプリングする第２排ガス導入配管３Ｂとを備えており、第１排ガス導入配管３Ａ及び第２排ガス導入配管３Ｂそれぞれにサンプリング経路Ｌ１及び大気導入経路Ｌ２の間で選択的に切り替える切り替え機構４Ａ、４Ｂが設けられている。

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・・・排ガス分析システム
３００・・・排ガス流路
２ ・・・排ガス分析装置（分析機器）
３ ・・・排ガス導入配管
Ｌ１ ・・・サンプリング経路
Ｌ２ ・・・大気導入経路
４ ・・・切り替え機構（三方電磁弁）
５ ・・・制御装置

Claims (3)

1. エンジンからの排ガスが流れる排ガス流路に一端が開口し、前記排ガスに含まれる成分濃度を測定する分析装置に他端が接続され、排ガス計測中にポンプにより前記分析装置に前記排ガスを導く排ガス導入配管と、
   前記排ガス計測中に停止することなく運転する前記ポンプによって前記排ガス導入配管により排ガスをサンプリングして前記分析装置に導くサンプリング経路、及び、前記分析装置への前記サンプリング経路を遮断した状態で、前記ポンプによって大気を導入して前記分析装置に導く大気導入経路を前記エンジンの運転及び停止にあわせて選択的に切り替える切り替え機構とを前記分析装置上流に備え、
   前記分析装置への経路を、前記エンジンが停止状態から運転状態に切り替わる場合に前記切り替え機構により前記サンプリング経路とし、前記エンジンが運転状態から停止状態に切り替わる場合に前記切り替え機構により大気導入経路とするものであり、
   前記切り替え機構により大気導入経路に切り替えたタイミングから前記分析装置の指示の立ち下がるまでの測定停止時の遅れ時間を計測する遅れ時間計測部を備える排ガス分析システム。
2. 前記排ガス中に含まれる測定成分の排出量を演算する排出量演算部を備え、
   前記排出量演算部が、前記遅れ時間計測部により得られた遅れ時間を用いて遅れ時間補正を行う請求項１記載の排ガス分析システム。
3. エンジンからの排ガスが流れる排ガス流路に一端が開口し、前記排ガスに含まれる成分濃度を測定する分析装置に他端が接続され、排ガス計測中にポンプにより前記分析装置に前記排ガスを導く排ガス導入配管と、前記排ガス計測中に停止することなく運転する前記ポンプによって前記排ガス導入配管により排ガスをサンプリングして前記分析装置に導くサンプリング経路、及び、前記分析装置への前記サンプリング経路を遮断した状態で、前記ポンプによって大気を導入して前記分析装置に導く大気導入経路を前記エンジンの運転及び停止にあわせて選択的に切り替える切り替え機構とを前記分析装置上流に設け、
   前記分析装置への経路を、前記エンジンが停止状態から運転状態に切り替わる場合に前記切り替え機構により前記サンプリング経路とし、前記エンジンが運転状態から停止状態に切り替わる場合に前記切り替え機構により前記大気導入経路とするものであり、
   前記切り替え機構により大気導入経路に切り替えたタイミングから前記分析装置の指示の立ち下がるまでの測定停止時の遅れ時間を計測することを特徴とする排ガス分析方法。