JPH04270945A - ディーゼルエンジン排気ガスの分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジン排気
ガス中のパーティキュレート（すす等の微粒子状物質）
の定量分析方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン排気ガス中のパーテ
ィキュレートの測定方法としては、ディーゼルエンジン
から排出される定容量の高温排気ガスをガス流路中に導
入し、このガス流路中に設けられた捕集フィルタによっ
て、パーティキュレートを捕集し、該フィルタを精密天
秤等で秤量してパーティキュレート捕集前のフィルタと
の重量差に基づいて定量分析を行うフィルタ捕集法が一
般に知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記フ
ィルタ捕集法においては、フィルタに吸着した水分が測
定誤差として大きく影響するため、フィルタ中の水分の
みを取り除く温度での加熱処理が必要となる。

【０００４】また、パーティキュレート中には通常有機
溶媒に溶解する　ｓｏｆ（ｓｏｌｕｂｌｅ　ｏｒｇａｎ
ｉｃ　ｆｒａｃｔｉｏｎ）と称される揮発性ＨＣ成分、
ｓｏｏｔと称されるＣ成分、ｓｕｌｆａｔｅ　等が含ま
れており、（イ）　ｓｏｆは有機溶媒抽出、（ロ）ｓｕ
ｌｆａｔｅ　は蒸溜水またはイオンクロマト用溶離液に
て抽出測定しなければならない。そのため、全測定を完
了するには数時間を要し、また、作業自体に非常に熟練
性が要求されるため、分析結果に個人差が生ずる欠点が
あった。

【０００５】なお、図４は上記従来法で測定したエンジ
ン負荷に対する発生粒子量の関係を示し、縦軸は粒子状
物質の性状比率、横軸はエンジン負荷率を表し、図中、
実線はＤｒｙ　ｓｏｏｔ、一点鎖線は　ｓｏｆ、破線は
硫酸イオンの変化を示す。図５は図４に示した各成分の
合計であるパーティキュレートの量を示し、縦軸はパー
ティキュレートの濃度比率、横軸はエンジン負荷率を表
す。

【０００６】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的とするところは、熟練者でなくても短
時間で簡単に高精度な測定を行うことができるディーゼ
ルエンジン排気ガスの分析方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明に係るディーゼルエンジン排気ガスの分析方
法は、フィルタを設置した流路に、ディーゼルエンジン
からの排気ガスを定容量流して、当該排気ガス中のパー
ティキュレートを前記フィルタで捕集し、このフィルタ
を加熱炉内で段階的に昇温加熱して前記パーティキュレ
ート中のＨＣ，Ｃ，Ｓを燃焼させ、その燃焼ガスを酸化
触媒に接触させた後、分析計に導いて分析するようにし
た点に特徴がある。

【０００８】

【作用】上記特徴構成によれば、定容量のディーゼルエ
ンジン排気ガス中のパーティキュレートを捕集したフィ
ルタを加熱炉内で段階的に昇温加熱して前記パーティキ
ュレート中のＨＣ，Ｃ，Ｓを燃焼させ、そのとき発生す
る燃焼ガスを分析計に導いて分析するようにしたため、
溶媒抽出等の前処理を必要とせずに、　ｓｏｆ，ｓｏｏ
ｔ，ｓｕｌｆａｔｅ　を分離して定量分析を行うことが
でき、また、精密天秤や有機溶媒を使用する必要がない
ため、分析結果に個人差が生ずることがなく、熟練者で
なくても高精度な測定を行うことができる。また、たと
え加熱炉内の温度が低く、不完全燃焼が生じた場合にお
いても、酸化触媒によって確実に酸化されるため、測定
精度が向上する。 そのうえ、加熱炉長（均熱長）を短くすることができる
ので、炉構造を小型、軽量にできる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
すると、図１は本発明に係るディーゼルエンジン排気ガ
スの分析方法の第１実施例を示し、同図において、２は
例えば不純物の少ない石英等よりなるフィルタで、まず
このフィルタ２を設置した流路（図示せず）に、ディー
ゼルエンジンからの高温排気ガスを定容量流して、当該
排気ガス中のパーティキュレートをフィルタ２で捕集す
る。

【００１０】そしてこのフィルタ２を、例えば電気抵抗
炉からなる加熱燃焼炉１内に設置する。この加熱燃焼炉
１は、炉内温度を測定するための温度センサ（図示せず
）を備えた温調器１９と、任意の温度設定を行うことに
より温調器１９を制御するための制御器２０と、この制
御器２０での設定温度信号と前記温調器１９の温度セン
サからの信号とを演算処理し、炉内を一定時間所定の温
度に保つためのデータ処理装置２１によって、温度ホー
ルドおよび〜１０００℃程度までの昇温加熱ができるよ
うに構成してある。

【００１１】さらにこの加熱燃焼炉１には、保護用フィ
ルタ３、電磁弁４、調圧器５、ニードルバルブ６を介し
てＯ２　が供給されるように構成されている。１８は加
熱燃焼炉１の直後に設けられた酸化触媒であり、例えば
石英管内にアルミナ担体に白金をコーティングした酸化
触媒を充填したものからなり、その内部は約　６００〜
８００　℃程度に加熱されている。７は酸化触媒１８を
経た燃焼ガスを検出するための例えば非分散型赤外線ガ
ス分析計（以下、ＮＤＩＲと云う）であり、電磁弁８、
ニードルバルブ９、流量計１０を介して導入される例え
ばＨ２　Ｏ，　ＣＯ２　，ＳＯ２　等の複数のガスを同
時に検出するためのＨ２　Ｏ検出器、ＣＯ２　検出器、
ＳＯ２　検出器（図示せず）を互いに光学的に直列また
は並列に配置して構成されている。１１はニードルバル
ブ１２、電磁弁１３を備えたパージ用バイパス流路であ
る。１４はＮＤＩＲ７からの出力信号を増幅するための
プリアンプ、１５は出力信号の曲がりを補正するための
リニアライザ、１６はＮＤＩＲ７からの出力信号として
のガス濃度をＨＣ，Ｃ，Ｓの各重量に換算するための演
算回路、１７はＨＣ，Ｃ，Ｓの各重量等を表示するため
の表示器である。

【００１２】而して、この分析計によるパーティキュレ
ートの定量分析方法を図２をも参照しながら説明すと、
まず、炉内の温度が　１００〜２００　℃程度（図２に
示す例では２００　℃）になるように制御器２０を設定
し、この信号に基づいて温調器１９から加熱燃焼炉１に
設けられたヒータ（図示せず）に電流が通電されること
により、炉内が前記温度となるように加熱する。そして
データ処理装置２１により、ｔ　１　時間（図２参照）
経過するまでこの温度が保たれ、フィルタ２に吸着した
Ｈ２　Ｏを除去する。

【００１３】次いで、電磁弁４、８を開弁、電磁弁１３
を閉弁してＯ２を加熱燃焼炉１内に導入すると共に、加
熱燃焼炉１内をｓｏｆ　のみを燃焼できる温度（例えば
　４００〜６００　℃程度、図２に示す例では　４００
℃）まで昇温してその温度を保ち、酸素気流中において
フィルタ２に捕集されているパーティキュレート中のＨ
Ｃ成分を燃焼させる。これにより、ＨＣ成分の多くは酸
化されてＨ２　Ｏ，ＣＯ２　となり、完全に酸化されな
かった残りのＨＣ成分についても酸化触媒１８において
完全に酸化され、図２に示すｔ　２　時間中に発生した
燃焼ガスはＮＤＩＲ７に導入される。そして上記Ｈ２　
Ｏ，ＣＯ２　はＮＤＩＲ７に設けられたＨ２　Ｏ検出器
、ＣＯ２　検出器（図示せず）により検出される。

【００１４】その後、加熱燃焼炉１内をｓｏｏｔのみ燃
焼できる温度（例えば８００　℃程度）まで昇温してそ
の温度を保ち、前記パーティキュレート中の残りのＨお
よびＣ成分を燃焼、そして酸化触媒１８により酸化させ
、図２に示すｔ　２　時間中に発生した燃焼ガスもＮＤ
ＩＲ７に導入され、同様にＨ２　Ｏ検出器、ＣＯ２　検
出器により検出される。

【００１５】また、Ｓについては加熱燃焼炉１および酸
化触媒１８において発生するＳＯ２　の全量をＳＯ２　
検出器（図示せず）において積算して検出すればよい。 そして前記ｔ　１　，ｔ　２　時間中に発生したＨ２　
Ｏ，ＣＯ２　，　ＳＯ２　　（高温ではＳＯ２　である
が、低温ではＳＯ３　となり易いため酸化触媒でＳＯ２
　に変換）の全量はそれぞれガス濃度（ｖｏｌｕｍｅ％
）に対応した信号として出力される。この出力信号はプ
リアンプ１４、リニアライザ１５により増幅、リニアラ
イズされ、次いで演算回路１６によりＨＣ，Ｃ，Ｓへ重
量換算（ｍｇ）され、表示器１７に表示される。

【００１６】つまり、ＣＯ２　の濃度がＣ１　（ｔ　２
　時間中に発生したガス濃度）　およびＣ１　’　（ｔ
　３　時間中に発生したガス濃度）　であり、Ｈ２　Ｏ
，ＳＯ２　の各濃度がＣ２　，Ｃ３　であるガスが流量
Ｌ（ｌ／ｍｉｎ　）で流れた場合のＣＯ２　，Ｈ２　Ｏ
，ＳＯ２　の各ガスの総量はＸ１　（ＣＯ２）＝Ｌ／６
０×∫Ｃ１　ｄｔ（ｌ）Ｘ１’（ＣＯ２）＝Ｌ／６０×
∫Ｃ１’ｄｔ　（ｌ）Ｘ２　（Ｈ２Ｏ）＝Ｌ／６０×∫
Ｃ１　ｄｔ　　（ｌ）Ｘ３　（ＳＯ２）　＝Ｌ／６０×
∫Ｃ３　ｄｔ　　（ｌ）となり、それぞれのガス中に含
まれているＣ，　Ｈ，Ｓ成分の重量は次式により算出さ
れる。

【００１７】

【数１】

【００１８】

【数２】

【００１９】

【数３】

【００２０】

【数４】

【００２１】また、排気ガスを定容量流して、フィルタ
２にパーティキュレートを捕集させる際のガス量を演算
回路１６に入力しておけば、次式より

【００２２】

【数５】 として、（ｍｇ／　ｍ３　）の単位として表示すること
も可能である。なお、測定終了後、パージを行う場合に
は電磁弁４、１３を開弁、電磁弁８を閉弁し、必要時間
Ｏ２　を導入してパージを行えばよい。

【００２３】そして、以上の結果から、ディーゼルエン
ジン排気ガス中のｓｏｆ，ｓｏｏｔ，ｓｕｌｆａｔｅの
量はそれぞれ

【００２４】

【数６】

【００２５】

【数７】

【００２６】

【数８】 として求めることができる。

【００２７】また、ここでｓｏｆ　およびｓｏｏｔ中の
Ｈ（ｍｇ）はＨ２　ＳＯ２　（ｓｕｌｆａｔｅ）　のＨ
２　も合算されてその分高く計測されるので、Ｓ量によ
り想定されるＨ２　分を差し引けば、より正確に計測で
きる。

【００２８】図３は本実施例による加熱燃焼炉１内の燃
焼温度に対するＣＯ２　およびＣＯガス発生量の変化を
示す図であり、この図から明らかなように、本実施例に
よれば比較的低温（６００　℃付近）から安定してＣＯ
２　が発生しており、逆にＣＯの発生は全温度域にわた
って観測されていない。また、酸化触媒を用いない場合
には、燃焼温度が高温になるにつれてＣＯ２　の発生量
は増加しているものの、ＣＯも常に発生しており、この
ことから、酸化触媒を用いることにより、確実に酸化で
きるようになり、非常に高精度な測定を行うことができ
るようになったのである。

【００２９】なお、本実施例では、分析計として非分散
型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）を用いた場合について
説明したが、これに限らず、たとえば熱伝導度型分析計
（ＴＣＤ）等を用いてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
定容量のディーゼルエンジン排気ガス中のパーティキュ
レートを捕集したフィルタを加熱炉内で段階的に昇温加
熱して前記パーティキュレート中のＨＣ，Ｃ，Ｓを燃焼
させ、そのとき発生する燃焼ガスを分析計に導いて分析
するようにしたため、溶媒抽出等の前処理を必要とせず
に、　ｓｏｆ，ｓｏｏｔ，ｓｕｌｆａｔｅ　を分離して
定量分析を行うことができ、また、精密天秤や有機溶媒
を使用する必要がないため、分析結果に個人差が生ずる
ことがなく、熟練者でなくても高精度な測定を行うこと
ができる。

【００３１】また、たとえ加熱炉内の温度が低く、不完
全燃焼が生じた場合においても、酸化触媒によって確実
に酸化されるため、測定精度が向上する。そのうえ、加
熱炉長（均熱長）を短くすることができるので、炉構造
を小型、軽量にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディーゼルエンジン排気ガス分析装置の全体構
成図である。

【図２】昇温温度に対する発生ガスの関係を示す図であ
る。

【図３】燃焼温度に対するガス発生量の関係を示す図で
ある。

【図４】従来法で測定したエンジン負荷に対する発生粒
子量の関係を示す図である。

【図５】図４に示した各成分の合計であるパーティキュ
レートの量を示す図である。

【符号の説明】

１…加熱（燃焼）炉、２…フィルタ、７…分析計、１８
…酸化触媒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フィルタを設置した流路に、ディーゼ
   ルエンジンからの排気ガスを定容量流して、当該排気ガ
   ス中のパーティキュレートを前記フィルタで捕集し、こ
   のフィルタを加熱炉内で段階的に昇温加熱して前記パー
   ティキュレート中のＨＣ，Ｃ，Ｓを燃焼させ、その燃焼
   ガスを酸化触媒に接触させた後、分析計に導いて分析す
   るようにしたことを特徴とするディーゼルエンジン排気
   ガスの分析方法。