JPH09311101A - 排気ガス測定装置 - Google Patents

排気ガス測定装置

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JPH09311101A JP8150311A JP15031196A JPH09311101A JP H09311101 A JPH09311101 A JP H09311101A JP 8150311 A JP8150311 A JP 8150311A JP 15031196 A JP15031196 A JP 15031196A JP H09311101 A JPH09311101 A JP H09311101A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】排気ガス中に含まれる液体粒子状物質を連続的
に測定することが可能な排気ガス測定装置を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】抽出管４７によって抽出された排気ガス中
の煤を高温のパティキュレートフィルタ３４によって除
去し、冷却用希釈空気供給管５０によって供給される空
気で５２℃以下に冷却し、弗素樹脂から成る液体粒子状
物質用フィルタ４８を通過させ、このときにフィルタ４
８によって液体粒子状物質の捕捉量に比例した差圧を差
圧計４９によって発生させて測定するようにしたもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は排気ガス測定装置に
係り、とくにエンジの排気ガス中の液体粒子状物質を測
定する排気ガス測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関から成るエンジン、とくにディ
ーゼルエンジンの排気ガスを測定する排気ガス測定装置
が、例えば特願平７−８４９００号によって提案されて
いる。この装置はエンジンの排気ガスの一部を排気管か
ら抽出してミニダイリューショントンネルに導き、この
ミニダイリューショントンネルで排気ガスを空気で希釈
して窒素酸化物等の測定を行なうようにしたものであ
る。
【０００３】従来のこのような測定装置は、排気ガス中
の有害物質中、とくに重要な窒素酸化物の測定を主たる
目的として設計されている。ところがディーゼルエンジ
ンの排気ガスには煤（ＳＯＯＴ）や液体粒子状物質（Ｓ
ＯＦ）が含まれており、これらを合せてパティキュレー
ト物質という。このようなパティキュレート物質につい
ては、ミニダイリューショントンネルで希釈された排気
ガスの一部を抽出する計測用抽出管の途中にパティキュ
レートフィルタを設けておき、パティキュレートフィル
タによって上記のようなパティキュレート物質を捕捉
し、その重量をマイクロ天秤によって測定するようにし
ていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のこのようなパテ
ィキュレートフィルタによるパティキュレート物質の捕
捉と、マイクロ天秤による測定によれば、測定がバッチ
処理のためにその効率が非常に悪く、しかも連続測定を
行なうことができなかった。すなわちエンジンの運転状
態に応じて液体粒子状物質がどのように排出されている
かを正確に計測することができなかった。
【０００５】フィルタを用いた差圧測定法をパティキュ
レート物質の計測に適用する試みがなされているが、と
くに液体粒子状物質については、その含有量と差圧との
間に直線関係を見出せず、このためにとくに液体粒子状
物質については差圧測定法を用いることができなかっ
た。
【０００６】本願発明者は液体粒子状物質を捕捉するフ
ィルタの上流と下流との間の差圧と捕捉される液体粒子
状物質の量との間に直線関係が見出せない原因について
各種調査研究を行なった。その結果液体粒子状物質がフ
ィルタ材質の中に浸透することが原因であることを突止
めた。すなわち排気ガス中のパティキュレート物質は、
フィルタ差圧測定法においては、煤（ＳＯＯＴ）の測定
には適しているものの、液体粒子状物質（ＳＯＦ）はフ
ィルタ材質中に浸透し、排気ガス中における液体粒子状
物質の含有量に比例した通気抵抗が発生せず、これによ
ってフィルタの上流と下流との間において正確な差圧が
生せず、測定ができないことが明らかになった。
【０００７】本発明はこのような知見に基いてなされた
ものであって、とくにエンジンの排気ガス中の液体粒子
状物質を正確にかつ連続的に測定することが可能な排気
ガス測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの排
気ガス中の液体粒子状物質を測定する排気ガス測定装置
において、前記液体粒子状物質を含む排気ガスが通過す
る管路に接続されており、前記液体粒子状物質を浸透し
ない材料から成るフィルタと、前記管路の前記フィルタ
の上流側と下流側の差圧を計測する差圧計と、をそれぞ
れ具備し、前記差圧計の計測値から排気ガス中の液体粒
子状物質の含有量を測定するようにしたことを特徴とす
る排気ガス測定装置に関するものである。
【０００９】前記管路の前記液体粒子状物質を測定する
フィルタの上流側に排気ガス中の煤を除去するフィルタ
が接続されていてよい。
【００１０】前記煤を除去するフィルタと前記液体粒子
状物質を測定するフィルタとの間において前記排気ガス
に希釈空気を供給して前記液体粒子状物質の液化温度以
下に下げる冷却手段が接続されてよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態に係
る排気ガス測定装置の全体の構成を示すものであって、
ディーゼルエンジン１０の側面側に取付けられている排
気マニホールド１１には排気管１２が接続されている。
そしてこの排気管１２には排圧調整用バタフライバルブ
１３とマフラ１４とが接続されるようになっている。
【００１２】マフラ１４の出口側は別の排気管１５に接
続されるようになっている。そしてこの排気管１５に脈
動防止用のレゾネータ１６が分岐するように接続されて
いる。また排気管１５はその上端側が大気開放されると
ともに、大気開放された部分が煙道１７の入口部分に臨
んでいる。なおこの煙道１７の先端側には排気ブロア１
８が接続されるようになっている。
【００１３】上記エンジン１０の反対側の部分には吸気
マニホールドが取付けられるとともに、この吸気マニホ
ールドの先端側に吸気管１９が接続されている。そして
吸気管１９にはさらに流量計２０が接続されるようにな
っている。
【００１４】またこの排気ガス測定装置はミニダイリュ
ーショントンネル２２を備えている。このミニダイリュ
ーショントンネル２２はその入口側の部分が空気導入管
２３に接続されている。そして空気導入管２３の先端側
には希釈空気を導入するための空気ポンプ２４が設けら
れている。このような空気ポンプ２４が設けられている
空気導入管２３の先端側は希釈空気供給管２５の端部に
開放状態で対向している。また空気導入管２３には、そ
の中間位置に希釈空気圧力調整バルブ２６が接続されて
いる。
【００１５】これに対してミニダイリューショントンネ
ル２２の下流側には熱交換器２７が接続されるととも
に、熱交換器２７の下流側にはブロア２８が接続される
ようになっている。なおブロア２８は一定の回転数で回
転するブロアである。
【００１６】マフラ１４の下流側に接続されている排気
管１５の直立する部分にはバイパスオリフィス２９が取
付けられるとともに、このオリフィス２９よりも下側の
部分にはサンプリング管３０の一端が挿入され、このサ
ンプリング管３０によって排気ガスを抽出し、ミニダイ
リューショントンネル２２に導入するようにしている。
そしてサンプリング管３０にはサンプリングオリフィス
３１が取付けられている。
【００１７】排気管１５のオリフィス２９とサンプリン
グ管３０のオリフィス３１はそれぞれ絞りの役割をして
おり、これら２つのオリフィス２９、３１の空気抵抗の
比率に応じて各々へ流れる排気ガスの流量が分配され
る。各オリフィス２９、３１の入力圧力はサンプル点が
同じで一定なので、出力圧力を制御することにより、排
気ガスの分配率が変化することになる。
【００１８】ミニダイリューショントンネル２２で希釈
された排気ガスの一部をサンプリングするためのサンプ
リングポンプ３２を有する小径の細管がミニダイリュー
ショントンネル２２に挿入されている。そしてこのサン
プリングポンプ３２の下流側にはＮＯｘ計３３が接続さ
れている。ＮＯｘ計３３はさらに制御用コンピュータ４
４と接続されている。
【００１９】さらにミニダイリューショントンネル２２
に挿入されている別の細管にはパティキュレートフィル
タ３４と、液体粒子状物質用フィルタ４８と、サンプリ
ングポンプ３５と、そして流量計３６とがそれぞれ接続
されている。
【００２０】上記マフラ１４の出口側であって直立する
排気管１５よりも下側の部分に挿入されている細管には
前処理装置３７が接続されるようになっている。そして
この前処理装置３７の下流側にはＮＯｘ計３８が接続さ
れている。ＮＯｘ計３８は制御用コンピュータ４４と接
続されている。
【００２１】図２に拡大して示すように、上記排気管１
５の直立部分に設けられているバイパスオリフィス２９
の両側の圧力差を検出するために差圧計３９が設けられ
ている。また排気ガスの抽出を行なうサンプリング管３
０にはその途中にサンプリングオリフィス３１の両側の
圧力差を検出する差圧計４０が設けられている。これら
の差圧計３９、４０の検出出力はともに制御用コンピュ
ータ４４に入力されるようになっている。
【００２２】また上記吸気管１９の流量計２０とエンジ
ン１０へ供給される燃料の量を測定する燃料計４１とが
制御用コンピュータ４４に接続されている。なお流量計
２０と燃料計４１の測定値に基いてコンピュータ４４が
エンジン１０の排気ガスの総排出量、すなわち排気ガス
流量を演算して求めるようにしている。またブロア２８
の回転計がコンピュータ４４に接続されている。コンピ
ュータ４４は上記ブロア２８の回転数からダイリューシ
ョントンネル２２の流量を演算して求めるようにしてい
る。
【００２３】次に排気ガス中に含まれている煤（ＳＯＯ
Ｔ）と液体粒子状物質（ＳＯＦ）とをそれぞれ測定する
ための装置について図３により説明する。煤を測定する
ためのパティキュレートフィルタ３４が接続されている
管路４７の下流側には液体粒子状物質（ＳＯＦ）用フィ
ルタ４８が接続されている。そしてこのフィルタ４８の
上流側と下流側の圧力差を測定する差圧計４９が設けら
れている。またフィルタ３４の下流側であってフィルタ
４８の上流側には冷却用希釈空気供給管５０が接続され
ている。この供給管５０にはポンプ５１と流量計５２と
がそれぞれ接続されている。
【００２４】流量計５２の検出出力およびポンプ３５の
下流側の流量計３６の検出出力はそれぞれ制御用コンピ
ュータ４４に入力されるようになっている。このコンピ
ュータ４４にはさらに記録計５５が接続されている。ま
た液体粒子状物質用フィルタ４８の上流側には温度計５
３が接続されるとともに、この温度計５３の出力が温度
／電気変換器５４によって電気信号に変換され、制御用
コンピュータ４４に入力されるようになっている。
【００２５】次に上記液体粒子状物質（ＳＯＦ）用フィ
ルタ４８について説明すると、図４および図５に示すよ
うに、このフィルタは弗素樹脂（例えば商品名テフロ
ン）のシートから構成されており、このシートに直径が
約１０μｍの孔を無数に形成したフィルタから構成され
ている。このように弗素樹脂から成るフィルタは、液体
粒子状物質（ＳＯＦ）を吸収することがなく、これによ
って排気ガス中に含まれる液体粒子状物質の量に比例し
た差圧がその両側で確実に発生するものである。
【００２６】以上のような構成において、図１に示すエ
ンジン１０の運転によって生じた排気ガスは排気マニホ
ールド１１および排気管１２を通して取出される。なお
このときに排圧が排圧調整用バタフライバルブ１３によ
って調整されるとともに、マフラ１４によって排気脈動
が低減される。そして排気管１５を通過する排気ガスの
一部がサンプリング管３０によって抽出されるととも
に、ミニダイリューショントンネル２２に導かれる。
【００２７】ミニダイリューショントンネル２２内にお
いて、空気導入管２３を通して導入された大気によって
排気ガスの希釈がなされる。このような希釈のための大
気は希釈空気供給管２５によって供給され、この供給管
２５から供給される空気を空気ポンプ２４によって空気
導入管２３で吸込むようにしている。
【００２８】希釈された排気ガスはサンプリングポンプ
３２によってサンプリングされてＮＯｘ計３３に導か
れ、ここで窒素酸化物の量の測定が行なわれる。さらに
希釈された排気ガスはサンプリングポンプ３５によって
吸引されてパティキュレートフィルタ３４内を通過し、
このときにフィルタ３４によって捕捉されたパティキュ
レートの量が計測される。その後に液体粒子状物質用フ
ィルタ４８内を通過し、このときにフィルタ４８によっ
て捕捉された液体粒子状物質の量が計測される。
【００２９】また希釈される前のエンジン１０の排気ガ
スの状態は、マフラ１４の出口側において排気管１５か
ら直接抽出されるとともに、この排気ガスを前処理装置
３７によって前処理した後に、ＮＯｘ計３８によって測
定するようにしている。
【００３０】次に空気導入管２３を通してミニダイリュ
ーショントンネル２２に吸引される空気の量を調整する
ための構成について説明すると、空気導入管２３に接続
されている空気ポンプ２４がモータ４２によって回転駆
動されるようになっている。そしてこのモータ４２がイ
ンバータ４３によって回転数制御されるようになってい
る。しかもインバータ４３はコンピュータ４４からの信
号に基いて調整されるようになっている。
【００３１】コンピュータ４４にはミニダイリューショ
ントンネル２２内の流量、排気ガスの流量、ミニダイリ
ューショントンネル２２内のＮＯｘ濃度、希釈する前の
排気ガスのＮＯｘ濃度がそれぞれ入力されるようになっ
ている。なおミニダイリューショントンネル２２内の流
量はダイリューショントンネルの流量測定法に準拠した
方法によって測定される。排気ガスの流量は吸入空気量
と燃料流量の和として測定される。ミニダイリューショ
ントンネル２２内のＮＯｘの濃度はＮＯｘ計３３によっ
て測定される。また希釈する前の排気ガス中のＮＯｘ濃
度はＮＯｘ計３８によって測定される。
【００３２】図１に示す排気ガス測定装置のミニダイリ
ューショントンネル２２内の排気ガスの分割比は、トレ
ーサガスを窒素酸化物とすると、エンジン１０が排出す
る排気ガス中の窒素酸化物の全量と、ミニダイリューシ
ョントンネル２２内の希釈ガス中の窒素酸化物の全量の
比から計算され、次の式で表わされる。
【００３３】
【数１】 次に排気ガス中に含まれる液体粒子状物質（ＳＯＦ）の
測定について説明する。ミニダイリューショントンネル
２２内において希釈された排気ガスは図３に示す抽出管
４７によって抽出されるとともに、その中に含まれる煤
（ＳＯＯＴ）がパティキュレートフィルタ３４によって
除去される。フィルタ３４は１９０℃の高温型煤除去用
フィルタから構成されている。そして煤を除去した後
に、冷却用希釈空気供給管５０によって希釈されるとと
もに、その温度が液体粒子状物質の液化温度である５２
℃まで冷却される。なお正しい温度まで冷却されたかど
うかは温度計５３によって計測されるとともに、その値
が変換器５４によって電気信号に変換され、制御用コン
ピュータ４４に入力される。従ってコンピュータ４４は
測定された温度に応じてポンプ５１の回転数を制御し、
これによって適正な温度になるように調整する。
【００３４】適切な温度に下げられた希釈排気ガスは液
体粒子状物質用フィルタ４８に供給される。ここで液体
粒子状物質（ＳＯＦ）は図４および図５に示す弗素樹脂
のシートの微小な孔の内周面に付着し、液体粒子状物質
のフィルタ４８による捕捉量に応じた差圧がこのフィル
タ４８の両側に発生する。このような差圧が差圧計４９
によって測定される。そして測定値は制御用コンピュー
タ４４に入力されるとともに、このコンピュータ４４に
よって記録計５５が駆動され、測定値が連続的に測定さ
れるようになる。
【００３５】このように排気ガス中の液体粒子状物質を
測定するために、ミニダイリューショントンネル２２か
ら抽出管４７によって抽出された排気ガスは煤を除去す
るためのパティキュレートフィルタ３４を通り、冷却用
希釈空気供給管５０を通して供給される空気によって５
２℃まで冷却され、液体粒子状物質用フィルタ４８に供
給される。
【００３６】このフィルタ４８が図４および図５に示す
ように、弗素樹脂のシートに均一に無数の小孔を形成し
たミリポアフィルタ４８から構成されており、排気ガス
中に含まれる液体粒子状物質（ＳＯＦ粒子）を捕捉す
る。捕捉した液体粒子はフィルタ４８の孔の内周面に付
着し、図６に示すように液体粒子状物質（ＳＯＦ）の捕
捉量に応じた通気抵抗が発生する。この通気抵抗がフィ
ルタ４８の上流と下流との間の差圧を測定する差圧計４
９によって測定される。従って液体粒子状物質の連続的
な測定が可能になる。
【００３７】このように排気ガス中の煤を加熱フィルタ
から成るパティキュレートフィルタ３４によって除去
し、液体粒子状物質（ＳＯＦ）を液化によって発生させ
るのに必要な冷却を行なった後に液体粒子状物質の捕捉
による差圧発生のために、その材質に液体粒子状物質が
浸透しないメンブランフィルタ４８を用いるようにして
いる。従って排気ガス中の液体粒子状物質をこのフィル
タ４８を通過させ、その小孔の部分に液体粒子状物質を
捕捉させることによって差圧を発生させ、この差圧を発
生させることによって液体粒子状物質の含有量を正確か
つ連続的に測定することが可能になる。
【００３８】
【発明の効果】本発明は、液体粒子状物質を含む排気ガ
スが通過する管路に接続されており、液体粒子状物質を
浸透しない材料から成るフィルタと、管路のフィルタの
上流側と下流側の差圧を計測する差圧計と、をそれぞれ
具備し、差圧計の計測値から排気ガス中の液体粒子状物
質の含有量を測定するようにしたものである。
【００３９】従って本発明によれば、液体粒子状物質を
含む排気ガスをこのフィルタを通過させると、このフィ
ルタによって捕捉されるとともに、液体粒子状物質がそ
の表面に付着することになり、このフィルタの上流側と
下流側との間で差圧を発生する。従ってこの差圧を差圧
計によって計測することにより、排気ガス中の液体粒子
状物質を連続的に測定することが可能になる。
【００４０】管路の液体粒子状物質を測定するフィルタ
の上流側に排気ガス中の煤を除去するフィルタを接続す
ると、煤を除去した排気ガス中の液体粒子状物質を正確
に測定できるようになる。
【００４１】煤を除去するフィルタと液体粒子状物質を
測定するフィルタとの間において排気ガスに希釈空気を
供給して液体粒子状物質の液化温度以下に冷却手段によ
って下げるようにすると、液体粒子状物質を測定するフ
ィルタの上流側において液体粒子状物質が確実に液化す
るようになり、このフィルタによって確実に捕捉される
ことになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気ガス測定装置の全体の構成を示す配管図で
ある。
【図２】排気ガスの抽出のための接続を示す要部拡大配
管図である。
【図３】液体粒子状物質の測定のための構成を示す要部
拡大配管図である。
【図４】液体粒子状物質測定用フィルタの平面図であ
る。
【図５】同断面図である。
【図６】液体粒子状物質の捕捉量に対する差圧の関係を
示すグラフである。
【符号の説明】
１０ エンジン １１ 排気マニホールド １２ 排気管 １３ 排圧調整用バタフライバルブ １４ マフラ １５ 排気管 １６ レゾネータ １７ 煙道 １８ 排気ブロア １９ 吸気管 ２０ 流量計 ２２ ミニダイリューショントンネル ２３ 空気導入管 ２４ 空気ポンプ ２５ 希釈空気供給管 ２６ 希釈空気圧力調整バルブ ２７ 熱交換器 ２８ ブロア ２９ バイパスオリフィス ３０ サンプリング管 ３１ サンプリングオリフィス ３２ サンプリングポンプ ３３ ＮＯｘ計 ３４ パティキュレートフィルタ ３５ サンプリングポンプ ３６ 流量計 ３７ 前処理装置 ３８ ＮＯｘ計 ３９、４０ 差圧計 ４１ 燃料計 ４２ モータ ４３ インバータ ４４ コンピュータ ４７ 抽出管 ４８ 液体粒子状物質（ＳＯＦ）用フィルタ ４９ 差圧計 ５０ 冷却用希釈空気供給管 ５１ ポンプ ５２ 流量計 ５３ 温度計 ５４ 温度／電気変換器 ５５ 記録計

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンの排気ガス中の液体粒子状物質を
    測定する排気ガス測定装置において、 前記液体粒子状物質を含む排気ガスが通過する管路に接
    続されており、前記液体粒子状物質を浸透しない材料か
    ら成るフィルタと、 前記管路の前記フィルタの上流側と下流側の差圧を計測
    する差圧計と、 をそれぞれ具備し、前記差圧計の計測値から排気ガス中
    の液体粒子状物質の含有量を測定するようにしたことを
    特徴とする排気ガス測定装置。
  2. 【請求項２】前記管路の前記液体粒子状物質を測定する
    フィルタの上流側に排気ガス中の煤を除去するフィルタ
    が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排
    気ガス測定装置。
  3. 【請求項３】前記煤を除去するフィルタと前記液体粒子
    状物質を測定するフィルタとの間において前記排気ガス
    に希釈空気を供給して前記液体粒子状物質の液化温度以
    下に下げる冷却手段が接続されていることを特徴とする
    請求項１に記載の排気ガス測定装置。
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