JPH1038850A - Measuring instrument for pm in exhaust gas - Google Patents

Measuring instrument for pm in exhaust gas

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JPH1038850A
JPH1038850A JP8215049A JP21504996A JPH1038850A JP H1038850 A JPH1038850 A JP H1038850A JP 8215049 A JP8215049 A JP 8215049A JP 21504996 A JP21504996 A JP 21504996A JP H1038850 A JPH1038850 A JP H1038850A
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concentration
sample gas
soot
fid
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Minoru Inai
穣 井内
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Horiba Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain measurement by means of discriminating of a THC concentration and a Soot concentration by collecting samples from gas to be exhausted from a combustion engine, introducing them into a hydrogen frame ion detector(FID), and performing processing corresponding to characteristics of that detection signal. SOLUTION: A part of an exhaust gas G from a diesel engine flowing an air exhaust tube 2 is taken up as a sample gas S in a sample gas flow path 3 via a probe 4 and is introduced into a combustion chamber 21 together with an fuel gas F and an auxiliary combustion air A. When a frame 32 is formed at a tip end of a nozzle 22 by an ignition device 29, ionization of hydrogen carbon is generated by energy of the frame 32. An FID 5 outputs an FID signal having two components proportional to quantities of THC(total hydrogen carbon) and Soot (carbon component) contained in the sample gas S to a signal line 6. The FID signal is inputted to a signal processor 8 via a preamplifier 7, processing corresponding to the characteristics of both components is performed, and both components are separated. With this method, THC and Soot are differentiated from each other, and quantitative analysis is precisely made possible.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばディーゼ
ルエンジンなど内燃機関から排出されるガス中に含まれ
るPM(Particulate Matter、すす
などの微粒子状物質)を定量分析する排ガス中のPM測
定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring PM in exhaust gas for quantitatively analyzing PM (Particulate Matter, particulate matter such as soot) contained in gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine.

【0002】前記PMは、フィルタ重量法によって、次
のように定義されている。すなわち、エンジン排ガスを
希釈トンネルを用いて空気で52℃以下まで希釈、冷却
し、0.3μmの標準粒子を95%以上捕集できる炭化
フッ素被膜ガラス繊維フィルタやメンブランフィルタな
どによってフィルタ上に捕集された固形または液状の粒
子の総和をPMという。そして、捕集後、気温25℃、
湿度60%の雰囲気中に8時間以上放置した後の重量を
PMの重量という。
[0002] The PM is defined by the filter weight method as follows. That is, the engine exhaust gas is diluted with air to 52 ° C. or lower using a dilution tunnel, cooled, and collected on a filter using a fluorocarbon-coated glass fiber filter or a membrane filter capable of collecting 95% or more of 0.3 μm standard particles. The sum of the solid or liquid particles thus obtained is referred to as PM. And after collection, temperature 25 ℃,
The weight after being left in an atmosphere of 60% humidity for 8 hours or more is referred to as the weight of PM.

【0003】また、前記PMは、有機溶媒に溶解し主と
して炭化水素成分であるSOF(Soluble Or
ganic Fraction)とISF(Insol
uble Fraction)とに大別でき、ISFに
は、主として炭素成分であるdry Soot(以下、
単にSootという)とサルフェートと水分とが含まれ
る。なお、PMの測定と分析については、例えば、日本
機械学会(No.95−29)講習会教材(’95.
6.1〜2、東京、内燃機関の燃焼と排気改善のための
計測技術)「粒子状物質の測定と分析」〔(財)日本自
動車研究所 山崎均〕がある。
[0003] The PM is dissolved in an organic solvent and is mainly a hydrocarbon component such as SOF (Soluble Or).
ganic fraction) and ISF (Insol)
and the ISF includes dry soot (hereinafter, referred to as a carbon component), which is mainly a carbon component.
Soot), sulfate and moisture. For the measurement and analysis of PM, for example, Japanese Society of Mechanical Engineers (No. 95-29) training materials ('95.
6.1-2, Tokyo, Measuring technology for improving combustion and emission of internal combustion engines) "Measurement and analysis of particulate matter" [Japan Automotive Research Institute Hitoshi Yamazaki].

【0004】[0004]

【従来の技術】ところで、上述のフィルタ重量法は、P
Mを付着・捕集したフィルタを精密天秤を用いて測定す
るものであり、所謂連続測定を行うことができない。こ
れに対して、排気ガス中のPMを連続的に測定する方法
としては、カーボンバランス法がある。このカーボンバ
ランス法によるPM測定装置の構成を図9を参照しなが
ら説明する。
2. Description of the Related Art By the way, the above-mentioned filter weight method uses P
The filter on which M has been attached and collected is measured using a precision balance, and so-called continuous measurement cannot be performed. On the other hand, as a method of continuously measuring PM in exhaust gas, there is a carbon balance method. The configuration of the PM measuring apparatus using the carbon balance method will be described with reference to FIG.

【0005】図9において、41は図示してないディー
ゼルエンジンからの排ガス(サンプルガスSG)が定量
流れるガス流路で、その下流側の点42において二つの
流路43,44に二分されている。一方の流路43は、
サンプルガスS中のPMを捕集するための捕集フィルタ
45を内蔵したフィルタ46と加熱燃焼炉47とを備え
ており、リファレンスガス流路として構成されている。
他方の流路44は、リファレンスガス流路43とむだ容
積を同じにするための、フィルタを有してないダミーフ
ィルタ48と、加熱燃焼炉47と同様に構成された加熱
燃焼炉49とを備えており、サンプルガス流路として構
成されている。
In FIG. 9, reference numeral 41 denotes a gas flow path through which exhaust gas (sample gas SG) from a diesel engine (not shown) flows, and is divided into two flow paths 43 and 44 at a point 42 on the downstream side thereof. . One channel 43 is
A filter 46 having a built-in collection filter 45 for collecting PM in the sample gas S and a heating combustion furnace 47 are provided, and are configured as a reference gas flow path.
The other flow path 44 includes a dummy filter 48 having no filter for making the dead volume the same as the reference gas flow path 43, and a heating combustion furnace 49 configured similarly to the heating combustion furnace 47. And is configured as a sample gas flow path.

【0006】50は流体変調方式のガス分析計で、ガス
分析部51と、これにサンプルガス流路44からのサン
プルガスSGと、リファレンスガス流路43からのリフ
ァレンスガスRGとを交互に一定量ずつ供給するガス供
給部52とからなる。すなわち、ガス分析部51は、二
つのセル53,54を並列的に配置し、各セル53,5
4のそれぞれ一方の側に赤外光源55,56を配置する
とともに、セル53,54の他方の側に例えばコンデン
サマイクロホン型検出器よりなるCO2 検出器57とH
2 O検出器58とを光学的に直列配置してなる。
Numeral 50 denotes a gas analyzer of a fluid modulation type, which comprises a gas analyzer 51, a sample gas SG from a sample gas flow path 44, and a reference gas RG from a reference gas flow path 43 alternately in a predetermined amount. And a gas supply unit 52 that supplies the gas at a time. That is, the gas analyzer 51 arranges the two cells 53 and 54 in parallel, and
The infrared light sources 55 and 56 are arranged on one side of each of the cells 4, and the CO 2 detector 57 and the H 2 made of , for example, a condenser microphone type detector are arranged on the other side of the cells 53 and 54.
A 2 O detector 58 is optically arranged in series.

【0007】そして、ガス供給部52は、例えばロータ
リバルブよりなり、図示してないモータによって回転す
る仕切り板59によって、一方のセル53にリファレン
スガスRGが供給されているときには、他方のセル54
にサンプルガスSGが供給され、また、一方のセル53
にサンプルガスSGが供給されているときには、他方の
セル54にリファレンスガスRGが供給されるように、
一定周期でガスSG,RGの切換え供給を行うように構
成されている。
When the reference gas RG is supplied to one of the cells 53 by a partition plate 59 which is rotated by a motor (not shown), the gas supply section 52 comprises, for example, a rotary valve.
Is supplied with the sample gas SG, and one cell 53
When the sample gas SG is supplied to the other cell 54, the reference gas RG is supplied to the other cell 54.
The gas SG and the RG are switched and supplied at a constant cycle.

【0008】なお、上記流体変調方式のガス分析計の基
本的原理は、本出願人による特公昭56−48822号
公報に詳しく説明されている。
[0008] The basic principle of the fluid modulation type gas analyzer is described in detail in Japanese Patent Publication No. 56-48822 by the present applicant.

【0009】上記構成のPM測定装置においては、ガス
流路41を流れるサンプルガスSGの一部は、点42に
おいてリファレンスガス流路43に分流し、フィルタ4
6を通過する際、含有するPMが除去されてリファレン
スガスRGとなり、加熱燃焼炉47に導入される。そし
て、残りのサンプルガスSGは、そのままダミフィルタ
48を経て、同じく加熱燃焼炉49に導入される。
In the PM measuring apparatus having the above structure, a part of the sample gas SG flowing through the gas flow path 41 is divided into a reference gas flow path 43 at a point 42 and
When passing through 6, the contained PM is removed to become a reference gas RG, which is introduced into the heating combustion furnace 47. Then, the remaining sample gas SG is directly introduced into the heating combustion furnace 49 via the Dummy filter 48 as it is.

【0010】前記加熱燃焼炉47,49の内部は、例え
ば1000℃程度に加熱され、CO,HC成分は酸化
(燃焼)されてCO2 ,H2 Oとなる。その後、両ガス
流路43,44における燃焼ガスは、ガス供給部52の
働きによって、サンプルガスSG、リファレンスガスR
Gとしてセル53,54に互いに違いに交互に供給され
る。
The insides of the heating furnaces 47 and 49 are heated to, for example, about 1000 ° C., and CO and HC components are oxidized (combusted) to CO 2 and H 2 O. After that, the combustion gas in both gas passages 43 and 44 is supplied to the sample gas SG and the reference gas R
G is alternately supplied to the cells 53 and 54 alternately.

【0011】そして、前記両セル53,54に光源5
5,56から赤外光を照射することにより、セル53,
54を通過する赤外光は、セル53,54内で所定の吸
収を受けた後、CO2 検出器57およびH2 O検出器5
8に入射される。このとき、両検出器57,58から得
られる信号の大きさは、サンプルガスSGとリファレン
スガスRGとにおけるCO2 およびH2 Oに比例したも
のが差分として得られる。すなわち、CO2 検出器57
およびH2 O検出器58の出力の和がPM濃度となる。
A light source 5 is connected to the cells 53 and 54.
By irradiating infrared light from 5, 56, cells 53,
The infrared light passing through 54 receives a predetermined absorption in the cells 53 and 54, and then receives the CO 2 detector 57 and the H 2 O detector 5.
8 is incident. At this time, the magnitudes of the signals obtained from the two detectors 57 and 58 are proportional to CO 2 and H 2 O in the sample gas SG and the reference gas RG, and are obtained as a difference. That is, the CO 2 detector 57
And the output of the H 2 O detector 58 becomes the PM concentration.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、上記カ
ーボンバランス法によれば、ディーゼルエンジンなどの
排ガス中に含まれるPMを連続的に定量することができ
るが、次のような問題がある。すなわち、 リファレンスガス流路43とサンプルガス流路44
における流量抵抗差に起因するノイズにより、高速応答
性で測定することが困難である。 赤外光によるCO2 およびH2 Oの測定は、干渉成
分が多く、誤差が生じやすい。 CO2 およびH2 Oの二つの成分を検出するために
蓋打つの検出器を用いる必要がある。 共存ベースガスが測定成分であるCO2 およびH2
Oと同じであるため、高感度化が困難である。 同一サンプルガスを複数の検出器57,58で測定
するために信号の同期をとる必要があるが、その同期に
起因する誤差をなくすことは困難である。
As described above, according to the carbon balance method, PM contained in exhaust gas from a diesel engine or the like can be continuously determined, but there are the following problems. . That is, the reference gas passage 43 and the sample gas passage 44
It is difficult to measure with high-speed response due to the noise caused by the flow resistance difference in. The measurement of CO 2 and H 2 O using infrared light has many interference components and is likely to cause errors. It is necessary to use a detector of hitting lid in order to detect the two components of the CO 2 and H 2 O. The coexisting base gas is CO 2 and H 2
Since it is the same as O, it is difficult to increase the sensitivity. In order to measure the same sample gas with a plurality of detectors 57 and 58, it is necessary to synchronize the signals. However, it is difficult to eliminate an error caused by the synchronization.

【0013】ところで、従来より、サンプルガス中の全
炭化水素(Total Hydro−Carbon、以
下、THCという)などHCを定量分析するものとし
て、図6に示すような水素炎イオン化検出器(Flam
e Ionization Detector、以下、
FIDという)20が知られている。すなわち、図6に
おいて、21は燃焼室で、その内部にはノズル22と、
コレクタ電極23が設けられている。そして、24はサ
ンプルガスSを供給するためのサンプルガス供給路、2
5は水素ガスのみまたは水素ガスと他の燃焼性ガスとか
らなる燃料ガスFを供給する燃料ガス供給路で、両ガス
供給管24,25はノズル22の上流側で一体となって
ノズル22に接続されている。また、26は助燃用空気
Aを供給するための助燃ガス供給路で、その端部は燃焼
室21の適宜箇所で開口接続されている。
[0013] Conventionally, as a method for quantitatively analyzing HC such as total hydrocarbons (Total Hydro-Carbon, hereinafter referred to as THC) in a sample gas, a flame ionization detector (Flame) shown in FIG.
e Ionization Detector,
FID) 20 are known. That is, in FIG. 6, reference numeral 21 denotes a combustion chamber, in which a nozzle 22 is provided;
A collector electrode 23 is provided. Reference numeral 24 denotes a sample gas supply path for supplying the sample gas S, 2
Reference numeral 5 denotes a fuel gas supply path for supplying a fuel gas F composed of only hydrogen gas or hydrogen gas and another combustible gas. Both gas supply pipes 24 and 25 are integrated with the nozzle 22 on the upstream side of the nozzle 22 and It is connected. Reference numeral 26 denotes an auxiliary gas supply path for supplying auxiliary air A, and an end of the auxiliary gas supply path is opened and connected to an appropriate portion of the combustion chamber 21.

【0014】前記ノズル22は、高圧配線27を介して
高圧直流電源(図示してない)に接続され、コレクタ電
極23は、信号線28を介して信号処理回路(図示して
ない)に接続されている。なお、29は燃焼室21の内
部上方に設けられる着火装置、30は排気口、31は絶
縁スリーブである。
The nozzle 22 is connected to a high-voltage DC power supply (not shown) via a high-voltage wiring 27, and the collector electrode 23 is connected to a signal processing circuit (not shown) via a signal line 28. ing. Reference numeral 29 denotes an ignition device provided above the inside of the combustion chamber 21, reference numeral 30 denotes an exhaust port, and reference numeral 31 denotes an insulating sleeve.

【0015】上記構成のFID20においては、例えば
HC成分を含むサンプルガスSを、燃料ガスF、助燃用
空気Aとともに燃焼室21内に導入し、着火装置29に
よって例えば放電スパークを生じさせることにより、ノ
ズル22の先端に所望の炎32が形成され、この炎32
のエネルギーでHCの熱イオン化が生じ、サンプルガス
S中に含まれる炭化水素HC量に比例した電流出力が信
号線28を介して出力され、これによって、サンプルガ
スS中のHC濃度を分析することができる。
In the FID 20 having the above structure, for example, the sample gas S containing the HC component is introduced into the combustion chamber 21 together with the fuel gas F and the auxiliary air A, and the ignition device 29 generates, for example, a discharge spark. A desired flame 32 is formed at the tip of the nozzle 22, and this flame 32
The thermal energy of HC is generated by the energy of the sample gas S, and a current output proportional to the amount of hydrocarbons HC contained in the sample gas S is output via the signal line 28, whereby the HC concentration in the sample gas S is analyzed. Can be.

【0016】ところで、ディーゼルエンジンからの排ガ
ス中に含まれるPMには、上述したように、主として炭
化水素成分(HC)であるSOFと主として炭素成分
(C)であるSootがあり、従来までの考えによれ
ば、前記FID20によっては、炭素成分を検出するこ
とができないとされていた。
As described above, PM contained in exhaust gas from a diesel engine mainly includes SOF, which is mainly a hydrocarbon component (HC), and Soo, which is mainly a carbon component (C). According to the above, it has been described that the carbon component cannot be detected depending on the FID 20.

【0017】しかしながら、この出願の発明者の研究に
よれば、従来からHC成分の分析に使用されているFI
D20によって、HCのみならず、C(炭素)をも検出
することができることを見出した。
However, according to the study of the inventor of the present application, the FI which has been conventionally used for the analysis of HC components has been disclosed.
It has been found that not only HC but also C (carbon) can be detected by D20.

【0018】すなわち、図7は、FID20の燃焼室2
1内における熱イオンの生成過程を説明するための図
で、ノズル22とコレクタ電極23との間に設けられる
高圧直流電源33によって、例えばノズル22に+30
0Vの電圧が印加した状態で、着火装置29によって放
電スパークを生じさせると、ノズル22の先端には例え
ば1500Kといった高温の炎32が形成される。
FIG. 7 shows the combustion chamber 2 of the FID 20.
1 is a view for explaining a process of generating thermal ions in the nozzle 1, and a high voltage DC power supply 33 provided between the nozzle 22 and the collector electrode 23 supplies, for example, +30 to the nozzle 22.
When a discharge spark is generated by the ignition device 29 in a state where the voltage of 0 V is applied, a high-temperature flame 32 of, for example, 1500 K is formed at the tip of the nozzle 22.

【0019】このとき、炭素(グラファイト)を主成分
とするサンプルガスS中に含まれるSootは、下記の
理由により検出されると発明者は推定している。すなわ
ち、上述のような高温下で、Sootは、熱エネルギー
により電子を放出し、熱イオン化が行われるのではない
かということである。このときグラファイトがイオン化
するエネルギーは4.5eV(103.7kcal/m
ol)である。本来、グラファイトは、その比抵抗が4
×10-5Ω・cmであり、半導体であるが、前記大きさ
のエネルギーを受けることにより、比較的容易に帯電し
たグラファイトとなると考えられる。そして、このイオ
ン化により放出される電子がノズル22に集められるこ
とにより、炭素成分であるグラファイトをも検出するこ
とができると推定している。
At this time, the present inventors presume that the soot contained in the sample gas S containing carbon (graphite) as a main component is detected for the following reason. That is, under the high temperature as described above, the soot emits electrons by thermal energy and thermal ionization may be performed. At this time, the energy at which graphite is ionized is 4.5 eV (103.7 kcal / m).
ol). Originally, graphite has a specific resistance of 4
× 10 −5 Ω · cm, which is a semiconductor, but is considered to be relatively easily charged graphite by receiving energy of the above magnitude. Then, it is presumed that graphite, which is a carbon component, can be detected by collecting electrons emitted by the ionization in the nozzle 22.

【0020】図8は、前記FID20におけるグラファ
イトに対する応答性を示す実測例を示すものである。
FIG. 8 shows an actual measurement example showing the responsiveness of the FID 20 to graphite.

【0021】この発明は、上述の事柄および知見に基づ
いてなされたもので、ディーゼルエンジンなど内燃機関
から排出されるガス中に含まれるPMを連続的にしかも
精度よく定量分析することができる新規で有用な排ガス
中のPM測定装置(以下、単にPM測定装置という)を
提供することを目的としている。
The present invention has been made on the basis of the above-described matters and findings, and is a novel and novel method capable of continuously and accurately quantitatively analyzing PM contained in gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine. It is an object of the present invention to provide a useful PM measuring device in exhaust gas (hereinafter, simply referred to as a PM measuring device).

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のPM測定装置は、内燃機関から排出され
るガスをサンプルガスとして採取し、これを水素炎イオ
ン化検出器に導入し、そのとき水素炎イオン化検出器か
ら得られる信号における特徴に対応した信号処理を行う
ことにより、THC濃度およびSoot濃度を区別して
得るようにしている。
In order to achieve the above object, a PM measuring apparatus according to the present invention collects a gas discharged from an internal combustion engine as a sample gas, introduces the sample gas into a flame ionization detector, and obtains the sample gas. At this time, by performing signal processing corresponding to the characteristics of the signal obtained from the flame ionization detector, the THC concentration and the soot concentration are obtained separately.

【0023】PMを含む排ガスをフィルタを通さずにF
IDに直接導入すると、このFIDからは、図2(A)
に示すようなTHCに対応した信号成分aとSootに
対応した信号成分bとを含んだFID信号fが得られ
る。このFID信号fのうち、信号成分bは、所謂トレ
ンドと呼ばれる信号成分aと異なり、ショットノイズ的
な信号である。そして、両者a,bは、ローパスフィル
タやコンパレータを用いることによって弁別することが
できる。
Exhaust gas containing PM is passed through a filter without passing through a filter.
When directly introduced into the ID, the FID can be used as shown in FIG.
An FID signal f including a signal component a corresponding to THC and a signal component b corresponding to Soot as shown in FIG. In the FID signal f, the signal component b is a shot noise-like signal, unlike the signal component a called a trend. Then, both a and b can be discriminated by using a low-pass filter or a comparator.

【0024】この発明によれば、ディーゼルエンジンな
どの排ガスにおけるPM濃度を、THC成分とSoot
成分に区別した状態で同時にかつ高速に測定することが
できる。
According to the present invention, the PM concentration in the exhaust gas of a diesel engine or the like is determined by comparing the THC component with the soot.
The measurement can be performed simultaneously and at high speed in a state where the components are distinguished.

【0025】この発明においては、たった一つのFID
を用いるだけでよいから、装置全体の構成が大いに簡略
化され、複数のFIDを用いた場合と異なり、信号の同
期をとる必要がない。
In the present invention, only one FID
, The configuration of the entire device is greatly simplified, and unlike the case where a plurality of FIDs are used, there is no need to synchronize signals.

【0026】そして、前記排ガスのサンプリング時、サ
ンプルガス採取点の温度を計測し、この計測された温度
とTHC濃度およびSoot濃度の測定結果に基づい
て、時間、温度、THC濃度およびSoot濃度の三次
元同時計測データを得るようにしてもよい。このように
した場合、計測系の応答性が向上するとともに、THC
量の温度依存性と、Soot生成の温度依存性とを同時
に計測することもできる。
At the time of sampling the exhaust gas, the temperature of the sample gas sampling point is measured. Based on the measured temperature and the measurement results of the THC concentration and the Soot concentration, the tertiary time, temperature, THC concentration and Soot concentration are determined. Original simultaneous measurement data may be obtained. In this case, the responsiveness of the measurement system is improved, and the THC is improved.
The temperature dependence of the amount and the temperature dependence of the soot generation can be measured simultaneously.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施例
を、図を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0028】図1は、この発明の第1実施例に係るPM
測定装置の一例を概略的に示すもので、この図におい
て、1はディーゼルエンジン、2はディーゼルエンジン
1に接続される排気管、3は排気管2を流れる排ガスG
の一部をサンプルガスSとして採取するためのプローブ
4を介して接続されるサンプルガス流路である。このサ
ンプルガス流路3はプローブ4を含めて温調可能なよう
に構成されている。5はサンプルガス流路に設けられる
FIDで、ディーゼルエンジン1の排ガスGを希釈しな
いで測定可能なように構成されており、図6に示したも
のと実質的に変わるところがない。6はFID5の信号
ラインで、プリアンプ7およびアナログ系の信号処理装
置8が設けられている。
FIG. 1 shows a PM according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 1 schematically shows an example of a measuring apparatus, in which 1 is a diesel engine, 2 is an exhaust pipe connected to the diesel engine 1, and 3 is an exhaust gas G flowing through the exhaust pipe 2.
Is a sample gas flow path connected via a probe 4 for collecting a part of the sample gas as a sample gas S. The sample gas flow path 3 including the probe 4 can be controlled in temperature. Reference numeral 5 denotes an FID provided in the sample gas flow path, which is configured to be able to measure the exhaust gas G of the diesel engine 1 without diluting the same, and there is substantially no difference from that shown in FIG. Reference numeral 6 denotes a signal line of the FID 5, which is provided with a preamplifier 7 and an analog signal processing device 8.

【0029】上述のように構成されたPM測定装置の動
作について、図1、図2および図6を参照しながら説明
する。図1に示すように、排気管2を流れるディーゼル
エンジン1からの排ガスGは、その一部がプローブ4を
経てサンプルガス流路3にサンプルガスSとして取り込
まれる。そして、このサンプルガスSは、図6に示すよ
うに、燃料ガスFおよび助燃用空気Aとともに燃焼室2
1内に導入され、着火装置29によってノズル22の先
端に所望の炎32が形成され、この炎32のエネルギー
でHCの熱イオン化が生じ、サンプルガスS中に含まれ
るHCおよびSootの量に比例した電流出力(FID
信号)fが信号ライン6に出力される。
The operation of the PM measuring apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 6. As shown in FIG. 1, a part of the exhaust gas G from the diesel engine 1 flowing through the exhaust pipe 2 is taken into the sample gas flow path 3 via the probe 4 as the sample gas S. As shown in FIG. 6, the sample gas S is supplied to the combustion chamber 2 together with the fuel gas F and the auxiliary air A.
1, a desired flame 32 is formed at the tip of the nozzle 22 by the ignition device 29, and thermal energy of HC is generated by the energy of the flame 32, and is proportional to the amounts of HC and Soot contained in the sample gas S. Current output (FID)
The signal f is output to the signal line 6.

【0030】前記FID信号fは、プリアンプ7によっ
て適当に増幅および波形整形された後、信号処理装置8
に入力される。そして、このFID信号fは、図2
(A)に示すように、THCの量に比例したトレンドと
呼ばれる信号成分aに、Sootの量に比例したショッ
トノイズ的な信号成分bが重畳したものとなっている。
そして、このようなFID信号fを、二つの信号成分
a,bに分離弁別するには、各信号成分a,bにおける
特徴に対応した信号処理を行えばよい。
The FID signal f is appropriately amplified and waveform-shaped by a preamplifier 7 and then processed by a signal processor 8.
Is input to This FID signal f is shown in FIG.
As shown in (A), a shot noise-like signal component b proportional to the amount of Soot is superimposed on a signal component a called a trend proportional to the amount of THC.
Then, in order to separate and discriminate such an FID signal f into two signal components a and b, signal processing corresponding to the characteristics of each of the signal components a and b may be performed.

【0031】例えば、前記信号処理装置8内に、ローパ
スフィルタとコンパレータを設けることによって、前記
FID信号fを二つの信号成分a,bに分離することが
できる。すなわち、THCに対応する信号成分aは、時
定数の長いローパスフィルタによって区別することがで
き、Sootに対応する信号成分bは、その立ち上がり
の速さと高さを基準にしてショットノイズと判定するこ
とができるコンパレータを用いるのである。
For example, by providing a low-pass filter and a comparator in the signal processing device 8, the FID signal f can be separated into two signal components a and b. That is, the signal component a corresponding to THC can be distinguished by a low-pass filter having a long time constant, and the signal component b corresponding to Soot is determined to be shot noise based on the rising speed and height thereof. That is, a comparator that can be used is used.

【0032】そして、上述のようにして分離された信号
成分a,bは、それぞれ、サンプルガスS中のTHCお
よびSootの量に対応したものであり、これに所定の
係数を乗ずることにより、THCおよびSootの濃度
を個別にしかも同時に得ることができる。
The signal components a and b separated as described above correspond to the amounts of THC and Soot in the sample gas S, respectively, and are multiplied by a predetermined coefficient to obtain THC. And Soot concentrations can be obtained individually and simultaneously.

【0033】なお、図2(B)は、図1に示したPM測
定装置において、FID5の前段(上流側)にPMを捕
集するフィルタ9を設けたときに得られるFID信号を
示すもので、そのときは、Sootがなく、また、SO
Fの一部も捕集されるため、図2(A)に示した信号成
分aよりも小さい信号成分a’となっている。
FIG. 2B shows an FID signal obtained when a filter 9 for trapping PM is provided in a stage preceding (upstream of) the FID 5 in the PM measuring apparatus shown in FIG. At that time, there is no soot and SO
Since a part of F is also collected, the signal component a ′ is smaller than the signal component a shown in FIG.

【0034】図3は、この発明の第2実施例に係るPM
測定装置の構成例を示すもので、この実施例において
は、排ガスGのサンプル時に、そのサンプリング点にお
けるガスの温度を測定するようにしている。すなわち、
図3において、10は温度計で、そのセンサプローブ1
1は、排気管2におけるプローブ4の近傍に配置されて
いる。この温度計10の出力は、プリアンプ12を介し
て信号処理装置8に入力される。
FIG. 3 shows a PM according to a second embodiment of the present invention.
This shows an example of the configuration of a measuring device. In this embodiment, when exhaust gas G is sampled, the temperature of the gas at the sampling point is measured. That is,
In FIG. 3, reference numeral 10 denotes a thermometer, and its sensor probe 1
1 is arranged in the exhaust pipe 2 near the probe 4. The output of the thermometer 10 is input to the signal processing device 8 via the preamplifier 12.

【0035】この第2実施例のPM測定装置において
も、第1実施例のPM測定装置と同様に、排ガスGにお
けるPM濃度を、THC成分とSoot成分に区別した
状態で同時にかつ高速に測定することができる。そし
て、これに加えて、図4に模式的に示すように、時間
t、温度T、THC濃度、Soot濃度の三次元同時測
定データを得ることができる。したがって、この実施例
においては、計測系の応答を向上させることができると
ともに、THC量の温度依存性とSoot生成の温度依
存性を同時計測することもできる。
In the PM measuring apparatus according to the second embodiment, similarly to the PM measuring apparatus according to the first embodiment, the PM concentration in the exhaust gas G is measured simultaneously and at high speed in a state in which it is classified into the THC component and the Soot component. be able to. In addition, as shown schematically in FIG. 4, three-dimensional simultaneous measurement data of time t, temperature T, THC concentration, and soot concentration can be obtained. Therefore, in this embodiment, the response of the measurement system can be improved, and the temperature dependency of the THC amount and the temperature dependency of soot generation can be measured simultaneously.

【0036】上述の各実施例においては、ディーゼルエ
ンジン1の排ガスGを希釈せず、その一部をFID5に
サンプルガスSとして導入するようにしていたが、これ
に代えて、排ガスGを適宜希釈してFID5に導入する
サンプリング形態を採るようにしてもよい。
In each of the above-described embodiments, the exhaust gas G of the diesel engine 1 is not diluted, and a part of the exhaust gas G is introduced into the FID 5 as the sample gas S. Instead, the exhaust gas G is appropriately diluted. Then, a sampling form to be introduced into the FID 5 may be adopted.

【0037】すなわち、図5は、上記サンプリングの形
態を第1実施例に適用した例を示すもので、この図にお
いて、13はディーゼルエンジン1に接続される排気管
14に接続される希釈用トンネルで、その上流側からフ
ィルタ15を介して希釈エアーDAが供給され、下流側
には吸引ポンプなどを含む定流量採取装置(Const
ant Volume Sampler、以下、CVS
という)16が設けられている。この希釈用トンネル1
3によって、ディーゼルエンジン1からの排ガスGが適
宜の倍率で希釈されるとともに、一定流量流れる。17
は希釈用トンネル13に対して排気管14とCVS16
との間において接続されるサンプリング流路で、前記希
釈されたガスGがサンプルガスSとして一定流量流れ
る。
FIG. 5 shows an example in which the above-mentioned sampling mode is applied to the first embodiment. In FIG. 5, reference numeral 13 denotes a dilution tunnel connected to an exhaust pipe 14 connected to the diesel engine 1. Then, the dilution air DA is supplied from the upstream side through the filter 15, and the downstream side is provided with a constant flow rate sampling device (Const.
ant Volume Sampler, hereafter CVS
16) are provided. This dilution tunnel 1
3, the exhaust gas G from the diesel engine 1 is diluted at an appropriate magnification and flows at a constant flow rate. 17
Is the exhaust pipe 14 and the CVS 16 for the dilution tunnel 13.
The diluted gas G flows as a sample gas S at a constant flow rate in the sampling flow path connected between

【0038】この場合、最終的に得られるTHCおよび
Sootの濃度を、希釈倍率に応じて、所定倍すること
により、排ガスGにおけるTHCおよびSootの濃度
とすることはいうまでもない。なお、この構成を前記第
2実施例に適用してもよいことは勿論である。
In this case, it goes without saying that the concentrations of THC and Soot finally obtained are multiplied by a predetermined value in accordance with the dilution ratio, thereby obtaining the concentrations of THC and Soot in the exhaust gas G. This configuration may be applied to the second embodiment.

【0039】上述の各実施例においては、信号処理装置
8をアナログ系に構成しているが、これに限られるもの
ではなく、信号処理装置8をディジタル系に構成しても
よく、その場合、信号処理装置8としてコンピュータを
用いることもできる。
In each of the above embodiments, the signal processing device 8 is configured as an analog system. However, the present invention is not limited to this. The signal processing device 8 may be configured as a digital system. A computer can be used as the signal processing device 8.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1および2
に記載の発明においては、ディーゼルエンジンなど内燃
機関からの排ガスにおけるPM濃度を、THCとSoo
tとを区別して連続的かつ同時にしかも精度よく定量分
析することができる。そして、この発明においては、従
来とは異なり、複数のセルや検出器を用いたり、フィル
タなどをサンプルガス流路に設けたりすることなく、た
った一つのFIDを用いるだけでよいから、装置全体の
構成が大いに簡略化され、複数のFIDを用いた場合と
異なり、信号の同期をとる必要がない。
As described above, claims 1 and 2
In the invention described in the above, the PM concentration in the exhaust gas from an internal combustion engine such as a diesel engine is determined by using THC and Soo.
t, and quantitative analysis can be performed continuously, simultaneously, and accurately. In the present invention, unlike the related art, only one FID needs to be used without using a plurality of cells and detectors or providing a filter or the like in the sample gas flow path. The configuration is greatly simplified, and there is no need to synchronize signals, unlike when using multiple FIDs.

【0041】そして、請求項2に記載の発明において
は、前記効果に加えて、計測系の応答を向上させること
ができるとともに、THC量の温度依存性とSoot生
成の温度依存性を同時計測することができる。
According to the second aspect of the present invention, in addition to the above effects, the response of the measurement system can be improved, and the temperature dependence of the THC amount and the temperature dependence of the soot generation are measured simultaneously. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1実施例に係るPM測定装置の構
成を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a PM measuring device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】前記PM測定装置の動作説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory view of the PM measuring device.

【図3】この発明の第2実施例に係るPM測定装置の構
成を概略的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a PM measuring device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】前記PM測定装置の動作説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an operation of the PM measuring device.

【図5】サンプリングの他の態様を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another mode of sampling.

【図6】この発明で用いる水素炎イオン化検出器の一例
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a flame ionization detector used in the present invention.

【図7】前記水素炎イオン化検出器の燃焼室内における
熱イオンの生成過程を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a process of generating thermal ions in a combustion chamber of the flame ionization detector.

【図8】前記水素炎イオン化検出器におけるグラファイ
トに対する応答性を示す実測例を示す図である。
FIG. 8 is a view showing an actual measurement example showing responsiveness to graphite in the flame ionization detector.

【図9】従来技術を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…内燃機関、5…水素炎イオン化検出器(FID)、
8…信号処理装置、10…温度計、G…排ガス、S…サ
ンプルガス、a…THC濃度、b…Soot濃度、f…
FID信号。
1. Internal combustion engine, 5. Flame ionization detector (FID),
Reference numeral 8: signal processing device, 10: thermometer, G: exhaust gas, S: sample gas, a: THC concentration, b: Soot concentration, f:
FID signal.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内燃機関から排出されるガスをサンプル
ガスとして採取し、これを水素炎イオン化検出器に導入
し、そのとき水素炎イオン化検出器から得られる信号に
おける特徴に対応した信号処理を行うことにより、TH
C濃度およびSoot濃度を区別して得るようにしたこ
とを特徴とする排ガス中のPM測定装置。
1. A gas discharged from an internal combustion engine is collected as a sample gas, introduced into a flame ionization detector, and signal processing corresponding to a characteristic of a signal obtained from the flame ionization detector is performed at that time. By the way, TH
An apparatus for measuring PM in exhaust gas, wherein a C concentration and a Soot concentration are obtained separately.
【請求項2】 内燃機関から排出されるガスをサンプル
ガスとして採取するとともに、サンプルガス採取点の温
度を計測し、前記サンプルガスを水素炎イオン化検出器
に導入し、そのとき水素炎イオン化検出器から得られる
信号における特徴に対応した信号処理を行って、THC
濃度およびSoot濃度を各別に得るとともに、前記計
測された温度と前記THC濃度およびSoot濃度の測
定結果に基づいて、時間、温度、THC濃度およびSo
ot濃度の三次元同時計測データを得るようにしたこと
を特徴とする排ガス中のPM測定装置。
2. A gas discharged from an internal combustion engine is collected as a sample gas, a temperature of a sample gas sampling point is measured, and the sample gas is introduced into a flame ionization detector. Performs signal processing corresponding to the features in the signal obtained from
The concentration and the Soot concentration are obtained separately, and the time, temperature, THC concentration and Soh concentration are determined based on the measured temperature and the measurement results of the THC concentration and the Soot concentration.
An apparatus for measuring PM in exhaust gas, wherein three-dimensional simultaneous measurement data of ot concentration is obtained.
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