JPH1114530A

JPH1114530A - 排ガス中のｐｍ測定装置

Info

Publication number: JPH1114530A
Application number: JP9180636A
Authority: JP
Inventors: Minoru Inai; 穣井内; Hiroshi Uchihara; 博内原
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1997-06-21
Filing date: 1997-06-21
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】従来に比べて簡単にしかも迅速にＰＭ中のＳ
ｏｏｔおよび／またはＳＯＦを連続的に測定することが
できる排ガス中のＰＭ測定装置を提供すること。【解決手段】内燃機関２から排出されるガスＧをサン
プリングし、このサンプリングされたガスＳＧを、それ
ぞれＳｏｏｔ捕集液１５およびＳＯＦ捕集液２８を収容
したバブリング槽１６，２９に導き、それぞれの槽から
得られるＳｏｏｔを含んだサンプルＳ₁およびＳＯＦを
含んだサンプルＳ₂をそれぞれ粒度分布測定装置２６お
よび油分測定装置４０に導き、ＳｏｏｔおよびＳＯＦを
各別に分析できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【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（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ、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。

【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。

【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（ＳｏｌｕｂｌｅＯｒ
ｇａｎｉｃＦｒａｃｔｉｏｎ）とＩＳＦ（Ｉｎｓｏｌ
ｕｂｌｅＦｒａｃｔｉｏｎ）とに大別でき、ＩＳＦに
は、主として炭素成分であるｄｒｙＳｏｏｔ（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。

【０００４】

【従来の技術およびその問題点】ところで、上述のフィ
ルタ重量法は、ＰＭをフィルタによって捕集し、重量測
定およびソックスレー抽出を行うことにより、ＰＭ、Ｓ
ｏｏｔ、ＳＯＦの各量を得るようにしていた。

【０００５】しかしながら、上記フィルタ重量法では、
所謂連続測定を行うことができないとともに、一回の測
定を行うのに、最短でも２日（プレソークを含む場合
は、３日）も要する。また、その測定に用いる設備は高
価であるとともに大掛かりであり、その取扱いにも熟練
した技術を必要とする。さらに、再現性が必ずしも高く
ないといった問題もある。

【０００６】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、従来に比べて簡単にしかも迅速
にＰＭ中のＳｏｏｔおよび／またはＳＯＦを連続的に測
定することができる排ガス中のＰＭ測定装置を提供する
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の排ガス中のＰＭ測定装置は、内燃機関か
ら排出されるガスをサンプリングし、このサンプリング
されたガスを、それぞれＳｏｏｔ捕集液およびＳＯＦ捕
集液を収容したバブリング槽に導き、それぞれの槽から
得られるＳｏｏｔを含んだサンプルおよびＳＯＦを含ん
だサンプルをそれぞれ粒度分布測定装置および油分測定
装置に導き、ＳｏｏｔおよびＳＯＦを各別に分析できる
ように構成されている。

【０００８】上記排ガス中のＰＭ測定装置においては、
Ｓｏｏｔ捕集液およびＳＯＦ捕集液を用いてそれぞれＳ
ｏｏｔ成分およびＳＯＦ成分を捕集し、これらを含むサ
ンプルをそれぞれ粒度分布測定装置および油分測定装置
において分析するようにしているので、連続測定が可能
になり、しかも、従来に比べてＳｏｏｔおよびＳＯＦの
濃度をきわめて短時間（分オーダー）に測定できる。

【０００９】また、この発明における他の測定装置とし
て、内燃機関から排出されるガスが流れる流路内におい
てその上流側からＳｏｏｔ捕集液またはＳＯＦ捕集液を
スプレーすることにより、ガス中のＳｏｏｔ分またはＳ
ＯＦ分を捕集し、この捕集したＳｏｏｔ分またはＳＯＦ
を含む液をサンプルとして粒度分布測定装置または油分
測定装置に導くことにより、ＳｏｏｔまたはＳＯＦの濃
度のいずれかを測定するように構成してもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１は、この発明の第１実施例に係る
排ガス中のＰＭ測定装置の構成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に接続され
る排気管３が接続される希釈用トンネルで、その上流側
からフィルタ４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（以下、
ＣＶＳという）５が設けられている。この希釈用トンネ
ル１によって、ディーゼルエンジン２からのＰＭを含む
排ガスＧは、適宜の倍率に希釈されるとともに一定流量
流れる。

【００１１】６は希釈用トンネル１に対して排気管３と
ＣＶＳ５との間においてサンプリングプローブ７を挿入
することにより接続されるサンプリング流路である。こ
のサンプリング流路６の下流端には、エジェクタ８が設
けられ、このエジェクタ８に適宜のエジェクトガス（例
えば適宜圧に設定されたエヤー）ＥＧを流すことによ
り、希釈用トンネル１内を流れるＰＭを含む排ガスＧを
所定量サンプリング流路６に取り込めるように構成され
ている。なお、９はエジェクトガス供給路、１０は開閉
弁である。

【００１２】前記ＰＭを含む排ガスが流れるエジェクタ
８の下流側の流路１１は、二つの流路１２，１３に分岐
しており、各流路１２，１３は、それぞれ次のように構
成されている。

【００１３】まず、一方の流路（以下、第１流路とい
う）１２の下流側の構成を説明すると、１４は第１流路
１２に介装される開閉弁で、その下流側には第１流路１
２を流れるガスに含まれるＳｏｏｔを捕集するためのＳ
ｏｏｔ捕集液１５を収容したバブリング槽（以下、第１
バブリング槽という）１６が設けられている。この第１
バブリング槽１６の底部から内部に向かって第１流路１
２の下流端部が挿入され、上部はガス抜き１７を設けた
蓋１８で密閉されており、内部にモータ１９によって駆
動される攪拌羽根２０を備えている。

【００１４】前記捕集液１５としては、Ｓｏｏｔを分散
させるものが好ましく、例えば界面活性剤を溶解した溶
液が用いられ、この捕集液１５は捕集液タンク２１に収
容され、供給管２２を介して第１バブリング槽１６に適
宜供給されるようにしてある。

【００１５】２３は第１バブリング槽１６の上部に接続
されるサンプル流路（以下、第１サンプル流路という）
で、この第１サンプル流路２３には吸引ポンプ２４およ
び開閉弁２５を介して粒度分布測定装置２６が設けられ
ている。この粒度分布測定装置２６の構成については後
述するが、Ｓｏｏｔ捕集液１５に捕集されたＳｏｏｔの
分布を測定するものである。

【００１６】次に、他方の流路（以下、第２流路とい
う）１３の下流側の構成を説明すると、２７は第２流路
１３に介装される開閉弁で、その下流側には第２流路１
３を流れるガスに含まれるＳＯＦを捕集するためのＳＯ
Ｆ捕集液２８を収容したバブリング槽（以下、第２バブ
リング槽という）２９が設けられている。この第２バブ
リング槽２９の底部から内部に向かって第２流路１３の
下流端部が挿入され、上部はガス抜き３０を設けた蓋３
１で密閉されており、内部にモータ３２によって駆動さ
れる攪拌羽根３３を備えている。

【００１７】前記捕集液２８としては、ＳＯＦを抽出さ
せるものが好ましく、例えば四塩化炭素（ＣＣｌ₄）
や、テトラクロロヘキサフルオロブタン、フロロカーボ
ン（ＣＦＣ）−１１３、ＣＦＣ−１１５、ＣＦＣー３１
６などの非炭化水素系の有機溶媒が用いられ、この捕集
液２８は捕集液タンク３４に収容され、供給管３５を介
してバブリング槽２９に適宜供給されるようにしてあ
る。

【００１８】３６は第２バブリング槽２９の上部に接続
されるサンプル流路（以下、第２サンプル流路という）
で、この第２サンプル流路３６には吸引ポンプ３７、開
閉弁３８およびフィルタ３９を介して油分濃度測定装置
４０が設けられている。この油分濃度測定装置４０の構
成については後述するが、ＳＯＦ捕集液２８に捕集され
たＳＯＦの濃度を測定するものである。

【００１９】図２は、前記Ｓｏｏｔ捕集液１５に捕集さ
れたＳｏｏｔの分布を測定するための粒度分布測定装置
２６の一例を示すもので、この図に示すものにおいては
レーザ回折式粒度分布測定装置であり、回折光または散
乱光の強度分布、つまり、回折角または散乱角と光強度
との関係を測定し、これにフラウンホーファ回折または
ミー散乱の理論に基づく演算処理を施すことによって、
試料中に含まれる粒子の粒度分布を測定するものであ
る。

【００２０】図２において、４１は分散バスで、この分
散バス４１には一端側が第１バブリング槽１６に接続さ
れた第１サンプル流路２３の他端部が接続され、その内
部にはモータ４２によって回転する攪拌羽根４３が設け
られているとともに、底面の外部には図外の発振器によ
って振動する超音波振動子４４が設けられている。

【００２１】４５はサンプル液を収容する試料セルとし
てのフローセルで、分散バス４１とは、ポンプ１６、切
換え弁１７を備えた循環流路４８によって接続されてい
る。４９はフローセル４５の一方の側に設けられるレー
ザ光源、５０はフローセル４５の他方の側に設けられる
集光レンズで、その後方の焦点位置にリングディテクタ
５１が配設されている。

【００２２】そして、５２は信号切換回路、５３はＡＤ
変換器である。また、５４は例えばＣＰＵからなる信号
演算部で、装置の各部に対する各種制御を行うととも
に、ＡＤ変換器５３を介して入力されるリングディテク
タ５１の信号をＲＯＭ５５に格納されているプログラム
やデータに基づいて処理し、粒度分布演算を行い、演算
結果をＲＡＭ５６に格納する。５７はＣＲＴなどよりな
る表示画面５８の周辺に各種のファンクションキー５９
を備えた表示操作部で、表示画面５８に前記粒度分布演
算によって得られた出力を粒度分布グラフとして表示で
きるように構成されている。また、６０はプリンタで、
前記粒度分布演算の結果をプリントアウトするものであ
る。

【００２３】図３は、前記ＳＯＦ捕集液２８に捕集され
たＳＯＦの濃度を測定するための油分濃度測定装置４０
の一例を示すもので、図３において、６１はフローセル
で、その本体６２の両端部が赤外透過性のセル窓６３，
６４で封止され、フィルタ３９の出口側の第２サンプル
流路３６が接続されるサンプル導入口６５と排水流路
（図示してない）に接続されたサンプル導出口６６とを
備えている。そして、６７はフローセル６１の一方のセ
ル窓６３側に設けられた赤外光源、６８はフローセル６
１の他方のセル窓６４側に設けられ、波長が例えば３．
０〜３．５μｍの干渉フィルタ６９を備えた半導体検出
器よりなる赤外線検出器、７０は赤外線検出器６８の出
力を処理して油分濃度を算出する濃度演算部である。

【００２４】上記構成の排ガス中のＰＭ測定装置の動作
を説明すると、ディーゼルエンジン２からの排ガスＧが
希釈用トンネル１において希釈用エアーＤＡによって適
宜希釈される。この排ガスＧ中にＰＭを構成するＳｏｏ
ｔとＳＯＦが含まれているものとする。

【００２５】そして、サンプリング流路６の下流端に設
けられたエジェクタ８に所定圧に調整されたエジェクタ
用エアーＥＡを所定流量流すことにより、エジェクタ８
に負圧が発生して、前記希釈された排ガスＧの一部がサ
ンプリング流路６に取り込まれる。このサンプリング流
路６に取り込まれた排ガスＧは、エジェクタ８を経て流
路１１を流れ、さらに、分岐した第１流路１２および第
２流路１３を流れる。

【００２６】そして、第１流路１２を流れる排ガスＧ
は、開閉弁１４を経て第１バブリング槽１６に導入され
る。この第１バブリング槽１６にはＳｏｏｔを捕集する
Ｓｏｏｔ捕集液１５が収容されているので、前記排ガス
Ｇはこの第１バブリング槽１６においてバブリングする
ことにより、これに含まれるＰＭのうちＳｏｏｔ分がＳ
ｏｏｔ捕集液１５に殆ど捕集される。このＳｏｏｔ分を
含むＳｏｏｔ捕集液は吸引ポンプ２４によって吸引さ
れ、第１サンプル流路２３を経て粒度分布測定装置２６
にサンプルＳ₁として導入される。

【００２７】前記粒度分布測定装置２６においては、通
常の粒度分布測定と同様に、サンプルＳ₁に含まれるＳ
ｏｏｔの粒度分布が測定される。すなわち、分散バス４
１からフローセル４５に対してサンプルＳ₁を供給して
いる状態で、レーザ光源４９からのレーザ光をフローセ
ル４５に照射すると、レーザ光はサンプルＳ₁に含まれ
るＳｏｏｔによって散乱された光となる。この散乱光
は、集光レンズ５０を経て各散乱角度ごとにリングディ
テクタ５１に入射する。この散乱光の入射に基づいてリ
ングディテクタ５１から光強度信号が出力され、これが
信号切換回路５２を介してＡＤ変換器５３に送られ、信
号演算部５４に取り込まれる。

【００２８】そして、信号演算部５４において、フラウ
ンホーファ回折またはミー散乱の理論に基づく演算処理
を施すことによって、サンプルＳ₁中に含まれるＳｏｏ
ｔの粒度分布を測定することにより、Ｓｏｏｔの濃度が
得られる。

【００２９】一方、第２流路１３を流れる排ガスＧは、
開閉弁２７を経て第２バブリング槽２９に導入される。
この第２バブリング槽２９にはＳＯＦを捕集するＳＯＦ
捕集液２８が収容されているので、前記排ガスＧはこの
第２バブリング槽２９においてバブリングすることによ
り、これに含まれるＰＭのうちＳＯＦ分がＳＯＦ捕集液
２８に捕集される。この場合、ＳＯＦ捕集液２８を攪拌
することにより、ＳＯＦの捕集率を向上させることがで
きる。このＳＯＦ分を含むＳＯＦ捕集液２８は吸引ポン
プ３７によって吸引され、第２サンプル流路３６を経て
油分濃度測定装置４０にサンプルＳ₂として導入され
る。

【００３０】前記油分濃度測定装置４０においては、通
常の油分濃度測定と同様に、サンプルＳ₂に含まれるＳ
ＯＦの濃度が測定される。すなわち、ＳＯＦを含む前記
サンプルＳ₂は、フローセル６１に導入される。この状
態で赤外光源６７からの赤外光をフローセル６１に照射
する。そして、前記赤外光がフローセル６１を透過する
とき、サンプルＳ₂中に含まれる炭化水素のメチレン基
やメチル基が赤外光を吸収することにより、サンプルＳ
₂中の油分、すなわち、ＳＯＦ濃度が測定される。

【００３１】上記Ｓｏｏｔ濃度およびＳＯＦ濃度は、希
釈された排ガスＧに含まれるＳｏｏｔ分およびＳＯＦ分
の濃度であるため、これに所定の倍率（希釈率の逆数）
を乗ずることにより、ディーゼルエンジン２から排出さ
れる排ガスＧに含まれるＳｏｏｔの濃度、ＳＯＦの濃度
を得ることができる。

【００３２】上述の説明から理解されるように、上記実
施の形態の排ガス中のＰＭ測定装置によれば、Ｓｏｏｔ
およびＳＯＦの濃度の連続的に測定することができる。
そして、プレソークなど煩わしい前処理などが不要にな
り、従来の方法では到底行うことができない分オーダー
といった非常に短い時間でＳｏｏｔおよびＳＯＦの濃度
を各別に得ることができる。

【００３３】そして、ＳｏｏｔおよびＳＯＦの濃度をそ
れぞれ測定する装置は、従来から一般に用いられている
粒度分布測定装置や油分濃度測定装置であるので、比較
的安価であるとともに、それらの取扱いが容易であり、
専門的な知識を備えたオペレータを必要としないからラ
ンニングコストも低減される。

【００３４】また、上述の実施の形態においては、第１
流路１２および第２流路１３のそれぞれに開閉弁１４，
２７を設けているので、これらの開閉弁１４，２７を適
宜開状態または閉状態とすることにより、第１流路１２
および第２流路１３のいずれか一方にのみサンプルガス
ＳＧを供給することができ、ＳｏｏｔまたはＳＯＦのい
ずれか一方のみの測定を行うことができる。

【００３５】上述の実施の形態においては、希釈用トン
ネル１にサンプリング流路６を接続し、このサンプリン
グ流路６の下流端にエジェクタ８を設けて、希釈用トン
ネル１内の希釈された排ガスＧをサンプリングするよう
にし、希釈用トンネル１の外部で排ガスＧに含まれるＳ
ｏｏｔおよびＳＯＦを捕集するようにしていたが、これ
に代えて、希釈用トンネル１内において、Ｓｏｏｔまた
はＳＯＦを捕集するようにしてもよい。以下、これを第
２の実施の形態として、図４を参照しながら説明する。

【００３６】図４において、７１は希釈用トンネル１に
対して排気管３とＣＶＳ５との間において挿入されるＳ
ｏｏｔ捕集液供給管で、その一端側はＳｏｏｔ捕集液を
収容したタンク７２に接続され、他端側には液スプレー
部としてのノズル７３が、そのスプレー口を排ガスＧの
流れる方向と順方向になるように希釈用トンネル１内の
ほぼ中心に位置するように設けられている。７４はノズ
ル７３とＣＶＳ５との間において、ノズル７３と適宜の
距離をおきこれと相対向するように、希釈用トンネル１
内に設けられる捕集液受け部で、この捕集液受け部７４
は管７５を介して、希釈用トンネル１の外部に設けられ
た粒度分布測定装置２６に接続されている。

【００３７】上記構成の装置においては、希釈用トンネ
ル１内に希釈された排ガスＧが慣れている状態におい
て、ノズル７３によってＳｏｏｔ捕集液を捕集液受け部
７４に向かってスプレーすることにより、このスプレー
されたＳｏｏｔ捕集液に排ガスＧ中のＳｏｏｔが捕集さ
れ、このＳｏｏｔを捕集したＳｏｏｔ捕集液が捕集液受
け部７４によって集められ、この集められたＳｏｏｔ捕
集液が管７５を介して、サンプル液として粒度分布測定
装置２６に供給され、上述の実施の形態と同様にするこ
とにより、Ｓｏｏｔの濃度が得られる。

【００３８】上記第２の実施の形態においては、希釈用
トンネル１内を流れる排ガスＧに含まれるＳｏｏｔを直
接捕集することができ、より精度の高い測定を行うこと
ができる。

【００３９】なお、この実施の形態において、ノズル７
３からＳｏｏｔ捕集液をスプレーするのに代えてＳＯＦ
捕集液をスプレーするとともに、粒度分布測定装置２６
に代えて油分濃度測定装置４０を接続した場合、ＳＯＦ
濃度を測定することができる。

【００４０】そして、上述した実施の形態のいずれにお
いても、希釈用トンネル１を用いるものであったが、こ
れを用いずに、エンジン２からの排ガスＧをそのままの
状態でサンプリングするようにしてあってもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ディーゼルエンジンなど内燃機関からの排ガスに含
まれるＳｏｏｔやＳＯＦの濃度を連続的にしかも簡単に
測定することができる。特に、Ｓｏｏｔについて、粒度
分布測定装置で測定するようにしているので、濃度だけ
でなく粒度分布をも知ることができ、Ｓｏｏｔ評価のた
めのデータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る排ガス中のＰＭ測定装置の構
成を概略的に示す図である。

【図２】粒度分布測定装置の一例を概略的に示す図であ
る。

【図３】油分濃度測定装置の一例を概略的に示す図であ
る。

【図４】第２実施例に係る排ガス中のＰＭ測定装置の構
成を概略的に示す図である。

【符号の説明】

２…内燃機関、１５…Ｓｏｏｔ捕集液、１６…第１バブ
リング槽、２６…粒度分布測定装置、２８…ＳＯＦ捕集
液、２９…第２バブリング槽、４０…油分濃度測定装
置、Ｇ…排ガス、ＳＧ…サンプルガス、Ｓ₁…Ｓｏｏｔ
を含んだサンプル、Ｓ₂…ＳＯＦを含んだサンプル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関から排出されるガスをサンプリ
ングし、このサンプリングされたガスを、それぞれＳｏ
ｏｔ捕集液およびＳＯＦ捕集液を収容したバブリング槽
に導き、それぞれの槽から得られるＳｏｏｔを含んだサ
ンプルおよびＳＯＦを含んだサンプルをそれぞれ粒度分
布測定装置および油分測定装置に導き、Ｓｏｏｔおよび
ＳＯＦを各別に分析できるように構成したことを特徴と
する排ガス中のＰＭ測定装置。
【請求項２】内燃機関から排出されるガスが流れる流
路内においてその上流側からＳｏｏｔ捕集液をスプレー
してガス中のＳｏｏｔ分を捕集し、この捕集したＳｏｏ
ｔ分を含む液をサンプルとして粒度分布測定装置に導
き、Ｓｏｏｔを分析するようにしたことを特徴とする排
ガス中のＰＭ測定装置。
【請求項３】内燃機関から排出されるガスが流れる流
路内においてその上流側からＳＯＦ捕集液をスプレーし
てガス中のＳＯＦ分を捕集し、この捕集したＳＯＦ分を
含む液をサンプルとして油分測定装置に導き、ＳＯＦを
分析するようにしたことを特徴とする排ガス中のＰＭ測
定装置。