JPH11230871A - 排気ガス希釈サンプリング装置 - Google Patents

排気ガス希釈サンプリング装置

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JPH11230871A
JPH11230871A JP4284098A JP4284098A JPH11230871A JP H11230871 A JPH11230871 A JP H11230871A JP 4284098 A JP4284098 A JP 4284098A JP 4284098 A JP4284098 A JP 4284098A JP H11230871 A JPH11230871 A JP H11230871A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】排気ガスのサンプリング量を少なくして、清浄
度が極めて高いことが要求されてコストなどで多くの難
点がある希釈空気の量をできるだけ少なくし、しかもC
VS装置と同様に希釈排気ガスの中の汚染成分の濃度を
全排気ガス流量の中の量に比例するようにすること 【解決手段】サンプリングする排気ガスの質量流量をサ
ンプリング系22を連続的に測定しながら抽出し、これ
と混合部12を混合して希釈する清浄空気もしくはN2
ガスの流量を排気ガス流量の関数として希釈排気ガス3
の流量をサンプリングする排気ガス流量に比例し全排気
ガス流量に逆比例するように制御する手段を選んだ

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車の排気ガス測
定などの環境技術分野に係わる。
【0002】
【従来の技術】自動車排気ガスによる大気汚染の防止技
術において、汚染成分の排出量を測定する方法として、
CVS(Constant Volume Sampler)装置が1970年代
から広く世界中で利用されてきた。これは排気ガスの全
流量を清浄な空気で希釈して一定流量の希釈排気ガスと
し、水分などの凝縮を防ぎながら一定流量である運転時
間内の試料ガスをバッグにサンプリングしてガス分析す
る方法で、希釈排気ガスの中のある特定成分の濃度がそ
の排出量に比例する装置である。
【0003】
【従来技術の問題点】CVS装置は排気ガスの全量を希
釈するために多量の清浄な希釈空気を必要とする。装置
全体が大型となり、設置や配管のスペースやブロワーな
どの動力も大きくなりコストも問題となる。近年自動車
の排気ガス対策が進み、またCNGやメタノ一ル燃料な
ど水分の割合の多い排気ガスへの対応やとくに低濃度の
汚染成分排出のエンジンに適応する測定装置には清浄度
の極めて高い乾燥希釈空気を多量に供給することが必要
であるが、その実現が困難となってきている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】排気ガスの汚染成分の
排出量を測定するための代表的試料をバッグにサンプリ
ングするにはCVS装置と同様に排気ガスを希釈して水
分などの凝縮を防ぐ必要がある。希釈排気ガスの量はガ
ス分析などに必要な量で良い訳で、排気ガスのサンプリ
ング量を少なくして、清浄度が極めて高いことが要求さ
れてコストなどで多くの難点がある希釈空気の量をでき
るだけ少なくし、しかもCVS装置と同様に希釈排気ガ
スの中の汚染成分の濃度を全排気ガス流量の中の量に比
例するようにすることが課題である。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する手
段のーつとしてサンプリングする排気ガスの質量流量を
連続的に測定しながら抽出し、これと混合して希釈する
清浄空気もしくはN2ガスの流量を排気ガス流量の関数
として希釈排気ガスの流量をサンプリングする排気ガス
流量に比例し全排気ガス流量に逆比例するように制御す
る手段を選んだ。
【0006】一般に石油系燃料の燃焼排気ガスの露点は
55℃ないし65℃であるが、この流量を制御するため
には圧力変化などが生じるので、80℃程度以上に保つ
必要がある。こうした高温では熱式のマスフローメ−タ
を適用することは応答性などの点で適切ではない。流量
を露点より遥かに高い温度で定温度・圧力において圧力
損失少なく測定するにはラミナ−フロ−メ−タを用いる
ことが適当である。実際の装置の特性を考慮して本発明
では、抽出する排気ガスの流量ををラミナ−フロ−メ−
タで圧力損失150mmH2 O以下で応答性と精度を高
くして連続的に測定し、この測定した質量流量に対応す
る清浄な希釈空気またはN2 の流量を常温で利用する熱
式などの通常のマスフロ−コントロ−ラで応答性良く制
御する手段を採用した。
【0007】ラミナ−フロメ−タでの圧力損失は大気圧
力に比較して極めて小さいのでその下流側の管系の圧力
も常圧に近く、吸引圧力の制御も必要無く、ポンプ負荷
への影響も少ない。
【0008】さらに希釈量が小さいとき希釈排気ガスの
露点が問題になることがあるが、本装置では流量が少な
く装置が小形化できるので容易に管系を45℃以上に保
つようにして、1/2程度以内の希釈比にも対応できる
ようにした。
【0009】
【発明実施の形態】本発明では実際に希釈排気ガスに用
いる排気ガス流量は通常5L/min以下と少ないの
で、排気ガスのサンプリング系での遅れ時間を少なくす
るためにバイパス流を利用する。サンプリング系の温度
は110℃程度に保ち、普通15L/min程度のバイ
パス流から1〜5 L/min程度の排気ガスが分流さ
れて一定の入り口温度・圧力条件においてラミナ−フロ
−メ−タに入る。この流量は直接的には制御されない
が、希釈空気またはN2 と混合された希釈排気ガス流量
としてはこれらを吸引する複数のポンプの全流量として
ほぼ定まることになる。
【0010】希釈空気またはN2 の流量da は流量と別
に測定される排気ガスの全質量流量から計算されてマス
フロ−コントロ−ラで制御される。排気ガスの全質量流
量をXとし、ラミナ−フロ−メ−タで測定された希釈に
用いる排気ガス質量流量をqとし、制御される希釈空気
の質量流量をda として、定数Aと希釈比rとの関係を
数式にすると次のようになる。
【0011】da =q(A/X−1),r=q/(da
+q) ここにAはある測定時間で選定する定数(A≧
max )であるが、装置として一定にしておいてもよ
い。この式のda になるように、信号Xと信号qとに応
じてマスフローコントローラで希釈空気流量を制御す
る。
【0012】希釈排気ガス流量はこれを吸引するポンプ
の合計した流量であるが、Xによって希釈比は変化す
る。しかし、Aが一定であれば希釈排気ガス中のある特
定成分の濃度はその成分の排出値に比例する。したがっ
てこの方式の希釈排気ガスから一定の流量でサンプリン
グしてバッグに捕集すれば、その運転時間内の排出量を
代表する試料が得られる。
【0013】
【実施例】本発明の実施例を図1の装置解説図によって
説明する。エンジンの排気管系の末端であるテールパイ
プ51に挿入した排気サンプリングプローブ21をサン
プリングプロ−ブホルダ−31に取付けて排気ガス1を
ほぼ一定流量で抽出し、約110℃に保たれたサンプリ
ング系22を経由して15L/min程度の流量の排気
ガス試料がガスコネクタ−23を通して本装置100に
取り入れられる。高温フィルタ24を経て、排気ガス分
流器25において必要な流量の希釈に用いる排気ガス2
が分流され、残余のガスはバッファータンク26とバイ
パスポンプ27、およぴ流量調節弁28、流量モニタ−
29を経由し排気排出コネクター30から装置外に導か
れ、エンジン排気系の下流側で排気サンプリングプロー
ブ21に影響しない位置の排気排出ダクト32に戻され
る。このようにして排気サンプリング系での遅れはほぼ
0.2秒以内にすることができる。
【0014】希釈に用いる排気ガス2は100℃程度に
正確に温度制御されたラミナ−フロ−メ−タ10に入
る。この流量はフロ−メ−タ用圧力センサ11で検出さ
れ、流量信号qとして制御回路50に入力される。ここ
では下流側のシステムの流量によって流量が決定される
が、圧力損失は150mmH2 O以下とすることも可能
である。
【0015】希釈に用いる清浄な空気またはN2 は本装
置100の外部から供給されるが、例えば図に例示する
ようにボンベ41から減圧弁42で一定圧力にしてガス
コネク夕−43から本装置100に導入され、電磁弁4
4、3方電磁弁46を経て圧力計45で圧力指示しマス
フローコントローラ20で流量制御されて希釈空気とし
て供給される。この流量はほぼ室温に近い温度で作動す
る熱式のマスフローコントローラ20で制御回路50か
らの信号に応じて流量値da に応答性良く制御される。
【0016】排気ガスと清浄な希釈空気とは混合部12
でほぼ一定な圧力条件で混合され、希釈排気ガス3とな
る。この庄力は希釈排気ガス分流部13′から分流され
て流量の適当な吸引ポンプ36の入り口側バッファ−タ
ンク35によって脈動を少なくされ、ほぼ大気圧程度に
保たれる。希釈排気ガスの一部は流量調節弁16で制御
され流量計17でモニタ−されながら一定流量の希釈排
気ガス試料4としてバッグサンプリングポンプ14で吸
引され3方電磁弁18を経由してバッグ6などに圧力ス
イッチ7の上限圧以下で圧送され、補集されてガス分析
用の試料5となる。バッグ6は多くの場合複数個装着さ
れ、各分岐管に電磁弁9を備えて切り替えて使用すると
共に、着脱容易なコネクタ−8を備えておく。
【0017】バッグからの試料ガスの排出には排出ポン
プ47と電磁弁48,49が備えられている。これらに
よって試料ガスは分析ガスコネクタ−33から図に示し
ていないガス分析装置に送出される。各電磁弁の切り替
えによって試料ガスの導入やバッグを洗浄するパージ空
気の導入・排出などを行う。
【0018】希釈排気ガスはバッグサンプリングの他に
吸引ポンプ36で吸引されて排出される部分があるが、
例えばアルデヒド類などカルボニ−ル化合物の補集には
100℃程度の高い温度のままで希釈排気ガス分流部1
3において分流して電磁弁19を経由し外部ガスサンプ
ラ−コネクタ−52と吸引ガスコネクタ−54を介して
装置100の外部に装着したカ−トリッジ式サンプラ−
53を通過してポンプ37で吸引し流量調節弁38と流
量モニタ−39により一定流量にして排気排出コネクタ
34から排出するようにし必要なサンプリングに利用す
ることもできる。このようにしてバッグサンプリング以
外にもある範囲では希釈排気ガス試料の流量が一定でな
い場合にも本装置は適用できる。
【0019】制御回路50には全排気ガス流量の信号X
と希釈に用いる排気ガス流量の信号qが入力され、希釈
比に関係し最大希釈空気流量に制約される定数Aが設定
してあり、希釈空気流量da の指示信号が次の式により
計算されて発信される。 da =q(A/X−1) 制御回路50には希釈比rを次の式によって計算し表示
するようにしてある。 r=q/(da +q) 希釈排気ガスの露点とバッグ入り口までの温度には注意
が必要で希釈比rが0.5より大きくなると露点は45
℃以上にもなる。通常はr≦1/2で配管系を40℃以
上にして露点より高く保てばよい。
【0020】希釈排気ガスは吸引ポンプ36によって常
に一部分が吸引されている。これらの希釈排気ガスは連
続ガス分析などにも利用できる。バッグ6への希釈排気
ガス試料の送入はバッグサンプリングポンプ14と流量
調節弁16と流量計17で必要流量に設定し、3方電磁
弁18の切り替えによってバッグサンプリングが必要な
時間だけ行われる。このバッグサンプリングポンプ14
の出・入り口に取り付けるバッファータンク15には実
質的なガスの流れの遅れ時間が短いものを選ぶことが望
ましい。
【0021】
【発明の効果】本発明によると極めて小型な装置によっ
て小流量の清浄な希釈用ガスを利用してエンジンの排気
ガスのある特定成分の排出量に比例した濃度の希釈排気
ガス試料が得られる。従来のCVS装置では全排気ガス
流量に対応する希釈用ガスを必要としたのに対比する
と、ほぼ1/1000程度の希釈用ガスでガス分析に必
要なバッグ試料が得られる。また希釈排気ガスの試料は
必要な料に設定して測定途中で変更してもある特定成分
の濃度がその成分の排出値に比例する関係が保たれ広い
範囲に適切な利用が可能である。
【0022】とくに排気ガス対策が進んだエンジンにC
VS装置など排気ガス希釈サンプリング装置を適用する
とき希釈に用いるガス清浄度が重要になるが、本発明の
装置では希釈用ガスが小流量であるために、高純度のボ
ンベガスまたは清浄度の高いガス精製装置からの水分や
不純物を含まないガスを利用することが可能となり、バ
ックグランド濃度に影響されない信頼性の高い測定がで
きる。
【0023】希釈排気ガスの露点に関連して、管路系の
温度を容易に高くできるので、希釈比rを0.5以上大
きくすることもできる。さらに、装置が全体として小形
化できるために、測定室におけるスペースが小さくて済
み、設置にも自由度が増し、排気ガスサンプリングにつ
いてのコストも大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の希釈排気ガスサンプリング装置の構成
を示す装置解説図
【符号の説明】
1 装置に導入する試料排気ガス 2 希釈に用いる試料排気ガス 3 希釈排気ガス 4 バッグに捕集する希釈排気ガス試料 5 バッグに捕集された希釈排気ガス試料 6,6′,6 バッグ 7 圧カスイッチ 8,8′,8 コネクター 9,9′,9 電磁弁 10 ラミナ−フロ−メ−タ(LFE) 41 純
空気ボンベ 11 フロ−メ−タ用圧力センサ 42 減
圧弁 12 排気ガス・希釈ガス混合部 43 ガ
スコネ夕ター 13,13′ 希釈排気ガス分流部 44 電
磁弁 14 サンプリングポンプ 45 圧
力計 15 バッファータンク 46 電
磁弁 16 流量調節弁 47 排
出ポンプ 17 流量計 48 電
磁弁 18 3方電磁弁 49 電
磁弁 19 カルボニ−ルサンプリング用電磁弁 50 制
御回路 20 マスフローコントローラ 51 テ
ールパイプ 21 サンプリングプローブ 52 外部ガスサンプラ−コネ 22 サンプリング系 クタ− 23 ガスコネクター 53 カ
−トリッジ 24 高温フィルタ 54 吸
引ガスコネクタ− 25 分流器 60 ガ
ス分析装置 26 バッファータンク 100 排気ガス希釈サンプリ 27 バイパスポンプ ング装置 28 流量調節弁 29 流量モニター 30 排気排出コネクター 31 サンプリングプローブホルダー 32 排気排出ダクト 33 分析ガスコネクター 34 排気排出コネクター 35 バッファータンク 36 ポンプ 38 流量調節弁 39 流量モニタ−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの排気ガスを露点以上の温度に
    おいて流量測定をしながら連続的に抽出し、これに清浄
    な乾燥空気またはN2 を混合して希釈する時に、希釈排
    気ガスの中のある特定成分の濃度が全排気ガス流量Xの
    中のある特定成分の排出量に比例するように、連続的に
    抽出する排気ガス流量の測定値qの関数として次式に従
    うように希釈に用いる清浄な空気またはN2 の流量da
    を制御する排気ガス希釈サンプリング装置であって、そ
    の希釈排気ガスを一定流量でサンプリングすると、その
    サンプリング時間内の排出量に比例したある特定成分の
    濃度が得られる排気ガス希釈サンプリング装置。 da =q(A/X−1) Aはある測定時間で選定す
    る定数(A≧Xma
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