JPH11508368A - 排気排出物分析器に希釈排気ガスを供給する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 汚染物質のない希釈剤１５６に結合された連続的に抜き取られた排気サンプル１２２の一部を、臨界流オリフィス１４０、１７６、２０２の系を通じて、正確に制御された所定流速で流すことにより、排気排出物を分析する装置。希釈サンプルは、周囲空気温度よりも低い露点を有し、分析システムの流れ要求を満たすように生成される。

Description

【発明の詳細な説明】 排気排出物分析器に希釈排気ガスを供給する方法と装置 発明の背景 本発明は自動車の排気ガスに含まれる排気物質（即ち、例えばＣＯ、ＣＯ₂、 炭化水素ＨＣ、ＮＯｘ、ＳＯｘ等）の濃度を計測するためのガスサンプリング装 置に関するものである。 排気ガス内成分の質量を計測する方法としては、従来、ＣＶＳ（一定量サンプ リング）法が使用されている。ＣＶＳ法においては、エンジンからの排気ガスの 全てを、周囲の空気により、希釈し、一定で、既知の体積流量にする。この一定 の流量は、臨界流ベンチュリ管や容積式ポンプなどの容積測定装置を通して、希 釈排気ガスを抜き出すことによって制御されている。テストのサイクルの間、総 希釈流量の少量を継続的に袋に収集し、テストの最後に、袋の中にある成分の濃 度を計測し、テストの間に計測された総希釈容積流量をこれに掛けることによっ て、成分の質量を決定することができる。測定する成分の濃度が、希釈空気中の その成分の濃度に比較して高い限り、ＣＶＳ法は有効な方法である。エンジンか ら排出される汚染物質の量の削減が進むにしたがって、希釈剤が測定に与える影 響はもはや無視できなくなってきている。事実、希釈空気中の汚染物質濃度が排 気ガス中の濃度より高いこともある。この状況は、周囲の空気に代えて、清浄化 した希釈剤を使用すれば解決するのは明らかであるある。しかしながら、ＣＶＳ 技法にとって、これは多量の希釈剤を必要とするので費用が掛かり、非実用的な 方法である。一般的に、希釈剤は少なくとも最大瞬間排気ガス流量の８乃至１０ 倍必要とされる。混合ガスの露点温度を周囲温度以下に下げそれによって、排気 ガス中の水分の凝縮を防ぐためには、この多量の希釈剤が必要である。 排出物質量を計測し、希釈空気内の汚染物質の計測を避けるための代替的方法 は、ＣＶＳ希釈の前に排気濃度を計測し、これとは別に排気質量流量を決定する ことである。ＣＶＳ法を活用するためには付加的な流量計測が必要となる。 ＣＶＳ法を使用して排出物成分の瞬間質量流量を決定するためには、次に述べ る技術を使用することができる。瞬間排気ガス流量は、滑らかな進入オリフィス のような流量計測装置でＣＶＳへの希釈流量を計測し、ＣＶＳ流量からこれを数 学的に引くことによって算出できる。瞬間排気流量と希釈されていない排気濃度 を用いることによって、どのような成分の瞬間質量排気物質でも決定できる。 排気ガス成分の濃度を直接計測するためには、特別に設計された計測器機内で 高温状態で分析するか、或いは、排気ガスが冷却される時に凝縮する水を分析の 前に取り除くかしなければならない。これら方法の両方とも不都合な点がある。 高温で機能するよう設計された計測器は、費用が掛かり、通常かなりの点検保守 が必要である。「湿量基準」での分析は、サンプルから水分を除去することによ って引き起こされる誤差を取り除くのには望ましい。ガス内の水蒸気が凝縮され 除去される時に汚染物質の幾らかは水分と共に除去される。「乾燥量基準」での サンプル分析時に示される濃度は、水分の除去によって生ずる体積の減少によっ て「湿量基準」分析時よりも高くなる。「湿量基準」分析は、「乾燥量基準」分 析から近似できるのみである。残留誤差は望ましくはない。 本発明によれば、少量の希釈されていない排気ガスが抜き取られ、そして、周 囲温度以下の露点を有し、且つ分析システムが必要とする流量を満たす混合物を 作り出す、汚染されていない空気又は窒素で希釈される。分析は、水分の抜き取 り、あるいは、いかなる排気排出物成分の損失もなしに、周囲温度で行われる。 希釈されていない濃度は、希釈サンプル濃度に希釈割合を掛けることによってた やすく求められる。 発明の概要 本発明は、正確に制御された所定流速で、臨界流オリフィス系を通る汚染物質 のない希釈剤と混合された連続的に抽出された少量の排気サンプルを使用して、 排気排出物を分析するのに使用されるようになっている。本発明の装置および方 法は、（１）作動希釈割合を決定する段階と、（２）校正ガスを導入して、作動 希釈割合を確立する段階と、（３）高い露点排気ガスの部分を抽出する段階と、 （４）排気ガスサンプルを汚染物質のない乾燥希釈剤で希釈する段階と、（５） 排気ガスを希釈により水の露点より上の温度に維持する段階と、（６）希釈され た排気ガスを、ガス分析装置の流量要件を満たすのに充分な流量で分析装置に送 出する段階とを含んでしいる。一旦、分析器に送出されると、希釈されたガスは 分析され、希釈されてない汚染物質の濃度が希釈割合を掛けることによって得ら れる。実際には、希釈割合は、希釈されてない校正ガスを分析し、その濃度を、 分析装置によって決定されるように、希釈器によって作られる希釈された校正ガ スの濃度で割ることによって決定される。 本発明によれば、サンプル及び希釈剤流の装置は排気ガスの希釈ガスに対する 希釈割合を正確に制御できるよう適正な大きさに作られた喉寸法を有している。 希釈装置への吸入圧力は、空圧式リレーによりサンプル装置吸入圧力と同等の圧 力に制御されている。サンプル及び希釈剤装置は、共通減圧マニフォルドの中へ と出ていく。マニフォルドの圧力は、両装置を通して臨界流量を作り出すのに十 分な減圧状態に維持されている。装置と関連する流体ラインを炉内に配置するこ とによって、サンプルの温度は排気ガスの露点以上に維持され、その結果凝縮問 題はなくなる。この炉調整は、各装置を同等温度に維持することにもなり、その 結果希釈割合のばらつきも回避できる。 オリフィスのようなサンプル及び希釈剤の装置は、臨界流の類であるのが望ま しい。臨界流ベンチュリ管、亜音速オリフィス、亜音速ベンチュリ管等を臨界流 オリフィスの代りに用いてもよい。本発明は、亜音速オリフィス又は亜音速ベン チュリ管によってサンプル及び希釈のオリフィス又はベンチュリ管の吸入口で同 等の圧力を維持し、排気口で同等且つ減圧された圧力を維持するすることにより 一定希釈割合を維持する。 本発明の希釈器の実施形態によって作り出された希釈されたガスは汚染物質の 総質量を得るために分析されるのがよい。本発明による分析は２つの方法のうち の１つで行われる。第１には、希釈されたサンプルを、これが希釈装置によって 作り出されるとき、先ず瞬時の排気濃度を測定し、次いで、この量に対応する排 気質量流量を掛けることによって連続的に分析される。これは、汚染物質の瞬時 の質量流量に相当する数字を生じさせる。時間にわかって瞬時の質量流量を積分 することによって、テストサイクル中に生じた汚染物質の総質量を得ることがで きる。 第２には、希釈されたサンプルを、質量流量制御器を使用して排気流量に比例 する流量で少量の希釈された排気を計量することによって１つ又はそれ以上のサ ンプル袋に集める。質量流量制御器は制御信号によって送出されるオペレータの 指示に応答して制御器の中を通るガスを計量する。次いで、サンプル袋を分析氏 、汚染物質の濃度に希釈割合及び総排気容積を掛けることによって汚染物質の総 質量を得ることができる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の好適な実施例に従って構成された希釈ガスを排気排出物分析 器に供給するためのシステムの概略図である。 図２は、本発明の好適な空圧式リレーの断面図である。 図３は、本発明の代替実施例にしたがって構成された、図１のシステムと同様 の希釈ガスを供給するシステムの概略図である。 図４は、本発明の追加の変形実施形態に従って構成された排気排出物分析器に 希釈されたガスを与えるための装置の概略図である。 図５は、図１、３または４のシステムによって生じた希釈されたサンプルを分 析するためのシステムの概略図である。 好ましい実施例の詳細な説明 図１は、希釈排気ガスを排気排出物分析器に供給するための空圧作動装置の概 略図を示し、この装置の全体が参照数字１０で示されている。装置１０は内燃機 関排気管１４に連結するためのテールパイプアダプター１２を含んでいる。排気 管１４からの排気は、排気サンプル吸入ライン１６を通って導入される。サンプ ル吸入ライン１６は、プリフィルター１８までで終わる。吸入ライン１６は、本 発明の他の全ての流体ラインと同様に、耐蝕性のためステンレス鋼で作られてい るのが望ましい。プリフィルター１８は、排気サンプルからの微粒子を除去する ために設けられており、これがなければ、装置１０の臨界流表面上に蓄積される ことになる。プリフィルター１８は、微粒子を除去出来れば、既知のどのような 形式のものであってもよい。 排気サンプルは、プリフィルター１８を出て、プリフィルター排気ライン２０ に入る。プリフィルター排気ライン２０は、プリフィルター１８と、図１に図示 された装置の好適な実施例によれば、サンプル臨界流オリフィスまたは臨界流ベ ンチュリ管２２との間のコネクタを形成している。既知のように、ベンチュリ管 は、閉じ円錐、開き円錐及びその間にある喉部を含んでいる。サンプルオリフィ ス２２の出口側には、サンプルオリフィス２２を脈動緩衝器２６に流体接続する 第１バルク流ライン２４がある。緩衝器２６はサンプル通路内にあり、サンプル オリフィス２２の下流で、サンプル分析器（図示せず）の上流に位置している。 第２バルク流ライン２８は、緩衝器２６を真空ポンプ３０に接続している。緩衝 器２６はポンプ３０による脈動を減衰、平滑化する。 排気サンプル吸入ライン１６、プリフィルター１８、プリフィルター排気ライ ン２０、サンプルオリフィス２２は、全体を３２として図示したサンプル流体通 路を画定している。第１バルク流ライン２４、脈動緩衝器２６、第２バルク流ラ イン２８は、全体を３３として図示したバルク流通路を形成している。 汚染物質のない多量の（窒素や空気のような）希釈ガスは流体接合部３４でサ ンプル通路３２に導入されるが、これはサンプルオリフィス２２の下流にある。 全体を３６で図示されているガス源は、装置１０の適切な作動のために必要な希 釈剤を提供する。 本発明の重要な特徴は、圧力リレー又は調整器を希釈剤に利用することによっ て、希釈割合を制御することが可能なことである。排出物分析器を作動させるた めには、一般的には、一時間につき４乃至１０立方フィートを必要とする。典型 的な排出物分析システムには７又は８個の分析器が含まれているので、一時間に つき４５乃至５０立方フィートの総流量が必要となる。ガソリン燃料エンジンに 関しては、最適希釈割合は約８：１であり、これは排気ガス１に対し希釈剤８と なる。 希釈ガスは、第１希釈剤接続ライン４０を経由して、圧力調整器３８へ供給さ れる。希釈剤圧力調整器３８は、ガスの源３６からの窒素または空気を圧力作動 レベルにまで減圧する。第２希釈剤接続ライン４２は、希釈剤圧力調整器３８を 希釈剤空圧リレー４４に接続している。圧力計４５は、希釈剤供給圧力を示すた めに、ライン４２上に設置される。第３希釈剤接続ライン４６は、希釈剤空圧リ レー４４と希釈剤臨界流オリフィスまたは臨界流ベンチュリ管４８の間に取り付 けられる。第４希釈剤接続ライン５０は、流体接合部３４で、希釈剤オリフィス ４８を第１バルク流ライン２４に流体接続する。圧力調整器３８および希釈剤空 圧リレー４４にそれぞれ結合された第１、第２、第３、第４の希釈剤接続ライン ４０、４２、４６、５０、圧力計４５、希釈剤オリフィス又はベンチュリ管４８ は、全体を５４で示した希釈剤通路を形成する。圧力照合ライン５６は、希釈剤 空圧リレー４４をサンプルオリフィス２２の上流の流体接合部５８でプリフィル ター排出ライン２０に接続している。希釈剤空圧リレー４４は、ライン５６を通 してサンプルオリフィス２２の吸入口での圧力を検知し、希釈剤オリフィス４８ の吸入側の圧力をサンプルオリフィス２２に入ってくるサンプル圧力と同等にな るように制御する。 図２の断面図により図示されている希釈剤空圧リレー４４は、ムーアプロダク ツが販売しているモデル６３ＳＤフローコントローラーなどの既知の圧力調整器 の修正版である。このリレーは、希釈剤オリフィス４８への入口における希釈剤 圧力を排気サンプルと同圧力になるよう制御する点において不可欠である。リレ ー４４は、上半分本体６０と下半分本体６１を有する本体部５９を含む。下半分 本体６１には希釈ガス入口６２と希釈ガス出口６４とが形成されている。ダイア フラム６８はバルブ部材７２を有する下向き依存軸７０を含んでいる。部材７２ は選択的にシート部７４から離れることができ、離れるように動いた場合、入口 ６２と出口６４の間にガスを通すことができる。照合入口６６に入ってくるガス の圧力はダイアフラム６８の作動、そしてその結果リレー４４を通る希釈ガスの 流量を制御する。（上記モデル６３ＳＤは、ダイアフラム６８と本体６０の上半 分の内壁の間からバネ［図示せず］を除去することにより修正されている。） ポンプ３０は、サンプル通路３２、希釈剤通路５４、バルク流通路３３を通る サンプルガスの流れを確立するために適切な真空を作り出す。サンプルおよび希 釈剤オリフィス２２、４８の喉部は各々、排気ガスと希釈ガスの流量を正確に制 御できるようなサイズになっている。これらオリフィスの喉部直径は０．１乃至 １．５ｍｍの範囲にあるのが望ましい。一般的に、オリフィス２２と４８へ出入 する吸入圧と排気圧はガスが音速（臨界流）で流れるよう制御されている。オリ フィス２２と４８の通過流量は、以下の式によって決定される。 臨界通過流量 ＝ ＣＸＰ／Ｖ_T ここに、Ｃは、比例定数であり、 Ｐは、オリフィス入口での絶対圧力であり、 Ｔは、入口での絶対温度である。 臨界流オリフィス２２と４８の入口と出口での絶対圧力は、 （Ｐ₂／Ｐ₁）＜｛２／（Ｋ＋１）｝×｛Ｋ／（Ｋ−１）｝ によって定義される関係を満たす限り、臨界流（音速）がオリフィスを通して存 在する。 Ｐ２は、与えられたオリフィスからの出口での絶対圧力であり、 Ｐ１は、与えられたオリフィスへの入口での絶対圧力であり、 Ｋは、オリフィスを通って流れるガスの、定積比熱に対する定圧比熱の割合で ある（Ｋは、「断熱指数」と呼ばれている）。ジョン・Ｋ．ベナード著基本流体 力学、１９６１年ジョンウィリィーアンドサンズ社出版９、１０、１５７頁を参 照されたい。 この好ましい実施例によれば、希釈剤オリフィス４８への入口圧力は、サンプ ルオリフィス２２入口での圧力と同じ圧力に制御されている。オリフィス２２の 入口での圧力は、一般的に−１psigと４psigの間の範囲であってよい。サンプル 及び希釈剤オリフィス２２、４８は各々共通のバルク流通路３３に出て行くので 、過渡的サンプル圧の間であっても、二つのオリフィス２２と４８を通過する際 には圧力低下は同じになる。従って、二つのオリフィス２２と４８を通る流量は 常時一定の割合にあり、排気ガスサンプル１に対し希釈剤約８の範囲にあるのが 望ましい。 一定の体積割合を保証するのを助け、希釈割合の変化を避けるために、オリフ ィス２２と４８は、一定の高い温度（一般的には華氏１６０〜１８０度）に維持 されており、それによってオリフィス２２と４８が異なる温度で作動する可能性 を排除する。破線によって図示された炉８０は、この目的のために設けられてい る。炉８０は、延長スリーブ８２を含み、更に熱源８４（加熱コイルのようなも の）及び炉８０内の内部の暖かい空気を均一に循環させるための空気槽撹拌装置 ８６（ファンのようなもの）を含んでいる。 オリフィス２２と４８を実質的に同じ高温に維持するのに加えて、炉８０の設 備は、排気ガスサンプルの温度が排気ガスの露点以上のレベルに確実に維持でき るようにしている。エンジン排気中には、排気ガス内に燃料の燃焼生成物として 水分がある。もし排気ガスが分析の前に簡単に周囲空気温度にまで冷却されれば 排気内の水蒸気は通常凝縮し、凝縮された水分で分析が妨げられる好ましくない 状態となり、加えて、分析の前に（ＮＯ₂のような）汚染物質の幾らかが除去さ れてしまうという好ましくない状態が生ずる。乾燥した希釈ガスを使用すること と併せて、サンプルの温度を希釈後まで露点以上に維持する本システム（サンプ ルと希釈ガスは、炉８０内に位置する接合器３４で結合される）は、この問題の 発生を防止する。サンプル排気ガスの希釈は、露点を周囲温度以下に下げる。一 旦、希釈が終わると、バルク流ガスは炉８０を出て、分析の前に周囲温度に冷却 される。 オリフィス２２と４８によって確立される作動希釈割合（サンプル流量と希釈 剤流量を加えそれをサンプル流量で除した割合）を決定するために、全体を９０ で図示する校正システムが備えられている。システム９０は校正ガス源９２、第 １ライン９６でガス源９２に接続されている圧力調整器９４、第２ライン１００ で圧力調整器９４に接続されている臨界流オリフィス９８、第３ライン１０４で 臨界流オリフィス９８に接続されているソレノイドバルブ１０２を含んでいる。 ソレノイドバルブ１０２は、プリフィルター１８の上流地点で、第４校正ライン １０８によって接合部１０６において、サンプル吸入ライン１６に接続されてい る。圧力表示器１０９は、第２ライン１００に取り付けられている。直接ライン １１０が、ガス源９２と分析器（図示せず）の間に設けられている。空圧ライン １１１は、校正システム９０の第２ライン１００を、希釈剤通路５４の希釈剤接 続ライン４２に接続する。希釈剤ガスおよび非希釈校正ガスのいずれかを、両方 のオリフィスを通して、標準作動流速（normal operating flow rate）で流すよ うに、二方向ソレノイドバルブ１１３がライン１１１に取付けられている。これ は、希釈割合を正確に決定するために便利である。 ソレノイドバルブ１０２を開き、校正用ガスを（装置１０が実際に排気ガスパ イプ１４から引出す量より多い）過剰流量にすると、校正用ガスは、サンプルオ リフィス２２に流れ込み、過剰の校正用ガスは、サンプル吸入ライン１６を通っ て排気ガスパイプ１４に“あふれ出る”。この状態では、校正用ガスがサンプル オリフィス２２の入口側に溢れ、濃度１００％の校正用ガスがオリフィス２２を 確実に通過することになる。その後、校正用ガス濃度は二つのオリフィス２２と ４８によって作り出された設定割合によって希釈される。そうすれば希釈された 校正用ガスが分析できるようになる。希釈されていない多量の校正用ガスを校正 ライン１１０を通して源９２から分析器に直接流して分析し、希釈されていない 濃度を決定する。これら二つの濃度の割合でシステムの作動希釈割合が確立され る。 本発明の変形例を図３に示すが、そこには、希釈剤ガスを排気排出物分析器に 供給するための装置が描かれ、その全体が参照番号１０’で示されている。装置 １０′は、図１で示された装置１０と実質的に同一であり、それと関連づけて記 載してあるが、図１のサンプルオリフィス２２の代わりにサンプル流量制御バル ブ１１２、希釈剤臨界流オリフィス４８の代わりに希釈剤流量制御バルブ１１４ が含まれている。流量制御バルブは手動で又は電子的に調節できる。装置１０’ の構成と作動は装置１０と実質的に同一である。 図４を参照すると、希釈排気ガスを排気ガス分析器(emission analyzer)に提 供するための空圧作動装置の追加の変形例の概略的なダイアグラムが描かれ、全 体が参照番号１２０で示されている。空圧作動装置１２０は、内燃エンジンの排 気管１２４に連結するためのテールパイプアダプタ１２２を備えている。排気管 １２４からの排気は、排気サンプル吸入ライン１２６を通って、導入される。サ ンプル吸入ライン１２６は、三方向ソレノイドバルブ１２８で終っている。吸入 ライン１２６は、本発明の他のラインと同様、耐蝕性のためステンレス鋼やテフ ロン（登録商標）などの適当な材料で作られているのが好ましい。ライン１２６ は、サンプルガスを高い温度（典型的には、１６０−１８０°Ｆ）に維持して、 水の結露(water condensation)を防止するために、スリーブ１３０のような加熱 要素を備ている。接続ライン(connecting line)１３２が、三方向ソレノイドバ ルブ１３４をプリフィルター１３４に接続する。プリフィルター１３４は、排気 サンプルから微粒子を除去するために設けられ、さもなければ、この微粒子の存 在が、装置１０の臨界流表面上に蓄積されることになる。プリフィルター１３４ は、微粒子を除去することができる公知の何れかのタイプのものである。 周囲空気ライン１３６が、図示するように、周囲空気に開いている。空気ライ ン１３６は、加熱されたラインからサンプルを取るのに先立って、ガスの流れの ための通路を提供する。ライン１３６は、周囲空気を吸う。空気ライン１３６に 接続されている三方向バルブ１２８のバルブ要素１２８は、通常、図示されてい るように、開いている。 排気サンプルは、プリフィルター１３４を出て、プリフィルター１３４とサン プル臨界流オリフィス即ち臨界流ベンチュリ管１４０との間を接続するプリフィ ルター排気ライン１３８に入る。サンプルオリフィス１４０の排出側に、サンプ ルオリフィス１４０を流体接合部１４２と流体的に接続する第１バルク流ライン １４３がある。第２バルク流ライン１４３が、流体接合部を緩衝タンク１４４に 接続している。緩衝タンク１４４は、サンプルオリフィス１４０の下流かつポン プ１４８（図４には図示せず）の上流のサンプル通路に配置されている。第３バ ルク流ライン１４６が、緩衝タンク１４４をポンプ１４８に接続している。緩衝 タンク１４４は、ポンプ１４８が発生させた脈動を減衰または平滑化する。 排気サンプルライン１２６、プリフィルター１３４、プリフィルター出口ライ ン１３８、およびサンプルオルフィス１４０は、１５０として全体的に図示され たサンプル流体路を構成する。第１バルクストリームライン１４２、バッファー タンク１４４、および第２バルクストリームライン１４６は、１５２として全体 的示されたバルクストリーム路を構成する。 図４の実施例によれば、（窒素または空気のような）多量の汚染物を含まない ガスが、オリフィス１４０の下流側にある箇所である流体交差部で流体サンプル 路に導入される。１５６として全体的に図示されたガス源が、装置１０の正しい 作動に必要とされる希釈剤を提供する。 希釈ガスは、第１希釈剤接続ライン１６０を経て、圧力調整器１６０に送られ る。希釈剤圧力調整器１５８は、ガス源１５６からの窒素または空気を、代表的 には１０psi から２０psi の作業圧力レベルまで低減する。第２希釈剤接続ライ ン１６２が、希釈剤圧力調整器１５８を、希釈剤供給圧力を指示するために、ラ イン１６２に設けられた圧力計１６４に接続する。第３希釈剤接続ライン１６６ が、圧力計１６４を二方向ソレノイドバルブ１６８に接続する。図示したように 、（ライン１６６に接続された）バルブ１６８の入力側は通常は閉鎖位置にある 。 第４希釈剤接続ライン１７０がバルブ１６８を希釈剤空圧リレー１７２に接続 する。リレー１７２およびその機能は、図１および図２に示され、これらに関連 して説明したリレー４４と同じである。第５希釈剤接続ラインが、リレー１７２ を希釈剤臨界流オリフィス、すなわち臨界流ベンチュリ１７６に接続する。第６ 希釈剤接続ライン１７８が、オリフィス１７６を流体交差部１５４で第１バルク ストリームライン１４２に流体的に接続する。圧力調整器１５８、圧力計１６４ 、ソレノイドバルブ１６８、リレー１７２及びオリフィス１７６にそれぞれ組み 合わされた第１、第２、第３、第４、第５及び第６の接続ライン１６０、１６２ 、１６６、１７０、１７４および１７８は、１８０として全体的に図示されてい る希釈剤路を構成している。圧力参照ライン１８２は、サンプルオリフィス１４ ０の上流側にある箇所である流体交差部１０４で、出口ライン１３８に接続され ている。希釈剤空圧リレー１７２は、ライン１８２を通じて、サンプルオリフィ ス１７６の入口の圧力を検知し、希釈剤オリフィス１７６の入口側の圧力がサン プルオリフィス１４０に入るサンプル圧力に等しくなるように、希釈剤オリフィ ス１７６の入口側の圧力を制御する。 加熱されたライン１２６についてと同様に、オリフィス１４０および１７６は 、オリフィス１４０及び１７６が異なる温度で作動する可能性をなくすように（ 代表的には１６０−１８０°Ｆの）一定の高い温度に維持される。この目的のた めに、破線で示された炉１８６が設けられている。上記の図１及び図３と同様に 、加熱源および循環ファン（どちらも図示せず）が、炉１８６と作動的に関連し て設けられている。 オリフィス１４０、１７６によってもたらされた作動希釈割合を測定又は決定 するため、全体的に１９０で示される校正システムが設けられている。このシス テム１９０は、校正ガス源１９２と、第１管路又はライン１９６によってガス源 １９２に接続された圧力調整器１９４と、第２管路又はライン２００によって調 整器１９４に接続された２ウェイソレノイドバルブ１９８と、第３管路又はライ ン２０４によってバルブ１９８に接続された一定流オリフィス２０２と、接合体 又は接合部２０８でオリフィス２０２をライン１３２に接続する第４管路又はラ イン２０６とを有する。校正ガス圧力ゲージ２１０が第２ライン２００に取付け られている。１ウェイチェックバルブ２１２が第４ライン２０６に取付けられて いる。図１の校正システム９０の場合のように、図４のシステム１９０により、 操作者は校正ガスを試料入口又はサンプル入口に導入し、本発明において採用さ れたオリフィスによって提供された作動希釈割合を測定又は決定することができ 、或いは、変形例として、分析器（図示せず）に校正ガス濃度を指示させること ができる（理解されるように、作動希釈割合は、校正ガス濃度を希釈（された） 濃度によって割った割合である）。 図１及び図３の実施形態のライン１１１のように、希釈経路１８０のの流体ラ イン２１４が第４希釈ライン１７０を校正システム１９０の第３ライン２０４に 接続する。希釈ガス又は非希釈校正ガスを通常作動流量で両オリフィスを流すこ とができるようにするため、２ウェイソレノイドバルブ２１６がライン２１４に 取付けられている。これは、希釈割合の測定又は決定を正確にするのに有用であ る。 図４の装置１２０の作動は、図１の装置１０及び図３の装置１０’に関して取 られた工程と実質的に同じである。本発明の小型希釈器の実施例にかかわらず、 希釈（された）試料またはサンプルは装置の作動を通じて、作りだされる。（純 粋窒素又は純粋空気の使用により）大気汚染物質によって汚染されていない試料 またはサンプルを準備するにあたっては、種々の実施例の装置（１０、１０’、 １２０）が有用であるが、排気放出物の総（質）量を算出するためには、汚染物 質の総（質）量の測定または決定に向けられた追加の工程が必要とされる。 図５の装置は、全体的にこの目的に向けられている。２５０で全体的に示され た装置は、第１分析ライン２５４に形成された希釈試料又はサンプル入口２５２ を有し、第１分析ライン２５４は入口２５２を背圧調整器２５６に接続する。調 整器２５６の出力側は出力ライン２５８に接続され、この出力ライン２５８は、 分析ベンチ（図示せず）に設けられる適当な装置によって分析することができる ように、希釈（された）ガスを連続的に送出させるのに使用される。希釈試料ま たはサンプル圧力ゲージ２５９が第１分析ライン２５４に取付けられる。 第２分析ライン２６２が、接続部２６０で第１分析ライン２５４に接続され、 ライン２５４を接合部２６０を介して、質量流量コントローラ２６４に接続する 。質量流量コントローラ２６４は、希釈サンプル（加圧下）を受け入れ、通過が 可能とされたガスを所定制御信号２６６に応答して計量する。質量流量コントロ ーラ２６４の選択操作は、測定装置２６５によって指示され、この測定装置２６ ５は、制御信号２６６を通信ライン２６８（破線で示す）を介して、コントロー ラ２６４に出力する。導管２７０により、収集バッグ接続ライン２８０、２８２ 、２８４、２８６を介して、同じ数の複数のサンプル収集バッグ２７２、２７４ 、２７６、２７８への希釈サンプルの分配が可能になる。これより多い或いは少 ない数の収集バッグを用いてもよい。バッグ２７２、２７４、２７６、２７８は 、オペレータに後の分析のためのサンプルを収集する選択を可能にするために設 けられる。一連の電磁弁２８８、２９０、２９２、２９４がそれぞれ、接続ライ ン２８０、２８２、２８４、２８６に取り付けられる。弁は、オペレータに個々 のラインを選択的に開閉する能力を与える。 ライン２５４、背圧レギュレータ２５６及び出力ラインが、全体的に２９６と して指示する瞬間分析ラインを構成する。第２分析ライン２６２、質量流量コン トローラ２６４、導管２７０、収集バッグ２７２、２７４、２７６、２７８及び ライン２８０、２８２、２８４、２８６が、全体的に２９８として指示したバッ グ収集ラインを構成する。 分析装置２５０によって、瞬間分析ライン２８８の操作によって希釈サンプル の連続的な分析が可能になる。最初に、希釈濃度に希釈割合を乗じることによっ て、非希釈汚染物質の濃度を得る（前述のように、実際には、非希釈校正用ガス を分析し、さらに分析装置によって決定されるように、この濃度を希釈器が生じ た希釈校正用ガスの濃度で除することによって、希釈割合を決定する。）。次い で、瞬間排気ガス濃度に対応する排気質量流量を乗じて、汚染物質の瞬間質量流 量を得ることができる。この質量流量を時間について積分することによって、テ ストサイクル中に生じた汚染物質の総質量を得ることができる。 変形例として、バッグ収集ライン２９０の操作によって、制御信号２６６に応 答して、質量流量コントローラ２６４を用いて、排気ガス流量に比例した流量の 少量の希釈排気ガスを計測することによって、希釈排気ガスのサンプルを、サン プル収集バッグ２７２、２７４、２７６、２７８に収集することができる。制御 信号２６６が排気ガス流量に正比例するとすれば、サンプル収集バッグ２７２、 ２７４、２７６、２７８を分析し、さらにその濃度に希釈割合及び総排気容積を 乗じることによって、汚染物質の総質量を得ることができる。（ＣＶＳによる希 釈空気流れの計測のような現存の技術を用いて、瞬間排気ガス流量及び総排気容 積を決定することができる。） 本発明の構造は、信頼性のある、制御可能で、精密なサンプル希釈液割合制御 を提供する。加えて、上述の種々の希釈器システムは、排気圧力の幅広い範囲内 で有効である。行ったテストは、排気圧力が、正確に維持されている希釈割合に よって、大気圧近くから素早く変動することを証明している。 上記の説明により、本発明の幅広い教示が多様な形態で実施できることを当業 者は理解できたであろう。それゆえ、本発明はその特定の例に関連して記載され ているが、図面、明細書、次の請求項を検討することにより当業者には他の変更 変形が明らかになるであろうから、本発明の範囲はこれに限定されるべきもので はない。

【手続補正書】 【提出日】１９９８年１０月２９日 【補正内容】 請求の範囲 １．排気排出物分析器によって分析することができるように、エンジンの排気系 からの排気ガス試料の希釈度を制御するための装置であって、 第１端と第２端とを備えた排気ガス採取管路を有し、前記第１端が排気系に 流体接続され、 前記排気ガス採取管路に取付けられた排気ガス採取管路オリフィスを有し、 記排気ガス採取管路オリフィスが入口を備え、 実質的に汚染されていない希釈ガス源と、 第１端と第２端とを備えた希釈管路とを有し、前記第１端が前記実質的に汚 染されていない希釈ガス源に接続され、 前記希釈管路に取付けられた希釈管路オリフィスを有し、該希釈管路オリフ ィスが入口を備え、前記排気ガス採取管路オリフィスと前記希釈管路オリフィス とが、これらに亘って等しい圧力降下を作るように形作られ、 前記希釈管路に取付けられ、前記排気ガス採取管路に接続された、前記希釈 管路オリフィスの入口の圧力が前記排気ガス採取管路オリフィスの入口の圧力と 等しくなるように圧力を制御するための希釈圧力レギュレータと、 第１端と第２端とを備えた希釈ガス出口管路とを有し、前記第１端が排気排 出物分析器に接続され、 流体接合体を有し、前記排気ガス採取管路の前記第２端と、前記希釈管路と 、前記希釈ガス出口管路とが、前記流体接合体に接続され、 希釈排出ガス試料を前記希釈ガス出口管路に引張るための手段と、 前記希釈排出ガス試料を、十分に分析可能な流速で、前記排気排出物分析器 に向けるシステムとを有する 装置。 ２．前記システムが、前記希釈排気ガス試料の連続的な分析を可能とする圧力調 節器を有する請求の範囲第１項に記載の装置。 ３．前記システムが、少なくとも１つの試料バッグと、排気ガス試料の流速に比 例した流速で、前記希釈排気ガス試料の流れを前記少なくとも１つの試料バッグ に計量供給するための手段とを有する請求の範囲第１項に記載の装置。 ４．流れを前記少なくとも１つの試料バッグに計量供給するための前記手段が、 質量流制御器を有する、請求の範囲第３項に記載の装置。 ５．希釈排気ガス試料をエンジンの排気系から準備して、排気排出物分析器で分 析する方法であって、 排気ガス試料をエンジンの排気系から抜き取り、前記排気ガス試料を排気ガ ス試料ラインに通し、 希釈ガスを希釈ガス源から抜き取り、圧力調節器を有する希釈ラインに前記 希釈ガスを通し、 前記排気ガス試料と前記希釈ガスの体積割合を圧力調節器で実質的に一定の 割合に維持し、 前記希釈ガスを前記排気ガス試料に導入して、希釈排気ガス試料を作出し、 前記希釈ガスと前記希釈排気ガス試料との希釈比を確立し、 前記希釈排気ガス試料を、十分に分析可能な流速で、排気排出物分析器に向 け、 前記希釈排気ガス試料を分析する 方法。 ６．さらに、前記希釈排気ガス試料の流速に比例した流速で、前記希釈排気ガス 試料を計量して、少なくとも１つの試料バッグ内に回収する請求の範囲第５項に 記載の方法。 ７．前記希釈排気ガス試料を、質量流量コントローラーにより計量する請求の範 囲第６項に記載の方法。 ８．校正用ガス源から校正用ガスを導入し、 前記校正用ガスを前記希釈ラインを通し、 希釈された希釈校正用ガスを前記希釈ラインを通じて、抜き取り、 前記希釈校正用ガスと前記校正用ガスとの体積割合を実質的に一定の割合に 維持し、 前記希釈校正用ガスを前記排気排出物分析器に向けて、前記校正用ガスの濃 度と希釈された前記校正用ガスの濃度を求め、 前記校正用ガスの濃度を前記希釈校正用ガスの濃度により除して、 前記希釈比を決定し、確立する請求の範囲第５項に記載の方法。 ９．さらに、前記希釈排気ガス試料の総排気体積を決定し、 前記少なくとも一つの試料バッグを分析し、前記希釈排気ガス試料の個々の 成分の全質量を求め、 前記希釈排気ガス試料の前記個々の成分の濃度を求め、 前記試料バッグ中の前記希釈排気ガス試料中の前記個々の成分の濃度に、前 記希釈比および前記総排気体積を乗じて、前記希釈排気ガス試料中の前記個々の 成分の全質量を得る 請求項６に記載の方法。 10．さらに、前記希釈排気ガス試料中の前記個々の成分の個々の希釈濃度割合を 求め、 前記希釈排気ガス試料中の前記個々の成分の前記個々の希釈濃度割合に、前 記希釈比を乗じて、前記個々の成分の瞬間的排気濃度を求め、 前記瞬間的排気濃度に、排気質量流量を乗じて、前記希釈排気ガス試料中の 前記個々の成分の瞬間的質量流量を得る 請求項８に記載の方法。 11．前記瞬間的質量流量を、全時間にわたり、積分して、生成された汚染物の総 質量を得る請求項１０に記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．排気排出物分析器によって分析することができるように、エンジンの排気系 からの排気ガス試料の希釈度を制御するための装置であって、 第１端と第２端とを備えた排気ガス採取管路を有し、前記第１端がエンジン の排気系に流体接続され、 前記排気ガス採取管路に取付けられた排気ガス採取管路オリフィスを有し、 該記排気ガス採取管路オリフィスが入口を備え、 実質的に汚染されていない希釈ガス源と、 第１端と第２端とを備えた希釈管路とを有し、前記第１端が前記実質的に汚 染されていない希釈ガス源に接続され、 前記希釈管路に取付けられた希釈管路オリフィスを有し、該希釈管路オリフ ィスが入口を備え、前記排気ガス採取管路オリフィスと前記希釈管路オリフィス とが、これらに亘って等しい圧力降下を作るように形作られ、 前記希釈管路に取付けられ、前記排気ガス採取管路に接続された、前記希釈 管路オリフィスの入口の圧力が前記排気ガス採取管路オリフィスの入口の圧力と 等しくなるように圧力を制御するための希釈圧力レギュレータと、 第１端と第２端とを備えた希釈ガス出口管路とを有し、前記第１端が排気排 出物分析器に接続され、 流体接合体を有し、前記排気ガス採取管路の前記第２端と、前記希釈管路と 、前記希釈ガス出口管路とが、前記流体接合体に接続され、 希釈排出ガス試料を前記希釈ガス出口管路に引っ張るための手段と、 前記希釈排出ガス試料を分析するためのシステムとを有する、 装置。 ２．前記分析するためのシステムが、前記希釈排気ガス試料を連続的に分析する ための手段を有する請求の範囲第１項に記載の装置。 ３．前記分析するためのシステムが、少なくとも１つの試料バッグと、排気ガス 試料の流れに比例して前記希釈排気ガス試料の流れを前記少なくとも１つの試料 バッグに計量供給するための手段とを有する請求の範囲第１項に記載の装置。 ４．流れを前記少なくとも１つの試料バッグに計量供給するための前記手段が、 質量流制御器を有する、請求の範囲第３項に記載の装置。 ５．希釈排気ガスサンプルをエンジンの排気系から準備して、排気排出物分析器 で分析する方法であって、 排気ガスサンプルをエンジンの排気系から抜き取り、前記排気ガスサンプル を排気ガスサンプルラインから計量供給装置の中に通し、希釈ガスを希釈ガス源 から抜き取り、前記排気ガスサンプルと前記希釈ガスの体積割合を圧力調節器で 実質的に一定の割合に維持しながら、圧力調節器を有する希釈ラインに前記希釈 ガスを通す段階と、 前記希釈ガスを前記排気ガスサンプルに導入して、希釈排気ガスサンプルを 作り出す段階と、 前記希釈排気ガスサンプルを排気排出物分析器に差し向ける段階と、 前記希釈排気ガスサンプルを分析する段階と、 校正用ガスを校正用ガス源から希釈器のサンプルラインに導入し、希釈校正 用ガスを作り出して、作動希釈割合を確立する段階と、 を含むことを特徴とする方法。 ６．希釈排気ガスサンプルを連続的に分析する段階を含むことを特徴とする請求 の範囲第５項に記載の方法。 ７．排気質量流量を決定し、瞬間排気濃度を測定し、次いで、前記瞬間排気濃度 を、これに対応する排気質量流量に掛けて、個々の汚染物成分の瞬間質量流量を 得る段階を含むことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の方法。 ８．前記計量供給装置を使用して、少量の希釈排気ガスサンプルを排気ガスサン プルの流量に比例した流量で計量供給することによって、希釈排気ガスサンプル を少なくとも１つのサンプルバッグの中に収集する段階を含むことを特徴とする 請求の範囲第５項に記載の方法。 ９．前記計量供給装置として質量流量コントローラーを使用する段階を含むこと を特徴とする請求の範囲第８項に記載の方法。 10．前記校正用ガスを分析することによって希釈割合を決定し、その濃度を、排 気排出物分析器によって決定された前記希釈校正用ガスの濃度で割る段階を含 むことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。 11．総排気体積を決定し、前記少なくとも１つのサンプルバッグを分析すること によって汚染物の総質量を得て、希釈割合及び総排気体積に前記サンプルバッグ の中に確認された汚染物の濃度を掛ける段階を含むことを特徴とする請求の範囲 第５項に記載の方法。