KR20110041512A - 입자형상 물질 측정장치 - Google Patents

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Abstract

노상 주행 등, 다이나믹한 운전 상황하에서의 배출가스중에 포함되는 PM 질량의 변화를 간단한 구성으로 연속적으로 측정하는 입자형상 물질 측정장치이다. 이 장치는, 엔진 운전중의 배출가스를 희석하여 분류하고, 한쪽의 배출가스에 포함되는 입자형상 물질은 포집 필터(61)로 포집하여 질량을 측정하고, 나머지는 질량 관련값 측정수단(5)으로 측정하여 그 배출가스에 포함되는 입자형상 물질의 질량을 간접적으로 시사하는 물성을 시계열 변화 데이터로서 연속적으로 측정하도록 해 둔다. 그리고, 각 측정 데이터의 상관으로부터 입자형상 물질의 질량의 시계열 변화 데이터를 구한다. 이 구성에 있어서, 배출가스를 희석하기 위한 희석가스의 유량을 조정하여 상기 포집 필터(61)를 통과하는 희석 배출가스의 유량과, 질량 관련값 측정수단(5)에 도입되는 희석 배출가스의 유량을 확보하도록 하였다.

Description

입자형상 물질 측정장치{Particulate Matter Measurement Device}
본 발명은, 엔진의 배출가스에 포함되는 입자형상 물질의 질량을 측정하는 입자형상 물질 측정장치 등에 관한 것이다.
엔진으로부터의 배출물질의 하나인 입자형상 물질(PM: Particulate Matters라고 칭해지는 경우도 있다. 본 명세서에서는, 이하 PM이라고도 한다.)의 질량 측정방법으로서는 필터 질량법이 주지이다. 필터 질량법은, 엔진 배출가스의 유로상에 포집 필터를 배치하여 PM을 포집하여, 그 포집한 PM의 질량을 천칭 등으로 측정하는 방법이며, 물성을 특정할 수 있는 표준 물질이 사실상 존재하지 않는 PM에 있어서, 그 질량을 직접 측정할 수 있기 때문에, 측정의 확실성, 정확성을 기대할 수 있다. 그 때문에, 이 필터 질량법을 이용한 측정장치중, 엔진의 배출가스의 전량을 희석하고 분석을 행하는 정용량 샘플링수치(CVS : Constant Volume Sampler) 등이, 현재의 배출가스시험에서 표준적으로 이용되고 있다.
한편, 최근에는, 엔진 성능의 더 나은 향상이나 환경 문제를 감안하여, 노상 등에서의 다이나믹한 주행중에서의 PM 배출량의 시계열 변화를 측정하고 싶다고 하는 요청이 있다. 그러나, 상기 필터 질량법은, 일정기간의 동안에 배출된 PM의 적산 질량만을 알 수 있는, 말하자면 배치식의 측정 방법이기 때문에, PM 질량이 시시각각, 다이나믹한 운전상황에 따라 어떻게 변화하고 있는지를 알 수 없다.
따라서, 필터 질량법을 대신한 대체수단으로서, 리얼타임으로 PM을 연속 측정 가능한, FID(Flame Ionization Detector), ELPI(Electric Low Pressure Impactor), SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer), DCS(Diffusion Charger Sensor) 등이 제안·개발되어 오고 있다(특허문헌 1). FID는, 샘플가스중의 탄소 원자수를 측정하는 것으로, ELPI, SMPS는, 입자수를 계수하는 장치이다. 또한 DCS는, 입자의 표면을 하전시켜 그 하전량을 측정하는 장치이다.
이러한 장치에서는, 노상 주행에서의 계측도 가능하지만, 상술한 바와 같이, 이것들은 탄소 원자수나 PM수, 혹은 PM의 표면적을 측정하는 것으로서, PM의 질량을 직접적으로 측정하는 것은 아니다. 따라서, 이것들에 의한 측정 결과로부터 PM 질량을 구하고자 하면, 같은 조건으로 행한 상기 포집 필터 측정법에 의한 측정 결과와의 상관을 취해, 그 상관에 기초하여 PM 질량을 계산할 필요가 있다.
따라서, 예를 들면 미리 엔진의 각 운전 상태에서의 필터 질량법과 상기 ELPI법 등에 의한 측정 결과의 상관을 취해 두고, 노상 주행에서의 상술한 ELPI 등에 의한 측정 결과에, 이 상관을 적용시켜 PM 질량의 동적 변화로서 산출하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 이 상관은 어디까지나 엔진의 각 운전 상태를 일정한 정적 상태로 유지했을 때의 상관이기 때문에, 다이나믹한 운전이 이루어지는 노상 주행에 있어서, 이 상관을 즉시 적용시켜 실제의 PM 질량의 동적 변화로 추정하기 위해서는 약간 무리가 있다.
일본 공개특허공보 2006-506640호
본 발명은, 이러한 과제에 감안하여 행하여진 것으로서, 노상 주행 등, 다이나믹한 운전 상황하에서의 배출가스중에 포함되는 PM 질량의 변화를 간단한 구성으로 연속적으로 측정하는 것을 그 주된 소기 과제로 한 것이다.
즉, 청구항 1에 기재된 발명에 관한 입자형상 물질 측정장치는, 이하의 구성을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
(1) 자동차의 배기관에 접속되는 동시에 희석가스 도입구에 접속되어, 엔진의 배출가스를 희석가스와 혼합하여 희석하는 희석기.
(2) 상기 희석기로 희석된 희석 배출가스의 일부가 도입되고, 그 희석 배출가스에 포함되는 입자형상 물질의 질량을 간접적으로 시사하는 질량 관련값을 연속적으로 측정하는 질량 관련값 측정수단.
(3) 상기 희석 배출가스의 나머지를 통과시키고, 그것에 포함되는 입자형상 물질을 포집하는 포집 필터.
(4) 상기 희석기에 도입되는 희석가스의 유량을 조정하는 희석가스 유량 조정수단.
(5) 상기 포집 필터를 통과하는 희석 배출가스의 유량을 조정하는 필터 통과 유량 조정수단.
(6) 상기 질량 관련값 측정수단에 도입되는 희석 배출가스의 유량을 측정하는 유량 측정수단.
(7) 상기 필터 통과유량 조정수단을 제어하여 상기 포집 필터를 통과하는 희석 배출가스의 유량을 일정값으로 유지하는 동시에, 상기 희석가스유량 조정수단을 제어하여 질량 관련값 측정수단에 도입되는 희석 배출가스의 필요 유량을 확보하는 제어부.
(8) 상기 포집 필터로 엔진 운전중의 소정 기간에 걸쳐서 포집한 입자형상 물질의 질량 측정값과, 상기 질량 관련값 측정수단으로 측정한 질량 관련값의 시계열 변화 데이터인 질량 관련값 측정 데이터의 상기 소정 기간에 걸친 시간 적분값과의 상관을 산정하고, 그 상관에 기초하여, 상기 질량 관련값 측정 데이터를 입자형상 물질의 질량의 시계열 변화 데이터로 변환하는 정보처리부.
이러한 것이면, 엔진 운전중에 측정된, PM 질량을 간접적으로 나타내는 시계열적으로 연속인 질량 관련값 측정 데이터를, 그 운전중에서 배출된 PM의 포집 필터에 의한 직접적인 포집량과의 상관에 기초하여, 캘리브레이션(calibration)하고, PM 질량의 연속적 시계열 데이터로 변환하고 있으므로, 종래와 같이, 노상 주행 등이 동적인 운전과는 전혀 다른 정적인 조건하에서 구한 고정된 상관을 이용하는 경우와는 전혀 달리, 매우 신뢰성이 높은 PM 질량의 연속적 시계열 데이터를 얻을 수 있다.
또한, 하드웨어로서는, 종래의 포집 필터에 의한 PM 채취기구에서의 희석 배출가스의 배관에, 질량 관련값 측정수단을 추가하는 것만으로, 그 외의, 예를 들면 별도 에어를 도입하는 기구 등은 불필요하기 때문에, 매우 간단하게 실현할 수 있다.
또한, 희석용의 에어 유량을 증감시키고, 배출가스와 혼합시킨 희석 배출가스의 유량을 제어하는 것에 의해서, 항상, 포집 필터의 통과 유량을 일정하게 하는 동시에, 질량 관련값 측정수단으로 샘플되는 필요 유량을 확보하도록 하고 있으므로, 유량 부족에 의한 측정 오차 등을 적합하게 회피할 수 있다.
또한, 청구항 2에 기재된 발명에 관한 입자형상 물질 측정장치는, 이하의 구성을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
(1) 자동차의 배기관에 접속되는 동시에 희석가스 도입구에 접속되어, 엔진의 배출가스를 희석가스와 혼합하여 희석하는 희석기.
(2) 상기 희석기로 희석된 희석 배출가스의 일부가 도입되고, 그 희석 배출가스에 포함되는 입자형상 물질의 질량을 간접적으로 시사하는 질량 관련값을 연속적으로 측정하는 질량 관련값 측정수단.
(3) 상기 희석 배출가스의 나머지를 통과시키고, 그것에 포함되는 입자형상 물질을 포집하는 포집 필터.
(4) 상기 희석기에 도입되는 희석가스의 유량을 조정하는 희석가스 유량 조정수단.
(5) 상기 포집 필터를 통과하는 희석 배출가스의 유량을 조정하는 필터 통과 유량 조정수단.
(6) 상기 질량 관련값 측정수단에 도입되는 희석 배출가스의 유량을 측정하는 유량 측정수단.
(7) 상기 질량 관련값 측정수단에 도입되는 희석 배출가스의 유량 에 기초하여, 상기 필터 통과 유량 조정수단을 제어하고, 질량 관련값 측정수단에 도입되는 희석 배출가스의 유량과 포집 필터를 통과하는 희석 배출가스의 유량과의 합계 유량을 일정값으로 유지하는 제어부.
(8) 상기 포집 필터로 엔진 운전중의 소정 기간에 걸쳐서 포집한 입자형상 물질의 질량 측정값과, 상기 질량 관련값 측정수단으로 측정한 질량 관련값의 시계열 변화 데이터인 질량 관련값 측정 데이터의 상기 소정 기간에 걸친 시간 적분값과의 상관을 산정하고, 그 상관에 기초하여, 상기 질량 관련값 측정 데이터를 입자형상 물질의 질량의 시계열 변화 데이터로 변환하는 정보처리부.
이러한 것으로도, 청구항 1에 관한 발명과 같이, 신뢰성이 높은 PM 질량의 연속적 시계열 데이터를 얻을 수 있고, 또한 매우 간단하게 실현할 수 있다고 하는 효과를 이룰 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 관한 입자형상 물질 측정장치는, 노상을 실제 주행하는 차량에 탑재 가능한 것으로 해 두고, 엔진이 동적으로 운전되고 있는 차량 주행중에서의 배출가스중의 입자형상 물질을 측정할 수 있도록 구성한 것이다. 이러한 것이면, 상술한 효과가 특히 현저하게 된다. 또한 차량 탑재를 위해서는, 포집한 PM을 포집 필터를 가열해 연소시키고, 그 연소가스의 성분으로부터 상기 PM의 질량을 측정하는 구성으로 해두면 더 좋다.
한편, 입자형상 물질의 질량을 간접적으로 시사하는 물성이란, 입자형상 물질의 표면적, 수, 입자지름 분포 등이다.
이상으로 설명한 본원 각 청구항에 관한 발명은, 엔진을 운전시키면서 측정한, PM 질량을 간접적으로 나타내는 연속적 시계열 데이터와, 그 운전에서 배출된 총 PM 질량의 직접적인 측정 결과와의 상관을 그 때마다 구하여, 그 상관에 기초하여, PM 질량의 연속적 시계열 데이터를 산출하도록 하고 있다.
따라서, 종래와 같이, 노상 주행 등의 동적인 운전과는 전혀 다른 정적인 조건하에서 구한 고정된 상관을 이용하는 경우와는 전혀 달리, 매우 신뢰성이 높은 PM 질량의 연속적 시계열 데이터를 얻을 수 있다.
또한, 하드웨어로서는, 종래의 포집 필터에 의한 PM 채취기구에서의 희석 배출가스의 배관에, 질량 관련값 측정수단을 추가하는 것만이며, 그 외의, 예를 들면 별도 에어를 도입하는 기구 등은 불필요하기 때문에, 매우 간단하게 실현될 수 있다.
특히 청구항 1에 관한 발명에 의하면, 희석용의 에어 유량을 증감시키고, 배출가스와 혼합시킨 희석 배출가스의 유량을 제어하는 것에 의해서, 항상, 포집 필터의 통과 유량을 일정하게 하는 동시에, 질량 관련값 측정수단으로 샘플되는 필요 유량을 확보하도록 하고 있으므로, 유량 부족에 의한 측정 오차 등을 적합하게 회피할 수 있다고 하는 효과도 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에서의 입자형상 물질 측정장치를 도시하는 모식적 개략 전체도이다.
도 2는 상기 실시형태에서의 질량 관련값 측정부를 간략화한 내부 구조를 도시하는 개략도이다.
도 3은 상기 실시형태에서의 컴퓨터의 기능을 도시하는 기능 블록도이다.
도 4는 상기 실시형태에서의 제어부의 동작의 일부를 도시하는 플로우차트이다.
도 5는 상기 실시형태에서의 입자형상 물질 측정방법의 이해를 돕기 위한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에서의 제어부의 동작의 일부를 도시하는 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 일실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
<제 1 실시형태>
도 1에 본 실시형태에 관한 입자형상 물질 측정장치(100)의 전체 개요를 도시한다. 이 입자형상 물질 측정장치(100)는, 자동차에 적재되고, 노상 주행중에 내연기관인 엔진으로부터 배출되는 배출가스중에 포함되는 PM의 질량 농도를 측정하는 것이다.
이 도 1에서, 부호 E는, 자동차의 배기관이며, 부호 1은, 배출가스와 희석가스인 에어를 혼합하여 희석 배출가스를 생성하는 혼합기이다. 이 혼합기(1)에는, 상기 배기관(E)에 접속되어 배출가스의 일부가 도입되는 배출가스 도입관(L1)과, 일단이 희석가스 도입구(1a)로서 대기 개방된 에어 도입관(L2)이 접속되어 있다. 이 에어 도입관(L2)의 도중에는, 희석가스 유량 조정수단(2) 및 희석가스 유량계 (3)가 직렬로 설치되어 있다. 희석가스 유량 조정수단(2)은, 피에조 밸브(21), 임계유량 오리피스(22)를 병렬로 나열한 것으로, 상기 에어 도입관(L2)을 흐르는 에어 유량을, 후술하는 컴퓨터(8)로부터의 지령 신호에 의해서 일정 희석법 내지 비례 희석법으로 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 희석가스 유량계(3)는, 벤츄리 (Venturi) 유량계이다.
상기 혼합기(1)로 에어와 혼합되어 희석된 희석 배출가스는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 더스트를 제거하기 위한 사이클론(4)을 거치고, 일부는 질량 관련값 측정수단(5)에 이끌리고, 나머지는 포집 필터(61)에 이끌리도록 배관되어 있다.
질량 관련값 측정수단(5)은, 입자형상 물질의 질량을 간접적으로 시사하는 물성을 연속적으로 측정하고, 그 시계열 변화 데이터인 질량 관련값 데이터를 출력하는 것이다. 구체적으로 이것은, 간략화한 내부 구조를 도 2에 도시하는 바와 같이, PM의 주성분이라고 생각되는 가용성 유기용매(SOF : Soluble Organic Fraction, 주로 탄화수소이다) 및 그을음(soot)을, 각각 연속 측정 가능한 SOF 측정계(51)와 soot 측정계(52)를 병렬로 접속해서 이루어지는 것이다.
SOF 측정계(51)에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 2개의 수소염 이온화 검출기(511)가 병렬로 설치되어 있고, 이 SOF 측정계(51)에 도입된 희석 배출가스가 각 수소염 이온화 검출기(511)에 분류되어 이끌리도록 구성되어 있다. 한편, 도면 중 부호 Pa는 흡인 펌프, 부호 512는 제거 필터이다.
그러나, 한쪽의 수소염 이온화 검출기(511)에는, 그곳까지 도달하는 배관을, 도시하지 않는 온도조절기 등에 의해서 고온(약 191℃)으로 유지함으로써, 희석 배출가스에 포함되는 탄화수소(SOF)가 고체화 혹은 액화되는 일 없이, 그대로 이끌리도록 구성하고 있다. 또한, 다른쪽의 수소염 이온화 검출기(511)에는, 그곳까지 도달하는 배관을, 도시하지 않는 온도조절기 등에 의해서 저온(47℃ ±5℃)으로 유지함으로써, 그 저온에서 액화 또는 고화되는 탄화수소(SOF)는, 제거 필터(512)로 제거되고, 이끌리지 않도록 구성되어 있다.
한편, 수소염 이온화 검출기(511)는, 도입된 희석 배출가스에 포함되는 탄화수소를 이온화 한 후, 그 이온 전류를 검출하여, 연속적이고 또한 리얼타임으로 출력하는 것으로, 그 검출신호의 값은 SOF 질량과 소정의 상관이 있기 때문에, 이 검출 신호의 값에 기초하여 SOF 질량을 추정 산출할 수 있다.
여기에서는, 도시하지 않는 유량계에 의해서 각 수소염 이온화 검출기(511)에 이끌리는 유량을 측정할 수 있기 때문에, 후술하는 컴퓨터가, 각 수소염 이온화 검출기(511)의 검출 신호값으로부터 상기 상관에 기초하여 SOF 질량을 각각 추정 산출하여, 유량 및 희석 비율로 나눗셈 한 후, 그 차분을 취하여 배출가스의 단위유량에 포함되는 SOF 질량을 추정 산출하도록 하고 있다.
soot 측정계(52)에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, DC센서(521) 및 흡인 펌프(Pb)가 직렬로 설치되어 있는 동시에, 상기 DC센서(521)에 이르기까지의 배관이, 도시하지 않는 온도조절기 등에 의해, 소정온도(약 191℃)로 유지하고 있다. 이것은, 희석 배출가스중에 포함되는 SOF 등(특히 soot에 부착되어 있는 SOF)을 휘발시키고, DC센서(521)에 soot만을 도입하기 위한 것이다.
한편, DC센서(521)는, 확산 전하법을 이용하여 soot의 표면적을 연속 또한 리얼타임으로 측정하는 것으로, 희석 배출가스에 포함되는 soot에 대해서 코로나 방전에 의해서 표면적에 비례한 전하를 주어, 그 전하에 의한 전류량을 검출하여 출력하는 것이다. 이 검출신호의 값은, 전하량이 soot의 표면적에 비례하는 것이기 때문에, soot의 표면적을 나타내는 것이 된다. soot 표면적과 soot 질량과의 사이에는 소정의 상관이 있기 때문에, 이 검출신호의 값으로부터 soot 질량을 추정 산출할 수 있다.
여기에서는, 도시하지 않는 유량계에 의해서 DC센서(521)에 이끌리는 유량을 측정할 수 있기 때문에, 후술하는 컴퓨터(8)가, DC센서(521)의 검출 신호값으로부터 상기 상관에 기초하여 soot질량을 추정 산출하여, 유량과 희석 비율로 나눔으로써, 배출가스의 단위 유량에 포함되는 soot 질량을 추정 산출하고 있다.
다음에 포집 필터(61)에 대해 설명한다. 이 포집 필터(61)는, 배출가스 측정의 레귤레이션(측정 기준)으로 정해져 있는 이미 알고 있는 것이다. 한편, 포집 필터(61)에 포집되어 있는 PM의 질량을 계측하기 위해서는, 종래와 같이 천칭법을 이용해도 상관없지만, 필터(61)를 탈착하는 수고나 흡습의 문제가 있고, 계측에 시간을 필요로 하기 때문에, 본 실시형태에서는, 예를 들면, 천칭법과의 사이에서 높은 상관관계가 확립되어 있는 필터 연소법을 이용하고 있다. 필터 연소법이란, 필터 (61)를 가열하고, 포집한 PM만을 연소시켜, 그 연소가스의 성분과 양을 측정하는 방법이다.
도 1중, 포집 필터(61)와 병렬로 설치되어 있는 부호 62는, 포집 필터(61)에 희석 배출가스를 흘리지 않는 경우의, 희석 배출가스의 유통을 담보하기 위한 바이패스 유로(62)이다. 예를 들면, PM 포집기간 외로서 포집 필터(61)에 희석 배출가스를 흘리지 않는 경우에는, 포집 필터(61)측의 개폐밸브(61a)를 닫고, 바이패스 유로(62)측의 개폐밸브(62a)를 연다. 반대로, PM 포집하는 경우는, 포집 필터(61)측의 개폐밸브(61a)를 열고, 바이패스 유로(62)측의 개폐밸브(62a)를 닫는다.
포집 필터(61)를 통과하는 희석 배출가스의 유량은, 이 포집 필터(61)의 하류에 설치한 필터 통과 유량 조정수단(7)에 의해서 조정할 수 있도록 되어 있다. 여기서의 필터 통과 유량 조정수단(7)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 포집 필터 (61)의 하류에 직렬로 배치한 벤츄리 유량계(71)와, 그 벤츄리 유량계(71)의 하류에 설치한 흡인 펌프(72) 및 매스 플로우 컨트롤러(73)로 이루어지는 것이고, 매스 플로우 컨트롤러(73)의 유량을 조정함으로써 벤츄리 유량계(71)의 배압을 조정하여, 상기 벤츄리 유량계(71)를 흐르는 희석 배출가스의 유량을 조정할 수 있도록 구성하고 있다.
또한 이 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, CPU, 메모리, 입출력 인터페이스 등을 구비한 범용 내지 전용의 컴퓨터(8)를 설치하고 있다. 이 컴퓨터는, 상기 메모리에 기억시킨 소정 프로그램에 기초하여 CPU나 주변기기를 동작시키는 것에 의해서, 도 3에 도시하는 바와 같이 제어부(81)나 정보처리부(82) 등으로서의 기능을 담당하는 것이다.
그러나, 이러한 구성의 입자형상 물질 측정장치(100)는, 상술한 바와 같이 자동차에 탑재되어, 그 차량을 노상 등에서 실제 주행시킨 상태로 작동시키지만, 그 때의 동작에 대해 상기 제어부(81)나 정보처리부(82)의 기능 설명을 겸하여, 이하에 상세히 서술한다.
제어부(81)는, 우선, 필터 통과유량 조정수단(7)에서의 매스 플로우 컨트롤러(73)에 지령 신호를 발하여 그 통과 유량을 제어함으로써 벤츄리 유량계(71)의 배압을 제어하여, 포집 필터(61)를 통과하는 희석 배출가스의 유량(이하, 필터 통과 유량이라고도 한다)을 레귤레이션으로 정해진 일정값으로 유지한다(도 4 스텝 S1).
한편, 제어부(81)는, 엔진의 배기관(E)에 부착된, 도시하지 않는 유량계로부터의 유량 신호, 에어 도입만량을 측정하는 벤츄리 유량계(3)로부터의 유량 신호 및 질량 관련값 측정수단(5)에 설치된, 도시하지 않는 유량계로부터의 유량 신호를 수신하여, 각각의 유량 신호가 나타내는 배출가스 총 유량, 희석용 에어의 도입 유량(이하, 에어 도입 유량이라고도 한다), 질량 관련값 측정수단(5)에 도입되는 희석 배출가스의 유량(이하, 센서용 유량이라고도 한다)에 관한 데이터를, 각각 메모리에 설치한 데이터 격납부(83)에 격납한다(도 4 스텝 S2).
그리고, 이들 측정값 등에 기초하여, 상기 제어부(81)는, 희석 배출가스의 총 유량이 상기 포집 필터 통과 유량과 센서용 유량과의 합계 유량이 되도록, 희석가스 유량 조정수단(2), 보다 구체적으로는 피에조 밸브(21)에 제어 신호를 출력하고, 에어 도입 유량을 일정 희석 제어 또는 비례 희석 제어한다(도 4 스텝 S3).
한편, 일정 희석 제어란, 배기관(E)으로부터 분류되는 배출가스의 유량과 에어 도입 유량과의 비가 일정, 즉 희석비가 일정하게 되도록, 에어 도입 유량을 제어하는 것이다. 비례 희석 제어란, 배기관(E)을 흐르는 배출가스의 총 유량에 대해서 일정한 유량 비율로 배출가스가 도입되도록 에어 도입 유량을 제어하는 것이다.
이와 같이, 제어부(81)에 의해서 각 부의 유량이 조정된 상태에서, 정보처리부(82)는, 엔진 운전중의 소정 기간에 걸쳐서 포집 필터(61)로 포집된 PM의 질량을 필터 연소법으로 계측한 측정 데이터(이하, 질량 실측 데이터라고도 한다)를, 예를 들면 운전 후, 자동적으로 또는 오퍼레이터 입력 등으로 접수한다. 이 질량 실측 데이터는, 엔진 운전중에서의 필터 포집 기간에 걸친 모든 PM 질량을 나타내고 있다.
또한, 그 한편으로 정보처리부(82)는, 질량 관련값 측정수단(5)으로부터 출력되는 질량 관련값 측정 데이터, 즉 SOF 측정계(51)와 soot 측정계(52)로부터의 검출 신호의 값을, 미소 샘플링 시간에 차례차례 연속적으로 취득한다. 그리고, 각 샘플링에서의 검출 신호값으로부터, 상술한 바와 같이, 배출가스의 단위유량당의 SOF 질량 및 soot 질량을 산출하여 이것들을 서로 더한 후, 또한 그 샘플링 시각에서의 포집 필터(61)에 도입되어 있는 배출가스의 유량을 곱하는 처리를 실시한다. 이 처리를 실시한 질량 관련값 측정 데이터는, 질량 관련값의 시계열 변화 데이터이다.
그리고, 정보처리부(82)는, 상기 질량 실측 데이터가 나타내는 PM 질량값과, 상기 질량 관련값 측정 데이터의 상기 필터 포집 기간에 걸친 시간 적분값과의 상관을 산정한다. 상관이란, 예를 들면, 질량 관련값 측정 데이터의 값과 질량 관련값 측정 데이터의 시간 적분값과의 비율이다.
마지막으로, 정보처리부(82)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 상기 상관에 기초하여, 질량 관련값 측정 데이터를, 배출가스에 포함되는 PM 질량 혹은 PM 농도의 시계열 변화 데이터로 변환하여, 디스플레이 등으로 출력한다.
그러나, 이 PM 질량의 시계열 변화 데이터는, 실질적으로 리얼타임으로 연속 계측된 질량 관련값 측정 데이터를, 그 주행에 있어서 필터 질량법 등을 이용하여 직접 측정된 PM의 실측 질량과의 상관에 기초하여 캘리브레이션한 것이고, 말하자면 운전마다 매번 산출된 상관을 이용하여 산출되는 것이기 때문에, 종래와 같이, 노상 주행 등의 동적인 운전과는 전혀 다른 정적인 조건하에서 구한 고정된 상관을 이용하는 것과는 달리, 매우 신뢰성이 높은 것이 된다.
또한, 이 실시형태에서는 희석용의 에어 유량을 증감시키고, 배출가스와 혼합시킨 희석 배출가스의 유량을 제어하는 것에 의해서, 항상, 포집 필터(61)의 통과 유량을 일정하게 하는 동시에, 질량 관련값 측정수단(5)으로 샘플되는 필요 유량을 일정하게 확보하도록 하고 있으므로, 유량 부족에 의한 측정 오차 등을 적합하게 회피할 수 있다. 또한, 이 실시형태에서는, 포집 필터(61)의 통과 유량을 레귤레이션으로 정해진 일정 유량으로 하고 있으므로, 포집 필터(61)에서의 PM 포집량을 보정할 필요가 없어, 정밀도가 높은 측정이 가능해진다.
<제 2실시형태>
이 제 2실시형태에서는, 하드웨어 구성은 상기 제 1 실시형태와 같지만, 소프트웨어 구성, 즉 컴퓨터의 동작이 다르다. 따라서, 그 차이점을 중심으로 설명한다.
이 실시형태에서의 컴퓨터(8)의 제어부(81)는, 상기 제 1 실시형태와 같이, 센서용 유량 등을 측정한다(도 6 스텝 S11). 다음에, 상기 필터 통과 유량 조정수단(7)의 매스 플로우 컨트롤러(73)를 제어하여 질량 관련값 측정수단(5)에 도입되는 희석 배출가스의 유량과 포집 필터(61)를 통과하는 희석 배출가스의 유량(포집 필터 통과 유량)과의 합계 유량을 항상 일정값으로 유지한다. 즉, 질량 관련값 측정수단(5)에 도입되는 희석 배출가스의 유량(센서용 유량)은 압력 변화 등에 따라서 변동하기 때문에, 제어부(81)는, 센서용 유량의 측정값을 취득하면서, 매스 플로우 컨트롤러(73)에 지령신호를 출력하고, 그 변동분을 메우도록 포집 필터 통과 유량을 조정하여, 상기 합계 유량이 일정하게 되도록 제어한다(도 6 스텝 S12).
한편, 제어부(81)는, 희석가스 유량 조정수단(2)의 피에조 밸브(21)를 구동하고, 희석기(1)에 도입되는 에어 도입 유량을, 상술한 일정 희석 제어 또는 비례 희석 제어한다(도 6 스텝 S13).
그 후의 정보처리부(82)에서의 동작은 상기 제 1 실시형태와 거의 같으므로, 여기서의 설명은 생략한다.
그러나, 이와 같은 구성에 의하면, 상기 제 1 실시형태와 같이, 노상 주행중의 차량으로부터 나오는 배출가스의 PM 농도(질량)를 대략 리얼타임으로 검출할 수 있다. 또한 이 실시형태에서는, 희석 배출가스의 유량(포집 필터 통과 유량과 센서용 유량과의 합)이, 상기 제 1 실시형태와 같이 변동하는 일 없이 항상 일정하게 유지되기 때문에, 도입 유량에 관한 일정 희석 제어 또는 비례 희석 제어를 용이하고 정밀도 좋게 행할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 측정하는 소정 기간이란, 주행 개시부터 주행 종료까지의 전체 운전기간이라도 상관없고, 그 중의 일부라도 상관없다.
또한 질량 관련값 측정수단에는, 상술한 DC센서나 수소염 이온화 검출기 (FID) 뿐만 아니라, 예를 들면 ELPI나 SMPS 등을 이용하여도 상관없고, 벤츄리는 아니라 정용량 펌프로 유량 제어해도 좋다.
그 외, 본 발명은, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능한 것은 말할 것도 없다.
본 발명을 적용하는 것에 의해, 노상 주행 등, 다이나믹한 운전 상황하에서의 배출가스중에 포함되는 PM 질량의 변화를 간단한 구성으로 연속적으로 측정할 수 있다.
100 : 입자형상 물질 측정장치
1 : 희석기
2 : 희석가스 유량 조정수단
22 : 임계유량 오리피스
5 : 질량 관련값 측정수단
61 : 포집 필터
7 : 필터 통과 유량 조정수단
81 : 제어부
82 : 정보처리부
E : 배기관
1a : 희석가스 도입구

Claims (3)

  1. 자동차의 배기관에 접속되는 동시에 희석가스 도입구에 접속되어, 엔진의 배출가스를 희석가스와 혼합하여 희석하는 희석기와,
    상기 희석기로 희석된 희석 배출가스의 일부가 도입되고, 그 희석 배출가스에 포함되는 입자형상 물질의 질량을 간접적으로 시사하는 질량 관련값을 연속적으로 측정하는 질량 관련값 측정수단과,
    상기 희석 배출가스의 나머지를 통과시키고, 그것에 포함되는 입자형상 물질을 포집하는 포집 필터와,
    상기 희석기에 도입되는 희석가스의 유량을 조정하는 희석가스 유량 조정수단과,
    상기 포집 필터를 통과하는 희석 배출가스의 유량을 조정하는 필터 통과 유량 조정수단과,
    상기 필터 통과 유량 조정수단을 제어하여 상기 포집 필터를 통과하는 희석 배출가스의 유량을 일정값으로 유지하는 동시에, 상기 희석가스 유량 조정수단을 제어하여 질량 관련값 측정수단에 도입되는 희석 배출가스의 필요 유량을 확보하는 제어부와,
    상기 포집 필터로 엔진 운전중의 소정 기간에 걸쳐서 포집한 입자형상 물질의 질량 측정값과, 상기 질량 관련값 측정수단으로 측정한 질량 관련값의 시계열 변화 데이터인 질량 관련값 측정 데이터의 상기 소정 기간에 걸친 시간 적분값과의 상관을 산정하고, 그 상관에 기초하여, 상기 질량 관련값 측정 데이터를 입자형상 물질의 질량의 시계열 변화 데이터로 변환하는 정보처리부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 입자형상 물질 측정장치.
  2. 자동차의 배기관에 접속되는 동시에 희석가스 도입구에 접속되어, 엔진의 배출가스를 희석가스와 혼합하여 희석하는 희석기와,
    상기 희석기로 희석된 희석 배출가스의 일부가 도입되고, 그 희석 배출가스에 포함되는 입자형상 물질의 질량을 간접적으로 시사하는 질량 관련값을 연속적으로 측정하는 질량 관련값 측정수단과,
    상기 희석 배출가스의 나머지를 통과시키고, 그것에 포함되는 입자형상 물질을 포집하는 포집 필터와,
    상기 희석기에 도입되는 희석가스의 유량을 조정하는 희석가스 유량 조정수단과,
    상기 포집 필터를 통과하는 희석 배출가스의 유량을 조정하는 필터 통과 유량 조정수단과,
    질량 관련값 측정수단에 도입되는 희석 배출가스의 유량에 기초하여 상기 필터 통과 유량 조정수단을 제어하고, 질량 관련값 측정수단에 도입되는 희석 배출가스의 유량과 포집 필터를 통과하는 희석 배출가스의 유량과의 합계 유량을 일정값으로 유지하는 제어부와,
    상기 포집 필터로 엔진 운전중의 소정 기간에 걸쳐서 포집한 입자형상 물질의 질량 측정값과, 상기 질량 관련값 측정수단으로 측정한 질량 관련값의 시계열 변화 데이터인 질량 관련값 측정 데이터의 상기 소정 기간에 걸친 시간 적분값과의 상관을 산정하고, 그 상관에 기초하여, 상기 질량 관련값 측정 데이터를 입자형상 물질의 질량의 시계열 변화 데이터로 변환하는 정보처리부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 입자형상 물질 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 노상을 실제 주행하는 차량에 탑재되어, 차량 주행중에서의 배출가스중의 입자형상 물질을 측정하는 것인 입자형상 물질 측정장치.

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