WO2019225590A1 - 分析システム及び分析方法 - Google Patents
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Abstract
排ガスに含まれる粒子状物質の発生源を判断し易くするべく、エンジンＥを有する供試体から排出される排ガスを分析する分析システム１００であって、排ガスに含まれる粒子状物質を捕集する捕集部３と、捕集部３に捕集された粒子状物質を元素分析する元素分析部４と、供試体の一部を構成する構成要素に含まれる１又は複数の元素の含有情報を格納する格納部５１と、格納部５１に格納された含有情報及び元素分析部の元素分析結果に基づいて、粒子状物質の発生源を推定する推定部５３とを備えるようにした。
Description
本発明は、エンジンから排出される排ガス等を分析する分析システム及び排ガス部分析方法に関するものである。
近年、人体に対する粒子状物質の影響が懸念されており、世界各国・各地域において自動車から排出される粒子状物質に対する規制が強化されている。
粒子状物質の計測に用いられる装置としては、特許文献１に示すように、排ガスをフィルタにより捕集して、捕集前後のフィルタの重量を比較することで、粒子状物質の重量を計測するものがある。このような装置を用いることで、例えば粒子状物質の排出量の変動を把握することができる。
しかしながら、粒子状物質の発生要因は、例えば燃料やエンジンオイルや排ガス浄化触媒など種々考えられるところ、上述したように粒子状物質の排出量の変動を把握することができたとしても、その粒子状物質の発生源を判断できなければ、粒子状物質の更なる低減を図ることは難しい。こうした問題は、エンジンから排出される排ガスの分析のみならず、例えば燃料電池自動車から排出される水などを分析する場合にも、共通して言えることである。
そこで本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであり、排ガスに含まれる粒子状物質の発生源を判断し易くすることをその主たる課題とするものである。
すなわち本発明に係る分析システムは、車両又はその一部である供試体から排出される排出物を分析する分析システムであって、前記排出物に含まれる粒子状物質を元素分析する元素分析部と、前記供試体の一部を構成する構成要素に含まれる１又は複数の元素の含有情報を格納する格納部と、前記格納部に格納された含有情報及び前記元素分析部の元素分析結果に基づいて、前記粒子状物質の発生源を推定する推定部とを備えることを特徴とするものである。
このように構成された分析システムであれば、格納部に格納された含有情報及び元素分析部の元素分析結果に基づいて、粒子状物質の発生源を推定する推定部を備えているので、ユーザはその推定結果から粒子状物質の発生源を判断し易くなり、粒子状物質の更なる低減に資する。
具体的な実施態様としては、前記供試体から排出される排ガスに含まれる粒子状物質を捕集する捕集部をさらに備え、前記元素分析部が、前記捕集部により捕集された粒子状物質を元素分析する態様が挙げられる。
前記格納部は、前記供試体の構成要素に含まれる１又は複数の元素の含有割合を前記含有情報として格納しており、前記推定部は、前記格納部に格納された元素の含有割合及び前記元素分析結果に含まれる元素の含有割合に基づいて、前記粒子状物質の発生源を推定することが好ましい。
このような構成であれば、格納部に格納された元素の含有割合及び元素分析結果に含まれる元素の含有割合に基づいて粒子状物質の発生源を推定するので、より信頼性の高い推定結果を得ることができる。
このような構成であれば、格納部に格納された元素の含有割合及び元素分析結果に含まれる元素の含有割合に基づいて粒子状物質の発生源を推定するので、より信頼性の高い推定結果を得ることができる。
ここで、排ガス浄化触媒を通過した後の排ガスに含まれる粒子状物質を計測し、仮に粒子状物質の排出量が増加した場合、粒子状物質の更なる低減を図るためには、その増加原因がエンジン側にあるか排ガス浄化触媒側にあるか明確にする必要がある。
そこで、前記格納部は、前記供試体の構成要素である排ガス浄化触媒に含まれる１又は複数の元素を前記含有情報として格納しており、前記推定部は、前記含有情報及び前記元素分析結果に基づき、前記粒子状物質の発生源に排ガス浄化触媒が含まれていると推定することが好ましい。
このような構成であれば、粒子状物質の発生源に排ガス浄化触媒が含まれているか否かを判断することができ、粒子状物質が増加した際の原因がエンジン側にあるか排ガス浄化触媒側にあるか明確にし易くすることができる。
そこで、前記格納部は、前記供試体の構成要素である排ガス浄化触媒に含まれる１又は複数の元素を前記含有情報として格納しており、前記推定部は、前記含有情報及び前記元素分析結果に基づき、前記粒子状物質の発生源に排ガス浄化触媒が含まれていると推定することが好ましい。
このような構成であれば、粒子状物質の発生源に排ガス浄化触媒が含まれているか否かを判断することができ、粒子状物質が増加した際の原因がエンジン側にあるか排ガス浄化触媒側にあるか明確にし易くすることができる。
ところで、粒子状物質の増加原因が排ガス浄化触媒側にあると判断した場合、例えば排ガス浄化触媒の上流及び下流それぞれから採取した排ガス中の粒子状物質の数や質量を計測して比較すれば、排ガス浄化触媒の除去効率を評価することができる。
しかしながら、これにより排ガス浄化触媒の除去効率が低下していることが分かったとしても、排ガス浄化触媒自体の劣化（ウィッシュコートや担持金属の剥離など）を把握することはできない。
そこで、前記格納部は、前記排ガス浄化触媒を構成するウィッシュコート、担持金属、又は母材それぞれの含有情報を格納しており、前記推定部は、前記含有情報及び前記元素分析結果に基づき、前記排ガス浄化触媒の劣化部位をウィッシュコート、担持金属、又は母材の少なくとも一つの中から推定することが好ましい。
このような構成であれば、ウィッシュコート、担持金属、又は母材の劣化を判断することができ、排ガス浄化触媒の改良等に資する。
しかしながら、これにより排ガス浄化触媒の除去効率が低下していることが分かったとしても、排ガス浄化触媒自体の劣化（ウィッシュコートや担持金属の剥離など）を把握することはできない。
そこで、前記格納部は、前記排ガス浄化触媒を構成するウィッシュコート、担持金属、又は母材それぞれの含有情報を格納しており、前記推定部は、前記含有情報及び前記元素分析結果に基づき、前記排ガス浄化触媒の劣化部位をウィッシュコート、担持金属、又は母材の少なくとも一つの中から推定することが好ましい。
このような構成であれば、ウィッシュコート、担持金属、又は母材の劣化を判断することができ、排ガス浄化触媒の改良等に資する。
担持金属の劣化を判断するための具体的な実施態様としては、前記担持金属の含有情報に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はロジウム（Ｒｈ）の少なくとも一つが含まれており、前記推定部は、前記元素分析結果に含まれる白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はロジウム（Ｒｈ）の少なくとも１つの含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、前記排ガス浄化触媒の劣化部位を前記担持金属であると推定する態様が挙げられる。
また、ウィッシュコート又は母材の劣化を判断するための具体的な実施態様としては、前記ウィッシュコート又は前記母材の含有情報にアルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はチタン（Ｔｉ）の少なくとも一つが含まれており、
前記推定部は、前記元素分析結果に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はチタン（Ｔｉ）の含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、前記排ガス浄化触媒の劣化部位を前記ウィッシュコート又は前記母材であると推定する態様が挙げられる。
前記推定部は、前記元素分析結果に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はチタン（Ｔｉ）の含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、前記排ガス浄化触媒の劣化部位を前記ウィッシュコート又は前記母材であると推定する態様が挙げられる。
前記排ガス浄化触媒を通過する前の排ガスに含まれる粒子状物質を捕集する第２捕集部をさらに備え、前記元素分析部が、前記第２捕集部に捕集された粒子状物質を元素分析し、前記推定部が、前記捕集部に捕集された粒子状物質の元素分析結果と、前記第２捕集部に捕集された粒子状物質の元素分析結果とを比較して、前記排ガス浄化触媒の劣化部位を推定することが好ましい。
このような構成であれば、第２捕集部に捕集された粒子状物質の元素分析結果よりも、捕集部に捕集された粒子状物質の元素分析結果に多く含まれる元素があれば、その元素は排ガス浄化触媒起因の粒子状物質に含まれているものである可能性が高く、その元素に基づいて排ガス浄化触媒の劣化部位を推定することができる。
このような構成であれば、第２捕集部に捕集された粒子状物質の元素分析結果よりも、捕集部に捕集された粒子状物質の元素分析結果に多く含まれる元素があれば、その元素は排ガス浄化触媒起因の粒子状物質に含まれているものである可能性が高く、その元素に基づいて排ガス浄化触媒の劣化部位を推定することができる。
一方、粒子状物質の増加原因がエンジン側にあると判断した場合、その詳細な原因としては燃料やエンジンオイル等が挙げられる。
そこで、前記格納部は、前記供試体の構成要素であるエンジンオイルに含まれる１又は複数の元素を前記含有情報として格納しており、前記推定部は、前記含有情報及び前記元素分析結果に基づき、前記粒子状物質の発生源に前記エンジンオイルが含まれていると推定することが好ましい。
このような構成であれば、粒子状物質の増加原因がエンジン側にある場合、より詳細な発生源を推定することができる。
そこで、前記格納部は、前記供試体の構成要素であるエンジンオイルに含まれる１又は複数の元素を前記含有情報として格納しており、前記推定部は、前記含有情報及び前記元素分析結果に基づき、前記粒子状物質の発生源に前記エンジンオイルが含まれていると推定することが好ましい。
このような構成であれば、粒子状物質の増加原因がエンジン側にある場合、より詳細な発生源を推定することができる。
より具体的な実施態様としては、前記エンジンオイルの含有情報にアルミニウムモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つが含まれており、前記推定部は、前記元素分析結果に含まれるモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、前記粒子状物質の発生源にエンジンオイルが含まれていると推定する態様が挙げられる。
前記元素分析部が、前記捕集部に捕集された粒子状物質に含まれるモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つを定量分析し、前記定量分析により得られたモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つの質量、及び、前記供試体から排出される排ガスのうち前記捕集部に導かれた排ガスのサンプリング流量を少なくとも用いて、エンジンオイル消費量を算出するオイル消費量算出部をさらに備えることが好ましい。
このような構成であれば、エンジンオイル消費量と例えば粒子状物質の排出量とを相関させることができる。
このような構成であれば、エンジンオイル消費量と例えば粒子状物質の排出量とを相関させることができる。
また、本発明に係る分析方法は、車両又はその一部である供試体から排出される排出物を分析する分析方法であって、前記排出物に含まれる粒子状物質を元素分析する元素分析ステップと、前記供試体の一部を構成する構成要素に含まれる１又は複数の元素の含有情報を格納する格納ステップと、前記格納ステップにおいて格納された含有情報及び前記元素分析ステップにおいて得られた元素分析結果に基づいて、前記粒子状物質の発生源を推定する推定ステップ部とを備えることを特徴とする方法である。
このような分析方法であれば、上述した分析システムと同様の作用効果を得ることができる。
このような分析方法であれば、上述した分析システムと同様の作用効果を得ることができる。
このように構成した本発明によれば、排ガス等の排出物に含まれる粒子状物質の発生源を判断し易くすることができる。
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る分析システムの第１実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、本発明に係る分析システムの第１実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の分析システム１００は、エンジンＥを備える供試体の性能等を評価するために用いられるものであり、エンジンＥから排出される排ガスを分析するものである。なお、排ガスの計測とは、排ガスに含まれる成分を分析して各種成分の濃度や質量を計測したり、排ガスに含まれるＰＭ（質量）やＰＮ（数）などを計測することである。また、エンジンとは、車両や船舶、航空機などに用いられる内燃機関（internal combustion engine）又は外燃機関（external combustion engine）である。さらに、エンジンＥを備える供試体とは、エンジンＥ単体も含む概念である。また、供試体は、回転体を備えるものであれば、必ずしもエンジンＥを備える必要はなく、例えば燃料電池自動車（以下FCV）や電気自動車（以下EV）、或いはそれらの一部であっても良い。また、エンジンとモータの両方を備えたハイブリット車（以下HV）であってもよい。さらに、分析システム１００の分析対象は、排ガスに限らず、例えばテールパイプから排出される水など、供試体から排出される排出物であれば良い。
以下では、エンジンＥが搭載された試験車両Ｖをシャシダイナモメータ上で走行させて排ガス分析する態様について説明するが、分析システム１００としては、エンジンＥ単体にエンジンダイナモを接続して排ガス分析するものであって良いし、エンジンＥが接続されたパワートレインにダイナモメータを接続して排ガス分析するものであっても良い。
具体的に分析システム１００は、図１に示すように、エンジンＥに接続された排気管Ｅ１を流れる排ガスの一部又は全部をサンプリングするサンプリング装置２と、サンプリングされた排ガスに含まれる粒子状物質を捕集する捕集部３と、捕集部３に捕集された粒子状物質を元素分析する元素分析部４と、元素分析部４の分析結果を取得して粒子状物質の発生源を推定する情報処理装置５とを備えている。なお、この分析システムは、排ガスに含まれる各種成分を分析する図示しない排ガス分析装置を備えている。
サンプリング装置２は、排気管Ｅ１を流れる排ガスをサンプリングするためのサンプリングポート２１と、当該サンプリングポート２１に接続された排ガス流路２２と、当該排ガス流路２２に設けられて、サンプリングポート２１から排ガスを吸引するための吸引ポンプ２３とを有している。また、本実施形態では、図１に示すように、サンプリング装置２は、臨界流量ベンチュリなどの定流量器２４及び吸引ポンプ２５を有する定容量サンプリング装置２６（ＣＶＳ）により、排気管Ｅ１からの排ガスを大気などの希釈ガスによって希釈したものを希釈する構成としてある。
捕集部３は、排ガス流路２２に設けられて、排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタである。このフィルタ３は、排ガス流路２２におけるサンプリングポート２１と吸引ポンプ２３との間に交換可能に設けられており、捕集後のフィルタ３の質量から捕集前のフィルタ３の質量を差し引くことで、フィルタ３に捕集されたＰＭ粒子の質量を求めることができる。なお、フィルタ３は、１枚１枚が分離されたバッチ式のものであってもよいし、供給ロール及び巻き取りロールを用いた巻き取り式のものであってもよい。フィルタの材質としては、例えばＰＴＦＥコーティングガラス繊維又はＰＴＦＥなどが考えられる。
元素分析部４は、蛍光Ｘ線分析装置であり、Ｘ線を試料に照射して、発生する蛍光Ｘ線を検出して元素分析（定性分析）を行う装置であり、ここでの試料は、フィルタ３に捕集された粒子状物質である。この元素分析部４は、フィルタ３に捕集された粒子状物質に含まれる元素の濃度（例えば質量濃度又は元素濃度）や質量を定量分析できるものである。なお、フィルタ３がバッチ式のものであれば、フィルタ３をサンプリング装置２から取り外して元素分析部４にセットして元素分析を行う。また、フィルタ３が巻き取り式ものであれば、元素分析部４がフィルタ３の近傍に設置されて、フィルタ３をサンプリング装置２から取り外すことなく元素分析を行う。この場合、巻き取り式のフィルタ３と元素分析部４とが一体構成された装置（フィルタ付きの元素分析装置）としてもよい。
情報処理装置５は、ＣＰＵ、内部メモリ、入出力インターフェース、ＡＤ変換器などを備えた専用乃至汎用のコンピュータであり、内部メモリに格納されたプログラムに基づいて、図３に示すように、格納部５１、分析結果受付部５２、推定部５３などの機能を発揮するように構成されている。
格納部５１は、供試体の一部を構成する構成要素に含まれる１又は複数の元素の含有情報を格納する。この元素情報は、デジタルデータであり、構成要素に含まれる１又は複数の元素の既知濃度（例えば質量濃度（％））だけでなく、それら１又は複数の元素の組成比や含有割合などを含んでいてもよい。また、含有情報は、予めユーザなどによって入力されたものであってもよいし、インターネットを介してサーバなどから送信されたものであってもよい。なお、構成要素は、供試体の性能等を評価するうえで供試体に備えさせる必要があるものであり、例えばエンジンオイルや排ガス浄化触媒など、完成車両が備える種々のものである。
本実施形態の格納部５１は、供試体の構成要素の１つであるエンジンオイルに含まれる元素の元素情報を格納している。具体的にこの元素情報には、モリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つが含まれており、これらの複数が含まれている場合にはそれらの元素の組成比又は含有割合なども含まれていて良い。
分析結果受付部５２は、元素分析部４により得られた元素分析結果を受け付ける。この分析結果には、少なくとも粒子状物質を定性分析した定性分析結果が含まれており、ここでは粒子状物質を定量分析した定量分析結果も含まれている。そして、分析結果受付部５２は、受け付けた分析結果データを推定部５３に送信する。
推定部５３は、分析結果受付部５２が受け付けた元素分析結果及び格納部５１に格納された含有情報に基づいて、元素分析部が分析した粒子状物質の発生源を推定する。
本実施形態の推定部５３は、粒子状物質の発生源の１つにエンジンオイルが含まれている場合に、エンジンオイルを発生源として推定するように構成されている。具体的にこの推定部５３は、元素分析結果に含まれるモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つの含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、発生源にエンジンオイルが含まれていると推定し、その推定結果を例えばディスプレイに出力する。なお、推定部５３としては、元素分析結果に含まれるモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）の含有割合と、予め設定した基準割合とを比較して、少なくとも１つの元素の含有割合と、その元素の基準割合との差が所定値以上の場合に発生源にエンジンオイルが含まれていると推定するように構成されていても良い。さらに、推定部５３としては、元素分析結果にモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の一部又は全部が含まれている場合に、その含有量によらず、発生源にエンジンオイルが含まれていると推定するように構成されていても良い。
本実施形態の推定部５３は、粒子状物質の発生源の１つにエンジンオイルが含まれている場合に、エンジンオイルを発生源として推定するように構成されている。具体的にこの推定部５３は、元素分析結果に含まれるモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つの含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、発生源にエンジンオイルが含まれていると推定し、その推定結果を例えばディスプレイに出力する。なお、推定部５３としては、元素分析結果に含まれるモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）の含有割合と、予め設定した基準割合とを比較して、少なくとも１つの元素の含有割合と、その元素の基準割合との差が所定値以上の場合に発生源にエンジンオイルが含まれていると推定するように構成されていても良い。さらに、推定部５３としては、元素分析結果にモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の一部又は全部が含まれている場合に、その含有量によらず、発生源にエンジンオイルが含まれていると推定するように構成されていても良い。
ここで、分析結果受付部は、上述したように粒子状物質の定量分析結果を受け付けており、本実施形態の情報処理装置は、この定量分析結果に基づいて、エンジンオイル消費量を算出するオイル消費量算出部５４としての機能をさらに備えている。
具体的にオイル消費量算出部５４は、定量分析結果に含まれる（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つの質量と、エンジンから排出された排ガスのうち元素分析部に導かれたサンプリング流量と、エンジンから排出された生排ガスの流量（以下、メイン流量ともいう）とを用いてエンジンオイル消費量を算出し、例えばディスプレイに出力する。なお、本実施形態のように、生排ガスを希釈ガスで希釈してなる希釈排ガスが捕集部に導かれる場合、上記のメイン流量の代わりに、希釈率及び希釈排ガスの流量を用いてエンジンオイル消費量を算出しても良い。
次に、本実施形態の分析システム１００を用いた分析方法について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、エンジンＥの始動を開始し、エンジンＥから排出される排ガス中の粒子状物質を捕集部に捕集する（Ｓ１）。
次に、捕集部であるフィルタを元素分析部に搬送し、捕集部に捕集された粒子状物質を元素分析する（Ｓ２）。具体的には、フィルタ３に捕集された粒子状物質に含まれる元素を定性分析するとともに、ここではこの粒子状物質に含まれる元素の定量分析も行う。これらの分析結果は、情報処理装置５に送信される。
そして、情報処理装置５は、予め格納部に格納されている含有情報と、元素分析部４により得られた元素分析結果とに基づいて、捕集部に捕集された粒子状物質の発生源を推定する（Ｓ３）。具体的には、元素分析結果に含まれるモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つの含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、発生源にエンジンオイルが含まれていると推定する。
その後、情報処理装置５は、元素分析部４により得られた元素分析結果、具体的には粒子状物質の定量分析結果を用いてエンジンオイル消費量を算出する（Ｓ４）。なお、具体的な算出方法の一例は上述した通りである。なお、このように算出されたエンジンオイル消費量は、例えば元素分析部の元素分析結果（定性分析結果や定量分析結果）と相関させて記憶させても良い（Ｓ５）。
＜第１実施形態の効果＞
このように構成された分析システム１００によれば、格納部５１に格納された含有情報及び元素分析部４の元素分析結果に基づいて、粒子状物質の発生源を推定する推定部５３を備えているので、ユーザはその推定結果から粒子状物質の発生源を判断し易くなり、粒子状物質の更なる低減に資する。
このように構成された分析システム１００によれば、格納部５１に格納された含有情報及び元素分析部４の元素分析結果に基づいて、粒子状物質の発生源を推定する推定部５３を備えているので、ユーザはその推定結果から粒子状物質の発生源を判断し易くなり、粒子状物質の更なる低減に資する。
また、排ガスに含まれる粒子状物質の質量や数が増加した場合、その増加原因がエンジン側にあるか排ガス浄化触媒側にあるか明確にする必要があるところ、上述した分析システム１００によれば、粒子状物質の発生源にエンジンオイルが含まれているか否かを判断することができ、粒子状物質が増加した際の原因を明確にし易くなり、しかもエンジン側の発生源をより詳細に推定することができる。
さらに、オイル消費量算出部５４がエンジンオイル消費量を算出し、そのエンジンオイル消費量を元素分析結果と相関させて記憶させているので、例えばエンジンオイル消費量が多い或いは少ない際の走行条件や発生要因等を様々な観点から解析することができる。
＜第１実施形態の変形例＞
例えば、前記第１実施形態でも述べたが、格納部５１は、１又は複数の元素の含有割合を含有情報として格納していても良く、この場合の推定部５３としては、格納部５１に格納された１又は複数の元素の含有割合と元素分析結果に含まれる同元素の含有割合とを比較して、粒子状物質の発生源を推定しても良い。
また、格納部５１が１又は複数の元素の組成比を含有情報として格納している場合であれば、推定部５３としては、格納部５１に格納された１又は複数の元素の組成比と元素分析結果に含まれる同元素の組成比とを比較して、粒子状物質の発生源を推定しても良い。
このような構成であれば、複数の元素の含有割合や組成比に基づいて粒子状物質の発生源を推定するので、より信頼性の高い推定結果を得ることができる。
例えば、前記第１実施形態でも述べたが、格納部５１は、１又は複数の元素の含有割合を含有情報として格納していても良く、この場合の推定部５３としては、格納部５１に格納された１又は複数の元素の含有割合と元素分析結果に含まれる同元素の含有割合とを比較して、粒子状物質の発生源を推定しても良い。
また、格納部５１が１又は複数の元素の組成比を含有情報として格納している場合であれば、推定部５３としては、格納部５１に格納された１又は複数の元素の組成比と元素分析結果に含まれる同元素の組成比とを比較して、粒子状物質の発生源を推定しても良い。
このような構成であれば、複数の元素の含有割合や組成比に基づいて粒子状物質の発生源を推定するので、より信頼性の高い推定結果を得ることができる。
また、前記実施形態では、定量分析結果に含まれる（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つの質量を用いてエンジンオイル消費量を算出していたが、オイル消費量算出部５４としては、エンジンオイルに含まれる複数の元素（前記第１実施形態の例ではＭｏ、Ｃａ、Ｚｎ）の比率（割合）と元素分析結果に含まれる同元素の比率（割合）とを比較する比較部と、比較部により所定の範囲内であると特定された元素の質量濃度を用いて、エンジンオイル消費量を算出する算出部としての機能を備えていても良い。
より具体的に説明すると、比較部は、上述した比較により、比率（割合）の差が所定の範囲内となる元素を特定する。ここで、所定の範囲とは、エンジンオイルにおける複数の元素の比率であると特定できる程度の範囲である。
例えば、エンジンオイルの複数の元素の比率が、Ｍｏ：５ Ｃａ：２ Ｚｎ：１であるとする。この場合、元素分析結果に含まれる同元素の比率が、Ｍｏ：５ Ｃａ：４ Ｚｎ：１であった場合、比較部は、Ｍｏ、Ｚｎが所定の範囲内となる元素であると特定する。言い換えれば、比較部は、Ｃａが所定の範囲外の元素であると特定する。このとき、Ｃａはエンジンオイルに由来するものと、それ以外に由来するものとを含んでいることになる。なお、所定の範囲内か否かを判断するためのしきい値は、例えば含有情報における各元素の比率に対して所定の割合（例えば±５０％）で増減させた値である。
消費量算出部は、比較部により所定の範囲内であると特定された元素（上記の例ではＭｏ、Ｚｎ）の質量濃度と、フィルタ３に捕集された元素の測定質量とからエンジンオイル消費量を算出する。なお、元素の測定質量は、元素分析部４により測定される。このとき、消費量算出部は、上記の演算によって各成分から求めたエンジンオイル消費量を算出し、複数の元素ごとに得られたエンジンオイル消費量を平均して出力する。算出されたエンジンオイル消費量はディスプレイなどの出力手段に出力される。その他、フィルタ３に捕集された粒子状物質の質量と、前記元素の質量濃度とから、フィルタ３に捕集された元素の質量を算出してもよい。なお、フィルタ３に捕集された粒子状物質の質量は、捕集後のフィルタ３の質量から捕集前のフィルタ３の質量を差し引いて求めることができる。
さらに、分析システム１００は、図４に示すように、触媒Ｚを通過する前の排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するとともに、その捕集された粒子状物質を元素分析部４により分析するように構成されていても良い。
このような構成であれば、エンジンＥから排出された排ガスに含まれる粒子状物質を、触媒Ｚの劣化等の影響を受けることなく元素分析することができ、エンジンＥ側にある粒子状物質の発生要因をより正しく判断することが可能となる。
このような構成であれば、エンジンＥから排出された排ガスに含まれる粒子状物質を、触媒Ｚの劣化等の影響を受けることなく元素分析することができ、エンジンＥ側にある粒子状物質の発生要因をより正しく判断することが可能となる。
＜第２実施形態＞
以下、次に本発明に係る分析システムの第２実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、次に本発明に係る分析システムの第２実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の分析システムは、図５に示すように、エンジンＥから排出されて排ガス浄化触媒Ｚ（以下、単に触媒Ｚという）を通過した後の排ガスに含まれる粒子状物質を捕集して、捕集した粒子状物質を元素分析するものである。
なお、図５には、エンジンＥ単体にエンジンダイナモ１０を接続して分析する態様を示しているが、この分析システムとしては、エンジンＥが搭載された試験車両をシャシダイナモメータ上で走行させて分析するものであっても良いし、エンジンＥが接続されたパワートレインにダイナモメータを接続して分析するものであっても良い。
なお、図５には、エンジンＥ単体にエンジンダイナモ１０を接続して分析する態様を示しているが、この分析システムとしては、エンジンＥが搭載された試験車両をシャシダイナモメータ上で走行させて分析するものであっても良いし、エンジンＥが接続されたパワートレインにダイナモメータを接続して分析するものであっても良い。
具体的に触媒評価システム１００は、触媒Ｚが設けられた排ガス流路ＥＬと、排ガス流路ＥＬにおける触媒Ｚの下流から排ガスをサンプリングするサンプリング流路ＳＬと、サンプリング流路ＳＬに設けられて排ガス中の粒子状物質を捕集する捕集部３と、捕集された粒子状物質を元素分析する元素分析部４と、元素分析部４の元素分析結果を取得する情報処理装置５とを備えている。触媒Ｚとしては、例えばＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）やＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）たる三元触媒などが挙げられる。
本実施形態では、情報処理装置５の機能のうち、格納部５１及び推定部５３が前記第１実施形態とは異なるので、以下に詳述する。
本実施形態の格納部５１は、供試体の構成要素の１つである触媒に含まれる元素の元素情報を格納している。具体的にこの元素情報には、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はチタン（Ｔｉ）の少なくとも１つが含まれており、これらの複数が含まれている場合にはそれらの元素の組成比又は含有割合なども含まれていて良い。
さらに、ここでの格納部５１は、触媒Ｚを構成するウィッシュコート、担持金属、又は母材それぞれに含まれる１又は複数の元素をそれぞれ含有情報として格納している。具体的には、担持金属の含有情報には、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はロジウム（Ｒｈ）の少なくとも１つが含まれており、ウィッシュコート又は母材の含有情報には、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はチタン（Ｔｉ）の少なくとも１つが含まれている。なお、含有情報としては、触媒Ｚを構成する構成要素と、その構成要素に含まれる１又は複数の元素とを結び付けた表形式のデータであっても良い。
本実施形態の推定部５３は、粒子状物質の発生源の１つに触媒Ｚが含まれている場合に、触媒Ｚを発生源として推定するように構成されている。具体的にこの推定部５３は、元素分析結果に含まれる白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はチタン（Ｔｉ）の少なくとも１つの含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、発生源に触媒Ｚが含まれていると推定し、その推定結果を例えばディスプレイに出力する。なお、前記第１実施形態と同様に、含有量や含有量の増加率の代わりに、含有割合や組成比を用いても良い。
さらに、この推定部５３は、分析結果受付部５２が受け付けた元素分析結果及び格納部５１に格納された含有情報を比較することによって、触媒Ｚの劣化部位を推定するように構成されている。
本実施形態の推定部５３は、少なくともウィッシュコート、担持金属、又は母材の中から触媒Ｚの劣化部位を推定するように構成されており、具体的には、元素分析結果に含まれる白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はロジウム（Ｒｈ）の含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、劣化部位を担持金属であると推定し、元素分析結果に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はチタン（Ｔｉ）の含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、触媒Ｚの劣化部位をウィッシュコート又は母材であると推定する。なお、劣化部位がウィッシュコード又は母材の何れかであるかは、例えば元素分析結果に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びチタン（Ｔｉ）の組成比などに基づき推定しても良い。
本実施形態の推定部５３は、少なくともウィッシュコート、担持金属、又は母材の中から触媒Ｚの劣化部位を推定するように構成されており、具体的には、元素分析結果に含まれる白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はロジウム（Ｒｈ）の含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、劣化部位を担持金属であると推定し、元素分析結果に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はチタン（Ｔｉ）の含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、触媒Ｚの劣化部位をウィッシュコート又は母材であると推定する。なお、劣化部位がウィッシュコード又は母材の何れかであるかは、例えば元素分析結果に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、及びチタン（Ｔｉ）の組成比などに基づき推定しても良い。
＜第２実施形態の効果＞
このように構成された分析システム１００によれば、粒子状物質の発生源に触媒Ｚが含まれているか否かを判断することができ、粒子状物質が増加した際の原因がエンジンＥ側にあるか触媒Ｚ側にあるか明確にし易くすることができる。
このように構成された分析システム１００によれば、粒子状物質の発生源に触媒Ｚが含まれているか否かを判断することができ、粒子状物質が増加した際の原因がエンジンＥ側にあるか触媒Ｚ側にあるか明確にし易くすることができる。
また、触媒Ｚの劣化部位を判断することができ、例えば触媒Ｚの浄化性能（除去効率）を向上させるための適切な対策を取ることができる。
＜第２実施形態の変形例＞
例えば、分析システム１００は、図６に示すように、触媒Ｚの上流から採取した排ガスに含まれる粒子状物質を捕集する第２捕集部を備え、触媒Ｚの上流及び下流のそれぞれから排ガスをサンプリングして、それぞれの排ガスに含まれる粒子状物質を元素分析するように構成されていても良い。
このような構成であれば、例えば触媒Ｚの上流からサンプリングした排ガス中の粒子状物質よりも、触媒Ｚの下流からサンプリングした排ガス中の粒子状物質により多く含まれる元素があれば、その元素は触媒Ｚの劣化部位に起因して生じている可能性が高く、触媒Ｚの劣化部位をより正確に判断することが可能となる。
このような構成であれば、例えば触媒Ｚの上流からサンプリングした排ガス中の粒子状物質よりも、触媒Ｚの下流からサンプリングした排ガス中の粒子状物質により多く含まれる元素があれば、その元素は触媒Ｚの劣化部位に起因して生じている可能性が高く、触媒Ｚの劣化部位をより正確に判断することが可能となる。
＜その他の実施形態＞
前記各実施形態では、情報処理装置５が粒子状物質の発生源を推定するように構成されていたが、元素分析部４の分析結果をディスプレイ等に比較可能に表示することで、ユーザが粒子状物質の発生源を推定しても良い。
前記各実施形態では、情報処理装置５が粒子状物質の発生源を推定するように構成されていたが、元素分析部４の分析結果をディスプレイ等に比較可能に表示することで、ユーザが粒子状物質の発生源を推定しても良い。
元素分析部４としては、前記第１実施形態では試料に一次Ｘ線を照射することにより生じる蛍光Ｘ線を検出して元素分析するものであったが、一次Ｘ線の照射により生じる散乱Ｘ線や光電子を検出して元素分析するものであっても良い。
また、分析システム１００の供試体としては、FCV、EV、HV、二輪車などであっても良いし、これらを構成する一部を供試体としても良い。
なお、FCVは、水素と空気（例えば圧縮空気）とを反応させて電気を発生させる際に水を生成する。このため、FCVを供試体とする場合は、前記各実施形態における元素分析部４は、FCVのテールパイプから排出される水を分析しても良い。この場合、格納部５１には、供試体の構成要素の１つである燃料電池に含まれる１又は複数の元素又はその含有割合を格納しても良い。燃料電池に含まれる元素としては、セパレータや電極に用いられる例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）等や、電解質や活物質に含まれるリン（Ｐ）、炭素（Ｃ）等が挙げられる。元素分析部４は、水の分析結果と、格納部５１に格納された燃料電池に含まれる１又は複数の元素又はその含有割合から、粒子状物質の発生源が燃料電池に由来するものであると判断することができる。
なお、FCVは、水素と空気（例えば圧縮空気）とを反応させて電気を発生させる際に水を生成する。このため、FCVを供試体とする場合は、前記各実施形態における元素分析部４は、FCVのテールパイプから排出される水を分析しても良い。この場合、格納部５１には、供試体の構成要素の１つである燃料電池に含まれる１又は複数の元素又はその含有割合を格納しても良い。燃料電池に含まれる元素としては、セパレータや電極に用いられる例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）等や、電解質や活物質に含まれるリン（Ｐ）、炭素（Ｃ）等が挙げられる。元素分析部４は、水の分析結果と、格納部５１に格納された燃料電池に含まれる１又は複数の元素又はその含有割合から、粒子状物質の発生源が燃料電池に由来するものであると判断することができる。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
１００・・・分析システム
Ｅ ・・・エンジン
２ ・・・排ガスサンプリング装置
３ ・・・捕集部
４ ・・・元素分析部
５ ・・・情報処理装置
５１ ・・・格納部
５２ ・・・分析結果受付部
５３ ・・・推定部
Ｅ ・・・エンジン
２ ・・・排ガスサンプリング装置
３ ・・・捕集部
４ ・・・元素分析部
５ ・・・情報処理装置
５１ ・・・格納部
５２ ・・・分析結果受付部
５３ ・・・推定部
本発明によれば、排ガス等に含まれる粒子状物質の発生源を判断し易くなる。
Claims (12)
- 車両又はその一部である供試体から排出される排出物を分析する分析システムであって、
前記排出物に含まれる粒子状物質を元素分析する元素分析部と、
前記供試体の一部を構成する構成要素に含まれる１又は複数の元素の含有情報を格納する格納部と、
前記格納部に格納された含有情報及び前記元素分析部の元素分析結果に基づいて、前記粒子状物質の発生源を推定する推定部とを備える、分析システム。 - 前記供試体から排出される排ガスに含まれる粒子状物質を捕集する捕集部をさらに備え、
前記元素分析部が、前記捕集部に捕集された粒子状物質を元素分析する、請求項１記載の分析システム。 - 前記格納部は、前記供試体の構成要素に含まれる１又は複数の元素の含有割合を前記含有情報として格納しており、
前記推定部は、前記格納部に格納された元素の含有割合及び前記元素分析結果に含まれる元素の含有割合に基づいて、前記粒子状物質の発生源を推定する、請求項１記載の分析システム。 - 前記格納部は、前記供試体の構成要素である排ガス浄化触媒に含まれる１又は複数の元素を前記含有情報として格納しており、
前記推定部は、前記含有情報及び前記元素分析結果に基づき、前記粒子状物質の発生源に排ガス浄化触媒が含まれていると推定する、請求項１記載の分析システム。 - 前記格納部は、前記排ガス浄化触媒を構成するウィッシュコート、担持金属、又は母材それぞれの含有情報を格納しており、
前記推定部は、前記含有情報及び前記元素分析結果に基づき、前記排ガス浄化触媒の劣化部位をウィッシュコート、担持金属、又は母材の少なくとも一つの中から推定する、請求項４記載の分析システム。 - 前記担持金属の含有情報に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はロジウム（Ｒｈ）の少なくとも一つが含まれており、
前記推定部は、前記元素分析結果に含まれる白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はロジウム（Ｒｈ）の少なくとも１つの含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、前記排ガス浄化触媒の劣化部位を前記担持金属であると推定する、請求項３記載の分析システム。 - 前記ウィッシュコート又は前記母材の含有情報にアルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はチタン（Ｔｉ）の少なくとも一つが含まれており、
前記推定部は、前記元素分析結果に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はチタン（Ｔｉ）の含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、前記排ガス浄化触媒の劣化部位を前記ウィッシュコート又は前記母材であると推定する、請求項３記載の分析システム。 - 前記排ガス浄化触媒を通過する前の排ガスに含まれる粒子状物質を捕集する第２捕集部をさらに備え、
前記元素分析部が、前記第２捕集部に捕集された粒子状物質を元素分析し、
前記推定部が、前記捕集部に捕集された粒子状物質の元素分析結果と、前記第２捕集部に捕集された粒子状物質の元素分析結果とを比較して、前記排ガス浄化触媒の劣化部位を推定する、請求項３記載の分析システム。 - 前記格納部は、前記供試体の構成要素であるエンジンオイルに含まれる１又は複数の元素を前記含有情報として格納しており、
前記推定部は、前記含有情報及び前記元素分析結果に基づき、前記粒子状物質の発生源に前記エンジンオイルが含まれていると推定する、請求項１記載の分析システム。 - 前記エンジンオイルの含有情報にアルミニウムモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つが含まれており、
前記推定部は、前記元素分析結果に含まれるモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の含有量又は含有量の増加率が所定の閾値以上の場合に、前記粒子状物質の発生源にエンジンオイルが含まれていると推定する、請求項９記載の分析システム。 - 前記元素分析部が、前記捕集部に捕集された粒子状物質に含まれるモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つを定量分析し、
前記定量分析により得られたモリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、又は亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つの質量、及び、前記供試体から排出される排ガスのうち前記捕集部に導かれた排ガスのサンプリング流量を少なくとも用いて、エンジンオイル消費量を算出するオイル消費量算出部をさらに備える、請求項８記載の分析システム。 - 車両又はその一部である供試体から排出される排出物を分析する分析方法であって、
前記排出物に含まれる粒子状物質を元素分析する元素分析ステップと、
前記供試体の一部を構成する構成要素に含まれる１又は複数の元素の含有情報を格納する格納ステップと、
前記格納ステップにおいて格納された含有情報及び前記元素分析ステップにおいて得られた元素分析結果に基づいて、前記粒子状物質の発生源を推定する推定ステップ部とを備える、分析方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05251527A (ja) * | 1992-03-06 | 1993-09-28 | Matsushita Electron Corp | 電子プローブ微小分析装置 |
| JP2008261712A (ja) * | 2007-04-11 | 2008-10-30 | Kimoto Denshi Kogyo Kk | 浮遊粒子状物質の測定装置 |
| JP2015004285A (ja) * | 2013-06-19 | 2015-01-08 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 内燃機関の制御装置 |
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