(57)【要約】  本発明は、排ガスを希釈することなく冷却しながらも、粒子濃度を正確に測定できるようにするものであり、粒子濃度測定装置２と、排ガス流通管２００から採取した排ガスを希釈することなく粒子濃度測定装置２の測定可能温度まで冷却して粒子濃度測定装置２に導入するサンプリング冷却管３と、排ガス採取口３１に流入する排ガスの温度を検出する温度センサ４と、温度センサ４の検出温度及び粒子濃度測定装置２に導入される排ガス温度から、粒子濃度測定装置２の測定粒子濃度をリアルタイムに補正して、排ガス流通管２００を流れる排ガスの粒子濃度を算出する演算装置５とを備える。
2012039325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中に含まれる粒子濃度を測定する粒子濃度測定装置と、
排ガスを導入する排ガス導入口及び前記粒子濃度測定装置に接続される排ガス導出口を有し、導入した排ガスを希釈することなく前記粒子濃度測定装置の測定可能温度まで冷却して導くサンプリング冷却管と、
前記排ガス導入口に流入する排ガス温度を検出する温度センサと、
前記排ガス導入口の排ガス温度及び粒子濃度と前記排ガス導出口の排ガス温度及び粒子濃度との関係式を用いて、前記温度センサの検出温度及び前記粒子濃度測定装置に導入される排ガス温度から、前記粒子濃度測定装置の測定粒子濃度を補正して、前記排ガス導入口を流れる排ガスの粒子濃度を算出する演算装置とを備える排ガス分析システム。
【請求項２】
前記粒子濃度測定装置に流入する排ガスの温度を検出する第２の温度センサをさらに備え、
前記演算装置が、前記粒子濃度測定装置に流入する排ガス温度として前記第２の温度センサの検出温度を用いる請求項１記載の排ガス分析システム。
【請求項３】
前記サンプリング冷却管が単一の金属管からなり、螺旋状に巻回されている請求項１記載の排ガス分析システム。
【請求項４】
排ガス中に含まれる粒子濃度を測定する粒子濃度測定装置と、排ガスを導入する排ガス導入口及び前記粒子濃度測定装置に接続される排ガス導出口を有し、導入した排ガスを希釈することなく前記粒子濃度測定装置の測定可能温度まで冷却して導くサンプリング冷却管と、前記排ガス導入口に流入する排ガス温度を検出する温度センサとを備えた排ガス分析システムに用いられるものであって、
前記排ガス導入口の排ガス温度及び粒子濃度と前記排ガス導出口の排ガス温度及び粒子濃度との関係式を示す関係式データを格納する関係式データ格納部と、
前記関係式データ格納部に格納された関係式データを用いて、前記温度センサの検出温度及び前記粒子濃度測定装置に導入される排ガス温度から、前記粒子濃度測定装置の測定粒子濃度を補正して、前記排ガス導入口を流れる排ガスの粒子濃度を算出する補正演算部との機能をコンピュータに備えさせる排ガス分析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関から出る排ガス中の粒子濃度を測定する排ガス分析システム及び排ガス分析プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばディーゼルエンジンから排出される排ガス中の粒子濃度を測定するものとして、特許文献１に示すように、排ガスを例えばＣＰＣ等の粒子計数装置に導入して粒子数を計数するものがある。【０００３】
そして排ガスは、高温状態（例えば５００℃）で排出されることから、当該排ガスの粒子濃度を測定するためには、排ガスの温度を粒子計数装置の測定可能温度まで低下させる必要がある。ここで、高温状態の排ガスを配管に流通させることにより、当該配管の熱伝導によって冷却することが考えられる。ところがこの方法では、排ガス中の粒子が熱泳動等によって配管の内壁に付着してしまい、粒子計数装置に導入される排ガス中の粒子数が低下して測定誤差を生じてしまうという問題がある。【０００４】
そのため従来の粒子測定システムは、サンプリングした排ガスを低温の希釈用空気によって希釈する希釈装置を粒子計数装置の上流側に設けている（特許文献１の図４参照）。これにより、熱泳動等による配管の内壁への粒子付着を防止しながら、排ガスを粒子計数装置の測定可能温度まで低下させるように構成している。【０００５】
しかしながら、希釈装置を設ける構成にすると、希釈装置、周辺機器（マスフローコントローラ、圧力センサ、開閉弁等）及び配管が必要となりシステムが大型化、複雑化及び高コスト化するという問題がある。また、希釈装置を介在させることで希釈率の制御等が新たな誤差要因となってしまう。さらに、システムが複雑化することで、システムの保守作業も煩雑となってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１６４４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、排ガスを希釈することなく冷却しながらも、粒子濃度を正確に測定できるようにすることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係る排ガス分析システムは、排ガス中に含まれる粒子濃度を測定する粒子濃度測定装置と、排ガスを導入する排ガス導入口及び前記粒子濃度測定装置に接続される排ガス導出口を有し、導入した排ガスを希釈することなく前記粒子濃度測定装置の測定可能温度まで冷却して導くサンプリング冷却管と、前記排ガス導入口に流入する排ガス温度を検出する温度センサと、前記排ガス導入口の排ガス温度及び粒子濃度と前記排ガス導出口の排ガス温度及び粒子濃度との関係式を用いて、前記温度センサの検出温度及び前記粒子濃度測定装置に導入される排ガス温度から、前記粒子濃度測定装置の測定粒子濃度を補正して、前記排ガス導入口を流れる排ガスの粒子濃度を算出する演算装置とを備えることを特徴とする。【０００９】
このようなものであれば、サンプリング冷却管が排ガスを希釈することなく冷却して粒子濃度測定装置に導くので希釈装置を不要にすることができる。これによりシステムを小型化、簡素化及び低コスト化することができる。また、演算装置が、所定の関係式を用いて粒子濃度測定装置の測定粒子濃度を補正するので、熱泳動等によって粒子がサンプリング冷却管の内壁に付着して生じる測定誤差を補正することができる。したがって、熱泳動による粒子ロスに関係なく排ガス中の粒子濃度を正確に測定することができる。【００１０】
サンプリング冷却管の冷却性能により、ガス導出口から出る排ガス温度が例えば周囲環境温度等の一定温度であれば、あえて粒子濃度測定装置に流入する排ガス温度を検出する必要はない。しかしながら、ガス導出口から出る排ガス温度が一定温度ではない場合には、前記粒子濃度測定装置に流入する排ガスの温度を検出する第２の温度センサをさらに備え、前記演算装置が、前記粒子濃度測定装置に流入する排ガス温度として前記第２の温度センサの検出温度を用いることが望ましい。【００１１】
サンプリング冷却管の構成を簡単化するとともに、排ガス流通管及び粒子濃度測定装置の距離を狭くした場合であっても採取した排ガスを効率良く冷却できるようにするためには、前記サンプリング冷却管が単一の金属管からなり、螺旋状に巻回されていることが望ましい。【００１２】
このように本発明では、希釈装置及びそれに付随する周辺機器及び配管を不要とすることができるので、システムの小型化及び軽量化が可能であり、車両搭載型として好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１３】
このように構成した本発明によれば、排ガスを希釈することなく冷却しながらも、粒子濃度を正確に測定できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図1は本実施形態の排ガス分析システムの構成を概略的に示す全体概略図である。
【図２】図2は同実施形態における演算装置の機能構成を示す図である。
【図３】図3は変形実施形態の排ガス分析システムの構成を概略的に示す全体概略図である。
【符号の説明】
【００１５】
１００・・・粒子濃度測定システム
２００・・・排気管（排ガス流通管）
２    ・・・粒子濃度測定装置
３    ・・・サンプリング冷却管
３１  ・・・排ガス採取口
３２  ・・・排ガス導出口
４    ・・・温度センサ
５    ・・・演算装置
５１  ・・・関係式データ格納部
５２  ・・・補正演算部
６    ・・・第２の温度センサ
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明に係る排ガス分析システムの一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
本実施形態に係る排ガス分析システム１００は、図１に示すように、ディーゼルエンジン等の内燃機関に接続された排ガス流通管たる排気管２００を流れる排ガスに含まれる例えば１μｍ以下の粒子状物質（ＰＭ、以下、単に粒子ともいう。）の粒子濃度を測定するものである。ここで粒子状物質には、原子状炭素である煤（Ｓｏｏｔ）、未燃の燃料や潤滑油による有機溶媒可溶成分（ＳＯＦ）、硫酸及び硫酸塩であるサルフェート（Ｓｕｌｆａｔｅ）等を含む。また、粒子濃度とは、粒子数（又は数濃度）、粒子の質量濃度又は粒子の体積濃度等である。以下の実施形態では、粒子数を測定する場合について説明する。
【００１８】
具体的にこのものは、図１に示すように、排ガス中に含まれる粒子濃度を測定する粒子濃度測定装置２と、排気管２００と粒子濃度測定装置２とに接続されて排気管２００を流れる高温（例えば５００〜６００℃）の排ガスを冷却して粒子濃度測定装置２に導入するサンプリング冷却管３と、排気管２００内に挿入して設けられて、当該排気管２００を流れる排ガスの温度を検出する温度センサ４と、前記粒子濃度測定装置２により得られた測定粒子濃度を補正する演算装置５とを備えている。
【００１９】
粒子濃度測定装置２は、サンプリング冷却管３によりサンプリングされた排ガス中に含まれる粒子数を計数する粒子数計数装置である。本実施形態の粒子数計数装置としては、例えばレーザ散乱式凝縮粒子カウンタ（ＣＰＣ）であり、その動作温度（測定可能温度）は、例えば５℃〜３５℃である。
【００２０】
サンプリング冷却管３は、その一端開口である排ガス採取口（排ガス導入口）３１が排気管２００内に設けられるとともに、他端開口である排ガス導出口３２が粒子濃度測定装置２に接続されている。そしてこのサンプリング冷却管３は、採取した排ガスを希釈することなく粒子濃度測定装置２の測定可能温度（例えば５℃〜３５℃）まで冷却して、粒子濃度測定装置２に導入するものである。なお、排ガス採取口３１は排気管２００内おいて排ガス流れの上流側を向くように設けられている。
【００２１】
具体的にサンプリング冷却管３は、例えばステンレス鋼等から形成される単一の金属管からなり、排ガス採取口３１及び排ガス導出口３２の間に螺旋状に巻回されてなる空冷領域３３が形成されている。このように空冷領域３３が管を螺旋状に巻回して形成されることにより、周囲空気との接触面積を可及的に大きくして冷却性能を向上させている。また、本実施形態のサンプリング冷却管３は、ガス導出口３２において排ガスが周囲環境温度（例えば約３０℃）に冷却されるように、配管径や長さ等が構成されている。
【００２２】
温度センサ４は、排気管２００の側壁から当該排気管２００内に挿入して設けられた例えば熱電対等の温度センサ４である。この温度センサ４は、サンプリング冷却管３の排ガス採取口３１の上流側、本実施形態ではサンプリング冷却管３の排ガス採取口３１近傍のガス温度を検出するためのものである。
【００２３】
演算装置５は、図示しないＣＰＵやメモリ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を有したデジタル乃至アナログ電気回路で構成されたもので、専用のものであってもよいし、一部又は全部にパソコン等の汎用コンピュータを利用するようにしたものであってもよい。また、ＣＰＵを用いず、アナログ回路のみで前記各部としての機能を果たすように構成してもよいし、物理的に一体である必要はなく、有線乃至無線によって互いに接続された複数の機器からなるものであってもよい。
【００２４】
そして前記メモリに所定のプログラムを格納し、そのプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器を協働動作させることによって、この演算装置５は、関係式データ格納部５１及び補正演算部５２等としての機能を発揮する。
【００２５】
関係式データ格納部５１は、排ガス採取口３１の排ガス温度（Ｔ１）及び粒子濃度（Ｃ１）と排ガス導出口３２の排ガス温度（Ｔ２）及び粒子濃度（Ｃ２）との間に存在する熱泳動による損失に関連する関係式（下記の式１）を示す関係式データを格納するものである。なお熱泳動による損失は粒径に無関係である。具体的に前記関係式は、サンプリング冷却管３内の排ガスの流れが乱流の場合に成り立つものであり、Ｔ１及びＴ２の単位をケルビン［Ｋ］として、
【００２６】
【数１】
2012039325.tif 000003
である（ＩＳＯ８１７８−１（ＪＩＳ  Ｂ８００８−１））。
【００２７】
補正演算部５２は、関係式データ格納部５１から予め格納された関係式データを取得するとともに、温度センサ４から検出温度データ及び粒子濃度測定装置２から測定粒子濃度データを取得する。そして、関係式データから得られた下記の式２を用いて、温度センサ４の検出温度及び粒子濃度測定装置２に導入される排ガス温度（本実施形態では周囲環境温度）から、粒子濃度測定装置２の測定粒子濃度をリアルタイムに補正して、排ガス流通管２００を流れる排ガスの粒子濃度を算出する。
【００２８】
【数２】
2012039325.tif 000004
【００２９】
ここで、補正演算部５２は、Ｃ２に粒子濃度測定装置２の測定粒子濃度を入力し、Ｔ１に温度センサ４の検出温度を入力し、Ｔ２に粒子濃度測定装置２の動作可能温度（例えば周囲環境温度）を入力する。これにより補正演算部５２は、粒子濃度測定装置２の測定粒子濃度に対してサンプリング冷却管３に付着した粒子濃度分をリアルタイムに補正した補正後の粒子濃度を算出して例えばディスプレイなどの出力手段に出力する。
【００３０】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る排ガス分析システム１００によれば、サンプリング冷却管３が排気管２００及び粒子濃度測定装置２に接続されて、採取した排ガスを希釈することなく測定可能温度まで冷却して粒子濃度測定装置２に導くので希釈装置を不要にすることができる。これによりシステム１００を小型化、簡素化及び低コスト化することができる。また希釈装置を設けることによるその他の問題点も解消することができる
【００３１】
また、演算装置５が、式１に示す関係式を用いて粒子濃度測定装置２の測定粒子濃度を補正するので、熱泳動等によって粒子がサンプリング冷却管３の内壁に付着して生じる測定誤差を補正することができる。したがって、熱泳動による粒子ロスに関係なく排ガス中の粒子濃度を正確に測定することができる。
【００３２】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３３】
例えば、前記実施形態ではサンプリング冷却管３を流れる排ガスが乱流として上記理論式１を用いているが、その他の理論式を用いても良いし、予め実験等により作成した実験式又は関係テーブルを用いるようにしても良い。また、サンプリング冷却管を流れる排ガスが層流になる場合にも、それに対応した理論式や実験式を用いる。その他、前記実施形態では、熱泳動による損失に関連する関係式であったが、熱泳動による損失の他、サンプリング冷却管を通過することにより生じる粒子の損失全てを考慮した関係式を用いるようにしても良い。
【００３４】
また、前記実施形態ではサンプリング冷却管３により排ガスが周囲環境温度と同一温度に冷却されるとして演算装置５にＴ２として周囲環境温度を入力するようにしているが、その他、サンプリング冷却管３による排ガスの冷却後温度が周囲環境温度と異なる場合等には、図３に示すように、粒子濃度測定装置２に流入する排ガスの温度を検出する第２の温度センサ６をさらに備え、演算装置５が、粒子濃度測定装置２に流入する排ガス温度（Ｔ２）として第２の温度センサ６の検出温度を用いるようにしても良い。
【００３５】
さらに、排ガス流通管としては、内燃機関の排気管２００だけでなく、排気管２００を流れる排ガスの全量を導入して希釈用空気によって希釈する全流希釈トンネル（フルトンネル）であっても良いし、排気管２００を流れる排ガスの一部を分流採取して希釈用空気によって希釈する分流希釈トンネル（ミニトンネル又はマイクロトンネル）であっても良い。これならば、希釈トンネル下段に希釈装置を設ける必要が無い。このとき、粒子濃度測定装置２により得られる測定粒子濃度を補正することによって希釈トンネル内の粒子濃度を算出することができ、希釈トンネルによる希釈率から排気管２００を流れる排ガス中の粒子濃度を算出することができる。
【００３６】
その上、前記実施形態の粒子濃度測定システムは希釈装置が不要であることから、システムを小型化及び軽量化でき、また配管構成も極めて簡単であることから、車両搭載型としても良い。
【００３７】
加えて前記実施形態では、サンプリング冷却管３の排ガス導入口が排ガス流通管２００内に配置されて、排ガス導入口が排ガス採取口として機能するが、その他、サンプリング冷却管の上流側に希釈器が設けられる場合には、排ガス導入口は希釈器の出口に接続されて、この希釈器により希釈された排ガスを導入するものとなる。つまり、前記実施形態の排ガス分析システムにおいて、サンプリング冷却管３の排ガス導入口３１の上流側に排ガス流通管２００を流れる排ガスを採取する排ガスサンプリング部及び希釈器を設けても良い。この場合、温度センサ４は希釈器の下流側に設けられて、サンプリング冷却管３の排ガス導入口を流れる排ガス温度を検出するように設ける。この場合、演算装置５は、粒子濃度測定装置２により得られる測定粒子濃度を補正することによってサンプリング冷却管３の排ガス導入口３１を流れる粒子濃度を算出し、さらに希釈器の希釈率を用いて、排気管２を流れる排ガス中の粒子濃度を算出する。その他、サンプリング冷却管の排ガス導入口に配管を介して別途排ガスサンプリング部を設けても良い。この場合、排ガス導入口は、排ガスサンプリング部により採取された排ガスが導入されることになる。
【００３８】
さらにその上、排気管と粒子濃度測定装置との距離が十分に取れるような場合には、サンプリング冷却管を螺旋状に巻回する必要はなく、直管状としても良い。
【００３９】
さらに加えて、前記実施形態の粒子濃度測定装置は、排ガス中の粒子数（又は数濃度）を測定するものであったが、その他粒子の質量濃度や体積濃度を測定するものであっても良い。
【００４０】
また、粒子濃度測定装置が、冷却及び／又は粒子濃度を低減する目的で希釈装置を有している場合、排ガス濃度を粒子濃度測定装置の希釈装置の耐熱温度まで冷却するために、本発明を適用しても良い。
【００４１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明により、排ガスを希釈することなく冷却しながらも、粒子濃度を正確に測定できるようにすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012039325.tif 000007
【国際調査報告】
2012039325.tif 000008
2012039325.tif 000009
2012039325.tif 000010
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