(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側に排ガス希釈用ガス導入管が接続される希釈トンネル内に、希釈用ガスを絞るためのオリフィス孔が形成されたオリフィス板と、希釈用ガス導入部よりも下流側のトンネル内に排ガスを導入する排ガス導入管とを配設すると共に、希釈トンネル内での希釈用ガスと排ガスの混合を良好にするために排ガス導入管の端部をオリフィス孔の下流側に突出させて成ることを特徴とする排ガス希釈装置。
【請求項２】
排ガス導入管端部の突出量を調整可能に構成して成る請求項１記載の排ガス希釈装置。
【請求項３】
前記排ガスが粒子状物質を含む請求項１または２に記載の排ガス希釈装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンからの排ガスの一部を希釈用ガスによって希釈するようにした部分採取による部分希釈方式のガス希釈システムにおける排ガス希釈装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のディーゼルエンジンなどから排出されるガス中に含まれるすすなどの微粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ、ＰＭと略称する）の測定に必要なガス希釈システムとして、近年、排ガスを全量採取しこれを全量希釈する従来からのフルダイリューションシステムに代わって、流量制御および排ガスの部分採取を行うところの部分希釈方式の小規模な希釈システムが採用されてきている。この部分採取による部分希釈方式のガス希釈システムは、希釈後の排ガスを一定流量に維持しながら、排ガスを希釈するための希釈用ガス（例えば空気）の流量を制御することにより、これらの流量の差として得られる排ガスの採取流量を制御するシステムである。
【０００３】
このシステムに用いられる排ガス希釈装置として、図６及び図７に示すように、上流側に排ガス希釈用の空気導入管５が接続される断面円形の希釈トンネル４内に、中央に導入空気を絞るためのオリフィス孔３２が形成された円形のオリフィス板３３と、空気導入部よりも下流側のトンネル４内に排ガスを導入する断面円形の排ガス導入管３４とを同心状に配設し、かつ、図６に示す排ガス希釈装置では、排ガス導入管３４の端部ａを、オリフィス孔３２よりもやゝ上流側に控えさせるように位置設定し、図７に示す排ガス希釈装置では、排ガス導入管３４の端部ａを、オリフィス板３３の下流側の面部Ｓとほゞ面一にするように位置設定したものがある。
【０００４】
かゝる構成の排ガス希釈装置によれば、希釈用の空気Ａは、オリフィス孔３２によって絞られて、オリフィス孔３２を急速に通過し、オリフィス板３３の下流側のトンネル４内で一気に拡散する。一方、排ガス導入管３４によってサンプリングされた排ガスＧは、オリフィス孔３２によって絞られた希釈用空気Ａの中央部に導入されて、トンネル４内で一気に拡散される空気Ａと混合される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排ガス導入管３４から排出される上記のＰＭは、性状的に粘性を有することから、希釈用の空気Ａと十分に混合しない状態では、トンネル４の壁面Ｗに付着し易く、上記構成の排ガス希釈装置において、実際にトンネル４の壁面Ｗを目視したところ、ＰＭが付着していることが確認されたのであり、このＰＭ損失は、下流側のフィルタで捕集されるＰＭ生成にバラツキを生じる結果となり、ＰＭの測定精度の低下に繋がる点で問題がある。
【０００６】
本発明者らは、上記構成の排ガス希釈装置では、空気Ａと排ガスＧとの混合が構成的に不十分であって、トンネル壁面Ｗに対するＰＭの原因が、オリフィス孔３２によって絞られた希釈用空気Ａに対する排ガスＧの導入形態にあるものと推測したのである。
【０００７】
即ち、図６に示す排ガス希釈装置では、オリフィス孔３２によって絞られた空気Ａの中央に排出された排ガスＧは、極度に縮径されたガス流ｒとなり、図７に示す排ガス希釈装置においても、オリフィス孔３２によって絞られた空気Ａが排ガス導入管３４の端部ａを通過した際に、排ガスＧを縮径させるように作用することで、排ガスＧは極度に縮径されたガス流ｒとなり、やがては空気Ａが拡散するに伴って空気Ａと排ガスＧとが混合されるのであるが、このように排ガスＧが一旦、極度に縮径されてから拡散することが、空気Ａと排ガスＧとの混合不良の原因であると推測したのである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の排ガス希釈装置は、上記の推測に基づいて成されたものであって、上流側に排ガス希釈用ガス導入管が接続される希釈トンネル内に、希釈用ガスを絞るためのオリフィス孔が形成されたオリフィス板と、希釈用ガス導入部よりも下流側のトンネル内に排ガスを導入する排ガス導入管とを配設すると共に、希釈トンネル内での希釈用ガスと排ガスの混合を良好にするために排ガス導入管の端部をオリフィス孔の下流側に突出させた点に特徴があり（請求項１）、好適には、排ガス導入管端部の突出量を調整可能に構成することである（請求項２）。さらに、前記排ガスが粒子状物質を含むものである（請求項３）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はガス希釈システムの一例を示すもので、この図１において、図中のＥは例えば自動車に搭載されるディーゼルエンジン、１はこれに連なる排気管である。
【００１０】
２は排気管１に挿入接続され、排気管１中を流れる排ガスＧをサンプリングするための排ガス採取管で、サンリング排ガスＧを空気Ａによって希釈する排ガス希釈装置３の希釈トンネル４に接続されている。
【００１１】
５は希釈トンネル４の上流側に接続される希釈用空気Ａの導入管で、図２に示すような希釈用ガス流量制御装置６が設けられている。
【００１２】
この図２において、図中の７は流路８に設けられる例えば回転数制御によって吸引能力を変えることができるルーツブロアポンプで、インバータ（周波数変換器）９によって制御される。１０は測定精度の高い差圧流量計としてのベンチュリ流量計で、その近傍には流路８を流れる空気の圧力を検出する圧力センサ１１、差圧センサ１２および温度センサ１３が設けられている。１４は前記センサ１０〜１３の検出出力に基づいて流路８を流れる空気Ａの流量（実流量）を演算する流量演算ユニットである。１５は流量演算ユニットにおいて得られた空気の実流量と予め設定される流量とを比較し、所定の制御信号をインバータ９に出力する比較制御回路である。
【００１３】
図１に戻って、図中の１６は希釈トンネル４の下流側に接続され、希釈されたサンプルガスＳが流れるガス流路で、この流路１６の下流側は二つの流路１７，１８に分岐し、それぞれの流路１７，１８にサンプルガス中に含まれるＰＭを捕集するためのフィルタ１９，２０および絞り量（圧損）を可変できるコントロールバルブ２１，２２を設けて、一方の流路１７は計測用の排ガスを流すためのサンプルガス流路に、また、他方の流路１８は非計測用の排ガスを流すためのバイパス流路にそれぞれ構成されている。
【００１４】
２３は前記サンプルガス流路１７、バイパス流路１８の下流側に設けられる流路切換え手段としての三方電磁弁で、そのポート２３ａがサンプルガス流路１７に、ポート２３ｂがバイパス流路１８にそれぞれ接続されるとともに、ポート２３ｃは三方電磁弁２３の下流側のガス流路２４に接続されている。
【００１５】
そして、前記ガス流路２４には、回転数制御によって吸引能力を変えることができる吸引ポンプ、例えばルーツブロアポンプ２５と、測定精度の高い差圧流量計、例えばベンチュリ流量計２６とがこの順に設けられている。そして、２７はガス流路２４を流れるガスの圧力を検出する圧力センサ、２８は差圧センサ、２９は温度センサである。
【００１６】
また、３０はルーツブロアポンプ２５を制御するインバータ（周波数変換器）であり、３１は装置全体を制御する流量制御ユニットである。この流量制御ユニット３１は、コントロールバルブ２１，２２やインバータ３０に指令を出力したり、前記センサ２７〜２９からの検出出力が入力される。
【００１７】
而して、上記ガスサンプルシステムにおいて、希釈用ガス流量制御装置６における比較制御回路１５からインバータ９に指令値が出力され、この指令値に基づいて流路８に設けたルーツブロアポンプ７が制御されることにより、希釈トンネル４に対して所定流量の希釈用空気が供給される一方、流量制御ユニット３１に設けたＰＩＤコントローラ（図示していない）によって出力される指令値をインバータ３０に出力し、この指令に基づいてインバータ３０から出力される指令値に基づいてルーツブロアポンプ２５が制御されることにより、ガス流路１６、１８、２４を流れるサンプルガス流量Ｓが常に所定の流量になるように制御され、これによって、排ガスの採取流量が制御される。
【００１８】
図３は排ガス希釈装置３を示し、この図３において、図中の４が上記した希釈トンネルで、断面円形を呈し、上流側に排ガス希釈用の空気導入管５が接続されている。この希釈トンネル４の内部には、中央に導入空気を絞るためのオリフィス孔３２が形成された断面円形のオリフィス板３３と、空気導入部よりも下流側のトンネル内に排ガスＧを排出する円形の排ガス導入管３４とが同心状に配設されている。
【００１９】
排ガス導入管３４は、この管３４を軸線方向に移動させる例えばネジ式の伸縮手段３５を介して、排ガス採取管２に接続されており、かつ、図４に示すように、オリフィス孔３２と排ガス導入管３４との間に環状の空気流路Ｒを形成する状態で、この排ガス導入管３４の端部ａをオリフィス孔３２の下流側に突出させている。
【００２０】
上記構成の排ガス希釈装置３によれば、排ガス導入管３４の端部ａを、オリフィス板３３の下流側の面部Ｓから下流側に突出させたことで、図３に示すように、オリフィス孔３２によって絞られて空気流路Ｒを経た空気Ａは、先ずは希釈トンネル４の壁面Ｗ側に一気に拡散し、かつ、この空気Ａは、排ガス導入管３４の端部ａに至って、排ガス導入管３４から排出される排ガスＧを縮径させるように作用すると考えられる。
【００２１】
しかし、この縮径の作用時点では、それまでに空気Ａが希釈トンネル４の壁面Ｗ側に一気に拡散して、空気流速が極端に低下していることから、この空気Ａの中央部に排出される排ガスＧは、縮径の度合いが小さなガス流ｒとなると考えられる。
【００２２】
上記の排ガス導入管端部ａの突出量ｔは、ネジ式伸縮手段３５によって例えば１ｍｍから１０ｍｍの範囲にわたって調整可能である。
【００２３】
ここで、本発明と従来例とを比較するために、図６に示す排ガス希釈装置として、希釈トンネル４の内径Ｄを３０ｍｍ、トンネル終端までの混合希釈の寸法Ｌを約６００ｍｍ、オリフィス孔３２の内径ｄを約１６ｍｍ、排ガス導入管３４の外径Ｄ１を約１３ｍｍ、内径ｄ１を約１１ｍｍ、端部ａのオリフィス板３３から上流側への控え寸法Ｌ１を約２ｍｍとしたものを用意し、図７に示す排ガス希釈装置として、図６に示す排ガス希釈装置の内、オリフィス孔３２に排ガス導入管３４を通して、その端部ａをオリフィス板３３の下流側の面部Ｓとほゞ面一にしたものを用意した。
【００２４】
そして、本発明の構成にかゝる排ガス希釈装置３として、寸法的には図７に示す排ガス希釈装置と同じであるが、排ガス導入管３４をオリフィス孔３２に貫通させて、その端部ａをオリフィス孔の下流側に突出させたものを用意して、それぞれ空気導入管５から約１３０ｌ／ｍｉｎの空気Ａを供給し、排ガス導入管３４からは約５ｌ／ｍｉｎの排ガスＧを供給して、排ガス導入管３４の端部ａの突出量ｔを１ｍｍ単位で１０ｍｍの範囲にわたって位置調整し、フィルタ１０によるＰＭの採取量を調べたところ、従来の構成に比べて有意にＰＭ採取量が増加した。これは本発明の構成にかゝる排ガス希釈装置３では、壁面Ｗに対するＰＭの付着が顕著に少なくなったためと考える。
【００２５】
この理由は今のところ定かではなく、解明が急がれるところであるが、排ガス導入管３４の端部ａをオリフィス孔３２の下流側に突出させる特異な排ガス導入の形態をとって、排ガスＧを極端に縮径させることなく、空気Ａ中に拡散させるようにしたことで、空気Ａと排ガスＧの混合が良好になったものと推測される。
【００２６】
上記の実施の形態では、オリフィス孔３２の内周面を、断面形状でほゞ半円形に形成しているが、図５（Ａ）に示すように、単純な透孔のオリフィス孔３２にしたり、図５（Ｂ），（Ｃ）に示すように、先拡がりや先狭まりのテーパー孔のオリフィス孔３２にしたり、図５（Ｄ）に示すように、断面形状で三角形のオリフィス孔３２にしたりしてもよい。
【００２７】
また、排ガス導入管３４の端部ａを、単純な切り落とし端面としているが、図５（Ａ）に示すように、ほゞ半円形の面取り端部ａにしたり、図５（Ｂ）に示すように、先拡がりのテーパー面の端部ａにしたりしてもよい。
【００２８】
更に、図５（Ｃ）に示すように、排ガス導入管３４の端部側ｂをラッパ状に拡径させてもよく、逆に図５（Ｄ）に示すように、排ガス導入管３４の端部側ｂを先狭まりに縮径させてもよいのであり、かつ、これらオリフィス孔３２の内周面の形状と排ガス導入管３４の端部ａの形状とを任意に組み合わせ可能であることは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の排ガス希釈装置によれば、排ガス導入管の端部をオリフィス孔の下流側に突出させる特異な排ガス導入の形態をとったことで、希釈トンネル内での空気と排ガスの混合が良好に行われるようになり、これによってトンネルの壁面に対するＰＭの付着すなわちＰＭ損失を最小限に抑えることが可能となり、延いては下流側のフィルタで捕集されるＰＭ生成のバラツキが極めて小さくなることから、ＰＭの測定精度を大幅に向上できる効果がある。
【００３０】
そして、希釈用空気の流量を調整させて、サンプル排ガスの希釈比率を変化させる測定わする場合には、請求項２記載の通り、排ガス導入管端部の突出量を調整可能に構成して、希釈比率に応じた最適の突出量に設定可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガス希釈システムの一例を示す説明図である。
【図２】  希釈用ガス流量制御装置の構成図である。
【図３】  排ガス希釈装置の断面図である。
【図４】  空気と排ガスの流れ状況を示す説明図である。
【図５】  （Ａ）〜（Ｄ）は別の実施の形態によるオリフィス孔の内面形状と排ガス導入管の端部形状とを示す断面図である。
【図６】  従来例の排ガス希釈装置を示す断面図である。
【図７】  別の実施の形態による従来例の排ガス希釈装置を示す断面図である。
【符号の説明】
４…希釈トンネル、５…空気導入管、３２…オリフィス孔、３３…オリフィス板、３４…排ガス導入管、ａ…端部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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