(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスが流れる排気管と、前記排ガスを、周面に設けた空気吸入部から吸入される吸入空気で希釈する断面円形の希釈トンネルと、上流側が排気管に挿入接続され下流側が希釈トンネルの一端から希釈トンネルの中心軸上に位置するよう希釈トンネルに挿入接続された排ガス採取管とを備え、更に、この排ガス採取管の下流側において希釈トンネル内の排ガスの流れ方向に直角な方向にオリフィスを有する環状プレートを設け、前記空気吸入部を前記排ガス採取管の下流側開口端より上流側に設ける一方、前記オリフィスを中心軸上に位置させ、吸入空気と前記排ガスを前記環状プレートの下流側で混合させる排ガス希釈装置において、前記排ガス採取管の下流端側直管部分の回りで前記下流側開口端および空気吸入部間に、前記環状プレートに対向するよう前記直角な方向に設置させた状態で、吸入空気の流れを整流しうる多孔質の拡散板を設けてあることを特徴とする排ガス希釈装置。
【請求項２】
排ガスが流れる排気管と、前記排ガスを、一端側から軸方向に沿って吸入される吸入空気で希釈する断面円形の希釈トンネルと、上流側が排気管に挿入接続され下流側が希釈トンネルの周面から希釈トンネル内の排ガスの流れ方向に直角な方向に挿入された後下流側へ向け直角に折れ曲がりその開口端が希釈トンネルの中心軸上に位置するよう希釈トンネルに挿入接続された排ガス採取管とを備え、更に、この排ガス採取管の下流側において希釈トンネル内の排ガスの流れ方向に直角な方向にオリフィスを有する環状プレートを設け、前記オリフィスを中心軸上に位置させ、吸入空気と前記排ガスを前記環状プレートの下流側で混合させる排ガス希釈装置において、前記排ガス採取管の下流端側直管部分の回りで前記下流側開口端および前記排ガス採取管の挿入部間に、前記環状プレートに対向するよう前記直角な方向に設置させた状態で、吸入空気の流れを整流しうる多孔質の拡散板を設けてあることを特徴とする排ガス希釈装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばディーゼルエンジン排ガスを吸入空気で希釈する排ガス希釈装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばディーゼルエンジン排ガス中に含まれるＰＭ（Particulate Matter、すす等の微粒子状物質）をフィルタで捕集してＰＭを定量分析するのに、排ガスを吸入空気で希釈する排ガス希釈装置が用いられる。
【０００３】
従来この種の排ガス希釈装置として、図１０および図１１に示すように、断面円形の希釈トンネル５２内にオリフィス５５を有する環状プレート５４を設置したものがある。これは、排気管から排ガス採取管５１によってサンプリングされた排ガスＢと希釈用空気Ａを環状プレート５４の下流側で、かつ、環状プレート５４の下流側でも環状プレート５４にできるだけ近い位置（例えば図１０における環状プレート５４の位置Ｈから下流に距離Ｋだけ離れた位置Ｉ）で混合させるためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１０に示すように、排ガス採取管５１の下流側５１ａが希釈トンネル５２の一端５３から希釈トンネル５２の中心軸Ｃ上に位置するよう排ガス採取管５１を希釈トンネル５２に挿入接続し、希釈トンネル５２の周面５２ａ側から希釈用空気Ａを吸入する全量採取タイプ（希釈トンネル５２で希釈した排ガスの全量を下流のフィルタに送り込む）の排ガス希釈装置の場合、空気Ａは希釈トンネルの内壁５２ｂや排ガス採取管５１の下流側５１ａに衝突することで空気Ａの流れが排ガスＢの流れ方向に急激に曲げられて流れの速度が不均一になり空気Ａはその流れが中心軸Ｃに対して軸対称ではない状態で環状プレート５４の直上流側において排ガスＢに合流するから、前記近い位置Ｉで空気Ａと排ガスＢを軸対称で均一に混合するのは難しい。要するに、空気Ａの流れにかたよりがあることで、ＰＭの同心円上における濃度分布が不均一になり易い。
【０００５】
また、図１１に示すように、排ガス採取管の下流側６０を希釈トンネル５２の周面Ｔから希釈トンネル５２内の排ガスＢの流れ方向に直角な方向に挿入された後下流側へ向け直角に折れ曲げ形成し、希釈トンネル５２の一端側６１から希釈用空気Ａを吸入する一部採取タイプ（希釈トンネル５２で希釈した排ガスを一部採取してこれを下流のフィルタに送り込む）の排ガス希釈装置の場合も排ガス採取管の前記下流側６０の位置よりも上流から流れてくる空気Ａの流れが前記下流端６０によって乱され、空気Ａの流れにかたよりが生じることで、ＰＭの同心円上における濃度分布が不均一になり易いという問題点があった。
【０００６】
このように、環状プレート５４を用いて排ガスＢと希釈用空気Ａを環状プレート５４の下流側においてできるだけ早く混合させるタイプの従来装置では、空気Ａと排ガスＢの混合状態が均一になる位置が実際の混合位置Ｉから下流に距離Ｍだけ離れた位置Ｊとなる。つまり、混合位置Ｉでは、空気Ａと排ガスＢが不均一に混合しており、下流の位置Ｊでないと均一に混合しないのである。このように、空気Ａと排ガスＢの混合状態ができるだけ早く均一にならない分、下流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、データが安定しないという不都合があった。
【０００７】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、エンジンからのＰＭサンプルと希釈用空気の混合を環状プレートの下流側で急速に均一にできる排ガス希釈装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、排ガスが流れる排気管と、前記排ガスを、周面に設けた空気吸入部から吸入される吸入空気で希釈する断面円形の希釈トンネルと、上流側が排気管に挿入接続され下流側が希釈トンネルの一端から希釈トンネルの中心軸上に位置するよう希釈トンネルに挿入接続された排ガス採取管とを備え、更に、この排ガス採取管の下流側において希釈トンネル内の排ガスの流れ方向に直角な方向にオリフィスを有する環状プレートを設け、前記空気吸入部を前記排ガス採取管の下流側開口端より上流側に設ける一方、前記オリフィスを中心軸上に位置させ、吸入空気と前記排ガスを前記環状プレートの下流側で混合させる排ガス希釈装置において、前記排ガス採取管の下流端側直管部分の回りで前記下流側開口端および空気吸入部間に、前記環状プレートに対向するよう前記直角な方向に設置させた状態で、吸入空気の流れを整流しうる多孔質の拡散板を設けている。
【０００９】
また、この発明は別の観点から、排ガスが流れる排気管と、前記排ガスを、一端側から軸方向に沿って吸入される吸入空気で希釈する断面円形の希釈トンネルと、上流側が排気管に挿入接続され下流側が希釈トンネルの周面から希釈トンネル内の排ガスの流れ方向に直角な方向に挿入された後下流側へ向け直角に折れ曲がりその開口端が希釈トンネルの中心軸上に位置するよう希釈トンネルに挿入接続された排ガス採取管とを備え、更に、この排ガス採取管の下流側において希釈トンネル内の排ガスの流れ方向に直角な方向にオリフィスを有する環状プレートを設け、前記オリフィスを中心軸上に位置させ、吸入空気と前記排ガスを前記環状プレートの下流側で混合させる排ガス希釈装置において、前記排ガス採取管の下流端側直管部分の回りで前記下流側開口端および前記排ガス採取管の挿入部間に、前記環状プレートに対向するよう前記直角な方向に設置させた状態で、吸入空気の流れを整流しうる多孔質の拡散板を設けている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１、図２は、エンジン排ガス中のＰＭをフィルタ重量法により測定する装置に適用されるこの発明の第１の実施形態を示す。
【００１２】
図１、図２において、１は例えば自動車に搭載されるディーゼルエンジン、２はこれに連なる排気管である。３は排気管２に挿入接続され、排気管２中を流れるエンジン排ガスＧをサンプリングするためのプローブとしての排ガス採取管で、その下流側はサンプリングされた排ガスＧを希釈する希釈トンネル４に接続されている。５はこの希釈トンネル４の周面Ｔに設けた希釈用空気Ｗの吸入部、６は希釈用空気Ｗの供給管である。なお、排ガス採取管３の内径、外径は、全長にわたり一定である。
【００１３】
また、排ガスＧ中のＰＭを採取するため、希釈トンネル４から全量採取したサンプルガスＳ中に含まれるＰＭを捕集するためのフィルタ７をサンプルガス流路８に設けている。前記フィルタ７の下流には、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９と、測定精度の高い流量計、例えばベンチュリ計１０とがこの順に設けられている。
【００１４】
更に、希釈トンネル４は断面円形で、排ガス採取管３の上流側は排気管２に挿入接続される一方、排ガス採取管３の下流側は希釈トンネル４の一端から希釈トンネル４の中心軸Ｆ上に位置するよう希釈トンネル４に挿入接続されている。１１は排ガス採取管３の下流側開口端である。なお、Ｚは、サンプルガス流路８に接続される、希釈トンネル４の出口端（他端）の位置を示している。
【００１５】
１２は、オリフィス１３を有する環状プレートで、希釈トンネル４内に設置されている。すなわち、この環状プレート１２を、希釈トンネル４内の排ガスＧの流れ方向（Ｘ方向）に直角な方向（Ｙ方向）に設けている。
【００１６】
前記吸入部５は希釈トンネル４の周面Ｔに設けられているが、その位置は排ガス採取管３の下流側開口端１１より上流側に設けられている。
【００１７】
また、前記オリフィス１３は希釈トンネル４の中心軸Ｆ上に位置している。そして、オリフィス１３および前記下流側開口端１１の間に隙間１４を有する。
【００１８】
以上の構成は、図１１に示した従来装置と何ら変わるところはない。この発明の特徴は、前記下流側開口端１１および空気吸入部５間に多孔質の拡散板１６を設けた点にある。
【００１９】
前記多孔質の拡散板１６として、多数の細孔が形成されたＳＵＳ製の板を挙げることができる。また、材質がポリテトラフルオロエチレンで、これを焼結して得られる焼結質性の板を拡散板１６として用いることもできる。前記拡散板１６は、排ガス採取管３の外径と略同じ長さの径を持つ中央孔１７を有する。そして、この拡散板１６は、前記中央孔１７を介して排ガス採取管３に外嵌され、下流側の面ａが環状プレート１２の上流側の面ｂに対向する状態で、希釈トンネル４の内壁ｄおよび下流側開口端１１の外壁ｅ間で、Ｙ方向に平行の状態で設置されている。
【００２０】
上記構成により、本発明者らは、均一に混合できる位置が、従来例の位置Ｊより上流で、かつ、従来例の空気Ａと排ガスＢが不均一に混合する位置Ｉよりも上流にできることを確認した。すなわち、従来例では、環状プレート１２の位置Ｈから下流に距離Ｋ＋Ｍだけ離れた位置Ｊが均一に混合できる位置であったが、この発明では、それより短い位置、つまり、環状プレート１２の位置Ｈから下流に距離Ｐ（＜Ｋ）だけ離れた位置Ｑ（図２参照）であることを確認した。例えば、図２において、従来例では、位置Ｈ，Ｚ間の距離Ｎに対する位置Ｈ，Ｊ間の距離Ｖ（＝Ｋ＋Ｍ）の百分率は９．０％であるのに対し、この発明では、位置Ｈ，Ｚ間の距離Ｎに対する位置Ｈ，Ｑ間の距離Ｕの百分率は３．８％であった。
【００２１】
これは、拡散板１６を透過した希釈用空気Ｗの流れｇが、中心軸Ｆに対して軸対称で、かつ、同心円上に、整流されるからである。そのため、流れｇが整流された空気と排ガスＧを中心軸Ｆに対して軸対称で、かつ、同心円上に混合できるからである。すなわち、空気吸入部５から流入した希釈用空気Ｗが、空気吸入部５に対向した位置にある希釈トンネル４内壁面４０で急速に曲げられた状態のまま、オリフィス１３に流入されるのではなく、Ｙ方向に設置された拡散板１６の存在により、拡散板１６の上流側の空間４１に一種の圧力溜めの機能を持たせ、拡散板１６の前記下流側の面ａからは中心軸Ｆの方向に空気が均一に流れる効果を持たせている。この発明では、拡散板１６の圧損は、例えば、１００リットル／分の流量で１５０ｍｍＡｑ（水中）程度であった。
【００２２】
よって、この発明では、下流のフィルタ７で捕集されるＰＭ生成にバラツキを生じるのを回避でき、安定したデータを得ることができる。
【００２３】
図３は、希釈トンネル４の周面Ｔに２個の希釈用空気Ｗ吸入部５，５を設け、これらに希釈用空気Ｗの供給管６，６をそれぞれ取付け、均一性を更に向上できるようにしたこの発明の第２の実施形態を示す。なお、図３において、図１、図２に示した符号と同一のものは、同一または相当物である。
【００２４】
図４は、オリフィス１３の内径Ｒが排ガス採取管３の外径ｒより大に設定されているこの発明の第３の実施形態を示す。なお、図４において、図１〜図３に示した符号と同一のものは、同一または相当物である。図４において、ｇ’は整流された空気の流れを示す。
【００２５】
この実施形態では、オリフィス１３の外端面ｍと排ガス採取管３の先端面ｎが面一の場合を示しているが、図５に示すように、先端面ｎが外端面ｍより極少長さｆだけＸ方向に突出した状態で排ガス採取管３をセットしてもよい。どちらの場合も、上記第１，２の実施形態と同様の効果を示す。
【００２６】
図６、図７は、希釈トンネル４で希釈した排ガスの一部を下流のフィルタ７に送り込むこの発明の第４の実施形態を示す。なお、図６、図７において、図１〜図５に示した符号と同一のものは、同一または相当物である。また、この実施形態では、オリフィス１３および下流側開口端３０の間に隙間１４を有する状態で排ガス採取管３がセットされている。
【００２７】
図６、図７において、希釈トンネル４の下流側に定容量採取装置２０が設けられている。この定容量採取装置２０は、上流側から順に、例えばクリティカルフローベンチュリ２０ａと、希釈用空気Ｗと排ガスＧを吸引する吸引用ブロア２０ｂで主として構成されている。サンプルガス流路８は、前記クリティカルフローベンチュリのスロート部２０ｃの上流において分岐接続されている。なお、この実施形態の希釈トンネル４は、上記２つの実施形態で示した全量採取タイプの希釈トンネル４より径も長さも大きく、大型の希釈トンネルである。
【００２８】
そして、排ガス採取管３の上流側は排気管２に挿入接続される一方、下流側は希釈トンネル４の周面Ｔから希釈トンネル４内の排ガスＷの流れ方向（Ｘ方向）に直角な方向（Ｙ方向）に挿入された後下流側へ向け直角に折れ曲がりその開口端３０が希釈トンネル４の中心軸Ｆ上に位置するよう希釈トンネル４に挿入接続されている。つまり、希釈トンネル４内への排ガス採取管３の挿入部３１は、排ガス採取管３の下流側開口端３０より上流側に位置する。また、希釈用空気Ｗは希釈トンネル４の一端側（上流側）から軸方向に沿って吸入される。
【００２９】
以上の構成は、図１１に示した従来装置と何ら変わるところはない。この発明の特徴は、前記排ガス採取管３の前記下流側開口端３０および前記排ガス採取管３の挿入部３１間に多孔質の拡散板１６を設けた点にある。
【００３０】
この場合も、拡散板１６を透過した希釈用空気Ｗの流れｇが整流され、流れｇが整流された空気と排ガスＧを中心軸Ｆに対して軸対称で、かつ、同心円上に混合できる。
【００３１】
なお、この実施形態でも、図４、図５と同様に、オリフィス１３の内径より小さい外径を有する排ガス採取管３（図８参照）を採用してもよい。
【００３２】
図９は、全量採取タイプの希釈トンネル４において、サンプルガス流路８のガス採取口に鼓状の小型ベンチュリ４０を設けたこの発明の第５の実施形態を示す。なお、図９において、図１〜図８に示した符号と同一のものは、同一または相当物である。
【００３３】
この場合、小型ベンチュリ４０をスロート部２０ｃより上流の希釈トンネル４内で中心軸Ｆ上に設けている。上述したように、ガス採取口におけるマッハ数が１であれば、サンプルガス流路８における圧力変動や流量変動がガス採取に悪影響を及ぼすことがないから、小型ベンチュリ４０ののど部の流速をマッハ１とすることにより、常に一定流量のガスをサンプリングできる。
【００３４】
この実施形態でも、拡散板１６を透過した希釈用空気Ｗの流れｇが整流され、流れｇが整流された空気と排ガスＧを中心軸Ｆに対して軸対称で、かつ、同心円上に混合できる。
【００３５】
なお、この実施形態でも、図４、図５、図８に示したものと同様に、オリフィス１３の内径より小さい外径を有する排ガス採取管３を採用してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明は、多孔質の拡散板により、環状プレートの上流側で、希釈用空気の流れの速度変動を抑え、希釈用空気の流れを軸対称に整えることができ、オリフィスを通過した排ガス（例えばＰＭサンプル）と希釈用空気の混合を環状プレートの下流側で急速に均一にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を用いたＰＭ測定装置を示す全体構成説明図である。
【図２】上記実施形態を示す要部構成説明図である。
【図３】この発明の第２の実施形態を示す要部構成説明図である。
【図４】この発明の第３の実施形態を示す要部構成説明図である。
【図５】上記第３の実施形態の変形例を示す要部構成説明図である。
【図６】この発明の第４の実施形態を用いたＰＭ測定装置を示す全体構成説明図である。
【図７】上記第４の実施形態を示す要部構成説明図である。
【図８】上記第４の実施形態の変形例を示す要部構成説明図である。
【図９】この発明の第５の実施形態を用いたＰＭ測定装置を示す全体構成説明図である。
【図１０】従来例の全量採取タイプを示す要部構成説明図である。
【図１１】従来例の一部採取タイプを示す要部構成説明図である。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン、２…排気管、３…排ガス採取管、４…希釈トンネル、５…空気吸入部、１１…下流側開口端、１２…環状プレート、１３…オリフィス、１４…隙間、１６…多孔質の拡散板、Ｆ…中心軸、Ｗ…希釈用空気、Ｇ…ディーゼルエンジン排ガス、Ｔ…希釈トンネルの周面。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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