(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出源から排出される排気ガス中の粒子状物質の分析に利用されるパティキュレート・サンプラであって、
前記排出源から排出される前記排気ガスを受け入れるための開口部が形成された第１端部を有すると共に前記第１端部から第２端部に渡って延びるサンプル排気ガス通路の少なくとも一部を形成するプローブを有して構成された移送管アセンブリを備え、
前記第２端部を受け入れるミキサを備え、
前記ミキサが、希釈ガスを搬送すると共に、前記サンプル排気ガス通路と連通して前記希釈ガスを前記排気ガスに導入する希釈ガス通路を有して構成され、
前記希釈ガスと前記排気ガスとを均一に混合するべく一定長さに延出するガス混合通路を有して構成されたトンネルを、前記ミキサに接続して備え、
前記ガス混合通路が、前記粒子状物質の再循環流領域における集積を抑制して前記ガス混合通路の長さにおける前記排ガスの前記希釈ガスへの混合を促進するように、前記第２端部に向うテーパ状に形成されたテーパ端部を有して構成され、
前記ミキサが、前記第２端部の周りに、前記トンネルに向うテーパ状に形成され前記希釈ガスを前記ガス混合通路内へと案内するコーン部を有して構成されているパティキュレート・サンプラ。
【請求項２】
前記トンネルと前記ミキサとが、前記サンプル排気ガス通路と前記ガス混合通路とを互いに合せる状態で固定され、且つ、互いに取り外し可能に構成されている請求項１に記載のパティキュレート・サンプラ。
【請求項３】
前記プローブが０．５１ｍｍ以下の壁厚を有するものである請求項１又は２に記載のパティキュレート・サンプラ。
【請求項４】
前記移送管アセンブリが、前記サンプル排気ガス通路を形成するプローブと前記プローブを包囲する外側管とを互いに離間配設して有すると共に、前記プローブと前記外側管の間に前記サンプル排気ガス通路内の前記排気ガスの温度を維持するための断熱空洞を形成して構成されている請求項１から３の何れか１項に記載のパティキュレート・サンプラ。
【請求項５】
前記断熱空洞内に断熱材を設けた請求項４に記載のパティキュレート・サンプラ。
【請求項６】
前記プローブが６．３５ｍｍの直径を有するものである請求項４又は５に記載のパティキュレート・サンプラ。
【請求項７】
前記外側管が１９．０５ｍｍの直径を有するものである請求項４から６の何れか１項に記載のパティキュレート・サンプラ。
【請求項８】
排出源から排出される排気ガスを希釈ガス源へ搬送する移送管アセンブリであって、
前記排気ガスを受け入れるための開口部が形成された第１端部を有すると共に前記第１端部から第２端部に渡って延びるサンプル排気ガス通路の少なくとも一部を形成するプローブと、前記プローブを包囲する外側管とを、互いに離間配設して備え、
前記プローブと前記外側管の間に、前記サンプル排気ガス通路内の前記排気ガスの温度を維持するための断熱空洞を形成して構成され、
前記第２端部を受け入れるミキサを備え、
前記ミキサが、希釈ガスを搬送すると共に、前記サンプル排気ガス通路と連通して前記希釈ガスを前記排気ガスに導入する希釈ガス通路を有して構成され、
前記プローブと前記外側管との間の前記第２端部の周りに、前記第１端部から離間する方向において前記外側管から内側に向うテーパ状に形成されたコーン部を備えた移送管アセンブリ。
【請求項９】
前記断熱空洞内に断熱材を設けた請求項８に記載の移送管アセンブリ。
【請求項１０】
前記プローブが６．３５ｍｍの直径を有するものである請求項８又は９に記載の移送管アセンブリ。
【請求項１１】
前記外側管が１９．０５ｍｍの直径を有するものである請求項８から１０の何れか１項に記載の移送管アセンブリ。
【請求項１２】
前記希釈ガスと前記排気ガスとを均一に混合するべく一定長さに延出するガス混合通路を有して構成されたトンネルを前記ミキサに接続して備え、
前記ガス混合通路が、前記粒子状物質の再循環流領域における集積を抑制して前記ガス混合通路の長さにおける前記排ガスの前記希釈ガスへの混合を促進するように、前記第２端部に向うテーパ状に形成されたテーパ端部を有して構成されている請求項８から１１の何れか１項に記載の移送管アセンブリ。
【請求項１３】
前記コーン部が、前記第１端部から離間する方向において８°〜１２°の範囲内の角度で前記外側管から内側に向うテーパ状に形成されている請求項８から１２の何れか１項に記載の移送管アセンブリ。
【請求項１４】
前記プローブが０．５１ｍｍ以下の壁厚を有するものである請求項８から１３の何れか１項に記載の移送管アセンブリ。
【請求項１５】
排気ガスをサンプリングするための排出試験ユニットであって、
排気ガスを排出する排気管と、
前記排気ガスを受け入れるための開口部が形成された第１端部とを有すると共に前記第１端部から第２端部に渡って延びるサンプル排気ガス通路の少なくとも一部を形成するプローブと、前記プローブを前記排気管から希釈ガスを内部に有する希釈ガスチャンバに渡って包囲する外側管とを、互いに離間配設して備え、
前記プローブと前記外側管の間に、前記サンプル排気ガス通路内の前記排気ガスの温度を環境空気及び前記希釈ガスから断熱維持するための断熱空洞を形成して構成され、
前記プローブと前記外側管との間の前記第２端部の周りに、前記第１端部から離間する方向において前記外側管から内側に向うテーパ状に形成されたコーン部を備えた排出試験ユニット。
【請求項１６】
前記断熱空洞内に断熱材を設けた請求項１５に記載の排出試験ユニット。
【請求項１７】
前記コーン部が、前記第１端部から離間する方向において８°〜１２°の範囲内の角度で前記外側管から内側に向うテーパ状に形成されている請求項１５又は１６に記載の排出試験ユニット。
【請求項１８】
前記プローブが０．５１ｍｍ以下の壁厚を有するものである請求項１５から１７の何れか１項に記載の排出試験ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両等の排出源から排出される排気ガス中の粒子状物質（パティキュレート）の分析に利用されるパティキュレート・サンプラ、及び、排出源から排出される排気ガスを希釈ガス源へ搬送する移送管アセンブリ、及び、排気ガスをサンプリングするための排出試験ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス中に見られる粒子状物質を収集し、それらをフィルタ又は分析器に送るのにパティキュレート・サンプラが利用されている。全流・パティキュレート・サンプリング法では、車輌（排出源の一例）から排出される排気ガスの全部を希釈することによって粒子状物質を測定する。しかし、この全流法は非常にコスト高である。
【０００３】
これに代えて、部分流・パティキュレート・サンプリング法が実施されており、この方法では、少量の排気ガスのサンプルを得るために小さなプローブを排気管に挿入する。次に、この少量の排気ガスを希釈して１２５°Ｆ（５２℃）未満の温度の混合物を得る。この希釈されたサンプル中の粒子状物質を測定し、車輌から排出される排気ガス全体中に存在する粒子状物質の全量を計算する。この部分流法は、遥かにコスト面で有効であるが、サンプル排気ガス中に存在する粒子状物質の全量を正確に計算することが出来ないことによる変動の問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
パティキュレート・サンプラ内の通路の構造は、粒子状物質の測定精度に影響を与える。たとえば、粒子状物質の一部がその通路の壁に付着集積して、フィルタ又は分析器にまで到達しない可能性がある。その結果、粒子状物質の測定値が、そのサンプル排気ガス中に存在する粒子状物質の実際の値よりも低くなってしまう。
【０００５】
サンプリングされた排気ガスは、通常、プローブを通してミキサに送られ、ここで、その排気ガスに希釈ガスが導入される。そして、排気ガスと希釈ガスとがこのミキサから通路を通過して、それらのガスが均一に混合される。
そして、正確さを確保するためには、その元の排気ガス温度に出来るだけ近い温度に排気ガスを維持することが望ましい。通常の排出試験中に於いて、排気ガスの温度は変動する。従って、試験中に於いて、排気ガスの温度変動を調節することが望まれる。即ち、パティキュレート・サンプラが、排気ガスの温度を変化させることなくサンプルを収集することが望ましい。
【０００６】
従って、本発明の目的は、上記の事情に鑑みて、サンプリングした殆どの粒子状物質をフィルタ又は分析器に送ることができ、しかも、試験中に於いて排気ガスの温度を維持することができるパティキュレート・サンプラを提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係るパティキュレート・サンプラは、排出源から排出される排気ガス中の粒子状物質の分析に利用されるパティキュレート・サンプラであって、前記排出源から排出される前記排気ガスを受け入れるための開口部が形成された第１端部を有すると共に前記第１端部から第２端部に渡って延びるサンプル排気ガス通路の少なくとも一部を形成するプローブを有して構成された移送管アセンブリを備え、前記第２端部を受け入れるミキサを備え、前記ミキサが、希釈ガスを搬送すると共に、前記サンプル排気ガス通路と連通して前記希釈ガスを前記排気ガスに導入する希釈ガス通路を有して構成され、前記希釈ガスと前記排気ガスとを均一に混合するべく一定長さに延出するガス混合通路を有して構成されたトンネルを、前記ミキサに接続して備え、前記ガス混合通路が、前記粒子状物質の再循環流領域における集積を抑制して前記ガス混合通路の長さにおける前記排ガスの前記希釈ガスへの混合を促進するように、前記第２端部に向うテーパ状に形成されたテーパ端部を有して構成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、この目的を達成するための本発明に係る移送管アセンブリは、排出源から排出される排気ガスを希釈ガス源へ搬送する移送管アセンブリであって、前記排気ガスを受け入れるための開口部が形成された第１端部を有すると共に前記第１端部から第２端部に渡って延びるサンプル排気ガス通路の少なくとも一部を形成するプローブと、前記プローブを包囲する外側管とを、互いに離間配設して備え、前記プローブと前記外側管の間に、前記サンプル排気ガス通路内の前記排気ガスの温度を維持するための断熱空洞を形成して構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、この目的を達成するための本発明に係る排出試験ユニットは、排気ガスをサンプリングするための排出試験ユニットであって、排気ガスを排出する排気管と、前記排気ガスを受け入れるための開口部が形成された第１端部とを有すると共に前記第１端部から第２端部に渡って延びるサンプル排気ガス通路の少なくとも一部を形成するプローブと、前記プローブを前記排気管から希釈ガスを内部に有する希釈ガスチャンバに渡って包囲する外側管とを、互いに離間配設して備え、前記プローブと前記外側管の間に、前記サンプル排気ガス通路内の前記排気ガスの温度を環境空気及び前記希釈ガスから断熱維持するための断熱空洞を形成して構成されていることを特徴とする。
【００１０】
即ち、パティキュレート・サンプラは、少なくともサンプル排気ガス通路の一部を形成するプローブを備える移送管アセンブリを有する。
この移送管アセンブリは、排気ガスを受け入れるための開口部を備えた第１端部を有し、第２端部へと延出している。前記第２端部を受け入れるミキサは、希釈ガスを搬送するための希釈ガス通路を備える。前記希釈ガス通路は、前記サンプル排気ガス通路と連通し、希釈ガスを排気ガスに導入する。
前記ミキサには、トンネルが接続され、このトンネルは、前記両ガスを均一に混合するべく一定の長さで延出するガス混合通路を備える。このガス混合通路は、粒子状物質が、再循環流領域に集合することなく、ガス混合通路の長さに沿って前記両ガスと確実に混合するように、前記第２端部に向うテーパ状に形成されたテーパ端部を有する。
【００１１】
前記移送管アセンブリは、前記サンプラ排気ガス通路を断熱し、その内部の排気ガスの温度を維持するための断熱空洞を備えている。断熱材を前記断熱空洞内に配設してもよいし、又は、前記サンプル排気ガス通路を断熱するべく排気ガスを前記断熱空洞を通して搬送してもよい。
また、この断熱空洞内には、断熱材を設けることができる。
【００１２】
従って、上述したように、本発明に依れば、全部の粒子状物質をフィルタ分析器に搬送しながら、試験中に排気ガスの温度を維持するパティキュレート・サンプラを提供することができる。
【００１３】
また、上記ミキサーが、前記プローブと、前記プローブに対して離間配設され前記プローブを包囲する外側管との間の前記第２端部の周りに、第１端部から離間する方向、即ち前記トンネルに向う方法において、外側管から内側に向うテーパ状に形成されたコーン部を設けることで、前記希釈ガスをその外表面に沿わせて前記トンネル内に案内することができる。
【００１４】
さらに、前記コーン部が、第１端部から離間する方向において８°〜１２°の範囲内の角度で前記テーパ状に形成し、ガス混合通路内に粒子状物質が集合することを防止するベンチュリ効果を生み出す円錐台形状に形成することができる。
【００１５】
また、前記トンネルと前記ミキサとが、互いに取り外し可能な状態で、サンプル排気ガス通路とガス混合通路とを互いに合せる状態で固定されていることが好ましい。
【００１６】
さらに、前記プローブが０．５１ｍｍ以下の壁厚を有するものであることで、サンプル排気ガスがプローブを通過する時、この排気ガスの温度に対するプローブの影響を最小化することができる。
【００１７】
さらに、プローブの直径を約６．３５ｍｍ、前記外側管３４の直径を約１９．０５ｍｍ以上にすることができる。これによって、プローブに対する外側管の直径の比率を約３：１することができ、これは、十分に大きな断熱空洞を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
尚、図１は、パティキュレート・サンプラの斜視図、図２は、ミキサと移送管アセンブリの斜視図、図３は、前記移送管アセンブリの一実施例の断面図、そして、図４は、本発明のトンネルの部分破断斜視図である。
【００１９】
図１を参照して、本発明に係るパティキュレート・サンプラ１０（以下、サンプラ１０と略称する。）は、好ましくは、互いに取り外し可能に固定された複数のコンポーネントにより構成されている。これらのコンポーネントは、通常、排出源としての車輌から排出される排気ガスの過酷な環境に耐えられるように、ステンレス鋼で構成されている。
【００２０】
前記サンプラ１０は、プローブ１４を備えた移送管アセンブリ１２を有する。前記プローブ１４は、通常、排気管１３内を横切って配設された湾曲状又は直線状の端部を備える。該プローブ１４は、排気ガスをミキサ１６に搬送し、ここで、排気ガスに希釈ガスが導入される。これら希釈ガス及び排気ガスは、トンネル１８を通して搬送され、ここで、これらのガスは均一に混合される。
【００２１】
フィルタ等の装置に粒子状物質を収集するために、前記トンネル１８の端部にフィルタを接続することができる。或いは、このトンネル１８の端部には、排気ガスサンプル分析用の分析器を接続することも可能である。
【００２２】
図２及び図３を参照して、前記プローブ１４は、排気ガスを受け入れるための開口部２４を備えた第１端部２２を有する。該プローブ１４は、前記移送管アセンブリ１２と前記トンネル１８とが互いに固定された時に於いてそのトンネル１８に隣接する第２端部２６へと延出している。更に、前記プローブ１４は、サンプル排気ガス通路２７の少なくとも一部を形成している。
【００２３】
前記ミキサ１６は、希釈ガスチャンバ３０（希釈ガス通路の一例）を備え、このチャンバ３０には、流体連通された供給管３２から前記希釈ガスが供給される。
前記第２端部２６には、好ましくは、ディフューザ・コーン部２８が固定されている。コーン部２８は、前記希釈ガスを当該コーン部２８の外表面に沿って前記トンネル１８内で案内するべく前記トンネル１８に向うテーパ状（先細り形状）に形成されている。
【００２４】
従来のプローブは、長くしかも、約１．０１６ｍｍ（約０．０４０インチ）の壁厚を有する厚い管で構成されていた。そして、この従来のプローブを構成する管は、断熱が施されておらず、１５０℃〜１８０℃程度の温度にまで加熱された。
【００２５】
一方、本実施形態におけるプローブ１４は、排気ガス温度に対するサンプラ１０の影響を低減するために、約０．５１ｍｍ（約０．０２０インチ）以下の壁厚を有する管で構成され、且つ、前記排気管１３から出て前記トンネル１８へと至るその長さは、従来のものよりも遥かに短く構成されている。
【００２６】
即ち、従来のように大きな壁厚の管で構成されたプローブを使用すれば、排気ガスの熱エネルギの大きな部分がそのプローブに吸収される。その結果、サンプル排気ガス温度変化が実際の排気ガス温度変化に対して遅延することにより、動的試験に対して悪影響を与えることになる。更に、プローブの壁厚が大きければ、排気ガスの温度に到達するために、サンプラをより長時間「ウオームアップ」しなければならず、静的試験が長時間化することになる。
【００２７】
また、従来のものよりも遥かに短いプローブ１４を使用することによって、サンプラ１０が、排気管１３内に存在する圧力変動に対してより敏感になる虞がある。排気管１３内において、内燃エンジンのエンジンピストンが往復動することにより周期的な圧力変動が発生する。そして圧力降下中に、サンプル排気ガスと希釈ガスとが不意に、プローブ１４から排気管１３内へと逆流し、これによって希釈率を無制御に変える虞がある。そこで、このような圧力変動の影響を最小化するために、図３に示すように、プローブ１４の内、その排気管１３内に位置する部分の長さを延長しても構わない。
【００２８】
本実施形態の前記移送管アセンブリ１２は、サンプラ１０と環境空気とのサンプルの温度に対する影響を低減するように、サンプル排気ガスの温度をより良好に維持する。
【００２９】
同様に図３において、前記移送管アセンブリ１２は、断熱空洞３６を形成するべく前記プローブ１４を包囲する外側管３４を有する。前記断熱空洞３６は、サンプル排気ガスの温度を維持するために、前記サンプル排気ガス通路２７を、前記移送管アセンブリ１２を包囲する環境空気と前記希釈ガスチャンバ３０内の希釈ガスとから断熱する。好ましくは、前記プローブ１４は、前記排気管１３から、両ガス（サンプル排気ガスと希釈ガス）が均一に混合される前記トンネル１８まで断熱されている。前記断熱空洞３６内に、図３に示すように、断熱材３８を設けてもよいし、或いは、単に、この断熱空洞３６内に捕捉されている空気を利用して断熱を行なってもよい。前記コーン部２８は、希釈ガスと混合されるまでサンプル排気ガスを更に断熱するために、前記外側管３４とプローブ１４とを分離している。このコーン部２８は、より高い断熱作用を提供するべくセラミック材から構成することができる。
【００３０】
また、本発明に係る排出試験ユニットは、排気管１３とプローブ１４と外側管３４と断熱空洞３６とを備えて、排ガスをサンプリングするように構成され、好ましくは、断熱材３８やコーン部２８を備える。
【００３１】
前記プローブ１４の直径は、通常、約６．３５ｍｍ（約０．２５インチ）である。前記外側管３４の直径は約１９．０５ｍｍ（約０．７５インチ）以上にすることができる。これによって、プローブ１４に対する外側管３４の直径の比率を約３：１とすることができ、これは、十分に大きな断熱空洞３６を提供する。しかしながら、使用される断熱材の量又はその他のパラメータに応じて、プローブ１４に対する外側管３４の直径の比率を別の比率とすることも可能である。
【００３２】
従来構造のトンネルでは、粒子状物質が内部通路に付着集積して、これが測定される粒子状物質の精度に悪影響を与えるという問題があった。従来の管の内径は、前記トンネルに接続される前記プローブの内径よりも大きなものであった。その結果、再循環流領域が形成されて、ここで粒子状物質がトンネル内部のプローブの近傍に付着集積する傾向があった。
【００３３】
そこで、本実施形態における前記トンネル１８は、図４に示すように、前記ミキサ１６の近傍にテーパ端部５２を備えている。
前記トンネル１８は、好ましくは、外径が約３１．７５ｍｍ（約１．２５インチ）（内径は２８．５７５ｍｍ（１．１２５インチ））、長さが７６２ｍｍ（２．５フィート）のトンネル外側管５４を有する。そしてこのトンネル外側管５４内にはそれと同軸状にトンネル内側管５６が配設され、これがガス混合通路５７を形成している。８°〜１２°の角度を有する前記テーパ端部５２は、前記ミキサ１６に向うテーパ状に形成され、前記ガス混合通路５７内に粒子状物質が集合することを防止するベンチュリ効果を生み出す円錐台形状に形成されている。前記トンネル外側管５４及び前記トンネル内側管５６の固定方法はどのようなものであってもよい。直径が７．６２〜１２．７ｍｍ（０．３〜０．５インチ）である前記テーパ端部５２の開口部が混合オリフィスを形成し、これは前記プローブ１４の第２端部２６と合せられている。
前記トンネル１８とミキサ１６とは、クランプ６０によって互いに固定されるフランジ５８を備えている。
【００３４】
排気ガスはプローブ１４によって受け入れられ、ミキサ１６がこのサンプル排気ガスに希釈ガスを導入する。サンプル排気ガスがプローブ１４を通過する時、この排気ガスの温度に対するプローブ１４の影響は、前述した縮小されたプローブ１４の壁厚によって最小化される。更に、サンプル排気ガスの温度は、それが前記移送アセンブリ１２を通って流れる時に、前記断熱空洞３６によって維持される。希釈ガスと排気ガスとは、前記トンネル１８へ流入し、ここでこれらのガスは均一に混合される。前記トンネル１８は、粒子状物質がトンネル１８内に蓄積しないように前記移送管アセンブリ１２に向うテーパ状に形成されている。その後、排気ガスは、フィルタによって収集されるか、又は、分析器に送られて更に詳細に分析される。
【００３５】
以上、本発明を例示的に説明したが、ここに使用した用語は記載の表現であって限定的なものではないと理解される。もちろん、上記説明内容に鑑みて本発明の様々な改造及び改変が可能である。従って、クレームの範囲内に於いて、本発明を具体的に説明した以外の方法で実施することが可能であると理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】パティキュレート・サンプラの斜視図
【図２】ミキサと移送管アセンブリの斜視図
【図３】前記移送管アセンブリの一実施例の断面図
【図４】本発明のトンネルの部分破断斜視図
【符号の説明】
１０  パティキュレート・サンプラ
１２  移送管アセンブリ
１３  排気管
１４  プローブ
１６  ミキサ
１８  トンネル
２２  第１端部
２４  開口部
２６  第２端部
２７  排気ガス通路
２８  ディフューザ・コーン部（コーン部）
３０  希釈ガスチャンバ（希釈ガス通路）
３２  供給管
３４  外側管
３６  断熱空洞
５２  テーパ端部
５４  トンネル外側管
５６  トンネル内側管
５７  ガス混合通路
５８  フランジ
６０  クランプ
【図１】
0003583765.tif 000002
【図２】
0003583765.tif 000003
【図３】
0003583765.tif 000004
【図４】
0003583765.tif 000005