(57)【要約】  吸着性ガスの測定において応答の遅れを小さくし、様々な条件での吸着性ガスの測定をリアルタイムで行うことを可能とするために、ガス配管１内を流れる吸着性ガスの量に関連する値を測定するガス測定機構２１と、少なくとも前記ガス測定機構２１が前記吸着性ガスを測定している間において、当該ガス測定機構２１が前記吸着性ガスを測定している測定点よりも上流から、前記ガス配管１内へ吸着性を有する注入ガスを所定量注入するガス注入機構３と、を備えた。
2013035657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス配管内を流れる吸着性を有する測定対象ガスの量に関連する値を測定するガス測定機構と、
少なくとも前記ガス測定機構が前記測定対象ガスを測定している間において、当該ガス測定機構が前記測定対象ガスを測定している測定点よりも上流から、前記ガス配管内へ吸着性を有する注入ガスを所定量注入するガス注入機構と、を備えたことを特徴とする吸着性ガス分析装置。
【請求項２】
前記注入ガスが、前記測定対象ガスと同成分であるとともに前記ガス測定機構により測定可能なガスである請求項１記載の吸着性ガス分析装置。
【請求項３】
前記測定対象ガス及び前記注入ガスの前記ガス配管の内表面へ吸着する吸着量と、前記測定対象ガス及び前記注入ガスの前記ガス配管の内表面から剥離する剥離量とが略平衡となる量と等量、又は、それ以上に前記所定量が設定されている請求項１記載の吸着性ガス分析装置。
【請求項４】
前記ガス測定機構が示す前記注入ガスの量に関する値が、許容差以下となるように前記所定量が設定されている請求項１記載の吸着性ガス分析装置。
【請求項５】
ガス配管内を流れる吸着性を有する測定対象ガスの量に関連する値を測定するガス測定ステップと、
少なくとも前記測定対象ガスを測定している間である前記ガス測定ステップにおいて、前記測定対象ガスを測定している測定点よりも上流から、前記ガス配管内へ吸着性を有する注入ガスを所定量注入するガス注入ステップと、を備えたことを特徴とする吸着性ガス測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着性を有する測定対象ガスの量に関連する値を測定するための吸着性ガス分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車の内燃機関から排出された排ガス中のＮＯｘ等の成分について測定が行われている。近年、この種の排ガス分析装置においては、ＮＯｘ以外の成分であるＮＨ３等の吸着性を有するガスの分析についても重要度が高くなってきている。【０００３】
ＮＨ３等の吸着性を有するガスが測定される具体例としては、ディーゼルエンジンを高効率で駆動することができるとともに、ＮＯｘの発生量を抑えることができる尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムの研究開発の場面等が挙げられる。前記尿素ＳＣＲシステムについて具体的に説明すると、ディーゼルエンジンから排出された高温の排出ガス中に尿素を噴霧し、尿素が熱分解することにより生じるＮＨ３を還元剤としてＳＣＲ触媒に供給することで、排出ガス中のＮＯｘを還元し無害なＮ２やＨ２Ｏに変化させるよう構成されたものである。【０００４】
ところで、前述した尿素ＳＣＲシステムにおいて過剰な尿素が供給されてしまうと、排出ガス中にＮＨ３が含まれてしまうことになり、悪臭が発生する、あるいは、環境基準を満たせないことになる。このため、様々な運転条件において適正な尿素が供給できているかどうかを知るために、排ガス中のＮＨ３の測定が行われている。【０００５】
しかしながら、従来からの測定対象であるＮＯｘのようなガスとは異なり、ＮＨ３のような吸着性ガスの場合、ＮＨ３の量を測定可能なガス分析機構に到達するまでに、配管の内壁等へ吸着されてしまいリアルタイムで正確な値を測定する事が難しい。【０００６】
より詳細に説明すると、図７（ａ）に示すようなガス配管１A内を流れる排ガスの一部をサンプリングするサンプリング配管２Aと、そのサンプリング配管２A上に設けられたＮＨ３の濃度を測定する濃度センサ２１Aと、を備えた排ガス分析装置１００Aでは、例えば自動車のマフラーから前記濃度センサ２１Aまで排ガスを流す必要がある。排ガスが流れ始めた際には、図７（ａ）の領域Ｒの拡大図である図７（ｂ）に示すように前記ガス配管１Aや前記サンプリング配管２Aの内面にＮＨ３が吸着されてしまうため、図８のグラフに示すように実際に流れている濃度よりも低い値が出力される。しばらくすると図７（ｃ）と図８のグラフで示すように実際に流れているＮＨ３の濃度と略同じ濃度が測定されるようになるが、排ガスの流入をストップすると、今度は図７（ｄ）に示すように内壁面に吸着していたＮＨ３が剥離し、実際には排ガスが流れておらずＮＨ３は検出されないはずにもかかわらず、図８のグラフに示すようにＮＨ３の濃度が測定されてしまう。【０００７】
このように、排ガスの流れる配管の内面にＮＨ３等の吸着性ガスが吸着してしまうことにより、実際に流れているＮＨ３の濃度と測定されるＮＨ３の濃度指示値との間には時間遅れが生じ、リアルタイムで測定できていないことになる。言い換えると、ＮＨ３等の吸着性を有するガスに関しては排ガス分析装置の応答速度を十分なものにできていない。【０００８】
また、ＮＨ３等の吸着性を有するガスを測定すると、測定開始初期に測定されるべきであった図７の領域Ｓ１の分は、測定終了間際に図７の領域Ｓ２分として現れる等してしまい、いつＮＨ３が排出されたのかという時間に関する情報が一部欠落してしまうという問題もある。【０００９】
ところで、特許文献１ではアンモニア分析装置の応答速度を改善するために、ＮＨ３が配管の内面に吸着しないよう、前記サンプリング配管の内面をＮａＯＨ水溶液に浸漬して、アルカリ処理を行うことが開示されている。しかしながら、このようなアルカリ処理を行っておいたとしても、例えば排ガス中のすす等が配管内面に付着する等すると、アルカリ処理されていない部分が生じ、この部分でＮＨ３の吸着が生じてしまう。つまり、継続した使用を考えた場合には特許文献１に示されている方法では、吸着性を有するガスの測定において生じる応答の遅れに関する問題を完全に解決することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１５５１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、吸着性を有するガスの測定において応答の遅れを小さくし、様々な条件での吸着性を有するガスの測定をリアルタイムで行うことを可能とする吸着性ガス分析装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明の吸着性ガス分析装置は、ガス配管内を流れる吸着性を有する測定対象ガスの量に関連する値を測定するガス測定機構と、少なくとも前記ガス測定機構が前記測定対象ガスを測定している間において、当該ガス測定機構が前記測定対象ガスを測定している測定点よりも上流から、前記ガス配管内へ吸着性を有する注入ガスを所定量注入するガス注入機構と、を備えたことを特徴とする。【００１３】
また、本発明の吸着性ガス分析方法は、ガス配管内を流れる吸着性を有する測定対象ガスの量に関連する値を測定するガス測定ステップと、少なくとも前記測定対象ガスを測定している間である前記ガス測定ステップにおいて、前記測定対象ガスを測定している測定点よりも上流から、前記ガス配管内へ吸着性を有する注入ガスを所定量注入するガス注入ステップと、を備えたことを特徴とする。【００１４】
このようなものであれば、少なくとも吸着性を有する測定対象ガスの測定時において、吸着性を有する前記注入ガスを前記ガス配管内に注入して、前記ガス配管内の壁面に前記注入ガスを吸着させておくことにより、前記測定対象ガスが直接内壁面に接触しないようにして、前記内壁面に吸着しにくくすることができる。【００１５】
さらに、前記注入ガスによりコーティングされている前記ガス配管内にすす等の汚れが付着したとしても、前記ガス注入機構により注入される新たな注入ガスによって、その汚れの表面にも注入ガスが吸着した層がすぐに形成されることになる。【００１６】
従って、従来のようにガス配管内をアルカリ処理していただけであれば、新たに発生したすす等の汚れにより測定対象ガスの吸着を防ぐ効果が低減してしまっていたところを、注入ガスにより常に新たなコーティングが形成されることによって前記測定対象ガスが吸着してしまうことも防ぐことができる。【００１７】
これらのことから、少なくとも前記測定ガスの測定時において前記注入ガスをガス配管内に流し続けることで、常に新しいコーティングが前記ガス配管内に形成されるので、測定対象ガスが前記注入ガスの吸着による測定誤差や応答遅れが生じるのを防ぐことができる。【００１８】
測定対象ガスの測定における測定誤差や応答遅れをより小さくするには、前記注入ガスが、前記測定対象ガスと同成分であるとともに前記ガス測定機構により測定可能なガスであればよい。【００１９】
このようなものであれば、注入ガスの注入量を調整することによって、ガス配管内を注入ガス及び測定対象ガスが吸着することができる飽和量以上にし、壁面へのガスの吸着に関して平衡状態を保つことができる。つまり、仮に測定対象ガスが壁面に吸着しても、その量と等量の前記注入ガスがすぐに壁面から剥離して前記ガス分析機構まで流れるようにすることができるので、吸着によって前記ガス分析機構により測定される量が変動するのを防ぐことができる。【００２０】
このようにガス配管内で測定対象ガス及び注入ガスの吸着に関する平衡が保たれているので、吸着性を有する測定対象ガスがガス配管の内表面に吸着して留まり続けることにより生じる測定量のロスや応答遅れが生じるのを防ぎ、前記ガス測定機構で前記測定対象ガスが流入した量を測定することができる。この際、前記ガス測定装置で測定され指示されている量から前記ガス注入機構で注入している注入ガスの量を差し引けば、前記ガス配管に流入した時点での測定対象ガスの量を正確に算出することができる。【００２１】
また、このような構成における作用及び効果について言い換えると、前記ガス配管の内面に吸着性を有する測定対象ガスが吸着することを完全に防ぐのではなく、本来前記測定対象ガスのみで測定されるべき量を、内表面に吸着することなく前記測定点まで到達した測定対象ガスの量と、ガス配管の内表面に吸着した前記測定対象ガスの代わりにガス配管の内表面から剥離した前記測定対象ガス又は前記注入ガスの量とに基づいて測定が行われるように構成されているので、吸着性ガスの量に関連する値について応答遅れを生じさせることなく、正確にリアルタイムで測定できる。【００２２】
さらに、前記ガス配管内にすす等の汚れが付着したとしてもその汚れの表面にも注入ガスが吸着した層が形成されることになり、ここでも平衡が略保たれることで、前記注入ガスの吸着による応答遅れが生じるのを防ぐことができる。【００２３】
応答の遅れができる限り生じないようにするための前記注入ガスを注入量の具体例としては、前記測定対象ガス及び前記注入ガスの前記ガス配管の内表面へ吸着する吸着量と、前記吸着ガス及び前記注入ガスの前記ガス配管の内表面から剥離する剥離量とが略平衡となる量と等量又はそれ以上に前記所定量が設定されているものが挙げられる。【００２４】
前記ガス配管内に流入した測定対象ガスの量の算出について、前記注入ガスの量を差し引くといった操作を行わなくても容易に略正確な値を算出できるようにするには、前記ガス測定機構が示す前記注入ガスの量に関する値が、許容差以下となるように前記所定量が設定されていればよい。
【発明の効果】
【００２５】
このように本発明の吸着性ガス分析装置によれば、前記ガス注入機構により吸着性を有する注入ガスを前記ガス配管内に注入しながら、吸着性を有する前記測定対象ガスを測定するように構成されているので、すす等の汚れが生じてもすぐに新たな注入ガスのコーティングを生じさせることができ、常に測定対象ガスを前記ガス配管内の内表面に吸着しにくくすることができる。このため、測定対象ガスの測定誤差や応答遅れが生じるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス分析装置の構成を示す模式図。
【図２】同実施形態における汚れ判定時において濃度変化及び応答速度について示す模式的グラフ。
【図３】図１の模式図において想像線で示した領域を拡大したものであり、内表面におけるＮＨ３の吸着、剥離の状態を示した模式図。
【図４】同実施形態と従来技術におけるＮＨ３濃度測定時の応答の違いを示すグラフ。
【図５】同実施形態と従来技術におけるＮＨ３微量濃度測定時の応答の違いを示すグラフ。
【図６】同実施形態における注入ガスの量と、立ち上がり時間、立下り時間との関係について検証した結果を示すグラフ。
【図７】従来の排ガス分析装置の構成及び想像線で示した領域におけるＮＨ３の吸着状態の変化について示す模式図。
【図８】従来の排ガス分析装置におけるＮＨ３の濃度測定での応答特性を示す模式的グラフ。
【符号の説明】
【００２７】
１００・・・排ガス分析装置（吸着性ガス分析装置）
１    ・・・ガス配管
２１  ・・・ガス測定機構
３    ・・・ガス注入機構
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態の吸着性ガス分析装置は、いわゆる排ガス分析装置１００であって、尿素ＳＣＲシステムを搭載したディーゼルエンジンから排出される排ガス中に含まれるＮＨ３の濃度を測定するために用いるものである。
【００２９】
より具体的には、図１に示すように試料ガスである排ガスが流れるガス配管１と、前記ガス配管１内から排ガスの一部をサンプリングするサンプリング配管２と、前記サンプリング配管２内に測定点Ｍを有し、排ガス中に含まれるＮＨ３の濃度を測定するガス測定機構２１と、吸着性を有する測定対象ガスと同じ成分のガスを前記ガス配管１内に注入するガス注入機構３と、各部を制御する制御機構４と、を備えたものである。言い換えると、前記ガス配管１と、前記サンプリング配管２とにより排ガスの流れる流路１１が形成してある。なお、図１において想像線で囲まれている領域Ｒは、後述する図３において拡大している部分を示すものである。
【００３０】
各部について説明する。
【００３１】
前記ガス配管１は、図示しない自動車のマフラーに取り付けられる概略円筒状の例えばステンレス管であり、前記排ガスと接触する内表面には、ＮＯｘやすす等が付着しにくいように電解研磨等の表面加工が施してある。また、このガス配管１に導入された排ガスの大部分はそのまま下流側の開口から外部へと導出されるようにしてある。
【００３２】
前記サンプリング配管２は、Ｌ字状に曲がった概略細円筒状のステンレス管であって、その一端を前記ガス配管１の中央部に対して半径方向に突き刺してあるとともに、当該ガス配管１の内部に開口させて、排ガスの一部をサンプリングできるようにしてある。このサンプリング配管２上には、上流から順に開閉弁２３と、吸引ポンプ２２と、前記ガス測定機構２１とが設けてある。排ガス中のＮＨ３ガスの濃度を測定する場合には、前記開閉弁が開放されるとともに、前記吸引ポンプ２２により所定流量の排ガスが前記サンプリング配管２内へと流入するよう吸引される。なお、このサンプリング配管２も前記ガス配管１と同様に内表面については電解研磨等により表面加工が施してある。
【００３３】
前記ガス測定機構２１は、例えばＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）により排ガス中に含まれる、ＮＨ３だけでなく、ＮＯｘ、ＣＯ、ＣＯ２、炭化水素、等といった各種成分の濃度を同時に測定可能なものであり、例えば１秒ごとの周期で測定されている各成分の濃度を更新して出力するよう構成してある。つまり、略リアルタイムで排ガス中に含まれる各種成分の濃度指示値を更新することができる。なお、本実施形態における前記ガス測定機構２１の測定点Ｍは、サンプリング配管２において当該ガス測定機構２１が設けてある場所がその点に該当する。
【００３４】
前記ガス注入機構３は、測定対象である成分のうち吸着性のあるＮＨ３を注入ガスとして前記ガス配管１内へと注入するものであって、一端がＮＨ３の貯留された注入ガス源３１に接続され、前記ガス配管１内にもう一端が開口したガス注入管３４と、前記ガス配管１上に設けられた開閉弁３３と、流量制御弁３２とを備えたものである。このガス注入機構３は、少なくとも前記ガス測定機構２１により排ガス中のＮＨ３の濃度が測定されている間は、所定量のＮＨ３を前記ガス配管１内へと供給し続けるようにしてある。また、ＮＨ３のゼロガス、スパンガスを導入することにより、測定前の校正を行う際にもこのガス注入機構３は用いられる。
【００３５】
前記ガス注入管３４が前記ガス配管１内に開口する位置について詳述すると、注入ガスが導入される位置は、前記ガス注前記ガス測定機構２１の測定点Ｍよりも上流に設定してある。より詳細には、前記サンプリング配管２が前記ガス配管１内に開口している場所よりも上流であり、前記ガス配管１がマフラーに取り付けられている側の開口近傍に前記ガス注入管３４の一端を開口させてある。すなわち、排ガスが導入されてから前記測定点Ｍに至るまでの流路１１の略全域にわたって前記ガス注入機構３によりＮＨ３ガスが散布され得るように構成してある。更に言い換えると、測定点Ｍよりも上流の配管内において、前記測定対象ガスである排ガス中のＮＨ３と注入ガスの両方が内表面に接触する面積が、排ガス中のＮＨ３だけが接触する面積よりも十分に大きくなるように注入ガスの注入位置を設定してある。例えば、排ガス中のＮＨ３のみが接触する内表面において吸着が生じたとしても、前記ガス測定機構２１の測定限界以下の量しか吸着されないように設定してある。
【００３６】
前記制御機構４は、入出力インターフェース、メモリ、ＣＰＵ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ等を備えたいわゆるコンピュータであって、前記メモリに格納されたプログラムを実行することにより、各種バルブの制御等や、少なくとも汚れ判定部４１としての機能を発揮するように構成してある。
【００３７】
前記汚れ判定部４１は、前記ガス測定機構２１が吸着性ガスを検出した際の応答速度に関連する値に基づいて、前記流路１１における汚れの有無を判定するように構成してある。具体的には、前記ガス注入機構３により前記ガス配管１及び前記サンプリング配管２へとその濃度又は流量が既知の吸着性ガス（注入ガス）を導入し、その際の前記ガス測定機構２１から出力される測定値から算出される応答速度に関連する値が予め定めた規定値よりも悪化している場合に試料ガスである排ガスが流れる流路１１と接する内表面が許容できる以上のすす等の汚れが付着していると判定するものである。
【００３８】
本実施形態では前記汚れ判定部４１は、前記応答速度に関連する値として何も検出されていない状態から、所定値で安定するまでにかかる応答時間に基づいて汚れを判別しており、前記応答時間が予め定めた規定時間を超えた場合に前記ガス配管１又は前記サンプリング配管２内の内表面に汚れが許容量以上付着していると判断するように構成してある。
【００３９】
このように構成した排ガス分析装置１００について、ＮＨ３ガス測定時における一連の動作等について説明する。
【００４０】
まず、前記汚れ判定部４１による排ガスが流れる流路１１における汚れ検知の動作について説明する。
【００４１】
前記ガス測定機構２１により排ガス中のＮＨ３の測定が開始される前には、前記ガス注入機構３によって注入されるゼロガスとスパンガスにより前記ガス測定機構２１の出力値の校正が行われる。なお、汚れ検知中においては排ガス等の試料ガスは前記ガス配管１内に導入されないようにしてある。
【００４２】
前記汚れ判定部４１は、ＮＨ３を前記ガス測定機構２１のフルスケール近傍の濃度に設定されているスパンガスが前記ガス配管１内に注入され、前記ガス測定機構２１により測定されるＮＨ３ガスの濃度変化が安定するまでにかかる時間である応答時間ｔｎを測定する。
【００４３】
ここで、図２のグラフに示すように、汚れがある場合の応答時間ｔｎは、汚れがない初期状態における応答時間ｔ０よりも長くなっていることが分かる。これは、ガス配管１やサンプリング配管２内にすす等の汚れが付着するとその分表面積が大きくなり、ＮＨ３等の吸着性ガスはより多く吸着されることになる。従って、前記ガス注入機構３からスパンガスが注入されても、汚れが多くなるとトラップされるＮＨ３ガスの量が多くなり、スパンガスに設定される濃度にまで指示値が到達するのに時間がかかることになる。つまり、前記汚れ判定部４１は、吸着性ガスが汚れに吸着されることにより前記ガス測定機構２１の応答性が悪くなることを用いて汚れの検知を行っていることになる。このように構成された汚れ判定部４１によれば、吸着性ガスであるＮＨ３の吸着性に基づいて汚れを検知しているので、流量やその他のパラメータ等によっては検知しにくく、吸着性ガスの測定に対して特に悪影響を与える汚れをすぐに検知する事が可能となる。汚れが検知された場合には、例えば、ガス配管１やサンプリング配管２のクリーンアップを自動で行うように構成し、ＮＨ３測定における前記ガス測定機構２１の応答速度を改善することや、スパンガスが汚れに吸着した状態のまま不正確な校正が行われてその後の測定において大きな誤差を含んだまま測定が継続される等の事態を防ぐことができる。
【００４４】
次に、校正終了後における排ガス中のＮＨ３ガスの濃度測定における各部の動作等について説明する。なお、校正終了後においては前記注入ガス源３１を別のものに切り替えることにより、前記スパンガスとは異なる濃度でＮＨ３を注入ガスとして前記ガス配管１及びサンプリング配管２に供給できるようにしてある。この際、注入ガスとしてのＮＨ３の濃度は前記ガス測定機構２１の測定可能レンジにおいて、例えば半分以下の値等となるように設定してあり、さらに排ガス由来のＮＨ３が追加されても前記ガス測定機構２１において、その濃度指示値が飽和しないようにしてある。
【００４５】
前記ガス注入機構３は、前記ガス配管１内に排ガスが流入するよりも前、すなわち、自動車がエンジンをスタートさせる前の状態から、前記ガス配管１内に注入ガスであるＮＨ３の注入を開始する。この際、前記サンプリング配管２上に設けられた吸引ポンプ２２も駆動を開始しており、前記サンプリング配管２内にも注入ガスが流入するようにしてある。そして、図３（ａ）に示すように、前記ガス配管１及び前記サンプリング配管２の内表面にＮＨ３が吸着される飽和量となってから排ガスを導入する。例えば、前記ガス注入機構３がＮＨ３の注入を開始してから所定時間経過した後に排ガスを導入してもよいし、前記ガス測定機構２１において測定されるガス濃度が、前記ガス注入機構３により注入されるガス濃度で略安定した場合に、排ガスの導入を開始してもよい。
【００４６】
ここで、前記ガス注入機構３から注入される注入ガスの量である前記所定量は、図３（ｂ）に示すように前記吸着ガス及び前記注入ガスの前記ガス配管１の内表面へ吸着する吸着量と、前記測定対象ガス及び前記注入ガスの前記ガス配管１の内表面から剥離する剥離量とが略平衡となる量と等量又はそれ以上に設定してある。
【００４７】
このようにしてエンジンが始動してから停止するまでの間に前記ガス測定機構２１により測定されるガス濃度の変化について、従来の排ガス分析装置の測定結果と、本実施形態の排ガス分析装置１００の測定結果と、を比較しながら説明する。
【００４８】
図４のグラフに示すように、従来の排ガス分析装置を用いた場合には、エンジンの始動後にすぐに実際の濃度値を示すのではなく、配管内表面にＮＨ３が吸着することにより応答の遅れが発生する。しばらくすると、実際の濃度値で安定するようになるが、エンジン停止後には排ガスが流入していないにも拘らず、内表面から剥離したＮＨ３が検出され、なだらかに濃度指示値が下がっていくことになる。
【００４９】
一方、本実施形態の排ガス分析装置１００によれば、測定の開始前から注入ガスとしてＮＨ３ガスを一定濃度値で前記ガス配管１及びサンプリング配管２に流しているので、排ガスが導入される前から所定濃度指示値分だけ持ち上げられた状態となる。そして、図３（ｂ）に示したようなＮＨ３の内表面への吸着、剥離が略平衡となる状態となっているので、仮に排ガス由来のＮＨ３が内表面に吸着したとしても、代わりに略等量のＮＨ３が内表面から剥離していくことになる。従って、吸着による応答遅れはほとんど発生しないことになるので、前記ガス測定機構２１の出力する濃度指示値は、実際の排ガス由来の濃度変化を略リアルタイムで再現することができる。
【００５０】
次に、前述したような大量の排ガス由来のＮＨ３が流入している場合ではなく、例えば、エンジンをコールドスタートさせた場合等においてＮＨ３が微小量だけ出力されている場について、従来と本実施形態の排ガス分析装置１００の測定結果を比較しながら説明する。
【００５１】
図５（ａ）のグラフに示すように、測定開始直後において微小量のＮＨ３が排ガス分析装置１００に流入している場合には、従来の場合、全てのＮＨ３がガス配管１やサンプリング配管２の内表面に吸着してしまい、前記ガス測定機構２１では検出することすらできない。そして、エンジン始動後所定時間が経過した後でも、実際のＮＨ３濃度に対して小さい値が出たり、応答波形が一致しない等の事象が生じたりした後に、実際の値と測定値とが一致して安定することになる。また、エンジン停止後は、ＮＨ３は検出されないはずであるが、ガス配管１、サンプリング配管２に吸着したＮＨ３が順次剥離し、なだらかに濃度指示値が低下していくことになり、実際の波形を再現することはできない。言い換えると、リアルタイムでの計測ができていないだけなく、その測定値には時間に関する情報が欠落しているという欠陥がある。
【００５２】
一方、本実施形態であれば、エンジンが始動する前から注入ガスを導入して、内表面におけるＮＨ３の吸着量が飽和となるようにしてあるので、エンジン始動後に微小量の排ガス由来のＮＨ３があっても内表面に吸着しない、もしくは、吸着したとしても略等量のＮＨ３が内表面から剥離することになる。従って、図５（ｂ）に示すように微小量の排ガス由来のＮＨ３が測定開始直後にあった場合でも正確に検出し、その濃度を測定する事が可能となる。つまり、従来であれば、そもそもＮＨ３が排出されていないといった誤った判断がされがちであったところ、微小量のＮＨ３であっても排出された時間に関する情報も失うことなく正確にリアルタイムで測定することができる。このため、従来では得られなかった知見を排ガスの測定で得ることができ、より尿素ＳＣＲの開発に対して貢献することができる。
【００５３】
さらに、本実施形態の排ガス分析装置１００におけるＮＨ３測定時における立ち上がり時間、立下り時間の実測結果について図６を参照しながら説明する。この実測においては、ガス注入機構３により所定量の注入ガスであるＮＨ３を流しつつ、ガス配管１の入り口側から既知量のＮＨ３をステップ入力状に導入して、ガス測定機構２１における応答速度を評価している。図６（ａ）に示すように、（１）ガス注入機構３からＮＨ３を注入せずに、ガス配管１にＮＨ３を導入した場合、（２）ガス注入機構３から１３ｐｐｍのＮＨ３を注入し続けるとともに、ガス配管１にさらにＮＨ３を導入した場合、（３）ガス注入機構３から２３ｐｐｍのＮＨ３を注入し続けるとともに、ガス配管１にさらにＮＨ３を導入した場合についてそれぞれ測定を行った。
【００５４】
図６（ｂ）の立ち上がり時の拡大図、図６（ｃ）の立下り時の拡大図から明らかなように、（１）（２）（３）の実験条件における立ち上がり時間及び立下り時間は、それぞれ２６ｓ、６ｓ、２ｓであった。すなわち、注入ガスの量を増やし、ＮＨ３が内表面に吸着される飽和量に近づくほど、立ち上がり時間、立下り時間が短くなる傾向があることが分かる。また、本実施形態の排ガス分析装置のように排ガス測定時に、前記ガス注入機構３からＮＨ３を流し続けながら、排ガス中のＮＨ３を測定することにより、ガス測定機構２１のＮＨ３測定に関する応答性を改善できることが実証された。
【００５５】
その他の実施形態について説明する。
【００５６】
前記実施形態では、排ガス分析装置を例として本発明のガス分析装置を説明したが、試料ガスとしてその他のガスを測定するものであっても構わない。また、吸着性を有する測定対象ガスとしてＮＨ３を例に挙げたが、ＨＣｌやハイドロカーボン（ＨＣ）等のその他の吸着性を有するガスであってもよい。ハイドロカーボン（ＨＣ）の例としては、トルエン等の芳香族炭化水素、メタルールやエタノール等のアルコール、高沸点ＨＣ等が挙げられる。さらに、吸着性の高いガスの例としては、ＮＯ２、ＳＯ２、Ｈ２０等の極性を持ったもの挙げられる。
【００５７】
前記所定量を吸着と剥離について平衡状態を保てる量にするだけなく、さらに前記ガス測定機構が示す前記注入ガスの量に関する値が、許容差以下となるように前記所定量を設定してもよい。ここで、許容差とは、例えばある測定器が測定することができるフルスケールに対して予め許される誤差の量のことを示すものであり、具体的にはフルスケールの数％程度等の数値で表されるものである。つまり、平衡状態を保ちつつ、注入ガス由来の濃度指示値が、前記ガス測定機構が許容している濃度の測定値の誤差以内となるようにしておくことにより、ほとんど測定レンジを狭めることがなく、また排ガス由来の濃度値を知るために得られた値から注入ガス由来の濃度値を差し引くといった操作を行わなくても十分に正確な値を知ることができる。
【００５８】
前記汚れ判定部は、吸着性ガスの応答速度に関連する値である応答時間に基づいて汚れの有無を検知するように構成されていたが、例えば、前記ガス測定機構の示すある測定値から別の測定値へ変化する際における変化率等のその他の関連する値を用いても構わない。すなわち、前記汚れ判定部は、所定時間内において測定される濃度値に基づいて判断を行うものであってもよい。前記実施形態では、前記ガス注入機構によりスパンガスを注入して、実際に測定されるべき濃度をステップ状にしていたが、例えば矩形波状や、正弦波状、パルス状等様々な測定値の変化現れるものであっても構わない。例えば、パルス状の変化が前記ガス測定機構において測定されるようにしている場合には、前記ガス注入機構により吸着性ガスが注入されてから、実際に前記ガス測定機構で検出されるまでにかかる時間に基づいて、汚れの有無を判別してもよい。また、ガス注入機構により吸着性の注入ガスが注入される場所は、試料ガスが流れる流路中であって、前記ガス測定機構の測定点よりも上流であればどこでもよく、例えばサンプリング配管内に吸着性の注入ガスを注入するようにしても構わない。また汚れ判定部は、汚れの有無を検知するだけでなく、測定値に基づいて汚れの程度を判定するものであっても構わない。
【００５９】
さらに、非吸着性ガスの応答時間を取得し、前記吸着性ガスの応答時間と、前記非吸着性ガスの応答時間が略同じ場合には、前記吸引ポンプのメンテナンスの必要がある、あるいは、リークが生じている等と判断するとともに、前記吸着性ガスのみ応答時間が長くなっている場合には測定対象のガスが流れる流路に汚れが存在すると判断するように構成してもよい。例えば、汚れが存在する場合には、配管内の表面積の変化により吸着性ガスの応答時間は悪化し長くなるのに対して、表面積が変化しても非吸着性ガスはそれほど影響を受けず、応答時間もほとんど変化しない。一方、吸引ポンプに不具合がある場合には、前記吸着性ガス及び前記非吸着性ガスの両方について、前記ガス測定機構に到達するまでにかかる時間が長くなり、応答時間が両方とも長くなる。このように、吸着性ガス及び非吸着性ガスの応答時間を比較することにより、前記汚れ判定部は、異なる２つの応答遅れの原因を厳密に判定することができる。このような構成にする場合、前記ガス測定装置は多成分のガスを同時に測定できるものが好ましく、前記非吸着性ガスの具体例としては、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ等が挙げられる。
【００６０】
また、前記汚れ判定部は、排ガス分析装置にのみ用いられるものではなく、その他のガス分析装置に用いられるものであっても構わない。
【００６１】
加えて、前記ガス測定機構は、ＦＴＩＲにより多成分のガスを測定可能なものであったが、その他の吸着性ガスのみを測定できるものであっても構わない。具体的には前記ガス測定機構は、ＮＤＩＲやレーザ測定のようにＮＨ３等の吸着性ガスだけを測定できるものであっても構わない。また、前記ガス測定機構が測定する値は濃度に限られず、流量、体積等の吸着性ガスの量に関連する値であっても構わない。加えて、前記ガス測定機構の測定点は、サンプリング配管内ではなく、前記ガス配管内に設けても構わない。要するに前記測定点よりも上流から測定対象のガスとともに前記ガス注入機構から注入される注入ガスが流れてくるようにしておけばよい。
【００６２】
また、前記ガス測定機構は、前記実施形態では前記吸引ポンプよりも下流に設置されていたが、例えば、前記吸引ポンプよりも上流に設置されていても構わない。このようないわゆる減圧フローで構成した場合でも、汚れ検知や、吸着性を有する測定対象ガスの測定に関して前述したのと同様の効果を得ることができる。
【００６３】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な実施形態の組み合わせや変形を行っても構わないことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
このように本発明の吸着性ガス分析装置によれば、前記ガス注入機構により吸着性を有する注入ガスを前記ガス配管内に注入しながら、吸着性を有する前記測定対象ガスを測定するように構成されているので、すす等の汚れが生じてもすぐに新たな注入ガスのコーティングを生じさせることができ、常に測定対象ガスを前記ガス配管内の内表面に吸着しにくくすることができる。このため、測定対象ガスの測定誤差や応答遅れが生じるのを防ぐことができる。すなわち、例えば吸着性ガスを測定対象とする排ガス分析装置に本発明は好適に適用することができる。
【図１】
2013035657.tif 000003
【図２】
2013035657.tif 000004
【図３】
2013035657.tif 000005
【図４】
2013035657.tif 000006
【図５】
2013035657.tif 000007
【図６】
2013035657.tif 000008
【図７】
2013035657.tif 000009
【図８】
2013035657.tif 000010
【国際調査報告】
2013035657.tif 000011
2013035657.tif 000012
2013035657.tif 000013
2013035657.tif 000014