(57)【要約】【課題】  排気ガス中のＰＭ又は加熱再生後の灰分がＤＰＦ等の排ガスフィルタにどのように堆積するかについて、効率的で簡易的であるとともに精度も良く評価が可能となる試験用排ガスフィルタ構造、該試験フィルタを適用した試験装置及び評価方法を提供する。【解決手段】  内燃機関に直接連結している排ガスの主通路から分岐して設けられる排ガス試験装置であって、主通路から分岐する１つ以上の１次分岐管と、１次分岐管からさらに分岐する１つ以上の２次分岐通路と、１次及び／又は２次分岐通路の少なくともいずれか１つに配設され、１次及び／又は２次分岐通路の排ガス条件を制御する条件制御手段と、条件制御手段の配設された１次及び／又は２次分岐管に配置され、排ガスの流れる方向に厚さ０．１〜５ｍｍ、該厚さ方向に直交する面の面積が１０〜１００００ｍｍ２の平板形状を有する、試験用排ガスフィルタ（１２３）と、備える排ガス試験装置を提供する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に直接連結している排ガスの主通路から分岐して設けられた排ガスの通路に配置され、
排ガスの流れる方向に厚さ０．１〜５ｍｍ、該厚さ方向に直交する面の面積が１０〜１００００ｍｍ２の平板形状を有する、試験用排ガスフィルタ。
【請求項２】
内燃機関に直接連結している排ガスの主通路から分岐して設けられる排ガス試験装置であって、
前記主通路から分岐する１つ以上の１次分岐管と、
前記１次分岐管からさらに分岐する１つ以上の２次分岐通路と、
前記１次分岐通路及び／又は前記２次分岐通路の少なくともいずれか１つに配設され、前記１次分岐通路及び／又は前記２次分岐通路の排ガス条件を制御する条件制御手段と、
前記条件制御手段の配設された前記１次分岐管及び／又は前記２次分岐管に配置され、排ガスの流れる方向に厚さ０．１〜５ｍｍ、該厚さ方向に直交する面の面積が１０〜１００００ｍｍ２の平板形状を有する、試験用排ガスフィルタと、
を備える排ガス試験装置。
【請求項３】
前記条件制御手段及び前記試験用排ガスフィルタが、複数の前記１次分岐通路及び／又は前記２次分岐通路に配置されることにより、
同時に複数の試験が可能であること特徴とする、請求項２に記載の排ガス試験装置。
【請求項４】
前記条件制御手段が、
排ガスの流速を制御する流速制御手段と、
前記ガスフィルタの上流側の排ガスを加熱する加熱手段と、
前記排ガスフィルタの温度を制御する温度制御手段と、
前記排ガスフィルタの排ガス上流側と下流側における排ガスの圧力差を検知する差圧計測手段と、を備える、
請求項２又は請求項３のいずれか一項に記載の排ガス試験装置。
【請求項５】
前記試験用排ガスフィルタがそのままの状態で着脱可能であることにより、
前記排ガスフィルタ、その性能及び／又は前記排ガスフィルタへの付着物が評価可能であるとともに、前記内燃機関、その運転条件、前記内燃機関に使用した燃料及び潤滑油の組成のうちから選ばれる少なくとも１つを評価することができることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の排ガス試験装置。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の排ガス試験装置を用いて、前記排ガスフィルタ、その性能及び／又は前記排ガスフィルタへの付着物を評価するとともに、該評価から前記内燃機関、その運転条件、前記内燃機関に使用した燃料及び潤滑油の組成のうちから選ばれる少なくとも１つを評価する評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の試験用排ガスフィルタの構造、該試験用排ガスフィルタを適用した試験装置及び試験方法に関する。詳しくは排ガス中の粒子物質をトラップするディーゼルパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」と記述する。）等の排ガスフィルタの性能及び／又はＤＰＦ付着物を評価し、そのとき内燃機関、その運転条件、内燃機関に適用した燃料及び／又は潤滑油の組成の適正を評価するための排ガスフィルタ構造、試験装置及び評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、小型でありながら比較的大きな動力の出力が可能であるという優れた特性を備えていることから、自動車、船舶及び航空機等の各種輸送機関や定位置の各種機器の動力源として使用されている。これら内燃機関は、燃焼室内で圧縮した混合気を燃焼させ、そのときに発生する燃焼圧力を機械的な仕事に変換して動力として取り出すことを動作原理としている。
【０００３】
こうした内燃機関の中でも燃料を燃焼室内に直接噴射し、燃料噴霧を拡散燃焼させる方式の内燃機関（いわゆるディーゼルエンジンや筒内噴射ガソリンエンジン等）は、燃料消費効率が高いという優れた特性を有している。しかし、その一方で排気ガス中に含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ、以下「ＰＭ」と記述する。）が健康に悪影響を与える可能性が指摘されているため、ディーゼルエンジン等のこうした燃焼方式の内燃機関には、排気ガス中に含まれるＰＭの重量濃度を許容値以下に抑制する旨の法律的な規制が定められている。
【０００４】
ＰＭの削減方法の一つとしてＤＰＦが広く利用されている。ＤＰＦは高収率でＰＭをトラップできる。しかし一方で、目詰まりを起こし、燃費の悪化、出力の低下を引き起こすことがある。そのため、ＤＰＦを加熱して堆積したススを燃焼させて再生させることが行われている。この再生の際、エンジンの油由来の成分（主に灰分）がＤＰＦの中に残存して堆積してしまうことが問題となっている。これは内燃機関の種類や運転条件（燃焼方式、燃焼状態等）、内燃機関に使用する燃料及び潤滑油組成、あるいはＤＰＦの構造、材質、細孔径、さらには排ガス浄化触媒の有無等により、その堆積状態が異なる可能性があり、その詳細を明らかにすることも必要とされている。
【０００５】
この問題の検討に際しては、ＤＰＦに堆積するＰＭ及び再生後の灰分の組成を調べる必要があることはもちろんであるが、ＰＭあるいは灰分等がどのように排ガスフィルタに堆積するのかということも観察する必要があった。
【０００６】
従来において排ガスフィルタへのＰＭ又は灰分等の堆積状態を観察する技術としては、例えば、非特許文献１において使用後のＤＰＦから一部を切り出して観察する方法が提案されている。
【非特許文献１】「連続再生式ＤＰＦの詰まりに及ぼすオイルアッシュの影響調査  その１（硫酸灰分３水準での台上走行試験）」、ＪＣＡＰ技術報告書、財団法人  石油産業活性センター  ＪＣＡＰ推進部、平成１５年５月、ｐ．９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の方法によるとＤＰＦの一部を切り出すこと自体が容易でなく、また、切り出しの際にＰＭ又は灰分等の堆積状況が変化してしまう虞があった。従って、正確な堆積状況の確認が容易でなく、実用的で簡便な測定方法とは言い難いという問題があった。また、このことは、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵型還元触媒等の排ガス浄化触媒を担持した排ガスフィルタ、これらの排ガス浄化触媒を担持したＤＰＦ等、各種の排ガスフィルタに関しても同様の問題であった。
【０００８】
また、１回の実験で１条件についての結果しか得られないことが多く、実験の回数の分の実機に用いられるＤＰＦ等の排ガスフィルタが必要となり、膨大な時間や費用がかかるといった問題もあった。
【０００９】
そこで、本発明は排気ガス中のＰＭ又は加熱再生後の灰分がＤＰＦ等の排ガスフィルタにどのように堆積するかについて、効率的で簡易的であるとともに精度も良く評価が可能となる試験用排ガスフィルタ構造、該試験フィルタを適用した試験装置及び評価方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１１】
請求項１の発明は、内燃機関（１０）に直接連結している排ガスの主通路（３０）から分岐して設けられた排ガスの通路（１０１、１０２、１０３）に配置され、排ガスの流れる方向に厚さ０．１〜５ｍｍ、該厚さ方向に直交する面の面積が１０〜１００００ｍｍ２の平板形状を有する、試験用排ガスフィルタ（１２３）を提供することにより前記課題を解決する。
【００１２】
請求項２の発明は、内燃機関（１０）に直接連結している排ガスの主通路（３０）から分岐して設けられる排ガス試験装置（１００）であって、主通路から分岐する１つ以上の１次分岐管（１０１）と、１次分岐管からさらに分岐する１つ以上の２次分岐通路（１０２、１０３）と、１次分岐通路及び／又は２次分岐通路の少なくともいずれか１つに配設され、１次分岐通路及び／又は２次分岐通路の排ガス条件を制御する条件制御手段（１１０、１２６、１７０）と、条件制御手段の配設された１次分岐管及び／又は２次分岐管に配置され、排ガスの流れる方向に厚さ０．１〜５ｍｍ、該厚さ方向に直交する面の面積が１０〜１００００ｍｍ２の平板形状を有する、試験用排ガスフィルタ（１２３）と、備える排ガス試験装置（１００）を提供することにより前記課題を解決する。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載の発明で、条件制御手段（１１０、１２６、１７０）及び試験用排ガスフィルタ（１２３）が、複数の１次分岐通路（１０１）及び／又は２次分岐通路（１０２、１０３）に配置されることにより、同時に複数の試験が可能であること特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項２又は請求項３いずれか一項に記載の排ガス試験装置（１００）で、条件制御手段（１１０、１２６、１７０）が、排ガスの流速を制御する流速制御手段（１７０）と、ガスフィルタの上流側の排ガスを加熱する加熱手段（１１０）と、排ガスフィルタの温度を制御する温度制御手段（１２６）と、排ガスフィルタの排ガス上流側と下流側における排ガスの圧力差を検知する差圧計測手段（１３０）とを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の排ガス試験装置（１００）で、試験用排ガスフィルタ（１２３）がそのままの状態で着脱可能であることにより、排ガスフィルタ、その性能及び／又は前記排ガスフィルタへの付着物が評価可能であるとともに、内燃機関（１０）、その運転条件、内燃機関に使用した燃料及び潤滑油の組成のうちから選ばれる少なくとも１つを評価することができることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の排ガス試験装置（１００）を用いて、排ガスフィルタ（１２３）、その性能及び／又は前記排ガスフィルタへの付着物を評価するとともに、該評価から内燃機関（１０）、その運転条件、内燃機関に使用した燃料及び潤滑油の組成のうちから選ばれる少なくとも１つを評価する評価方法を提供することにより前記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、本発明の排ガスフィルタは、実際の排ガスフィルタよりも小さい形状を有している。これにより、本発明の排ガスフィルタは、内燃機関に直接連結した主通路から分岐した排ガス通路のいずれかに配置して試験を実施した後、排ガスフィルタの評価をする際に、切断等のような、評価のための後処理をすることなく、ＳＥＭ、ＥＤＸ，ＥＰＭＡ及びＴＧＡ等の分析機器に直接導入できる。よって、試験後の作業によって生じる、適正な評価を阻害するという不具合を大きく減らすことができるので、簡易的かつ精度よい排ガスフィルタ評価が可能となる。さらに、切断等の後処理を必要としないので、これに費やす費用や時間を減らすことができるという効果も得ることができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、内燃機関に直接接続されている排ガスの主通路に、本発明の排ガスフィルタを設置するための専用分岐通路を付加して設ける。そして該分岐通路には排ガスの条件を再現することのできる排ガスの条件制御手段とともに本発明の試験用フィルタを配置する。これにより、試験のために、主通路に大きな変更を加えることなく試験可能とし、かつ、実機の内燃機関からの排ガスを分岐したものなので、実際に即した試験を行うことができる。また、各分岐通路に条件制御手段を設けているので、再現性良い試験のみでなく、加速試験も行うことが可能である。
【００１９】
請求項３の発明によれば、複数の分岐通路の各分岐通路に条件制御手段及び試験用排ガスフィルタを配置することによって、複数の排ガスフィルタを同時に試験することも可能となる。これより例えば分岐通路ごとに異なる条件を設定すれば、効率よく多くの試験を行うことができる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、１次分岐通路及び／又は２次分岐通路に、排ガスフィルタとともに、温度制御装置及び流速制御装置を備えることにより、排ガスの温度及び流速の制御が可能となる。排ガスに関連する試験においては、温度と排ガスの流量（流速）は最も重要な条件の１つであるので、温度制御装置及び流速制御装置を備えることにより、精度の良い試験ができるとともに、多くの条件を設定することができ、それに対応する多くの結果を得ることが可能となる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、請求項２〜４のいずれか一項に記載されている排ガス試験装置の試験用排ガスフィルタは、切り出し等を行う必要なくそのままの状態で着脱が可能である。従って、精度よく排ガスフィルタ、その性能や排ガスフィルタに付着した付着物の評価が可能となる。さらには排ガスフィルタの評価のみではなく、内燃機関、該内燃機関の運転条件、内燃機関に使用した燃料及び潤滑油の組成等も評価することができ、排気ガスに関連する事項を幅広く評価することができる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、請求項２〜４のいずれか一項に記載の排ガス試験装置を利用することにより、排ガスフィルタ、その性能及び／又は排ガスフィルタに付着した付着物を評価するとともに、該評価から前記内燃機関、その運転条件、前記内燃機関に使用した燃料及び潤滑油の組成を評価する評価方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００２４】
図１は、１つの実施形態にかかる排ガスフィルタ１２３の斜視図である。排ガスフィルタ１２３は、排ガスが流れる方向に厚さ０．４ｍｍ、該厚さに直交する面の直径が１１ｍｍ（断面積：９５ｍｍ２）の円板状である炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなるフィルタである。炭化ケイ素（ＳｉＣ）は実際にＤＰＦとして使用されているものの１つの材質である。排ガスフィルタ１２３を後述の排ガス試験装置１００（図２参照）の排ガス通路に配設して試験を行う。従来の排ガスフィルタ試験においては、前述のように主通路に配置された実際と同じ大きさの排ガスフィルタを用いていたため、フィルタ付着物を評価するためには、試験終了後に分析のために切り出さなければならなかった。排ガスフィルタは切り出しが容易でないばかりでなく、切り出すことによって排ガスフィルタの状態が変化してしまう虞があった。しかし本発明の排ガスフィルタ１２３によれば、その構造により、試験後に排ガスフィルタ１２３を取り出し、切り出し等のその他の処理せずに、ＳＥＭ、ＥＤＸ，ＥＰＭＡ及びＴＧＡ等の各種分析機器に直接導入することが可能である。そのため、切り出し等によって排ガスの堆積状態が変化するといった、試験後の作業による、適正な評価を阻害する不具合を大きく低減することができるので、簡易的で精度の良い評価ができる。
【００２５】
なお、排ガスフィルタ１２３は、排ガスフィルタ面を水平に配置しても、垂直に配置しても良く、あるいは斜めに配置しても良いが、ＰＭの堆積状態を均一にし、そのままの状態で各種試験装置に導入できる点で水平に配置（すなわち、排ガスが流れる方向が垂直に上から下へ流れるように配置）することが望ましい。
【００２６】
排ガスフィルタ１２３は大きさを直径１１ｍｍ、厚さ０．４ｍｍとしたが、この大きさ及び形状に限定される必要はなく、例えば矩形（長方形、正方形）あるいは楕円であってもよい。各種分析機器に直接導入可能な大きさであれば適宜変更が可能であり、例えば該フィルタを電子顕微鏡で観察する場合であれば、直径５０ｍｍ程度の円板状、あるいはそれ以上の大きさでも良く、熱重量測定装置（ＴＧＡ）等サンプルが小型である必要があるものは、直径１０ｍｍ前後であれば良い。また、厚さは、フィルタの材質や大きさにもよるが、強度をある程度持たせる必要性から、０．１ｍｍ以上とするのが良く、圧力損失を小さくできる点、熱重量測定装置に適用できるだけの軽量化が必要である点で５ｍｍ以下とすることが良い。なおフィルタを補強する金網等を併用すれば、強度を確保できるため、厚さをより小さくすることもできる。このことから、排ガスの流れる方向に厚さ０．１〜５ｍｍ、好ましくは０．１〜２ｍｍ、特に好ましくは０．２〜１ｍｍ、該厚さ方向に直交する面の面積が１０〜１００００ｍｍ２、好ましくは２０〜１０００ｍｍ２、さらに好ましくは５０〜２００ｍｍ２、特に好ましくは７０〜１００ｍｍ２の範囲であることが好ましい。また、排ガスフィルタは、ＰＭを補足し、排ガスを通過させるために多孔質であることが必要であり、その細孔径の分布は、通常、数ｎｍ〜数百μｍ、好ましくは数ｎｍ〜１００μｍ程度であり、本発明の試験装置を用いることで、排ガスフィルタの細孔径分布の最適化をも評価することができる。
【００２７】
また、排ガスフィルタ１２３はその材質を炭化ケイ素（ＳｉＣ）としたが、この材質に限定される必要はなく、試験目的に応じて変更可能である。例えば、ゼオライト、ジルコニア、γアルミナ、αアルミナ、ムライト、酸化チタン、磁器、リシア、コージェライト、窒化ケイ素等のセラミック及びこれらの複合セラミックス、ワイヤーメッシュ、金属多孔体等から製造される排ガスフィルタ、あるいは、これら排ガスフィルタに三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵型還元触媒等の触媒を担持した排ガスフィルタとして、試験を行っても良く、前記触媒を担持した排ガスフィルタと触媒を担持していない排ガスフィルタとを併用して試験をおこなっても良い。このような触媒担持排ガスフィルタを用いる場合、排ガス中のＰＭや灰分が触媒へ与える影響、触媒への付着状況や、触媒担持フィルタの再生処理後の触媒の状況や性質等を同時に評価することもできる。
【００２８】
排ガスフィルタが適正に評価可能であることにより、該排ガスフィルタ（構造、材質、細孔径等）及びその性能等の評価のみでなく、そのときの内燃機関、その運転条件や燃料、潤滑油の適正も評価可能となる。これは例えば、試験後において排ガスフィルタに堆積したＰＭや灰分を精度よく分析可能とすることにより、ＰＭや灰分の発生源である燃料及び潤滑油組成を検討し、最適化するといったことである。なお、排ガスフィルタを通過した後段の排ガス通路に排ガス分析計を設置すれば、排ガス組成等も同時に分析することができる。以上のように本排ガスフィルタの適用により、非常に多くの評価が精度良く、簡易的にできることとなる。
【００２９】
図２は、第一実施形態にかかる排ガス試験装置１００を概略的に示した図である。動力計２０により負荷を受けて運転している内燃機関１０から排ガスが、主通路３０を通じて外部に放出される。主通路３０に本発明の排ガス試験装置１００が備えられる。排ガス試験装置１００は主通路３０より分岐した１次分岐通路１０１と、該１次分岐通路１０１からさらに分岐した２つの２次分岐通路１０２、１０３を有している。１次分岐通路１０１にはヒーター１１０が取り付けられている。また、２次分岐通路１０２には、図中に直線矢印で示した排ガスの流れ方向に沿って、排ガスの上流側から、排ガスフィルタ１２３を保持した保持手段１２０と、凝縮水分離器１５０と、２次フィルタ１６０と、ポンプ１７０とがこの順に２次分岐通路１０２に直列に配置されている。そして、保持手段１２０の上流側及び下流側の２次分岐通路１０２には、導入管１３１、１３２が取り付けられ、差圧計１３０に接続されている。また、保持手段１２０には温度計１４０が取り付けられている。さらに２次フィルタ１６０の下流側でポンプ１７０の上流側には、２次分岐通路１０２に対して並列に圧力計１８０及び流量計１９０が配置されている。２次分岐通路１０３には該２次分岐通路１０３と直列にポンプ３７０が備えられ、ポンプ３７０の上流側には流量計３９０が２次分岐通路１０３に対して並列に配置されている。
【００３０】
以上のような構成の排ガス試験装置１００とすることにより、例えば試験用内燃機関ではなく、実機として使用される内燃機関からの排ガスが各分岐管に供給され、各種制御機器により排ガスの条件を設定する。これにより、実機におけるＤＰＦを再現した条件で、試験用排ガスフィルタ１２３に排ガスを導入することができ、排ガスフィルタ１２３の精度良い評価が可能となる。また、制御機器を利用して実験条件を適切に変更することにより、適正な評価ができる加速試験となり、試験期間短縮をはかることも可能である。
【００３１】
排ガス試験装置１００には、２つの２次分岐通路１０２、１０３が設けられているが、２次分岐通路が２つに限定される必要は無く、３つ以上の２次分岐通路が設けられてもよい。また１つの２次配管であってもよい。この場合は１次分岐通路１０１を流れる排ガスの全てが１つの２次分岐通路に流れることになる。さらに、排ガス試験装置１００では、排ガスフィルタ１２３、保持手段１２０、差圧計１３０、温度計１４０、凝縮水分離器１５０、２次フィルタ１６０、圧力計１８０は２次分岐通路１０２のみに備えられ、２次分岐通路１０３には備えられていない。しかし、２次分岐通路１０３にも排ガスフィルタ、保持手段、差圧計、温度計、凝縮分離器、２次フィルタ及び圧力計を備えてもよく、さらに多くの２次分岐通路を設けた場合においても該２次分岐通路の全てにこれらのものを備えてもよい。
【００３２】
これにより、後述する実施形態のような試験が可能となり、精度を維持しつつ、効率よく、簡易的に多くの試験結果を得ることができる。
【００３３】
次に排ガス試験装置１００の各構成要素について説明する。１次分岐通路１０１は、排ガス通路３０に接続され、主通路３０より小さい径を有している。これにより、分岐管を配置したことによる主通路３０への影響を少なくすることができる。１次分岐通路１０１は、２次分岐通路１０２、１０３に排ガスを供給する役割を有している。１次分岐通路１０１内の排ガスの流速は、ポンプ１７０やポンプ３７０により制御可能であり、特に限定されるものではないが、４ｍ／ｓ以上であることが好ましい。１次分岐通路１０１内の排ガス流速を４ｍ／ｓ以上とすることにより、１次分岐通路１０１内でＰＭが管壁に堆積する現象である「管内沈着」を防止することができる。２次分岐通路１０２、１０３は、１次分岐通路１０１から分岐し、後述の排ガスフィルタ１２３や他の制御、測定機器等が配置される。
【００３４】
ヒーター１１０は、１次分岐通路１０１を形成する管の外周を巻いて取り付けられる。ヒーター１１０は、１次分岐通路１０１を流れる排ガスが冷却されること、及び冷却されることによる排ガス中の水分の凝縮を防止している。２次分岐通路１０２、１０３へは、評価するに値する状態の排ガスを供給しなければならない。このときに、排ガスが１次分岐通路の中を流れることにより、冷却され、さらに該冷却により排ガス中の水分が凝縮し、液化が生じてしまうと、下流にある２次分岐通路１０２、１０３に評価に適した排ガスが供給されない虞がある。これを防止するために、ヒーター１１０が１次分岐通路１０１に備えられる。ヒーター１１０の放熱量は制御可能であり、実験条件に応じて適宜変更することができる。排ガス中の水分を凝縮させないためには排ガス温度が１１０℃程度となるようにヒーターの放熱量を調節することが好ましい。ただし、試験条件により、１次分岐通路１０１中の排ガス温度を１１０℃より低く設定したり、逆に１１０℃よりも高く設定したりしてもよく、そのときにはヒーターの放熱量を適切に変更させることにより行う。
【００３５】
２次分岐通路１０２には、排ガスフィルタ１２３を取り付けた保持手段１２０が、２次分岐通路１０２に直列に配置されている。図３は排ガスフィルタ１２３を含めた保持手段１２０を分解して示した正面図である。図３において、見易さのためヒーター１２６のみは縦断面で示している。紙面上方が排ガスの上流、紙面下方が排ガスの下流である。保持手段１２０は、排ガスの上流側から、上流側固定部材１２１と、上流側シール材１２２、下流側シール材１２４と、下流側固定部材１２５とをこの順に備え、外周をヒーター１２６で囲まれている。排ガスフィルタ１２３は、上流側シール材１２２と下流側シール材１２４との間に挟まれて配置される。上流側部材１２１は、配管接続部１２１ａ、部材１２１ｂ及び連結部１２１ｃが一体に形成され、該配管接続部１２１ａ、部材１２１ｂ及び連結部１２１ｃを通じる貫通孔１２１ｄを有している。上流側シール材１２２はリング状であり、厚さ方向に貫通孔１２２ｄが設けられている。下流側シール部材１２４は、上流側シール材１２２と同形状を有し、厚さ方向に貫通孔１２４ｄが設けられている。下流側固定部材１２５は、配管接続部１２５ａ、連結部１２５ｃ、及び配管接続部１２５ａと連結部１２５ｃとを貫通して連結する通路１２５ｂとを有している。該配管接続部１２５ａ、連結部１２５ｃ、及び通路１２５ｂが下流側部材１２５の貫通孔１２５ｄを構成している。これらのシール材の材料は特に制限はなく、フッ素樹脂やシリコンゴム、二トリルゴム等の有機材料を使用できる他、耐熱性（例えば３００〜８００℃程度）を持たせるために金属製（例えば、鋼材やアルミニウム系材料など）も使用することができる。
【００３６】
次に保持手段１２０の組立方法の１例を示す。最初に、下流側固定部材１２５の連結部１２５ｃの底部に下流側シール材１２４を配置する。下流側シール材１２４の外径は通路１２５ｂの径よりも大きく、かつ、連結部１２５ｃの径よりも小さく作られている。従って、下流側シール材１２４は連結部１２５ｃの底部に留まって配置可能である。次に下流側シール材１２４の上流側に排ガスフィルタ１２３を配置する。排ガスフィルタ１２３の外径は、下流側シール材１２４の貫通孔１２４ｄの径よりも大きく、かつ、下流側シール材１２４の外径よりも小さい。よって排ガスフィルタ１２３は、連結部１２５ｃの底部に配置された下流側シール材１２４の上流側に配置できる。次に該排ガスフィルタ１２３のさらに上流側に上流側シール材１２２が配置される。上流側シール材１２２は、下流側シール材１２４と同じ形状を有しているので、連結部１２５ｃ内の排ガスフィルタ１２３の上流側に配置できる。かかるように配置された下流側固定部材１２５、下流側シール材１２４、排ガスフィルタ１２３及び上流側シール材１２２のさらに上流側から、上流側固定部材１２１を取り付ける。上流側固定部材１２１の連結部１２１ｃと下流側固定部材１２５の連結部１２５ｃはそれぞれ対応するおねじとめねじの関係を有しており、連結部１２１ｃを連結部１２５ｃにねじ込むことができるようになっている。上側固定部材１２１ｂの下流側端面を上側シール材１２２の上流側端面に当接させて配置する。ねじ込みの程度は排ガスが漏れないことが目安となる。これにより上流側シール材１２２、排ガスフィルタ１２３及び下流側シール材１２４が、上流側固定部材１２１と下流側固定部材１２５との間に、固定して配置される。以上により、保持手段１２０には、貫通孔１２１ｄ、１２２ｄ、１２４ｄ、１２５ｄが略同一軸上に配置され、排ガスフィルタ１２３を備えた１つの排ガス通路を形成する。また、上流側固定部材１２１の配管接続部１２１ａは、テーパおねじとなっており、２次分岐通路１０２に配置される。さらに下流側固定部材１２５の配管接続部１２５ａは、テーパめねじとなっており、２次分岐通路１０２に接続される。そして、組み立てられた上側固定部材１２１と下側固定部材１２５の周りをヒーター１２６で囲んで配置する。
【００３７】
１次分岐通路１０１から分岐して２次分岐通路１０２に流入した排ガスは、貫通孔１２１ｄに流入し、貫通孔１２２ｄ、排ガスフィルタ１２３、貫通孔１２４ｄを通過して貫通孔１２５ａを流れ、２次分岐通路１０２の下流側へ流出する。これにより２次分岐通路１０を流れた排ガスは、排ガスフィルタ１２３を通過するので、排ガスの条件を適切にすることにより、実際の排ガスフィルタを再現する形で排ガスフィルタの性質や性能等必要な事項の多くを評価することができる。また、排ガスフィルタ１２３は、ヒーター１２６の出力を調整することにより実験条件に見合った排ガスフィルタ１２３の温度とすることができる。排ガスフィルタ１２３の温度は、実験目的により異なるので特に限定されるものではないが、室温から７５０℃程度、好ましくは１５０℃以上、さらに好ましくは３００℃以上、特に好ましくは５００℃以上で変更可能であることが好ましい。排ガスフィルタ１２３の温度を３００〜７５０℃程度に制御することにより、堆積したＰＭや灰分を燃焼し、再生処理を行うことができ、そのときのフィルタ状態の評価や再生条件の最適化も評価可能となる。
【００３８】
保持手段１２０は、試験終了後、上述の組立方法の逆の手順により、各部材を分離することができる。従って、排ガスフィルタ１２３を取り出し、切り出し等やその他の処理をせずに、ＳＥＭ、ＥＤＸ，ＥＰＭＡ及びＴＧＡ等の分析機器に直接導入できる。そのため、切り出し等によってＰＭや灰分の堆積状態が変化するといった、試験後の作業によって、適正な評価を阻害する不具合を大きく低減することができる。これにより、簡易的で精度良い評価が可能となる。
【００３９】
以上のように、本発明では、試験後において、排ガスフィルタ１２３を分析し、該排ガスフィルタの評価をした上で、排ガスフィルタに堆積したＰＭや灰分をさらに分析することにより、使用された燃料や潤滑油組成の適性の評価が可能となる一連の評価方法も提供することができる。例えば、この適性を評価した燃料や潤滑油組成を元に、さらに適性を向上させた燃料や潤滑油組成を考察してもよい。かかる評価方法により、内燃機関の排ガスに関する多くの事項を、簡易的で精度良く、短時間で得ることができる。
【００４０】
図２に戻り、排ガス試験装置１００の構成要素について説明を継続する。保持手段１２０には温度計１４０が取り付けられる。温度計１４０は排ガスフィルタ１２３に隣接した位置の温度（排ガス温度あるいはヒーター１２６を用いて加熱する場合は排ガスフィルタ（再生）処理温度）を測定することができる。温度を測定する方法は、排ガスフィルタ近傍の測定するためのあらゆる方法が適用可能である。例えば、熱電対の先端を排ガス通路に突出させることにより排ガスフィルタ近傍の温度を測定するという方法が挙げられる。
【００４１】
さらに保持手段１２０の上流側及び下流側には、導入管１３１、１３２が２次分岐通路１０２に対して並列に接続され、他端が差圧計１３０に連結されている。差圧計１３０は排ガスフィルタ１２３による排ガスの圧力損失を測定するために設置されたものであり、試験中における排ガスフィルタ１２３の状態を推測することができる。例えば、実験条件として該差圧を閾値として利用することもできる。差圧計１３０はあらゆる種類の差圧計を選択することができ、例えばマノメーターや、ひずみゲージを利用した差圧計などが挙げられる。
【００４２】
２次分岐通路１０２における導入管１３２の下流側には凝縮水分離器１５０及び２次フィルタ１６０が、２次分岐通路１０２に対して直列に接続されている。凝縮水分離器１５０は、排ガス中に生じた凝縮水を選択的に排除するための装置である。凝縮水分離器１５０と２次フィルタ１６０は、さらに下流側に配置される圧力計１８０、流量計１９０及びポンプ１７０を凝縮水や異物から保護することを目的に備えられている。
【００４３】
２次分岐通路１０２の２次フィルタ１６０の下流側には、圧力計１８０と流量計１９０が、２次分岐通路１０２に対して並列に備えられている。圧力計１８０と流量計１９０とは排ガスの圧力と流量を測定するための計測器であり、計測結果は試験の測定データの一部となり得るものである。これら圧力計１８０及び流量計１９０は、排ガスを測定するために適正なものであれば、その測定方法は特に限定されるものではない。
【００４４】
２次分岐通路のさらに下流側には、ポンプ１７０が、２次分岐通路１０２に直列に配置されている。ポンプ１７０は、２次分岐通路１０２を流れる排ガスの流量を制御するもので、流量が試験条件に合うように適宜調整可能となっている。ポンプ１７０は、排ガスの流量を制御するために適したポンプであれば、その種類は特に限定されるものではない。
【００４５】
２次分岐通路１０３には、流量計３９０及びポンプ３７０が備えられている。これは、２次分岐通路１０３を流れる排ガスの流量をポンプ３７０により制御し、その流量を３９０により測定するというものである。２次分岐通路１０３を流れる排ガスは２次分岐通路１０２を流れる排ガスと密接に関連しているので、２次分岐通路１０２を流れる排ガスを制御するためのポンプ３７０でもあり、その流量を得る流量計３９０でもある。
【００４６】
以上の構成により、２次分岐通路１０２、１０３を、主通路３０の条件を再現するような条件に設定することができる。また、条件を適切に選択することにより、評価に値する形で加速試験も可能となる。
【００４７】
図４は第二実施形態にかかる排ガス試験装置５００の概要を示した図である。排ガス装置５００は３つの２次分岐管１０２、１０３、１０４を有し、各２次分岐管１０２、１０３、１０４に、保持手段１２０、１２０ａ、１２０ｂ、差圧計１３０、１３０ａ、１３０ｂ、温度計１４０、１４０ａ、１４０ｂ、凝縮水分離器１５０、１５０ａ、１５０ｂ、２次フィルタ１６０、１６０ａ、１６０ｂ、圧力計１８０、１８０ａ、１８０ｂ、流量計１９０、１９０ａ、１９０ｂ及びポンプ１７０、１７０ａ、１７０ｂを備えている。また、各保持手段１２０、１２０ａ、１２０ｂには、互いに異なる種類の排ガスフィルタが備えられている。このようにすることで、異なった種類の排ガスフィルタを３種類同時に試験できる。２次分岐管をさらに増やすことによりその分の排ガスフィルタを同時に試験することが可能となる。
【００４８】
また、各２次分岐管１０２、１０３、１０４はそれぞれにポンプ、保持手段を備えているので、２次分岐管ごとに条件を変えて試験することも可能である。
【００４９】
図５は第三実施形態にかかる排ガス試験装置６００の概要を示した図である。これは、第二実施形態にかかる排ガス試験装置５００の２次分岐管１０２、１０３、１０４の保持手段１２０、１２０ａ、１２０ｂの排ガス上流側に、バルブ１０５、１０５ａ、１０５ｂを取り付けたものである。バルブ１０５、１０５ａ、１０５ｂの操作により第２分岐管１０２、１０３、１０４を個別に閉鎖することが可能となる。これにより例えば、３つの保持手段１２０、１２０ａ、１２０ｂには同じ種類の排ガスフィルタを設置し、バルブ１０５は５時間、バルブ１０５ａは１０時間、バルブ１０５ｂは１５時間でそれぞれ閉鎖することとし、試験後３つの排ガスフィルタを評価すれば、経時的な試験が可能である。
【００５０】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う排ガスフィルタ、試験装置及び評価方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【実施例】
【００５１】
次に本発明の試験用排ガスフィルタ及び排ガス試験装置を使用して試験した結果の一部を実施例として示す。本発明はこれらの実施例になんら限定されるものではない。
【００５２】
試験には、直列４気筒、ＯＨＣ、渦流室式で、排気量１９３７ｃｍ３のエンジンを用いた。試験の初期条件は、試験用排ガスフィルタを通過する排ガス流量を５００ｍｌ／ｍｉｎ、試験用排ガスフィルタ出口温度を１８０℃とした。該条件下において、試験開始３時間後に試験用排ガスフィルタの上流側と下流側との差圧が３０ｋＰａとなった後、さらに２時間試験を継続し、試験用排ガスフィルタを通過する排ガス流量が４００ｍｌ／ｍｉｎまで低下した時点で試験用排ガスフィルタを取り出した。以下にそのときの結果を示す。
【００５３】
図６は、試験中における、試験用排ガスフィルタを流れる排ガス流量、及び試験用排ガスフィルタの排ガス上流側と下流側との差圧の経時変化を示した図である。横軸に時間、縦軸に流量及び差圧を取っている。図中四角で示した点が流量を、菱形で示した点が差圧（ΔＰ）をそれぞれ示している。図６からわかるようにΔＰの上昇に伴い、流量の減少が見られ、ＰＭが堆積していると推測できる。これによって、試験中において試験用排ガスフィルタへのＰＭの堆積状態の予測が可能となり、フィルタを取り出して分析を開始する１つの条件とすることができる。
【００５４】
図７は、取り出した試験用排ガスフィルタを熱重量測定装置（ＴＧＡ）により分析した結果である。横軸には時間、縦軸には重量（分析前を１００％としたときに対する割合）及び温度を示している。図７の破線矢印で示した分の重量が、温度の上昇とともに減少し、特に４００〜６００℃で急激に減少していることがわかる。これは加熱により堆積したススが燃焼し、試験用排ガスフィルタが再生していることを示す。このように本発明の試験用排ガスフィルタは直接ＴＧＡに導入可能であり、精度良い分析が可能であるとともにＴＧＡによる加熱でフィルタが再生もできる。さらに他の分析装置や各種分析方法（化学的分析等）を適宜組み合わせることにより、再生後に試験用排ガスフィルタに残存した灰分の量だけでなく詳細な灰分に関する情報をえることも可能となる。
【００５５】
図８、図９及び図１０は試験後の排ガスフィルタを各種顕微鏡に導入し、観察を行った結果を示したものである。図８は光学顕微鏡により、図９はレーザー顕微鏡により観察した試験用排ガスフィルタの表面観察結果である。図１０は、試験用排ガスフィルタの断面をＳＥＭにより観察したものである。図８及び図９中に示したように表面からは堆積物を確認することができる。以上のように本発明のフィルタは簡易的にかつ精度よく、光学顕微鏡をはじめとする、レーザー顕微鏡、ＴＧＡ、ＳＥＭ、ＥＰＭＡ、ＥＳＣＡ等の各種分析機器等に導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の１つの実施形態にかかる排ガスフィルタの斜視図である。
【図２】第一実施形態にかかる試験装置の概略を示す図である。
【図３】保持手段を分解して示す正面図である。
【図４】第二実施形態にかかる試験装置の概略を示す図である。
【図５】第三実施形態にかかる試験装置の概略を示す図である。
【図６】試験中における排ガス流量、及び時間と排ガス上流側と下流側との差圧の経時変化を示すグラフである。
【図７】取り出した試験用排ガスフィルタを熱重量測定装置（ＴＧＡ）により分析した結果である。
【図８】光学顕微鏡による試験後の試験用排ガスフィルタの表面観察結果である。
【図９】レーザー顕微鏡による試験後の試験用排ガスフィルタの表面観察結果である。
【図１０】ＳＥＭによる試験後の試験用排ガスフィルタの断面観察結果である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  内燃機関
２０  動力計
３０  排ガス通路
１００  試験装置
１０１  １次分岐通路
１０２  ２次分岐通路
１０３  ２次分岐通路
１１０  ヒーター
１２０  保持手段
１２３  排ガスフィルタ
１３０  差圧計
１４０  温度計
１５０  凝縮水分離機
１６０  ２次フィルタ
１７０  ポンプ
１８０  圧力計
１９０  流量計
３７０  圧力計
３９０  流量計
【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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