(57)【要約】  本発明は、第１流量計と第２流量計との流量補償範囲に制限されることなくサンプルガスの希釈率を設定可能にし、特にサンプルガスを低希釈率で希釈できるようにするものであり、排気管を流れる排ガスの一部がサンプルガスとして混合部３１に導入される下流側希釈トンネル３と、下流側希釈トンネル３の上流側に接続されるとともに、第１流量計ＦＭ１を有する希釈用気体流路４と、下流側希釈トンネル３の下流側に接続されるとともに、第２流量計ＦＭ２を有する希釈サンプルガス流路５と、下流側希釈トンネル３内における混合部３１上流側に接続されるとともに、第３流量計ＦＭ３を有する希釈用気体排出流路６と、を具備する。
2011074382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管を流れる排ガスの一部、又は上流側希釈トンネル内を流れる希釈された排ガスの一部がサンプルガスとして混合部に導入される下流側希釈トンネルと、
前記下流側希釈トンネルの上流側に接続されてこの下流側希釈トンネルに希釈用気体を供給し、その希釈用気体の流量を測定する第１流量計を有する希釈用気体流路と、
前記下流側希釈トンネルの下流側に接続され、前記希釈用気体で希釈された希釈サンプルガスの流量を測定する第２流量計を有する希釈サンプルガス流路と、
前記下流側希釈トンネル内における混合部上流側に接続されてこの下流側希釈トンネル内の希釈用気体の一部を外部に排出し、その排出される希釈用気体の流量を測定する第３流量計を有する希釈用気体排出流路と、を具備する排ガスサンプリング装置。
【請求項２】
前記第１流量計により得られる希釈用気体流量と前記第２流量計により得られる希釈サンプルガス流量とを同一にし、前記下流側希釈トンネルに導入されるサンプルガス流量を、前記第３流量計により得られる排出気体流量によって調節する請求項１記載の排ガスサンプリング装置。
【請求項３】
前記下流側希釈トンネルが、上流側希釈トンネル内を流れる希釈された排ガスをサンプルガスとして混合部に導入されるものであり、
前記上流側希釈トンネルが、上流側で排ガス及び希釈用気体が導入されると共に、下流側に希釈後の排ガスの流量を一定とする定流量装置が接続されており、
前記希釈用気体排出流路が、前記定流量装置よりも上流側に接続されている請求項１記載の排ガスサンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジン等から排出されるＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ、すす等の微粒子状物質）を定量分析する排ガス中のＰＭ測定に用いられる排ガスサンプリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の排ガスサンプリング装置としては、特許文献１に示すように、排ガスの一部がサンプルガスとして導入される希釈トンネルの上流側に、当該導入された排ガスを希釈する希釈用空気の流量（ＱＡ）を測定する第１流量計を備えた希釈用空気流路が接続されている。また、希釈トンネルの下流側に、希釈された排ガス中のＰＭを捕集するフィルタ及びこのフィルタを通過する希釈後の排ガスの流量（ＱＢ）を測定する第２流量計を備えた測定流路が接続されている。そして、希釈トンネルに導入されるサンプルガスの流量は、前記第１流量計の測定結果（ＱＡ）及び第２流量計の測定結果（ＱＢ）の差（ＱＢ−ＱＡ）から求めるようにしている。そうすると、排ガスの希釈率は、ＱＢ／（ＱＢ−ＱＡ）となる。【０００３】
しかしながら、第１流量計及び第２流量計を用いて希釈トンネルに導入されるサンプルガス流量を決定するものでは、排ガスの希釈率が、第１流量計及び第２流量計の測定レンジに制限されてしまい、所望の希釈率を精度良く得ることが難しい場合がある。【０００４】
上記のとおり第１流量計の測定結果及び第２流量計の測定結果の差分によりサンプルガスの流量を決定していることから、両流量計を同じレンジで校正する必要がある。そして、これらの流量計は、フルスケールに対して精度良く使用できる範囲（流量補償範囲）が決まっており、例えばベンチュリ式流量計の場合には、その流量補償範囲はフルスケールに対して約５０％である。つまり、第１流量計及び第２流量計をそれぞれ流量補償範囲で使用した場合には、排ガスの希釈率の最小値は２倍が限度であり、それ以下の希釈率では正確な希釈ができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３２６１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、希釈トンネルの上流側に設けた第１流量計と下流側に設けた第２流量計との流量補償範囲に制限されることなくサンプルガスの希釈率を設定可能にし、特にサンプルガスを低希釈率で希釈できるようにすることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る排ガスサンプリング装置は、排気管を流れる排ガスの一部、又は上流側希釈トンネル内を流れる希釈された排ガスの一部がサンプルガスとして混合部に導入される下流側希釈トンネルと、前記下流側希釈トンネルの上流側に接続されてこの下流側希釈トンネルに希釈用気体を供給し、その希釈用気体の流量を測定する第１流量計を有する希釈用気体流路と、前記下流側希釈トンネルの下流側に接続され、前記希釈用気体で希釈された希釈サンプルガスの流量を測定する第２流量計を有する希釈サンプルガス流路と、前記下流側希釈トンネル内における混合部上流側に接続されてこの下流側希釈トンネル内の希釈用気体の一部を外部に排出し、その排出される希釈用気体の流量を測定する第３流量計を有する希釈用気体排出流路と、を具備することを特徴とする。【０００８】
このようなものであれば、第１流量計及び第２流量計だけでなく、混合部上流側に第３流量計を有する希釈用気体排出流路を設けているので、サンプルガスの流量の設定自由度を増すことができ、流量補償範囲に制限されることなくサンプルガスの希釈率を設定可能にすることができる。特に、従来のサンプルガスの希釈率では、第１流量計及び第２流量計の流量補償範囲に制限されることによって低希釈率の領域においては正確な希釈ができないところ、第３流量計を有する希釈用気体排出流路を設けることによって、サンプルガスを精度よく低希釈率で希釈することができる。【０００９】
例えば上記流量計がベンチュリ式流量計の場合には、その流量補償範囲はフルスケールの約５０％である。そうすると、従来のように第１流量計及び第２流量計のみを用いたサンプルガスの希釈は２倍が限度であり、それよりも低希釈率では精度良く希釈することができない。一方、希釈トンネルの混合部上流側に第３流量計を有する希釈用気体排出流路を設けることによって、第１流量計及び第２流量計を流量補償範囲で使用した場合であっても、希釈トンネル内に導入された希釈用気体を外部に排出することによって、サンプルガスと混合される希釈用気体の流量を減少させることができ、サンプルガスの低希釈率を精度良く設定することができる。【００１０】
従来の第１流量計及び第２流量計のみを用いた排ガスサンプリング装置は、サンプルガスの流量が変化する範囲の各点で精度良く校正する必要がある。つまり、第１流量計の測定結果（ＱＡ）及び第２流量計の測定結果（ＱＢ）の流量差（ＱＢ−ＱＡ）が精度良く出るように、各第１流量計及び第２流量計それぞれの絶対値を校正する必要がある。また、第１流量計の測定結果（ＱＡ）及び第２流量計の測定結果（ＱＢ）の流量差（ＱＢ−ＱＡ）によってサンプルガス流量を算出するものでは、各サンプルガス流量における第１流量計及び第２流量計の間のライン（流路）でガスリークが発生する等の要因によって、測定対象ガスのサンプリング精度が悪くなるという問題がある。【００１１】
これらの問題を解決するためには、前記第１流量計により得られる希釈用気体流量と前記第２流量計により得られる希釈サンプルガス流量とを同一にし、前記下流側希釈トンネルに導入されるサンプルガス流量を、前記第３流量計により得られる希釈用気体流量によって調節することが望ましい。【００１２】
これならば、サンプルガス流量は第１流量計及び第２流量計に関係なく第３流量計によって決まるので、サンプルガス流量を簡単に求めることができ、それら流量計の流量各点におけるライン要因によるサンプリング精度の誤差を低減することができる。また、校正に関して言うと、第１流量計の流量及び第２流量計の流量を同一にしているので、第１流量計又は第２流量計の一方（好ましくは希釈用空気側の第１流量計）の１点だけの絶対値を校正すれば良いので、校正作業の手間を格段に容易にすることができ作業時間も短縮することができる。なお、他方の流量計の校正は、上記１点の絶対値校正された流量計を用いてライン上に組み込まれた状態で一点のみ校正すれば良いので、複数の流量値において校正する必要が無く、校正作業の手間を格段に容易にすることができ作業時間も短縮することができる。【００１３】
上記の発明を全流希釈トンネルにおけるセカンドトンネル方式に適用して、その他の排ガス成分測定用サンプリングラインにおける流量誤差影響を低減するためには、前記下流側希釈トンネルが、上流側希釈トンネル内を流れる希釈された排ガスをサンプルガスとして混合部に導入されるものであり、前記上流側希釈トンネルが、上流側で排ガス及び希釈用気体が導入されると共に、下流側に希釈後の排ガスの流量を一定とするベンチュリ及びポンプ等からなる定流量装置が接続されており、前記希釈用気体排出流路が前記定流量装置の上流側に接続されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
このように構成した本発明によれば、希釈トンネルの上流側に設けた第１流量計と下流側に設けた第２流量計との流量補償範囲に制限されることなくサンプルガスの希釈率を設定可能にし、特にサンプルガスを低希釈率で希釈できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガスサンプリング装置の構成を示す模式図である。
【図２】変形実施形態に係る排ガスサンプリング装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００１６】
１００    ・・・排ガスサンプリング装置
Ｅ１      ・・・排気管
３        ・・・下流側希釈トンネル（希釈トンネル）
３１      ・・・混合部
４        ・・・希釈用気体流路
ＦＭ１    ・・・第１流量計
５        ・・・希釈サンプルガス流路
Ｆ１、Ｆ２・・・フィルタ
ＦＭ２    ・・・第２流量計
６        ・・・気体排出流路
ＦＭ３    ・・・第３流量計
３ａ      ・・・上流側希釈トンネル
８        ・・・定流量装置
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明に係る排ガスサンプリング装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態に係る排ガスサンプリング装置１００は、例えば自動車に搭載されるディーゼルエンジンＥ等に連なる排気管Ｅ１から排ガスを分流採取（サンプリング）して希釈し、その内部に含まれるＰＭを捕集するマイクロトンネル型のものである。
【００１９】
具体的にこのものは、図１に示すように、排気管Ｅ１に挿入して接続され、排気管Ｅ１中を流れる排ガスの一部をサンプルガスとしてサンプリングするためのサンプリングパイプ２と、当該サンプリングパイプ２によってサンプリングされた排ガス（サンプルガス）が導入され、例えばオリフィス等の混合部３１によって混合希釈する下流側希釈トンネル（以下、本実施形態では「希釈トンネル」と言う。）３と、希釈トンネル３の上流側に接続されて希釈トンネル３内にサンプリングされた排ガスを希釈する希釈用空気を供給する希釈用空気流路４と、希釈トンネル３の下流側に接続され、希釈用空気で希釈された希釈サンプルガスが流れる希釈サンプルガス流路５と、希釈トンネル３内における混合部３１上流側に接続されてこの希釈トンネル３内の希釈用空気の一部を外部に排出する空気排出流路６と、を備えている。
【００２０】
サンプリングパイプ２は、一端開口が排気管Ｅ１中に配置され、他端開口が希釈トンネル３の混合部３１上流側近傍（オリフィス近傍）に配置されている。
【００２１】
希釈用空気流路４には、その上流側から空気を取り込みこれに含まれる塵埃などの異物を除去するフィルタＦと、例えばルーツブロアポンプ等の第１吸引ポンプＰ１と、希釈用空気の流量を測定する例えば差圧式流量計等の第１流量計ＦＭ１（例えばベンチュリ式流量計やオリフィス式流量計等）と、がこの順に直列に設けられている。
【００２２】
希釈サンプルガス流路５の下流側は２つの流路に分岐しており、それぞれの分岐路５ａ、５ｂには希釈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Ｆ１、Ｆ２が設けられている。そして、一方の分岐路５ａは、ＰＭ測定時の希釈サンプルガスを流すための流路であり、他方の分岐路５ｂはＰＭ非測定時の希釈サンプルガスを流すための流路である。それら分岐路５ａ、５ｂの合流点には、流路切換手段として三方電磁弁Ｖが設けられており、各分岐路５ａ、５ｂを切り換える可能に構成されている。また、希釈排ガス流路５の合流点下流側には、その上流側から、例えばルーツブロアポンプ等の第２吸引ポンプＰ２と、希釈サンプルガスの流量を測定する例えば差圧式流量計等の第２流量計ＦＭ２（例えばベンチュリ式流量計やオリフィス式流量計等）と、がこの順に直列に設けられている。なお、下流側は例えば大気開放されている。
【００２３】
空気排出流路６には、その上流側から、例えばルーツブロアポンプ等の第３吸引ポンプＰ３と、排出される希釈用空気の流量を測定する例えば差圧流量計等の第３流量計ＦＭ３（例えばベンチュリ式流量計やオリフィス式流量計等）と、がこの順に直列に設けられている。なお、下流側は例えば大気開放されている。また、上記の各流量計ＦＭ１〜ＦＭ３は、測定レンジが同一のものであっても良いし、それぞれ異なる測定レンジであっても良い。但し、部品共通化の観点からは、各流量計ＦＭ１〜ＦＭ３は測定レンジの等しい同じ流量計を用いることが良い。
【００２４】
また、本実施形態の排ガスサンプリング装置１００は、各流路４〜６に設けられた吸引ポンプＰ１〜Ｐ３及び三方電磁弁Ｖの制御を行う分析制御装置７を備えている。この分析制御装置７は、ＣＰＵ、メモリ、入力手段、ディスプレイ等を備え、メモリに格納した所定プログラムにしたがってＣＰＵや周辺機器が協働して動作する汎用乃至専用のいわゆるコンピュータである。
【００２５】
具体的に分析制御装置７は、第１流量計ＦＭ１からの出力信号を取得して第１吸引ポンプＰ１を制御し、第２流量計ＦＭ２からの出力信号を取得して第２吸引ポンプＰ２を制御し、第３流量計ＦＭ３からの出力信号を取得して第３吸引ポンプＰ３を制御する。
【００２６】
しかして本実施形態の分析制御装置７は、第１流量計ＦＭ１により得られる希釈用空気流量（Ｑ１）と第２流量計ＦＭ２により得られる希釈サンプルガス流量（Ｑ２）とを同一にするとともに、サンプリングガスパイプ２により希釈トンネル３に導入されるサンプルガス流量（ＱＸ）を、第３流量計ＦＭ３により得られる排出空気流量（Ｑ３）によって調節する。
【００２７】
詳述すると、分析制御装置７は、第１流量計ＦＭ１により得られる希釈用空気流量（Ｑ１）と第２流量計ＦＭ２により得られる希釈サンプルガス流量（Ｑ２）とが同一となるように第１吸引ポンプＰ１及び第２吸引ポンプＰ２を制御する。この状態でさらに分析制御装置７は、第３流量計ＦＭ３により得られる排出空気流量（Ｑ３）を所定値となるように第３吸引ポンプＰ３を制御する。このように、第１流量計ＦＭ１により得られる希釈用空気流量（Ｑ１）と、第２流量計ＦＭ２により得られる希釈サンプルガス流量（Ｑ２）とを同一にすることによって、第３流量計ＦＭ３により得られる排出空気流量（Ｑ３）が、排ガスのサンプリング流量（ＱＸ）となる。したがって、従来のように第１流量計ＦＭ１の測定結果及び第２流量計ＦＭ２の測定結果の差分によりサンプリング流量を算出することなく、第３流量計ＦＭ３の測定結果により直接的にサンプリング流量が求まることになる。つまり、分析制御装置７は、第３流量計ＦＭ３からの出力信号を取得して、以後の演算において、第３流量計ＦＭ３により得られた排出空気流量（Ｑ３）をサンプリング流量（ＱＸ）とする（ＱＸ＝Ｑ３）。なお、分析制御措置７は、入力装置からの入力を受け付けることにより、所望のサンプリング流量（ＱＸ）を設定し、制御することができる。
【００２８】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る排ガスサンプリング装置１００によれば、サンプルガス流量（ＱＸ）が第１流量計ＦＭ１及び第２流量計ＦＭ２に関係なく、第３流量計ＦＭ３のみによって決まるので、サンプルガス流量（ＱＸ）を簡単に求めることができ、それら流量計ＦＭ１、ＦＭ２の流量各点におけるライン要因によるサンプリング精度の誤差を低減することができる。
【００２９】
また、校正に関して言うと、第１流量計ＦＭ１の流量及び第２流量計ＦＭ２の流量を同一にしているので、第１流量計ＦＭ１又は第２流量計ＦＭ２の一方（好ましくは第２流量計ＦＭ２）の１点だけの絶対値を校正すれば良く、校正作業の手間を格段に容易にすることができ作業時間も短縮することができる。なお、他方の流量計ＦＭ１の校正は、上記１点の絶対値校正された流量計ＦＭ２を用いてライン上に組み込まれた状態で一点のみ校正すれば良いので、複数の流量値において校正を行う必要が無く、校正作業の手間を格段に容易にすることができ作業時間も短縮することができる。
【００３０】
さらに、空気排出流路６が混合部３１上流側に接続され、混合部３１上流側の希釈用空気を外部に排出するようにしているので、サンプルガス流路２や希釈サンプルガス流路５におけるフィルタＦ１、Ｆ２上流に弁や流量計を設置する必要が無いため、ＰＭの測定誤差を防止することができる。
【００３１】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、第１流量計の流量及び第２流量計の流量を同一にしているが、それらの流量を互いに異なるようにしても良い。つまり、第１流量計の流量よりも第２流量計の流量を大きく設定しても良い。このとき、サンプリング流量（ＱＸ）は、第１流量計の流量（Ｑ１）、第２流量計の流量（Ｑ２）及び第３流量計の流量（Ｑ３）から、Ｑ２−（Ｑ１−Ｑ３）となる。これならば、サンプルガスの流量の設定自由度を増すことができ、流量補償範囲に制限されることなくサンプルガスの希釈率を設定可能にすることができる。特に、従来のサンプルガスの希釈率では、第１流量計及び第２流量計の流量補償範囲に制限されることによって低希釈率の領域においては正確な希釈ができないところ、第３流量計を有する空気排出流路を設けることによって、サンプルガスを精度良く低希釈率で希釈することができる。
【００３２】
また、前記実施形態の排ガスサンプリング装置はマイクロトンネル型であったが、セカンドトンネル型にも適用することができる。この排ガスサンプリング装置１００は、図２に示すように、排気管Ｅ１から排ガスが導入されるとともに希釈用空気が導入されて、当該排ガスを希釈する上流側希釈トンネル３ａと、当該上流側希釈トンネル３ａ内に一端が設けられ、希釈された排ガスの一部をサンプルガスとしてサンプリングするサンプリングパイプ２と、当該サンプリングパイプ２によってサンプリングされた排ガスが導入され、例えばオリフィス等の混合部３ｂ１によって混合希釈する下流側希釈トンネル３ｂと、を備えている。
【００３３】
そして、上流側希釈トンネル３ａの下流側には、希釈後の排ガスの流量を一定とする定流量装置８が接続されている。この定流量装置８は、例えば臨界流量ベンチュリ及びブロワ等から構成される。
【００３４】
また、下流側希釈トンネル３ｂの上流側には、下流側希釈トンネル３ｂ内に希釈用空気を供給する希釈用空気流路４が接続されている。また、下流側には、希釈用空気でさらに希釈されたサンプルガスが流れる希釈サンプルガス流路５が接続されている。さらに、下流側希釈トンネル３ｂ内における混合部３ｂ１上流側に接続されてこの下流側希釈トンネル３ｂ内の希釈用空気の一部を排出する空気排出流路６と、を備えている。なお、希釈用空気流路４及び希釈サンプル流路５の構成は、前記実施形態と同様である。
【００３５】
そして、空気排出流路６は、一端が下流側希釈トンネル３ｂの混合部３ｂ１上流側に接続され、他端がベンチュリ及びポンプからなる定流量装置８よりも上流側（具体的には、上流側希釈トンネル３ｂと定流量装置８の間）に接続されている。またこの空気排出流路６上には前記実施形態と同様に第３吸引ポンプＰ３及び第３流量計ＦＭ３が設けられている。なお、上流側希釈トンネル３ａにおける混合部３ａ１と空気排出流路６の他端との間には、排ガス成分測定用のサンプリングライン（不図示）が接続される。そして、各流路上に設けられた吸引ポンプＰ１〜Ｐ３及び流量計ＦＭ１〜ＦＭ３は分析制御装置７によって前記実施形態と同様に制御される。このように構成した排ガスサンプリング装置１００によれば、サンプリングパイプ２によって上流側希釈トンネル３ａからサンプリングした排ガスと同一流量の希釈用空気を上流側希釈トンネル３ａ側に戻しているので、上流側希釈トンネル３ａにおける流量誤差影響を低減することができる。
【００３６】
希釈用気体としては、前記実施形態のように空気を用いることが好ましいが、その他、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性気体を用いることもできる。
【００３７】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明により、希釈トンネルの上流側に設けた第１流量計と下流側に設けた第２流量計との流量補償範囲に制限されることなくサンプルガスの希釈率を設定可能にし、特にサンプルガスを低希釈率で希釈できるようにすることができる。
【図１】
2011074382.tif 000003
【図２】
2011074382.tif 000004
【国際調査報告】
2011074382.tif 000005
2011074382.tif 000006
2011074382.tif 000007
2011074382.tif 000008