(57)【要約】【課題】粒子数計測システムにおいて、簡便な構造によって粒子数計測装置からの逆流を防止できるようにする。【解決手段】エンジンの排出ガスを導入するための排出ガス導入ポートＰＴ１と、その排出ガス導入ポートに基端を接続されたメイン流路ＴＬと、そのメイン流路ＴＬに排出ガスを導入すべく当該メイン流路ＴＬに接続された第１吸引ポンプＶＰ１と、前記メイン流路ＴＬから延出する測定流路ＭＬと、その測定流路ＭＬ上に設けられた粒子数計測装置３と、その粒子数計測装置３の下流に直列に設けられた第２吸引ポンプＶＰ２と、を備え、前記粒子数計測装置３によって排出ガス中の粒子数を計測するように構成したものであって、前記メイン流路ＴＬ及び第２吸引ポンプＶＰ２の間であって前記測定流路ＭＬとは並列に、途中に流体抵抗部ＤＬ１を有するダミー流路ＤＬを設けるとともに、前記測定流路ＭＬ又はダミー流路ＤＬのいずれか一方に、前記メイン流路ＴＬを切替接続する切替バルブ７を設けるようにした。【選択図】図１
2008164419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排出ガスを導入するための排出ガス導入ポートと、その排出ガス導入ポートに基端を接続されたメイン流路と、そのメイン流路に排出ガスを導入すべく当該メイン流路に接続された第１吸引ポンプと、前記メイン流路から延出する測定流路と、その測定流路上に設けられた粒子数計測装置と、その粒子数計測装置の下流に直列に設けられた第２吸引ポンプと、を備え、前記粒子数計測装置によって排出ガス中の粒子数を計測するように構成したものであって、
前記メイン流路及び第２吸引ポンプの間であって前記測定流路と並列に設けられたダミー流路と、
前記測定流路又はダミー流路のいずれか一方に、前記メイン流路を切替接続する切替バルブと、を備えている粒子数計測システム。
【請求項２】
ダミー流路が途中に流体抵抗部を有するものであり、その流体抵抗部の流体に対する特性が、粒子数計測装置の流体に対する特性と近似するように構成されている請求項１記載の粒子数計測システム。
【請求項３】
前記切替バルブが、外部からの切替信号によってリモート駆動可能なものであり、その切替バルブを制御するバルブ制御部をさらに備えたものであって、
前記制御部が、メイン流路の流体環境に関する所定条件が満たされた場合にはメイン流路と測定流路とを連通させ、所定条件が満たされていない場合には、メイン流路とダミー流路と連通させるように前記切替バルブを制御するものである請求項１又は２記載の粒子数計測システム。
【請求項４】
前記所定条件が、排出ガスの導入開始時点から一定時間を経過したことである請求項３記載の粒子数計測システム。
【請求項５】
前記所定条件が、メイン流路の流体環境が所定範囲で安定していることである請求項３記載の粒子数計測システム。
【請求項６】
請求項１又は２記載の粒子数計測システムに適用される制御方法であって、メイン流路の流体環境に関する所定条件が満たされた場合にはメイン流路と測定流路とを連通させ、所定条件が満たされていない場合には、メイン流路とダミー流路と連通させるように前記切替バルブを制御する粒子数計測システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排出ガスに含まれるＰＭ等の固体粒子数を計測する粒子数計測システム等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンからの排出物質の１つである粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒｓ）の測定方法としては、フィルタを用いてＰＭを捕集し、そのＰＭ質量を図るフィルタ質量法が周知である。ところで、ＰＭ排出量が微量となり、フィルタ重量法では精度面で厳しい状況となってきている。そのような状況のもと、フィルタ重量法の代替法としてな開発されたものが、排出ガス中のＰＭの数を計測する手法である。その具体的なシステム構成としては、例えば粒子数計測装置の前段に、エンジンの排出ガスをエア等で希釈する希釈ユニットを設け、その希釈した排出ガスの一部を当該粒子数計測装置に導いて、その中に含まれる粒子数をカウントするようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
このような粒子数計測装置の１つとして、ＣＰＣ（Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｏｕｎｔｅｒ）と称されるものが知られている。このＣＰＣは、過飽和のアルコール（ブタノール等）雰囲気中に、粒子状物質を通過させて大きな径に成長させた後、スリットから排出して、出てきた粒子をレーザ光にて計数するものである。
【０００４】
このＣＰＣを用いたシステム構成の一例を簡単に説明すると、図４に示すように、このシステムには、エンジンの排気管に直接又は全流希釈トンネルや分流希釈トンネルなどを介して連通するメイン流路Ｘ７が設けられていて、このメイン流路Ｘ７の末端部に設けた第１吸引ポンプＸ４を作動させることにより、当該メイン流路Ｘ７にエンジンからの排出ガスが導入されるように構成されている。このメイン流路Ｘ７には、その中間に１乃至複数段の希釈ユニットＸ３が配置されており、前記排出ガスはこの希釈ユニットＸ３でエアにより希釈される。このようにして希釈された排出ガスは、そのうちの一部が、メイン流路Ｘ７から分岐する測定流路Ｘ８を介して粒子数計測装置Ｘ５に導かれ、粒子数測定に供される。粒子数計測装置Ｘ５の下流に設けられている第２吸引ポンプＸ６は、この測定流路Ｘ８へのガス吸引のためのものであり、その吸引流量は粒子数計測装置Ｘ５の容量で定められる。
【特許文献１】特開２００６−１９４７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、排出ガス全体を吸引する第１吸引ポンプＸ４は、少量のガスを吸引するだけでよい第２吸引ポンプと比べると、通常は桁違いの吸引性能を有していることから、システム始動時などにおける各部での圧力や流量が安定していない状況やポンプ動作が安定していない状況では、例えば第１吸引ポンプＸ４による吸引効果が強く発揮されて粒子数計測装置Ｘ５の上流側がその下流側よりも負圧になり、粒子数計測装置Ｘ５の中の物質がメイン流路側へ逆流する可能性が考えられる。このような逆流が生じると、測定開始のタイミングが安定しないだけでなく、粒子数計測装置Ｘ５がＣＰＣの場合には、測定粒子と核凝集反応を生起するブタノールのように流路への排出に注意を要するものが用いられていることもあり、このような逆流現象は避けなければならない。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みて行われたものであって、粒子数計測システムにおいて、簡便な構造によって粒子数計測装置からの逆流を防止できるようにすることをその主たる所期課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明に係る粒子数計測システムは、エンジンの排出ガスを導入するための排出ガス導入ポートと、その排出ガス導入ポートに基端を接続されたメイン流路と、そのメイン流路に排出ガスを導入すべく当該メイン流路に接続された第１吸引ポンプと、前記メイン流路から延出する測定流路と、その測定流路上に設けられた粒子数計測装置と、その粒子数計測装置の下流に直列に設けられた第２吸引ポンプと、を備え、前記粒子数計測装置によって排出ガス中の粒子数を計測するように構成したものであって、前記メイン流路及び第２吸引ポンプの間であって前記測定流路と並列に設けられたダミー流路と、前記測定流路又はダミー流路のいずれか一方に、前記メイン流路を切替接続する切替バルブと、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、システム始動時など、流体環境の安定していない条件下においては、切替バルブを制御して粒子数計測装置への流体流れを閉止し、これと並列に設けられたダミー流路にガスが流れ込むようにすることで、粒子数計測装置からの逆流を防止することができる。
【０００９】
その後、ダミー流路での逆流現象などが生じない、流体環境の安定した状態が確立した後で、切替バルブを駆動し、粒子数計測装置へ排出ガスが流れ込むようにすれば、粒子数計測装置からの逆流などが生じることなく、スムーズに粒子数測定を開始することができるようになる。
【００１０】
ダミー流路と測定流路との切替時において、流体環境の安定を保ち、より確実に逆流防止を図れるようにするには、ダミー流路が途中に流体抵抗部を有するものであり、その前記流体抵抗部の流体に対する特性を、粒子数計測装置の流体に対する特性と近似するように構成しておくことが望ましい。
【００１１】
切替を自動で行うためのより具体的な構成としては、前記切替バルブが、外部からの切替信号によってリモート駆動可能なものとする一方、メイン流路の流体環境に関する所定条件が満たされた場合にはメイン流路と測定流路とを連通させ、所定条件が満たされていない場合には、メイン流路とダミー流路と連通させるように前記切替バルブを制御するバルブ制御部をさらに設けたものを挙げることができる。
【００１２】
所定条件が満たされたかどうかを簡単に判断できるようにするためには、例えば、前記所定条件を、排出ガスの導入開始から一定時間を経過したこととしておけばよい。
【００１３】
どのような系にも対応して、より確実に逆流防止できるようにするためには、前記所定条件を、メイン流路の流体環境が所定範囲で安定していることとしたものが望ましい。
【００１４】
バルブ切替やその切替時の判断を必ずしも自動で行う必要はなく、オペレータやコンピュータが、メイン流路の流体環境に関する所定条件が満たされた場合にはメイン流路と測定流路とを連通させ、所定条件が満たされていない場合には、メイン流路とダミー流路と連通させるように前記切替バルブを制御すればよい。
【発明の効果】
【００１５】
このように構成した本発明によれば、切替バルブとダミー流路を設け、この切替バルブを適宜制御するだけの簡単な構成で、システム始動時など、流体環境の安定していない条件下において生じ得る粒子数計測装置からの逆流現象を回避することができ、粒子数計測装置内の物質の漏洩やそれによる測定流路、メイン流路等の汚染を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１に、本実施形態に係る粒子数計測システム１００の全体概要を示す。この粒子数計測システム１００は、排出ガス導入ポートＰＴ１から内部に設けたメイン流路ＴＬにエンジンの排出ガスを導びいて、それに希釈や気化等を施した後、メイン流路ＴＬの最終端部に設けた粒子数計測装置３で前記排出ガス中の固体粒子であるＰＭを測定するものである。
【００１８】
以下にこの粒子数計測システム１００について詳述する。
【００１９】
前記排出ガス導入ポートＰＴ１は、図示しないエンジンからの排気ラインに接続されており、この排出ガス導入ポートＰＴ１に、例えばエンジンからの直接の排出ガスもしくは全流希釈トンネルや分流希釈トンネルで希釈された排出ガスが導かれるように構成している。なお、以下で排出ガスというときは、上述したような希釈された排出ガスも含む意味で用いることとする。
【００２０】
この排出ガス導入ポートＰＴ１から内部に導入された排出ガスは、ダスト除去器ＣＬを経て、一部はバイパス路ＢＬから排出され、その残りが、直列に設けた複数段（２段）の希釈ユニット２１、２２に導かれて希釈ガスであるエアによって希釈される。なお、エアは、希釈ガス導入ポートＰＴ２からレギュレータＲＧを介してアキュムレータＡＣに一旦蓄積され、このアキュムレータＡＣから内部エア流路ＡＬを経て、メイン流路ＴＬの各所に供給されるように構成してある。
【００２１】
各希釈ユニット２１、２２は、上流から流入する排出ガスのうちの一部をバイパス路ＢＬ１、ＢＬ２に分けて流すフロースプリッタＦＳ１、ＦＳ２と、メイン流路ＴＬと内部エア流路ＡＬとの接続点又はその下流近傍に設けた混合器ＭＸ１、ＭＸ２と、その混合器ＭＸ１、ＭＸ２に導入される被希釈ガスである排出ガスの質量流量を測定するための流量測定機構２１１、２２１と、混合器ＭＸ１、ＭＸ２に同じく導入されるエアの質量流量を制御するエア流量制御部ＭＦＣ１、ＭＦＣ２と、被希釈ガスである排出ガスの質量流量を可変させる排出ガス流量制御部ＭＦＣ３、ＭＦＣ４と、を備えている。そして、この希釈ユニット２１、２２に流れ込んでくる排出ガスの流量を、前記流量測定部２１１、２２１で測定するとともに排出ガス流量制御部ＭＦＣ３、ＭＦＣ４で制御して、所望の希釈比を実現するように構成されている。
【００２２】
なお、前記流量測定機構２１１、２２１は、流体抵抗となるオリフィス部Ｏ１、Ｏ２と、そのオリフィス部Ｏ１、Ｏ２の差圧を測定する圧力センサＰ１２、Ｐ２２と、上流側の絶対圧を測定する圧力センサＰ１１、Ｐ２１と、流体の温度を調整する温調器ＴＣ１、ＴＣ２とを備えており、オリフィス部Ｏ１、Ｏ２の上下流の圧力情報及び温調器ＴＣ１、ＴＣ２からの温度情報に基づいて、別に設けた情報処理装置５（特に図２参照）が、混合器ＭＸ１、ＭＸ２に導入される排出ガスの質量流量を算出できるように構成されたものである。情報処理装置５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。
【００２３】
各流量制御部ＭＦＣ１〜ＭＦＣ４は、前記情報処理装置５から目標流量データを与えられると、内部に設けた流量センサ（図示しない）で測定される実流量が、目標流量データの値（以下、目標流量とも言う）となるように、内部のバルブ（図示しない）を調整してローカルで流量制御するものである。この目標流量は、前記情報処理装置５によって、希釈比から算出される。
【００２４】
さて、前述した２段の希釈ユニット２１、２２で希釈された排出ガスの一部が粒子数計測装置３に導かれる。この実施形態での粒子数計測装置３は、アルコールやブタノールなどの有機ガスを過飽和状態で混入させて排出ガス中のＰＭを大きな径に成長させ、成長したＰＭをレーザ光によって計数するタイプのものである。したがって、所定流量以上の大量のガスを流すことはできない。この粒子数計測装置３で測定された計数データは、前記情報処理装置５に出力されて適宜処理される。
【００２５】
なお、図１中、符号ＥＵは後段希釈ユニット２２内に設けられたエバポレーションユニットである。符号ＶＰｍは、バイパス路ＢＬ、ＢＬ１、ＢＬ２等を負圧にするためのメインバキュームポンプであり、符号ＶＣはその前段に設けられたバキュームチャンバである。バイパス路ＢＬ、ＢＬ１、ＢＬ２に設けられた符号ＣＯ１〜ＣＯ３は、ここを流れる流量を一定に保つ、クリティカルオリフィス等の定流量器である。粒子数計測装置３の後段に設けられた符号ＶＰｓは、この粒子数計測装置３内に排出ガスを導くためのローカルバキュームポンプである。粒子数計測装置３と並列に設けられた符号ＦＭはフローメータであり、バルブを切り替えることで、その後段に設けたフィルタでＰＭを除去しエアーを測定装置に導くことができるように構成してある。符号ＨＴは、ヒータなどの加熱手段を有する温度調節器であり、温度をある程度高めておくことにより、配管内壁へのＰＭの付着や凝集等を防止して、計数誤差を抑制するために設けてある。
【００２６】
しかしてこの実施形態では、図１に示すように、粒子数計測装置３内のガスが上流側に逆流することを防止する逆流防止機構６を設けている。
【００２７】
この逆流防止機構６は、前記メイン流路ＲＭと第２吸引ポンプＶＰ２との間で、測定流路ＭＬと並列に設けられたダミー流路ＤＬと、メイン流路ＴＬから測定流路ＭＬへの分岐点近傍に設けられて前記測定流路ＭＬ又はダミー流路ＤＬのいずれか一方に、前記メイン流路を選択的に切替接続する切替バルブ７と、この切替バルブ７を制御する制御部（図示しない）と、を備えている。
【００２８】
ダミー流路ＤＬは、その中間部位に流体抵抗部ＤＬ１を有するもので、この流体抵抗部ＤＬ１は例えばオリフィスやチョークから構成されている。そしてこの流体抵抗部ＤＬ１の流体に対する特性である流路抵抗が、粒子数計測装置３の流路抵抗と近似するように設定されている。
【００２９】
切替バルブ７は、外部からの切替信号によってリモート駆動可能な、例えば電磁駆動式３方弁である。
【００３０】
制御部は、メイン流路ＴＬの流体環境に関する所定条件が満たされた場合にはメイン流路ＴＬと測定流路ＭＬとを連通させ、所定条件が満たされていない場合には、メイン流路ＴＬとダミー流路ＤＬと連通させるようにバルブ駆動信号を出力して前記切替バルブ７を制御するものである（図２参照）。この実施形態では、この制御部としての機能を発揮するプログラムを、前記情報処理装置５に搭載し、当該情報処理装置５がこの制御部としての機能を兼備するようにしている。
【００３１】
ところで、ここで言う流体環境とは、メイン流路ＴＬを流れる排出ガスの希釈比や流量、圧力などのことであり、所定条件が満たされるとは、その流体環境がある範囲で安定である、という意味である。この実施形態では、直接的に流体環境が安定であるかどうかは判断せず、システム作動初期時、つまり排出ガスの導入初期時は、ポンプ動作の不安定や環境変化などに起因して、前記流体環境が不安定であって所定条件が満たされないと擬制している。
【００３２】
次に、具体的な切替バルブの制御方法につき説明する。
【００３３】
まず情報処理装置５は、デフォルト、すなわちシステムが作動していない状態では、切替バルブ７を制御し、メイン流路ＴＬとダミー流路ＤＬとが連通するように維持している（ステップＳ１）。
【００３４】
一方で、この情報処理装置５は、システム１００が作動開始したかどうかを監視しており（ステップＳ２）、作動開始したことを検知した場合には、その開始時点から、メイン流路ＴＬの希釈比や流量、圧力などが安定するための所定時間が経過したかどうかを判断する（ステップＳ３）。そして、所定時間経過後は、メイン流路ＴＬが測定流路ＭＬに連通するように切替バルブを制御する（ステップＳ４）。
【００３５】
なお、前記所定時間は、ここでは予め定めた一定期間であるが、メイン流路ＴＬの希釈比や流量、圧力などを情報処理装置５で自動モニタしておいて、それらが所期の一定範囲で安定していることを条件に切替バルブ７を切り替えるようにしてもよい。
【００３６】
このような構成によれば、システム始動時など、流体環境の安定していない条件下においては、粒子数計測装置３への流体流れが閉止され、これと並列に設けられたダミー流路ＤＬにガスが流れ込む。そしてこのダミー流路ＤＬでの逆流現象などが解消し、流体環境の安定した状態が確立した後で、切替バルブ７が駆動されて、こんどは粒子数計測装置３へ排出ガスが流れ込むこととなる。しかして、粒子数計測装置３とダミー流路ＤＬに設けられた流体抵抗部ＤＬ１との流れ特性が類似しているため、このときの切替によって流体環境がほとんど乱されることはなく、そのままの安定した状態、すなわち粒子数計測装置３からの逆流などが生じることなく、スムーズに粒子数測定を開始することができるようになる。
【００３７】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３８】
例えば、前記実施形態では、切替バルブを情報処理装置が自動制御していたが、オペレータが流体環境を判断して手動でこの切替バルブを操作しても構わない。
【００３９】
加えて、流路系など、その構成は図示例に限られず、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態における粒子数計測システムを示す模式的概略全体図。
【図２】同実施形態における情報の流れを示す情報伝達図。
【図３】同実施形態における逆流防止手順を示すフローチャート。
【図４】従来の粒子数計測システムを示す模式的概略全体図。
【符号の説明】
【００４１】
１００・・・粒子数計測システム
３・・・粒子数計測装置
５・・・制御部（情報処理装置）
７・・・切替バルブ
ＰＴ１・・・排出ガス導入ポート
ＰＴ２・・・希釈ガス導入ポート
ＴＬ・・・メイン流路
ＭＬ・・・測定流路
ＤＬ・・・ダミー流路
ＤＬ１・・・流体抵抗部
【図１】
2008164419.tif 000003
【図２】
2008164419.tif 000004
【図３】
2008164419.tif 000005
【図４】
2008164419.tif 000006