(57)【要約】【課題】      微粒子フィルタの温度を制御する能動的フィルタ温度制御方法と装置において、テスト精度に悪影響を与えずに、フィルタ領域の温度を厳格な範囲内に維持可能な能動的フィルタ温度制御システム及び方法を提供する。【解決手段】  放出物のサンプリングシステム１０を、排ガスをサンプリングするプローブ１６、希釈ガスを提供する希釈ガス源２０、サンプリングされた排ガスと希釈ガスとを混合して希釈排ガスを形成する混合装置１８、混合装置と連通する微粒子フィルタ２８、所望の希釈ガス温度を得る希釈温度調節装置５０、システム１０を通過する流体温度に応じた温度信号を生成する温度センサ５４、温度信号を処理してフィルタ温度を決めるコントローラ５３とで構成した。コントローラは、フィルタ温度に応答して希釈温度調節装置を指令する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放出物のサンプリングシステム（１０）であって、以下を有する、
排ガスをサンプリングする排ガスプローブ（１６）、
希釈ガスを提供する希釈ガス源（２０）、
前記排ガスプローブ（１６）と前記希釈ガス源（２０）とに流体連通して、サンプリングされた排ガスと前記希釈ガスとを混合して希釈排ガスを形成する混合装置（１８）、
前記混合装置（１８）と流体連通する微粒子フィルタ（２８）、
前記希釈ガス源（２０）と前記混合装置（１８）との間に配設されて所望の希釈ガス温度を得る希釈温度調節装置（５０）、
前記サンプリングシステム（１０）を通過する流体の温度に対応する温度信号を生成する温度センサ（５４，６２）、そして
前記温度センサ（５４，６２）に接続されて、前記温度信号を処理して、この温度信号からフィルタ温度を決定するコントローラ（５３）、該コントローラ（５３）は、前記フィルタ温度に応答して前記希釈温度調節装置（５０）に指令する。
【請求項２】
前記温度は、前記フィルタ温度を示す希釈排ガス温度である請求項１によるサンプリングシステム。
【請求項３】
前記温度センサ（５４）は、前記混合装置（１８）と前記微粒子フィルタ（２８）との間に配設されている請求項１または２によるサンプリングシステム。
【請求項４】
前記コントローラ（５３）は、前記フィルタ温度を所望のフィルタ温度と比較し、前記希釈温度調節装置（５０）に対して、前記所望フィルタ温度が前記温度センサ（５４，６２）において達成されるように計算された前記所望希釈ガス温度を得るように指令する請求項１から３のいずれか一項によるサンプリングシステム。
【請求項５】
前記希釈温度調節装置（５０）は、加熱部材（５１）と冷却部材（５２）とを含む請求項１から４のいずれか一項によるサンプリングシステム。
【請求項６】
前記所望フィルタ温度は、４７℃±５℃の範囲である請求項４または５によるサンプリングシステム。
【請求項７】
前記所望フィルタ温度は、２５℃±５℃の範囲である請求項４または５によるサンプリングシステム。
【請求項８】
前記コントローラ（５３）は、前記サンプリングされた排ガスの質量百分率（ｍｐｒｏｂｅ）と温度（Ｔｐｒｏｂｅ）とに基づいて前記希釈温度調節装置（５０）に指令し、前記温度センサ（５４，６２）は、前記排ガスプローブ（１６）の近傍でサンプリングされた排ガスの温度を測定する請求項１から７のいずれか一項によるサンプリングシステム。
【請求項９】
前記所望希釈ガス温度は、前記コントローラ（５３）によって、以下の等式を使用して前記サンプリングされた排ガス温度（Ｔｐｒｏｂｅ）を計算することによって決定される請求項１から８のいずれかによるサンプリングシステム
Ｔｐｒｏｂｅ＝（ｍｍｉｘＴｍｉｘ−ｍｄｉｌＴｄｉｌ）／（ｍｐｒｏｂｅ）、
ただし、ｍｍｉｘとＴｍｉｘは前記希釈排ガスの質量百分率と温度であり、ｍｄｉｌとＴｄｉｌは希釈ガスの質量百分率と温度であり、ｍｐｒｏｂｅはサンプリングされた排ガスの質量百分率である。
【請求項１０】
前記コントローラ（５３）は、ｍｄｉｌとＴｄｉｌとを示す希釈ガス信号をマスフローコントローラ（３２）から受け取る請求項９によるサンプリングシステム。
【請求項１１】
前記コントローラ（５３）は、ｍｍｉｘとＴｍｉｘとを示す希釈排ガス信号をマスフローメータ（３８）から受け取る請求項９または１０によるサンプリングシステム。
【請求項１２】
前記コントローラ（５３）は、等式ｍｐｒｏｂｅ＝ｍｍｉｘ−ｍｄｉｌを使用して前記サンプリングされた排ガスの前記質量百分率（ｍｐｒｏｂｅ）を計算する請求項９から１１のいずれか一項によるサンプリングシステム。
【請求項１３】
放出物サンプリングシステムにおいて微粒子フィルタ温度を制御する放出物サンプリング方法であって、以下の工程を有する、
ａ）前記システムの温度を測定する、
ｂ）前記工程ａ）の実行に応答して前記微粒子フィルタの温度を決定する、
ｃ）前記フィルタ温度に応答して希釈ガス温度を調節する、そして
ｄ）前記工程ｃ）の実行に応答して所望の微粒子フィルタ温度を得る。
【請求項１４】
前記工程ａ）の前記温度は希釈排ガス温度（Ｔｍｉｘ）である請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記工程ａ）の前記温度はサンプリングされた排ガスの温度（Ｔｐｒｏｂｅ）である請求項１３の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放出物サンプリングシステムおよび放出物サンプリング方法に関し、詳しくは、微粒子フィルタの温度を制御するための能動的フィルタ温度制御方法と装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
連邦規制との適法性を判断するために、車両エンジンまたはその他のパワープラントの燃焼生成物を測定するための放出物サンプリングシステムが使用される。微粒子状物質は、放出物サンプリングテスト中にこの微粒子状物質を収集するフィルタを使用して測定される燃焼生成物である。通常、複数のフィルタエレメントが希釈排ガスサンプル流と直列に配置されて、微粒子状物質を捕捉する。テスト前の空フィルタの重量を、テスト後の充填されたフィルタの重量から減算することによって、そのテスト対象パワープラントから放出された微粒子状物質を測定する。
【０００３】
フィルタサンプリングポイントにおける温度が、テストの正確さに大きく影響することが判っている。たとえば、４７℃±５℃などといったフィルタにおける厳格な温度範囲を要求する微粒子状物質テスト規制が適用されている。また、ヨーロッパの基準では、フィルタ温度を２５℃±５℃に維持することが要求されるものもある。従来技術は、フィルタの領域の温度をいくつかの方法によって制御することを試みてきた。例えば、長手配管を加熱する熱交換プロセスによって、フィルタ温度が所望の温度にまで上げられる。
【０００４】
サンプル排ガス配管あるいは希釈排ガス配管に対して物理的な熱交換プロセスを利用する際には、適切な熱交換を達成するために或る表面積が必要である。しかしながら、配管の壁上に微粒子状物質が集積されることによって拡散損失が発生する。壁上に集積された微粒子状物質はフィルタによって収集されず、それによってテストの精度が低下する。従って、拡散損失を防止するためには、表面積を出来る限り小さくすることが重要である。
【０００５】
別の方法においては、フィルタの領域の温度を下げるために、希釈ガスの温度が１５℃またはそれ以外の固定温度まで下げられる。希釈ガスの固定温度は、冷却された希釈ガスと組み合わされた時にフィルタの領域において所望の温度を達成する排ガスの最高温度に基づいて決定される。しかしながら、フィルタの領域の温度は、あまりにも低く、他の排ガス温度条件の範囲から外れたものである。
【０００６】
フィルタ領域の温度を制御する更に別の従来方法は、排ガスのサンプルと混合される希釈ガスの量を調節することによって温度を変化させる方法である。しかし、規制は、テスト中において希釈率を非常に僅かしか調節することを認めていない。テスト中において希釈率はある程度一定に維持しなければならないので、希釈率を１つの特定の排ガス温度用（通常は最高排ガス温度である）に最適化する必要がある。この場合も、フィルタの領域の温度は、テスト中の他の排ガス温度にとっては低すぎる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、テストの精度に悪影響を与えることなく、フィルタの領域の温度を比較的厳格な範囲内に維持することを可能とする能動的なフィルタ温度制御システム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、排ガスをサンプリングするための排ガスプローブを備えた放出物サンプリングシステムを提供する。希釈ガス源によって希釈ガスを提供し、混合装置が排ガスプローブと希釈ガス源とに流体連通しており、サンプリングされた排ガスと希釈ガスとを混合して、希釈された排ガスを形成する。微粒子フィルタが混合装置の下流側に流体連通している。希釈ガス源と混合装置との間に、所望の希釈ガス温度を得るための希釈温度調節装置が配設されている。該サンプリングシステムを通過する流体の温度に対応する温度信号を生成するために、サンプリングシステムには温度センサが設けられている。一つの実施例においては、温度センサは排ガスサンプラと微粒子フィルタとの間に配設されて、フィルタの領域の温度を示す温度信号を提供することができる。別の実施例においては、温度センサは排ガス流中に配設されて、プローブ内のサンプリングされた排ガスの温度を示す温度信号を提供することができる。
【０００９】
温度センサには、前記温度信号を処理し、この温度信号からフィルタ温度を決定するためのコントローラが接続されている。コントローラは、フィルタ温度に応じて希釈温度調節装置を制御する。第１実施例においては、温度センサ、コントローラ、及び希釈温度調節装置は閉ループシステムを形成しており、この閉ループシステムの中では、希釈温度調節装置がフィルタの領域において検出された温度に基づいて連続的に調節される。第２実施例においては、コントローラは、希釈ガスと希釈排ガスとのそれぞれの質量と温度を測定するマスフローコントローラまたはマスフローメータから情報を受け取る。次に、コントローラは、排ガスの測定温度と、マスフローコントローラまたはマスフローメータからの情報とに基づいて、フィルタの領域において所望の温度を得るために必要な希釈空気の温度を計算する。
【００１０】
このように、本発明は、フィルタの領域の温度を、テストの精度に悪影響を与えることなく、比較的厳格な範囲内に維持することを可能にする能動的フィルタ温度制御システム及び方法を提供する。
【００１１】
本発明のその他の利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細説明から理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に略示する放出物サンプリングシステム１０は、車両エンジン又はその他のパワープラントから放出される微粒子状物質を測定するのに適したものである。サンプラ１４がプローブ１６を用いて排ガスパイプ１２から排ガスをサンプリングする。プローブ１６は、排ガスパイプ１２を通過する排ガスの一部を収集する。混合装置１８が、希釈ガス源２０から外気などの希釈ガスを導入して、希釈された排ガス、すなわち希釈排ガスを形成する。サンプリングされた排ガスと希釈空気は、希釈トンネル２２中で均一に混合される。そして、この希釈排ガス中の微粒子状物質が微粒子フィルタ２８に収集される。前記希釈排ガスは、下流側のブロワ３０によってフィルタ２８を通して吸引され、そこから希釈ガスは大気中に排出される。
【００１３】
希釈ガス源２０からの希釈空気の流れは、マスフローコントローラ３２によって測定され、制御される。希釈空気は、通路３４からマスフローコントローラ３２に流入し、通路３６から出て混合装置１８内に流入する。希釈排ガスは、微粒子フィルタ２８から通路４０を通ってマスフローメータ３８に流入し、そこからブロワ３０を介して通路４２から流出する。マスフローメータ３８は、それを通過する希釈排ガスの質量を測定する。マスフローコントローラ３２とマスフローメータ３８とは、図示されないコントローラに接続され、テストが行われている間、希釈空気とサンプリングされた排ガスとの間の所望の希釈率を維持する。このようにして、公知の方法で、排ガスのサンプリングされた部分から、微粒子状物質の総量を計算することができる。
【００１４】
マスフローコントローラ３２とマスフローメータ３８とは、それらを通過する流体の質量と温度とを示す信号を生成する。マスフローコントローラ３２とマスフローメータ３８とが図示されているが、本発明の範囲内においてその他の適当な装置を使用することも可能であると理解される。両通路３４，４２の間にはマスフローバルブ４４が配設されている。通路４６によって通路３４はマスフローバルブ４４に接続され、通路４８によってマスフローバルブ４４は通路４２に接続されている。マスフローバルブ４４は、マスフローメータ３８の下流側と、ブロワ３０の上流側との通路の希釈空気の流れを制御し、これによってシステム１０を流れる流体流を所望量に維持するべくブロワ３０を介して通過する流体の流れを調節する。
【００１５】
本発明は、更に、好ましくは希釈ガス源２０と混合装置１８との間に配設される希釈温度調節装置５０を有する。これにより、希釈ガス配管に排ガスが持ち込まれないことから拡散損失を避けることができる。例えば、表面積の大きな熱交換用の配管を混合装置１８よりも下流の希釈トンネル２２内などに設けたり、混合装置１８よりも下流で希釈排ガスの配管を表面積の大きな配管としたりすることで希釈排ガスの温度調節を行おうとすれば、熱交換用の配管の外面或いは希釈トンネル２２の内面に微粒子状物質がトラップされて拡散損失が生じてしまうが、本発明では、微粒子フィルタ２８に向かう排ガス流路である希釈トンネル２２自体は直線状のままとし、希釈温度調節装置５０が混合装置１８に到達する前の希釈ガスの温度を希釈ガス配管の外側から調節する方法を取っているので、微粒子状物質の拡散損失が抑制される。希釈温度調節装置５０は、加熱部材５１と冷却部材５２との両方を備えることができる。図１に示す実施例においては、希釈温度調節装置５０は、コントローラ５３と微粒子フィルタ２８の領域の温度を測定する温度センサ５４とに接続されている。好ましくは、温度センサ５４は、希釈トンネル２２から下流側で微粒子フィルタ２８より手前の通路５６内で希釈排ガスの温度を測定する。
【００１６】
温度センサ５４は、コントローラ５３に温度信号５８を送る。コントローラ５３は、微粒子フィルタ２８の領域の温度を示す温度センサ５４の温度を比較して、希釈空気温度の調節が必要か否かを決定する。コントローラ５３は、微粒子フィルタ２８に流れ込む希釈排ガスの温度を調節するために、混合装置１８に流入する希釈空気を加熱あるいは冷却するためのコマンド信号６０を希釈温度調節装置５０に送ることができる。図１に示す実施例は、希釈温度調節装置５０が、微粒子フィルタ２８の領域において検出された温度に基づいて連続的に調節される閉ループシステムである。この同じコントローラ５３を、マスフローコントローラ３２、マスフローメータ３８及びマスフローバルブ４４とに接続して、これらの装置をモニタさせ、制御させることも可能である。
【００１７】
図２は、微粒子フィルタ２８の領域の希釈排ガスの温度が当該領域において検出された温度によって制御されるのではなく、むしろ、希釈空気の温度が、混合物中の排ガスの質量百分率及び温度に基づいて調節される別のシステムを図示している。この方法を使用する場合には、混合領域の上流側の配管内において起こる冷却作用を考慮する必要がある。従って、プローブ温度（Ｔｐｒｏｂｅ）が排ガス温度から計算される。排ガス温度は、排ガスパイプ１２に配設された温度センサ６２によって測定される。前記プローブ、希釈空気及び希釈排ガスの間の関係は以下の等式によって表すことができる。
【００１８】
ｍｐｒｏｂｅＴｐｒｏｂｅ＋ｍｄｉｌＴｄｉｌ＝ｍｍｉｘＴｍｉｘ  ・・・・（１）
【００１９】
従って、前記プローブの温度を下記の式によって計算することができる。
【００２０】
Ｔｐｒｏｂｅ＝（ｍｍｉｘＴｍｉｘ−ｍｄｉｌＴｄｉｌ）／（ｍｐｒｏｂｅ）  ・・・・（２）
【００２１】
ここで、
ｍｐｒｏｂｅ＝ｍｍｉｘ−ｍｄｉｌ  ・・・・（３）
【００２２】
適切な置換をすると、プローブ温度は以下で表される。
【００２３】
Ｔｐｒｏｂｅ＝（ｍｍｉｘＴｍｉｘ−ｍｄｉｌ−Ｔｄｉｌ）／（ｍｍｉｘ−ｍｄｉｌ）  ・・・・（４）
【００２４】
希釈排ガスの温度（Ｔｍｉｘ）と質量百分率（ｍｍｉｘ）は、希釈排ガスの質量百分率（ｍｍｉｘ）と温度（Ｔｍｉｘ）を含む一つ又は複数の信号を示す信号６８によって表されるマスフローメータ３８からの情報によって決定することができる。同様に、希釈空気の質量百分率（ｍｄｉｌ）と温度（Ｔｄｉｌ）は、希釈空気の質量百分率（ｍｄｉｌ）と温度（Ｔｄｉｌ）を含む一つまたは複数の信号を示す信号６６によって表されるマスフローコントローラ３２によって提供される情報から決定することができる。
【００２５】
コントローラ５３は、希釈温度調節装置５０に対して、温度センサ６２によって検出された温度を有する排ガスと混合された時にフィルタの領域において所望の温度を達成するのに十分な所望の希釈空気温度を得るためのコマンド信号７０を送る。この方法は、フィルタ温度の閉ループ制御を提供するものではなく、むしろ、所望の希釈温度を得るのに必要な希釈空気温度を予想するものである。この別の方法では、フィルタ温度は、排ガス温度と、所望範囲内のフィルタ温度を達成するために必要な希釈空気温度の予想とに基づいて決定される。
【００２６】
図３は、本発明の方法７２をフローチャートによって示している。ブロック７４で示されているようにシステム１０内において温度が測定される。微粒子フィルタ温度は、ブロック７６において、図１のシステムによって示されるように、閉ループシステム内にて直接的に、或いは、図２のシステムによって示されるように、予想によって間接的に、コントローラ５３によって決定される。ブロック７８に示すように、コントローラ５３は、希釈温度調節装置５０に対して、所望フィルタ温度を達成するために、希釈空気温度を上げる又は下げるように指令する。
【００２７】
以上、本発明を例示的に説明したが、ここで使用した用語は、記載のためのものであって限定的なものではないと理解される。勿論、上記教示内容に鑑みて本発明は種々多様な改造及び改変が可能である。従って、添付の請求項の範囲内において、本発明は、具体的に記載した以外の態様で実施可能である。
【００２８】
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】閉ループフィルタ温度フィードバック機能を有する本発明の放出物サンプリングシステムの略図
【図２】排ガスの温度とマスフローコントローラ及び測定装置からの情報とを利用する本発明の放出物サンプリングシステムの略図
【図３】フィルタ温度を能動的に制御する本発明の方法のフローチャート
【符号の説明】
【００３０】
１０  サンプリングシステム
１６  排ガスプローブ
１８  混合装置
２０  希釈ガス源
２８  微粒子フィルタ
３２  マスフローコントローラ
３８  マスフローメータ
５０  希釈温度調節装置
５１  加熱部材
５２  冷却部材
５３  コントローラ
５４  温度センサ
６２  温度センサ
【図１】
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【図２】
2004301837.tif 000004
【図３】
2004301837.tif 000005