(57)【要約】  【課題】  微粒子状物質の採取に合わせた希釈ガスの流量制御により、希釈トンネルに対する排気ガスの流れの断続制御を行うと共に、希釈トンネルおよび採取部における温度条件の安定化を図る排気ガス採取装置の制御プログラムを提供すること。  【解決手段】  排気管２内を流れる排気ガスＧの一部を採取する採取部３と、採取された排気ガスＧを希釈ガスＡによって希釈する希釈トンネル４と、この希釈トンネル４に供給する希釈ガスＡの流量Ｑａを制御する流量制御部１８，１９とを有する排気ガス採取装置１の制御プログラムであって、排気ガスＧの採取を行わないときは、希釈ガスＡの流量Ｑａが、少なくとも希釈トンネル４の総流量Ｑｔと同流量となるように前記流量制御部１８，１９により制御する一連の命令である。  【選択図】  図１
2005249685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管内を流れる排気ガスの一部を採取する採取部と、採取された排気ガスを希釈ガスによって希釈する希釈トンネルと、この希釈トンネルに供給する希釈ガスの流量を制御する流量制御部とを有する排気ガス採取装置の制御プログラムであって、排気ガスの採取を行わないときは、希釈ガスの流量が、少なくとも希釈トンネルを流れるガスの総流量と同流量となるように前記流量制御部により制御する一連の命令であることを特徴とする排気ガス採取装置の制御プログラム。
【請求項２】
排気ガスの採取を行わないときにおける希釈ガスの流量が、前記希釈ガスの流量を制御する流量制御部の許容誤差と希釈トンネルを流れるガスの総流量を制御する流量制御部の許容誤差の合計分だけ、希釈トンネルを流れるガスの総流量よりも多いように制御する請求項１に記載の排気ガス採取装置の制御プログラム。
【請求項３】
排気ガスの採取を行わないときに、希釈トンネルに供給される希釈ガスの流量が、排気ガスを採取するときに希釈トンネルを用いて採取する希釈排気ガスの流量と同程度であるように制御する請求項１または２に記載の排気ガス採取装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンからの排気ガスの一部を希釈ガスによって希釈するようにした部分採取による部分希釈方式の排気ガス採取装置の制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のディーゼルエンジンなどから排出される排気ガス中に含まれるすすなどの微粒子状物質（Particulate Matter: 以下、ＰＭと略称する）の測定に必要なガス希釈システムとして、排気ガスを全量採取しこれを全量希釈する従来からのフルダイリューションシステムに代わって、近年、流量制御および排気ガスの部分採取を行うところの部分希釈方式の小規模な希釈システムが採用されてきている。この部分希釈方式のガス希釈システムは、特許文献１に示されるように希釈後の排気ガスを一定流量に維持しながら、排気ガスを希釈するための希釈ガス（例えば空気）の流量を制御することにより、これらの流量の差として得られる排ガスの採取流量を制御するシステムである。
【０００３】
図３は従来の部分希釈方式のガス希釈システムに用いられる排気ガス採取装置２０の一例を示す図である。図３において、Ｅは排気ガス源としての自動車に搭載されるディーゼルエンジン、２はこれに連通する排気ガス流路としての排気管である。３は排気管２に挿入接続され、排気管２内を流量Ｑｅで流れる排気ガスＧの一部（流量Ｑｇ）を採取するための採取部で、その下流側が採取された排気ガスＧの全量を希釈する希釈トンネル４に接続されている。
【０００４】
５はこの希釈トンネル４の上流側に接続される希釈空気Ａの供給管である。また、前記採取部３は例えばプローブ３ａと連通管３ｂとを備えており、希釈トンネル４は排気ガスＧの採取を停止するためのバルブ４ａを備えている。
【０００５】
６は希釈トンネル４の下流側に接続され、希釈トンネル４によって希釈された希釈排気ガスＳが流れるガス流路で、このガス流路６の下流側には２つの流路７，８に分岐し、それぞれの流路７，８にサンプルガスＳ中に含まれるＰＭを捕集するためのフィルタ９，１０を設けている。
【０００６】
一方の流路７はＰＭ採取時の希釈排気ガスＳを流すためのサンプルガス流路に、また、他方の流路８はＰＭ非採取時の排気ガスを流すためのバイパス流路にそれぞれ構成されている。なお、フィルタ９，１０のうち、一方のフィルタ９が測定用フィルタであり、他方のフィルタ１０はダミーフィルタである。
【０００７】
１１はサンプルガス流路７、バイパス流路８の下流側に設けられる流量切換え手段としての三方電磁弁で、その下流側はガス流路１２に接続され、このガス流路１２には、回転数制御によって吸引能力を変えることができる吸引ポンプ１３と、測定精度の高い流量計１４（例えばベンチュリ）が設けられている。
【０００８】
上記構成の排気ガス採取装置２０において、エンジンＥの回転数およびトルクがほゞ一定である定常運転状態においては、希釈排気ガスＳがサンプルガス流路７に流れて、エンジンＥの回転数およびトルクが変換している非定常運転状態の場合やエンジン１の回転数あるいはトルクを変更して別の回転数およびトルクに移行する場合には、希釈排気ガスＳがバイパス流路８に流れるように流路が切り換えられる。
【０００９】
また、排気ガスＧの採取を止めるときには、バルブ４ａを閉じることにより排気ガスＧが希釈トンネル４内に流れ込まないようにすることができる。さらに、エンジンＥの暖気運転時やフィルタ９，１０の交換時など、排気ガス採取装置２０が排気ガスＧの採取を行わないとき（試験を行わないとき）には、バルブ４ａを閉じた状態で、吸引ポンプ１３を低回転にて運転させて、希釈トンネル４内に幾らかの希釈空気Ａを流すことにより、希釈トンネル４の部分のパージを行うこともあった。
【特許文献１】特許第３４５１０１２号公報
【特許文献２】特開２００２−５５０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記構成の排気ガス採取装置２０は採取部３を構成する連通管３ｂは、外気に曝されるなどして冷却されることがある。そして、連通管３ｂが冷却されることにより連通管３ｂ内にＰＭが付着することがある。また、逆に連通管３ｂがエンジンＥからの熱により加熱されることにより連通管３ｂ内に付着した成分が分離することもある。つまり、連通管３ｂなどの各部の温度変化がＰＭの吸着や離脱の原因となるので、次回の排気ガスの採取時における測定値に影響を与えることがあった。
【００１１】
そこで、特許文献２には連通管３ａの部分の温度を制御する構成が示されている。これにより連通管３ａにおける温度条件を安定させることができるので、これによるＰＭの吸着や離脱を防止でき、測定値が安定する。しかしながら、温度変化は連通管３ａの部分のみならず希釈トンネル４などの他の部分においても生じるので、この温度変化が生じた部分におけるＰＭの吸着や離脱が測定値に影響することがあった。
【００１２】
また、前記バルブ４ａは連通管３ｂに比べて熱容量が大であるので、これによって連通管３ｂが冷却されることがある。さらに、バルブ４ａによって排管内に段差が発生し、この段差にＰＭが付着することがある。
【００１３】
そこで、連通管３ｂからバルブ４ａを無くすことが望まれているが、バルブ４ａを無くすことにより希釈トンネル４までの流路が、エンジンＥからの排気管２と開放接続状態になる。このため、希釈トンネル４の停止時にエンジンＥを暖気運転すると、拡散および瞬間的な排気の圧力上昇によって、排気ガスＧが連通管３ｂや希釈トンネル４内部に流入することがあった。つまり、測定時以外のＰＭの流れによって連通管３ｂや希釈トンネル４内部の汚染が発生し、これが次回の測定値に悪影響を与えて、ＰＭ採取の精度を低下させるという問題があった。
【００１４】
ゆえに、通常は暖気運転を行うときにはバルブ４ａを閉じて希釈トンネル４への排気ガスＧの流入を阻止し、図２（Ｂ）に仮想線で示すように、希釈空気Ａの流量Ｑａ’およびポンプ１３を用いた吸引流量Ｑｔ’を０または極低流量にして、希釈トンネル４を用いた排気ガスＧの採取を停止することが行われる。しかしながら、この場合、図２（Ｃ）に仮想線で示すように、採取部３や希釈トンネル４の温度Ｔ’が暖気運転中のエンジンＥからの熱によって大きく上昇し、とりわけ暖気運転前後の温度Ｔ’が大きく変動することによって測定値に悪影響があった。
【００１５】
本発明は上述の事柄に留意してなされたものであって、その目的は、微粒子状物質の採取に合わせた希釈ガスの流量制御により、希釈トンネルに対する排気ガスの流れの断続制御を行うと共に、希釈トンネルおよび採取部における温度条件の安定化を図る排気ガス採取装置の制御プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、この発明の排気ガス採取装置の制御プログラムは、排気管内を流れる排気ガスの一部を採取する採取部と、採取された排気ガスを希釈ガスによって希釈する希釈トンネルと、この希釈トンネルに供給する希釈ガスの流量を制御する流量制御部とを有する排気ガス採取装置の制御プログラムであって、排気ガスの採取を行わないときは、希釈ガスの流量が、少なくとも希釈トンネルを流れるガスの総流量と同流量となるように前記流量制御部により制御する一連の命令であることを特徴としている（請求項１）。
【００１７】
排気ガスの採取を行わないときにおける希釈ガスの流量が、前記希釈ガスの流量を制御する流量制御部の許容誤差と希釈トンネルを流れるガスの総流量を制御する流量制御部の許容誤差の合計分だけ、希釈トンネルを流れるガスの総流量よりも多いように制御してもよい（請求項２）。
【００１８】
排気ガスの採取を行わないときに、希釈トンネルに供給される希釈ガスの流量が、排気ガスを採取するときに希釈トンネルを用いて採取する希釈排気ガスの流量と同程度であるように制御してもよい（請求項３）。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に示す本発明の排気ガス採取装置の制御プログラムは、排気管内を流れる排気ガスの一部を採取する採取部と、採取された排気ガスを希釈ガスによって希釈する希釈トンネルと、この希釈トンネルに供給する希釈ガスの流量を制御する流量制御部とを有する排気ガス採取装置の制御プログラムであって、排気ガスの採取を行わないときは、希釈ガスの流量が、少なくとも希釈トンネルを流れるガスの総流量と同流量となるように前記流量制御部により制御する一連の命令であるから、排気ガスの採取部にバルブのように比較的に熱容量が高く流路に不要な凹凸を形成するような構成要素を設ける必要がないので、排気ガスの採取を安定して行い、採取部の内部にＰＭが付着することを防止できる。
【００２０】
また、排気ガスの採取を行わないときには希釈ガスの流量を希釈トンネルを流れるガスの総流量と同流量以上に制御するものであるので、たとえ排気管内の圧力が高くなっても、希釈トンネルに流れ込む希釈ガスの流れによって排気ガスが希釈トンネル内に流れ込むことを阻止でき、希釈トンネル内部の汚染を防ぐことができる。なお、希釈トンネル内に供給する希釈ガスを希釈トンネルを流れるガスの総流量よりも僅かに多い場合は、希釈トンネルに流れ込む希釈ガスの幾らかが採取部を逆流することにより、採取部における過去の履歴を排除することも可能である。
【００２１】
排気ガスの採取を行わないときにおける希釈ガスの流量が、この希釈ガスの流量を制御する流量制御部の許容誤差と希釈トンネルを流れるガスの総流量を制御する流量制御部の許容誤差の合計分だけ、希釈トンネルを流れるガスの総流量よりも多いように制御する場合（請求項２）には、希釈ガスの流量制御部と希釈トンネルを流れるガスの流量制御部に僅かに許されている許容誤差が最大に表れた場合にも、少なくとも希釈ガスの流量は希釈トンネルを流れるガスの流量と同流量以上であるから、希釈トンネル内に排気ガスが流れ込むことを確実に防止できる。
【００２２】
排気ガスの採取を行わないときに、希釈トンネルに供給される希釈ガスの流量が、排気ガスを採取するときに希釈トンネルを用いて採取する希釈排気ガスの流量と同程度であるように制御する場合（請求項３）には、排気ガスの排出源であるエンジンなどの暖気運転中にも、排気ガスを採取して測定するときに希釈トンネルを用いて採取する希釈排気ガスの流量とほぼ同じ流量の希釈ガスを希釈トンネルに流すことができる。つまり、暖気運転中においても希釈トンネル内に排ガスの採取時と同程度の希釈ガスが流れることにより、暖気運転中のエンジンなどの熱源から伝達する熱による加熱と、希釈ガスの流れによる冷却が排ガスの採取時と同じように起こり、各部の温度条件を安定させることがきる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は本発明の制御プログラムを実行するように構成された排気ガス採取装置１の実施例を示す図である。図１において、図３と同じ符号を付した部材は同一または同等の部材であるので、その詳細な説明を省略する。図１において、１５は前記ポンプ１３と流量計１４とからなる流量制御ユニット、１６は希釈トンネル４に供給する希釈空気Ａの流れを絞るピエゾバルブ、１７はピエゾバルブ１６によって絞られた流量Ｑａを測定する測定精度の高い流量計（例えばベンチュリ）、１８はピエゾバルブ１６と流量計とからなる流量制御ユニット、１９は両流量制御ユニット１５，１８を用いて希釈空気Ａの流量Ｑａと希釈排気ガスＳまたは希釈トンネル４を介して供給される希釈空気Ａの全流量Ｑｔを制御すると共に、排気ガス採取装置１の各部の制御を行なうコントローラである。
【００２４】
また、本実施例における流量制御ユニット１５とコントローラ１９は、希釈トンネル４を流れるガスＳ，Ａの総流量Ｑｔを制御する流量制御部（以下、流量制御部１５，１９という）を構成し、流量制御ユニット１８とコントローラ１９は、希釈トンネル４に供給する希釈空気Ａの流量Ｑａを制御する流量制御部（以下、流量制御部１８，１９という）を構成する。加えて、Ｐはコントローラ１９内で実行されてピエゾバルブ１６に適宜の制御信号を出力するための制御プログラムであり、この制御プログラムＰはＣＤ−ＲＯＭのような情報記録媒体Ｄを用いて、既存の排気ガス採取装置のコントローラ１９に転送できるように構成されている。
【００２５】
なお、本実施例においては、流量制御ユニット１５，８にベンチュリを用いた流量計１４，１７を用いることにより、高精度の流量制御を行なう例を示しているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、流量計１４、１７としてベンチュリ以外の構成の精度の高い流量測定を行なうことができる。
【００２６】
上記構成の本例の排気ガス採取装置１は、排気管２内を流れる排気ガスＧの一部を採取する採取部３と、この排気ガスＧを希釈ガスの一例としての希釈空気Ａによって希釈する希釈トンネル４と、この希釈トンネル４に供給する希釈空気Ａの流量Ｑａを制御するための制御プログラムＰを実行可能な流量制御部１８，１９とを有するものである。また、制御プログラムＰは、コントローラ１９によって実行されることにより流量制御ユニット１８を用いて、希釈空気Ａの流量Ｑａを希釈トンネル４を用いて採取する希釈排気ガスＳの流量Ｑｔよりも少なくなるように制御させることにより、排気ガスＧを前記流量Ｑａ，Ｑｔの差分の流量Ｑｇ（＝Ｑｔ−Ｑａ）だけ採取させるようにプログラムされている。
【００２７】
さらに、本発明の排気ガス採取装置１において、制御プログラムＰは、コントローラ１９によって実行されることにより流量制御ユニット１８を用いて、エンジンＥの暖気運転中など、排気ガスＧの採取を行わないときに、希釈空気Ａの流量Ｑａを希釈トンネル４を流れるガスＳ，Ａの総流量Ｑｔに合わさせるようにプログラムされている。このとき、希釈空気Ａの流量Ｑａが希釈トンネル４を流れるガスＳ，Ａの総流量Ｑｔより僅かに多くなるように制御されることにより、希釈空気Ａは希釈トンネル４にやゝ過剰気味に供給される。したがって、排気ガスＧの採取を確実に止めることができ、それだけ信頼性が向上する。
【００２８】
しかしながら、前記流量制御ユニット１５，１８の許容誤差が十分に小さい場合は、前記希釈空気Ａの流量Ｑａが希釈トンネル４を流れるガスＳ，Ａの総流量Ｑｔと等しくなるように制御することも可能である。すなわち、制御プログラムＰは、コントローラ１９によって実行されることにより流量制御ユニット１８を用いて、希釈空気Ａの流量Ｑａを少なくとも総流量Ｑｔと同流量になるように制御するようにプログラムされている。
【００２９】
また、前記流量制御部１５，１９の流量制御における許容誤差がΔＱｔ、前記流量制御部１８，１９の流量制御における許容誤差がΔＱａであるとすると、排気ガスＧの採取を行わないとき（止めるとき）における希釈空気Ａの流量Ｑａは、前記許容誤差ΔＱａ，ΔＱｔの合計分だけ、希釈トンネル４を流れるガスの総流量Ｑｔよりも多くすることが望ましい。すなわち、以下の式（１）に示す関係が望ましい。
Ｑａ＝Ｑｔ＋ΔＱａ＋ΔＱｔ                                      …  式（１）
【００３０】
前記流量制御ユニット１５，１８がベンチュリを用いた流量計１４，１７を有する場合、高精度の流量制御を行なうことができるので、総流量Ｑｔが例えば１００Ｌ／ｍｉｎ程度の大流量であったとしても、許容誤差ΔＱａ，ΔＱｔの合計分は１Ｌ／ｍｉｎ程度である。したがって、希釈トンネル４を流れるガスの総流量Ｑｔが例えば１００Ｌ／ｍｉｎであるとすると、排気ガスＧの採取を行わないときに流量制御ユニット１８によって制御される希釈空気Ａの流量Ｑａは１０１Ｌ／ｍｉｎに設定される。
【００３１】
図２は、前記排気ガス採取装置１における希釈空気Ａの流量制御の一例を説明する図である。図２（Ａ）は排気ガスＧの総排気流量Ｑｅを示す図であり、図２（Ｂ）は希釈空気Ａの流量Ｑａと希釈トンネル４を流れるガスの総流量Ｑｔを示す図、図２（Ｃ）は採取部３および希釈トンネル４の温度Ｔを示す図である。
【００３２】
図２において、横軸は時間ｔを示しており、時点ｔ0 〜ｔ1 の間は暖気運転、時点ｔ2 〜ｔ3 はダミー運転、時点ｔ4 〜ｔ5 は１回目の本試験、時点ｔ6 以降は２回目以降の本試験を行なう例を示している。以下、図１を参照しながら時間をおって各部の動作を説明する。
【００３３】
まず、時点ｔ0 において、暖気運転を開始し、エンジンＥを例えば一定の回転数で回転させる。このとき、コントローラ１９は前記流量制御ユニット１７を用いて本試験と同じ流量Ｑａの希釈空気Ａを流すと共に、前記流量制御ユニット１５を用いて本試験と同じ流量Ｑｔのガスを吸引する。なお、既に式（１）を用いて説明したように、希釈空気Ａの設定流量Ｑａは流量Ｑｔに比べてΔＱａ＋ΔＱｔだけ大きい値である。
【００３４】
これによって、希釈空気Ａはたとえ流量制御ユニット１５，１７における許容誤差が最大限に表れたとしても、希釈空気Ａの流量Ｑａは少なくとも流量Ｑｔと同流量にすることができる。
【００３５】
つまり、暖気運転を行っている間、希釈トンネル４内に流量制御ユニット１５を用いて吸引する総流量Ｑｔに合わせた流量Ｑａの希釈空気Ａを流すことにより、希釈トンネル４内への排気ガスＧの流入を希釈空気Ａによって阻止することができるので、採取部３に別途のバルブ４ａ（図３参照）のようなハードウェア構成を追加する必要が全くなく、その製造コストを削減できる。また、採取部３からバルブ４ａを取り除くことにより、連通管３ａの内周面の凹凸を無くして、排気ガスＧの流れを良くすることができ、連通管３ａ内部に対するＰＭの付着などの問題をできるだけ避けることができる。
【００３６】
なお、希釈空気Ａの流量Ｑａが希釈トンネル４を介して採取するガスの総流量Ｑｔに比べて僅かに多い場合は、希釈トンネル４内に余分に流れ込んだ希釈空気Ａが採取部３を排気管２側に流れることにより、採取部３のエアパージを行なうことができる。
【００３７】
また、前記暖気運転を行うときに前記希釈トンネル４はエンジンＥからの輻射熱や熱伝達によって加熱されながら、希釈空気Ａの流れによって冷却される。このために、希釈トンネル４の温度Ｔは図２（Ｃ）に示すように緩やかに上昇する。とりわけ、暖気運転中も本試験を行うときと同程度の総流量Ｑｔの希釈空気Ａを流すことにより、早期において温度条件を適正に整えることができる。
【００３８】
次いで、時点ｔ1 〜ｔ2 の間エンジンＥの回転を止めて、時点ｔ2 〜ｔ3 においてダミー運転を行なう。ここでも希釈トンネル４を介して採取する希釈排気ガスＳの総流量Ｑｔは一定に保たれており、希釈トンネル４に供給される希釈空気Ａの流量Ｑａを総流量Ｑｔに比べて少なくなるように制御することにより、その差分Ｑｔ−Ｑａの流量Ｑｇだけ排気ガスＧを採取することができ、また、この流量ＱｇはエンジンＥからの排気ガスＧの総流量Ｑｅに対して一定の比（１／ａ）となる。すなわち、希釈トンネル４内に採取する排気ガスＧの流量Ｑｇは以下の式（２）に示すものとなる。
Ｑｇ＝Ｑｔ−Ｑａ＝（１／ａ）Ｑｅ                                …  式（２）
【００３９】
ここで、希釈トンネル４の温度Ｔは多少の上下はするものの仮想線に示す従来の温度Ｔ’に比べてはるかに早い時点で安定させることができる。
【００４０】
次いで、時点ｔ3 〜ｔ4 の間エンジンＥの回転を止めると共に、希釈トンネル４を用いた排気ガス採取装置１による排気ガスＧの採取も止めて、本試験に備えて図１に示すフィルタ９，１０を交換する。そして、時点ｔ4 〜ｔ5 の間に１回目の本試験を行う。本試験の間の各部の動作はダミー運転とほゞ同じであるので、その詳細な説明を省略する。
【００４１】
また、時点ｔ5 〜ｔ6 の間に再びフィルタ９，１０の交換を行って、時点ｔ6 以降に２回目の本試験が行われ、以後同様に決められた試験が順次行われる。
【００４２】
なお、上述の例では、時点ｔ3 〜ｔ4 および時点ｔ5 〜ｔ6 の間はフィルタ９，１０の交換のために希釈トンネル４内に流れるガスの流れを一旦止める例を示しているが、本発明はこの点に限定されるものではない。すなわち、図１における三方切換弁１１を流量６〜８の間にも設けて、流路切換えをフィルタ９，１０の上流側と下流側において行なえるようにし、フィルタ９，１０を片方ずつ交換することにより、フィルタ交換の際にも希釈トンネル４内にガス（希釈空気Ａ）を流し続けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の制御プログラムを実行可能に構成された排気ガス採取装置の一実施例を示す全体構成説明図である。
【図２】前記排気ガス採取装置の動作を説明する図である。
【図３】従来の排気ガス採取装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    排気ガス採取装置
２    排気管
３    採取部
４    希釈トンネル
１５，１９  希釈トンネルを用いて採取するガスの流量制御部
１８，１９  希釈ガスの流量制御部
Ａ    希釈ガス
Ｇ    排気ガス
Ｓ    希釈排気ガス
Ｑａ  希釈ガスの流量
Ｑｔ  希釈トンネルを流れるガスの総流量
Ｐ    排気ガス採取装置の制御プログラム
【図１】
2005249685.tif 000003
【図２】
2005249685.tif 000004
【図３】
2005249685.tif 000005