(57)【要約】      （修正有）【課題】排ガス測定装置のゼロ点調整を容易かつ正確に行うことができるようにする。【解決手段】排ガス測定装置は、試料ガスを混合部１２に取り込む試料ガス流路２、希釈用ガスを混合部１２に導入する希釈用ガス流路６、混合部１２からの測定ガスを測定部１６へ導入する測定ガス流路４、測定ガスの流量を調節する測定ガス流量調節部、希釈用ガスの流量を調節する希釈用ガス流量調節部、を備えている。さらに、測定部１６で得られる検出信号のゼロ点調整を実行するゼロ点調整部を有し、希釈用ガス流路を流れる希釈用ガスの流量が測定ガス流路を流れるガスの流量以上となるように、測定ガス流量調節部及び希釈用ガス流量調節部を制御する。【選択図】図１
2017058173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガスと希釈用ガスとを混合して測定ガスにする混合部と、
測定対象粒子を含まない希釈用ガスを前記混合部に導入する希釈用ガス流路と、
前記混合部からの測定ガスの測定を行う測定部と、
前記混合部からの測定ガスを前記測定部へ導入する測定ガス流路と、
前記混合部から前記測定ガス流路へ測定ガスを引き込むとともに、前記測定ガス流路を流れる測定ガスの流量を予め設定された流量に調節する測定ガス流量調節部と、
前記希釈用ガス流路を通じて前記混合部に希釈用ガスを送り込むとともに、前記希釈用ガス流路を流れる希釈用ガスの流量を予め設定された流量に調節する希釈用ガス流量調節部と、
試料ガスを前記混合部に取り込む試料ガス流路であって、前記測定ガス流路を流れる測定ガスの流量から前記希釈用ガス流路を流れる希釈用ガスの流量を差し引いた分の流量で試料ガスが流れる試料ガス流路と、
前記測定部で得られる検出信号のゼロ点調整を実行するゼロ点調整部を有し、前記ゼロ点調整の際に、前記希釈用ガス流路を流れる希釈用ガスの流量が前記測定ガス流路を流れるガスの流量以上となるように、前記測定ガス流量調節部及び前記希釈用ガス流量調節部を制御する制御部と、を備えた排ガス測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記ゼロ点調整の際に、前記希釈用ガス流路から前記混合部に送り込まれた希釈用ガスの一部が前記試料ガス流路を流れるように、前記測定ガス流路を流れるガスの流量を試料測定時の流量から変更することなく、前記希釈用ガス流路を流れる希釈用ガスの流量を試料測定時の流量よりも増大させるように構成されている請求項１に記載の排ガス測定装置。
【請求項３】
前記試料ガス流路上に前記試料ガス流路を流れるガスを加熱するヒータが設けられている請求項２に記載の排ガス測定装置。
【請求項４】
前記測定ガス流路上に測定ガス中の粒子を帯電させる荷電装置をさらに備え、
前記測定部は、測定ガスが流れる測定流路、その測定流路の内側に沿って設けられた平板状の分級電極、及び前記分級電極と対向し、前記測定流路を流れる測定ガス流に沿って配列され、互いに電気的に絶縁された複数の測定電極を備え、前記分級電極と前記測定電極との間に電圧を印加して電界を発生させることにより、帯電した粒子をその粒径ごとに分級して各測定電極に捕捉し、その個数をカウントする粒子分級測定装置である請求項１から３のいずれか一項に記載の排ガス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の排ガス等を試料ガスとして取り込み、その試料ガス中に含まれる粒子数を測定する排ガス測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジン等から排出されるガス中の粒子状物質の数を計測するために、試料ガスにエアなどの希釈用ガスを混合して希釈し、混合されたガスを粒子数計測装置に導入して、排ガス中に含まれる粒子数を計測するように構成されているシステムがある。かかるシステムの粒子数計測装置には、例えば試料ガス中の微粒子をその大きさによって分級して測定する微粒子測定装置が用いられる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１３−１８３６５２Ａ１
【特許文献２】特開２０１２−１２７７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記排ガス測定装置では、粒子数を正確に測定するために、排ガスの測定を行う前にゼロ点調整を行って検出信号のゼロ点を装置に記憶させておく必要がある。ゼロ点調整の際は、測定対象の粒子を含まないガスを検出器に導入するため、試料ガスを取り込む入口部にフィルタを取り付け、粒子が存在しないガスを検出器に導入し、そのときの検出器の出力値を測定のゼロ点としていた。
【０００５】
しかし、ゼロ点調整の時にだけ試料ガス入口部にフィルタを取り付けることは煩わしい。特に、排ガス測定装置が自動車に搭載されている場合には、自動車の排ガス出口部から一旦装置を取り外してフィルタを取り付け、ゼロ点調整が終了した後でまたフィルタを取り外してから装置を自動車に取り付けるという作業が必要となり、ゼロ点調整時の作業が煩雑なものとなる。
【０００６】
また、試料ガスを導入する配管の内壁は汚染されているため、ゼロ点調整の際に試料ガス入口にフィルタを取り付けても配管の内壁に付着した粒子が検出器に導入されてしまい、ゼロ点調整時に検出器に導入されるガス中の粒子数がゼロにならず、正確なベースラインを把握できない虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、排ガス測定装置のゼロ点調整を容易かつ正確に行うことができるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る排ガス測定装置の一実施形態は、試料ガスと希釈用ガスとを混合して測定ガスにする混合部と、測定対象粒子を含まない希釈用ガスを混合部に導入する希釈用ガス流路と、混合部からの測定ガスの測定を行う測定部と、混合部からの測定ガスを測定部へ導入する測定ガス流路と、混合部から測定ガス流路へ測定ガスを引き込むとともに、測定ガス流路を流れる測定ガスの流量を予め設定された流量に調節する測定ガス流量調節部と、希釈用ガス流路を通じて混合部に希釈用ガスを送り込むとともに、希釈用ガス流路を流れる希釈用ガスの流量を予め設定された流量に調節する希釈用ガス流量調節部と、試料ガスを混合部に取り込む試料ガス流路であって、測定ガス流路を流れる測定ガスの流量から希釈用ガス流路を流れる希釈用ガスの流量を差し引いた分の流量で試料ガスが流れる試料ガス流路と、測定部で得られる検出信号のゼロ点調整を実行するゼロ点調整部を有し、ゼロ点調整の際に、希釈用ガス流路を流れる希釈用ガスの流量が測定ガス流路を流れるガスの流量以上となるように、測定ガス流量調節部及び希釈用ガス流量調節部を制御する制御部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る排ガス測定装置の一実施形態では、試料ガス流路を流れるガスの流量は、測定ガス流路を流れるガスの流量から希釈用ガス流路を流れる希釈用ガスの流量を差し引いた分の流量となっているため、ゼロ点調整の際に、希釈用ガス流量から混合部に送り込む希釈用ガスの流量を、測定ガス流路を流れるガスの流量以上にすることで、測定ガス流路に希釈用ガスのみを送り込むことが可能となる。これにより、ゼロ点調整の際に、試料ガス流路からのガスが測定部に導入されることがないため、試料ガス流路にフィルタを取り付けることなく、容易かつ正確にゼロ点調整を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】排ガス測定装置の一実施例を示す流路構成図である。
【図２】同実施例の全体の構成を示すブロック図である。
【図３】同実施例のゼロ点調整の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】測定部の一例を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る排ガス測定装置において、制御部は、ゼロ点調整の際に、希釈用ガス流路から混合部に送り込まれた希釈用ガスの一部が試料ガス流路を流れるように、測定ガス流路を流れるガスの流量を試料測定時の流量から変更することなく、希釈用ガス流路を流れる希釈用ガスの流量を試料測定時の流量よりも増大させるように構成されていることが好ましい。これにより、ゼロ点調整時に、測定部に導入されるガスの流量を試料測定時の流量と同じ流量に維持しながら、希釈用ガスのみを測定部に導入することができるので、ゼロ点調整を正確に実行することができる。さらに、混合部に送り込まれた希釈用ガスの一部が試料ガス流路を流れるため、ゼロ点調整時に試料ガス流路内のパージを行うことができる。
【００１２】
さらに、試料ガス流路上に試料ガス流路を流れるガスを加熱するヒータが設けられていることが好ましい。そうすれば、ゼロ点調整時に、ヒータにより加熱された希釈用ガスが試料ガス流路を流れるため、試料ガス流路の内壁面に付着した汚染物質の除去効率が向上し、測定精度の向上が図れる。また、かかるヒータによって試料ガスを加熱することで、試料ガス中の粒子に付着した水分や油分などの揮発性物質を除去することができる。
【００１３】
測定ガス流路上に測定ガス中の粒子を帯電させる荷電装置をさらに備え、測定部として、測定ガスが流れる測定流路、その測定流路の内側に沿って設けられた平板状の分級電極、及び分級電極と対向し、測定流路を流れる測定ガス流に沿って配列され、互いに電気的に絶縁された複数の測定電極を備え、分級電極と測定電極との間に電圧を印加して電界を発生させることにより、帯電した粒子をその粒径ごとに分級して各測定電極に捕捉し、その個数をカウントする粒子分級測定装置を用いることができる。かかる粒子分級測定装置は、例えば特許文献１に示されているものであり、送風機構以外に可動部をもたず、単純で堅牢な構造を有するものであるため、携帯可能である。したがって、かかる粒子分級測定装置を用いることで、排ガス測定装置のさらなる小型化が図られ、携帯可能な排ガス測定装置を実現することができる。
【００１４】
排ガス測定装置の一実施例について図面を用いて説明する。
まず、図１を用いて、同実施例の流路構成について説明する。
【００１５】
この実施例の排ガス測定装置は、試料ガス流路２、測定ガス流路４及び希釈ガス流路６を備えている。これらの流路２，４，６は混合部１２に接続されている。混合部１２は、試料ガス流路２を通じて取り込まれた試料ガスと希釈用ガス流路６から送り込まれた希釈用ガスを混合するものであり、それらの混合ガスが測定ガス流路４を通じて測定ガスとして測定部１６に導入される。試料ガス流路２は、自動車の排ガス等の試料ガスを混合部１２に取り込むための流路である。希釈用ガス流路４は、測定対象粒子を含まない希釈用ガスを混合部１２に送り込むための流路である。
【００１６】
試料ガス流路２上には、ヒータ８及びインパクタ１０が設けられている。ヒータ８は試料ガスを約３００℃に加熱することで、試料ガス中の粒子に付着した水分や油分などの揮発性物質を除去するものである。ヒータ８を設けることで、試料ガス中の粒子が凝縮して大きな粒子になり粒子数が減少することや、混合部１２内に粒子が付着することを防止し、測定精度の向上に繋がる。インパクタ１０は、試料ガスを、細隙を通して吸引し、一定以上の大きさをもつ粒子を、その細隙の直後に配置した板に衝突させて除去するように調整されたものである。
【００１７】
希釈用ガス流路６上に、上流側から、希釈用ガスポンプ２４、希釈用ガス流量調節バルブ２６、流量計２８及びフィルタ３０が設けられている。希釈用ガスポンプ２４は一定駆動されており、希釈用ガスポンプ２４により希釈用ガス流路６に大気が取り込まれる。希釈用ガス流路６に取り込まれた大気はフィルタ３０を通気されることで粒子が除去され、希釈用ガスとして混合部１２に送り込まれる。
【００１８】
希釈用ガス流量調節バルブ２６は、その開度によって混合部１２に送り込まれる希釈用ガスの流量を調節するものである。流量計２８は希釈用ガス流路６を流れるガスの流量を計測する。希釈用ガス流量調節バルブ２６の開度は、希釈用ガス流路６を流れるガスの流量が予め設定された流量になるように、流量計２８の計測値に基づいて、制御部３２（図２参照）によりフィードバック制御がなされる。希釈用ガスポンプ２４、希釈用ガス流量調節バルブ２６及び流量計２８は、希釈用ガス流量調節部をなしている。
【００１９】
測定ガス流路４上に、混合部１２側から荷電装置１４、測定部１６、流量計１８、測定ガス流量調節バルブ２０及び測定ガスポンプ２２が設けられている。荷電装置１４及び測定部１６については後述する。測定ガスポンプ２２は一定駆動される。測定ガス流路４を流れる測定ガスの流量は、測定ガス流量調節バルブ２０の開度により調節される。流量計１８は測定ガス流路４を流れる測定ガスの流量を計測する。測定ガス流量調節バルブ２０の開度は、測定ガス流路４を流れる測定ガスの流量が予め設定された流量になるように、流量計１８の計測値に基づいて、制御部３２（図２参照）によりフィードバック制御がなされる。流量計１８、測定ガス流量調節バルブ２０及び測定ガスポンプ２２は、測定ガス流量調節部をなしている。
【００２０】
この実施例の測定部１６は、複数の測定電極が測定ガスの流れ方向に沿って配列され、粒子の大きさごとに分級してその数をカウントする粒子分級測定装置である。測定部１６の上流側に設けられた荷電装置１４は、測定ガス中の粒子を帯電させるものである。なお、測定部１６は必ずしもそのような測定装置である必要はなく、特許文献２に示されているような粒子数計測装置を用いることもできる。そのような場合には荷電装置１４は不要である。
【００２１】
測定部１６の一例を図４に示す。
【００２２】
測定部１６は内部に測定流路４３を有し、ガス入口３８から流入した測定ガスが測定流路４３を流れてガス出口４０から流出する。
【００２３】
測定流路４３の内側に、分級電極４２、トラップ電極４４、測定電極４６、４８、５０、５２、５４及び５６が設けられている。分級電極４２は測定流路４３の測定ガス流に沿って上流側から下流側へ伸びるように設けられた平板電極である。トラップ電極４４は測定流路４３の上流端側で分級電極４２と対向して配置されている。各測定電極４６、４８、５０、５２、５４及び５６は分級電極４２と対向するとともに、測定流路４３に沿って互いに間隔をもって配置されている。トラップ電極４４、測定電極４６、４８、５０、５２、５４及び５６は互いに電気的に絶縁されている。
【００２４】
分級電極４２とトラップ電極４４、各測定電極４６、４８、５０、５２、５４及び５６との間には分級用の電界がかけられ、測定ガス中の荷電された粒子が粒径ごとに分級されて各測定電極４６、４８、５０、５２、５４及び５６に捕捉され、その数がカウントされる。
【００２５】
図１に戻って、測定ガス流路４を流れる測定ガスの流量は、混合部１２に取り込まれる試料ガスと混合部１２に送り込まれる希釈用ガスの合計流量である。試料ガス流路２を通じて混合部１２に取り込まれる試料ガスの流量は、測定ガスの流量から希釈用ガスの流量を差し引いた流量である。例えば、測定ガスの流量が１０Ｌ／ｍｉｎ、希釈用ガスの流量が９Ｌ／ｍｉｎに設定されている場合には、試料ガスが試料ガス流路２を通じて１Ｌ／ｍｉｎの流量で混合部１２に取り込まれることになる。
【００２６】
ここで、希釈用ガス流路６を流れる希釈用ガスの流量を測定ガス流路４に流れるガスの流量以上にすることで、試料ガス流路２からのガスが混合部１２に取り込まれず、希釈用ガスのみが測定ガス流路４を流れることとなる。そこで、この実施例では、測定部１６の検出信号のゼロ点調整の際に、混合部１２に試料ガス流路２からのガスが取り込まれないように、希釈用ガスの流量を通常の排ガス測定時よりも増加させるよう、制御部３２が希釈用ガス流量調節バルブ２６を制御する。
【００２７】
図２を用いてこの実施例全体の構成について説明する。
【００２８】
測定部１６、流量計１８，２８、測定ガス流量調節バルブ２０、測定ガスポンプ２２、希釈用ガス流量調節バルブ２６及び希釈用ガスポンプ２８は、共通の制御部３２に電気的に接続されている。制御部３２はシステムコントローラなどの専用のコンピュータ又は汎用のパーソナルコンピュータによって実現される。制御部３２には測定ガス流量制御部３３、希釈用ガス流量制御部３４、排ガス測定部３５、ゼロ点調整部３６及び流量設定値保持部３７が設けられている。
【００２９】
測定ガス流量制御部３３、希釈用ガス流量制御部３４、排ガス測定部３５及びゼロ点調整部３６は、制御部３２内に格納されたプログラムが実行されることによって得られる機能である。流量設定値保持部３７は測定ガス流路４のガス流量と希釈用ガス流路６のガス流量の設定値を保持する記憶領域である。流量設定値保持部３７には、希釈用ガス流路６のガス流量の設定値として、通常の排ガス測定時の流量の設定値とゼロ点調整時の流量の設定値が保持されている。ゼロ点調整時の流量は通常の排ガス測定時の流量よりも大きく設定されている。
【００３０】
測定ガス流量制御部３３は、流量計１８の出力信号に基づき、測定ガス流路４を流れる測定ガスの流量が流量設定値保持部３７に保持された設定値になるように、測定ガス流量調節バルブ２０のフィードバック制御を行うように構成されている。
【００３１】
希釈ガス流量制御部３４は、流量計２８の出力信号に基づき、希釈用ガス流路６を流れる希釈用ガスの流量が流量設定値保持部３７に保持された設定値になるように、希釈用ガス流量調節バルブ２６のフィードバック制御を行うように構成されている。
【００３２】
排ガス測定部３５は、排ガス測定を実行するように構成されている。排ガス測定が実行されると、測定部１６で得られた検出信号が制御部３２に取り込まれる。
【００３３】
ゼロ点調整部３６は、測定部１６の検出信号のゼロ点を調整するゼロ点調整を実行するように構成されている。ゼロ点調整が実行されると、希釈用ガス流路６を流れる希釈用ガスの流量の測定用の設定値（例えば９Ｌ／ｍｉｎ）がゼロ点調整用の設定値（例えば１１Ｌ／ｍｉｎ）に変更され、希釈用ガス流路６を流れる希釈用ガスの流量（例えば１１Ｌ／ｍｉｎ）が測定ガス流路４を流れる測定ガスの流量の設定値（例えば１０Ｌ／ｍｉｎ）よりも大きくなる。これにより、測定ガス流路４を希釈用ガスのみからなる測定ガスが流れ、混合部１２に送り込まれた希釈用ガスの一部が試料ガス流路２を逆流することとなる。
【００３４】
このとき、測定部１６で得られる検出信号は制御部３２に取り込まれ、ゼロ点として保存される。同時に、試料ガス流路２の内側が逆流する希釈用ガスによってパージされる。試料ガス流路２を流れる希釈用ガスがヒータ８を通ることで約３００℃に加熱され、加熱された希釈用ガスが試料ガス流路２を流れることで、試料ガス流路２の内壁面に付着した汚染物質が除去されやすくなる。
【００３５】
この実施例におけるゼロ点調整時の動作の一例について、図１及び図２とともに図３のフローチャートを用いて説明する。
【００３６】
ユーザがゼロ点調整の開始の指示を制御部３２に入力すると、希釈用ガスの流量の設定値がゼロ点調整用の設定値に変更され、希釈用ガス流路６を流れる希釈用ガスの流量がその設定値になるように、希釈用ガス流量調節バルブ２６のフィードバック制御が行われる。制御部３２は、流量計１８からの信号を監視し、測定ガス流路４の流量が安定しているか否かを確認する。測定ガス流路４の流量が安定しているか否かは、流量計１８からの検出信号の最大値と最小値が、測定ガス流路４のガス流量の設定値を基準に設定される許容範囲（例えば、設定値±５％）にあるか否かにより判定する。
【００３７】
測定ガス流路４の流量が安定してから測定部１６の検出信号を読み取り、ゼロ点として保存する。ゼロ点として保存される信号の強度は、例えば測定時間中における測定部１６の検出信号強度の平均値である。ゼロ点の保存を終了した後、希釈用ガスの流量の設定値を通常の排ガス測定時の設定値に戻し、ゼロ点調整を終了する。
【符号の説明】
【００３８】
２      試料ガス流路
４      測定ガス流路
６      希釈用ガス流路
８      ヒータ
１０      インパクタ
１２      混合部
１４      荷電装置
１６      測定部
１７      荷電装置
１８，２８      流量計
２０      測定ガス流量調節バルブ
２２      測定ガスポンプ
２４      希釈用ガスポンプ
２６      希釈用ガス流量調節バルブ
３２      制御部
３３      測定ガス流量制御部
３４      希釈用ガス流量制御部
３５      排ガス測定部
３６      ゼロ点調整部
３８      ガス入口
４０      ガス出口
４２      分級電極
４３      測定流路
４４      トラップ電極
４６，４８，５０，５２，５４，５６      測定電極
【図１】
2017058173.tif 000003
【図２】
2017058173.tif 000004
【図３】
2017058173.tif 000005
【図４】
2017058173.tif 000006