(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出されるガスが流れる排ガス流路にサンプリング流路を接続して前記排ガスの一部をサンプリングするとともに、前記サンプリング流路に並列的に接続された希釈ガス流路を介して導入される希釈ガスによって前記サンプリングされた排ガスを希釈し、この希釈された排ガスの一部をサンプルバッグに貯留し、このサンプルバッグ内の希釈排ガスをガス分析部において分析し、この分析結果より算出したサンプルバッグ内の希釈排ガスに含まれる排ガス成分のサンプルバッグ内濃度実測値と排ガス流量を用いて前記排ガス成分の質量を測定する排ガス分析システムにおいて、
濃度が既知のトレースガスを前記排ガス流路の前記サンプリング流路との接続点より上流側に導入するためのトレースガス導入路と、導入される前記トレースガスの流量をモニタする演算制御部と、排ガスの流量を測定する流量計とを備え、希釈されたトレースガスを前記ガス分析部で分析し、この分析結果より算出したトレースガスの総質量を前記導入したトレースガスの総質量と比較することにより排ガス希釈法を用いた排ガス分析システム自体の測定精度を評価しながら排ガス成分の質量測定を行うよう構成したことを特徴とする排ガス分析システム。
【請求項２】
排ガス成分の質量Ｍx は、下記（１）式で与えられ、
ＭX ＝Ｃxbag×Ｖex×Ｒd ×ρx                           ……（１）
（ここで、Ｃxbag：排ガス成分Ｘのサンプルバッグ内濃度実測値、Ｖex：排ガス総体積（排ガス総流量）、Ｒd ：希釈率、ρx ：成分Ｘの密度である。）
一方、排ガス流路に導入される既知濃度かつ既知流量のトレースガスの質量Ｍt は、下記（２）式で与えられる、
Ｍt ＝Ｃt ×Ｖt ×ρt                                   ……（２）
（ここで、Ｃt ：トレースガスの導入時の濃度、Ｖt ：トレースガスの総導入体積、ρt ：トレースガスの密度）
請求項１に記載の排ガス分析システム。
【請求項３】
前記サンプリング流路とガス分析部間に、前記サンプリング流路に入ったサンプルガスとしての前記排ガスの一部およびトレースガスを希釈ガスによって希釈するミニダイリュータを設け、
前記ミニダイリュータは、前記サンプリング流路に連通するミニダイリュータ内サンプリング流路と、このミニダイリュータ内サンプリング流路と並列的に設けられる希釈ガス流路と、流量測定部と流量制御弁とからなり、流量測定と流量制御の両機能を兼備したマスフローコントローラと、このマスフローコントローラおよび切替え弁としての三方電磁弁を介して設けられたサンプルバッグを備えており、
さらに、前記ミニダイリュータ内サンプリング流路には、サンプルガスの流量を規定するための臨界流ベンチュリおよび吸引ポンプがこの順に設けられ、
前記希釈ガス流路には、調圧器および前記希釈ガス流路を流れる希釈ガスの流量を規定するための臨界流ベンチュリがこの順に設けられ、この臨界流ベンチュリの下流側が前記サンプリング流路に設けた前記臨界流ベンチュリと吸引ポンプとの間の点において前記サンプリング流路と接続されている一方、
前記マスフローコントローラが、前記サンプリング流路の吸引ポンプより下流側に設けられ、前記サンプリング流路の吸引ポンプと前記マスフローコントローラとの間の点に接続されるオーバーフロー流路が設けられており、前記三方電磁弁に流路が接続されており、この流路には、複数のガス分析計が互いに並列的に設けられているとともに、
前記調圧器は、ミニダイリュータ内サンプリング流路に設けた前記臨界流ベンチュリの入口側の圧力と前記希釈ガス流路に設けた前記臨界流ベンチュリの入口側の圧力とが等しくなるように機能するよう構成されている請求項１または２に記載の排ガス分析システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、排ガス分析システムに関するものであり、さらに詳しくは、排ガス成分の質量の測定を測定精度を自ら評価しながら行うように構成された排ガス分析システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車のエンジンから排出されたガス中の成分の質量を測定する際のサンプリング手法として現在広く用いられているＣＶＳ法（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ、定容量サンプリング法）は、ＵＬＥＶ（Ｕｌｔｒａ  Ｌｏｗ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＳＵＬＥＶ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｏｗ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）などといった超低エミッション排ガスの計測時には精度不足となる可能性が指摘されている。
【０００３】
前記ＣＶＳ法に代わるものの一つに、ミニダイリュータ法がある。このミニダイリュータ法は、エンジンからの排ガスの全量を希釈するのではなく、排ガスの一部をサンプリングし、このサンプリングされた排ガスを一定の希釈比で希釈し、この希釈されたサンプルガスを前記エンジンからの排ガスの流量に比例してサンプルバッグに採取し、その後、サンプルバッグ内の希釈されたサンプルガスを分析する手法である。
【０００４】
図３は、前記ミニダイリュータ法を用いた排ガス分析システムの構成の一例を概略的に示すもので、図において、１は自動車のエンジン、２はエンジン１に連なる排気管に連結される排ガス流路、３は排ガス流路２を流れる排ガスＧの全流量を測定する流量計（例えばディジタル流量計）である。４は排ガス流路２に対して流量計３の下流側の点５において接続されるサンプリング流路で、排ガス流路２を流れる排ガスＧの一部をサンプルガスＳとしてサンプリングする。
【０００５】
６は前記サンプリング流路４に設けられるミニダイリュータで、次のように構成されている。すなわち、４Ａはミニダイリュータ６内のサンプリング流路で、サンプリング流路４Ａを流れるサンプルガスＳの流量を規定するためのＣＦＶ（臨界流ベンチュリ）７および吸引ポンプ８がこの順に設けられている。そして、９はサンプリング流路４Ａと並列的に設けられる希釈ガス流路で、調圧器１０および希釈ガス流路９を流れる希釈ガスＤの流量を規定するためのＣＦＶ１１がこの順に設けられ、ＣＦＶ１１の下流側がサンプリング流路４ＡのＣＦＶ７と吸引ポンプ８との間の点１２において接続されている。そして、調圧器１０は、流路４ＡのＣＦＶ７の入口側の圧力と希釈ガス流路９のＣＦＶ１１の入口側の圧力とが等しくなるように機能する。また、この調圧器１０の上流側（より詳しくは、ミニダイリュータ６の外部）には希釈ガス（例えば窒素ガス）Ｄを収容したボンベ１３が設けられている。
【０００６】
そして、前記サンプリング流路４Ａの吸引ポンプ８より下流側には、流量測定部と流量制御弁とからなり、流量測定と流量制御の両機能を兼備したマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１４および切替え弁としての三方電磁弁１５を介してサンプルバッグ１６が設けられている。また、１７はサンプリング流路４Ａの吸引ポンプ８とマスフローコントローラ１４との間の点１８に接続されるオーバーフロー流路である。
【０００７】
また、１９は前記ミニダイリュータ６の後段に設けられるガス分析部で、三方電磁弁１５に接続された流路２０には、例えば複数のガス分析計１９ａ〜１９ｎが互いに並列的に設けられている。これらのガス分析計１９ａ〜１９ｎとしては、例えばＣＯ、ＣＯ2 測定用のＮＤＩＲ（非分散型赤外線ガス分析計）、ＮＯX 測定用のＣＬＤ（化学発光ガス分析計）、ＴＨＣ（全炭化水素）測定用のＦＩＤ（水素炎イオン化検出器）などがある。
【０００８】
さらに、２１は演算制御部で、例えばパソコンよりなり、流量計３、マスフローコントローラ１４、ガス分析部１９などからの出力信号に基づいて演算を行ったり、この演算結果に基づいて排ガス分析システム全体を制御するものである。
【０００９】
上述のように構成されたミニダイリュータ法を用いた排ガス分析システムにおいては、次のようにして排ガス分析が行われる。すなわち、エンジン１からの排ガスＧは、排ガス流路２に設けられた流量計３によって流量が測定され、流量計３の出力が演算制御部２１に入力される。ミニダイリュータ６内の吸引ポンプ８が動作しているので、この流量計測された排ガスＧの一部は、サンプリング流路４内にサンプルガスＳとして取り込まれる。そして、このサンプルガスＳは、サンプリング流路４に設けられたミニダイリュータ６内の流路４Ａを吸引ポンプ８方向に流れる。また、前記流路４Ａと並列的に設けられた希釈ガス流路９にも前記吸引ポンプ８の作用により、希釈ガスＤが流れる。
【００１０】
この場合、希釈ガス流路９に流路４ＡのＣＦＶ７の入口側の圧力と希釈ガス流路９のＣＦＶ１１の入口側の圧力とが等しくなるように機能する調圧器１０が設けられているとともに、流路４Ａおよび希釈ガス流路９にそれぞれの流路４Ａ，９を流れるガスＳ，Ｄの流量を規定するＣＦＶ７，１１が設けられているので、両流路４Ａ，９を流れるガスＳ，Ｄの流量の変化の仕方が互いに等しくなり、流量比は常に一定となる。そして、これらのガスＳ，Ｄは、合流点１２で合流し、サンプルガスＳは希釈ガスＤによって一定の倍率で希釈される。
【００１１】
前記希釈されたサンプルガスＳは、吸引ポンプ８を経てその下流側に流れ、その一部は流路４Ａに設けられたマスフローコントローラ１４によって設定される流量だけ三方電磁弁１５側に流れる。この三方電磁弁１５は、電源オフ時、マスフローコントローラ１４とサンプルバッグ１６とが連通するように構成されているので、前記マスフローコントローラ１４を経た希釈されたサンプルガスＳは、サンプルバッグ１６に収集される。そして、希釈されたサンプルガスＳの残りは、オーバーフロー流路１７を経て廃棄される。
【００１２】
そして、前記マスフローコントローラ１４によって取り込まれる希釈されたサンプルガスＳの流量は、排ガス流路２を流れる排ガスＧの流量に比例するように、マスフローコントローラ１４の流量制御弁の開度が設定される。より詳しくは、前記排ガス流量は、既に説明したように流量計３によって測定されており、その結果が演算制御部２１に入力されているので、この演算制御部２１からマスフローコントローラ１４に対して、その流量調整弁が所定の開度となるような制御指令が送られ、マスフローコントローラ１４は希釈されたサンプルガスＳを所定流量だけ取り込むのである。
【００１３】
そして、所定のサンプリングが終了すると、三方電磁弁１５の電源がオンとなり、サンプルバッグ１６と流路２０とが連通し、サンプルバッグ１６内に採取された希釈サンプルガスＳがガス分析部１９に供給され、この希釈されたサンプルガスＳに含まれる測定成分、例えばＣＯ、ＣＯ2 、ＮＯX 、ＴＨＣの濃度（バッグ内濃度実測値）が、ガス分析部１９に設けられたＮＤＩＲ、ＣＬＤ、ＦＩＤなどによってそれぞれ測定される。
【００１４】
そして、この場合、ある成分Ｘの希釈前の質量Ｍx は、下記（１）式で与えられる。
ＭX ＝Ｃxbag×Ｖex×Ｒd ×ρx                           ……（１）
ここで、Ｃxbag：成分Ｘのバッグ内濃度実測値、Ｖex：排ガス総体積、
Ｒd ：希釈率、ρx ：成分Ｘの密度
である。
【００１５】
上述したところから明らかなように、成分Ｘのバッグ内濃度実測値Ｃxbag、排ガス全流量Ｖex、希釈率Ｒd 、成分Ｘの密度ρx はそれぞれ既知であるので、排ガスＧ中の成分Ｘの希釈前の質量Ｍx を簡単に求めることができ、上記ミニダイリュータ法を用いた排ガス分析システムによれば、低濃度排ガス成分の質量を精度よく測定することができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ミニダイリュータ法を用いた排ガス分析システムにおいては、上述したところから明らかなように、排ガスＧの流量をリアルタイムに測定することが不可欠であり、その測定誤差の程度によっては、最終的に得られる排ガス中の成分の質量に大きな誤差を含むといった課題がある。
【００１７】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、ミニダイリュータ法を用いたときにおける排ガス分析システムの測定精度を自ら評価できるようにした排ガス分析システムを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、エンジンから排出されるガスが流れる排ガス流路にサンプリング流路を接続して前記排ガスの一部をサンプリングするとともに、前記サンプリング流路に並列的に接続された希釈ガス流路を介して導入される希釈ガスによって前記サンプリングされた排ガスを希釈し、この希釈された排ガスの一部をサンプルバッグに貯留し、このサンプルバッグ内の希釈排ガスをガス分析部において分析し、この分析結果より算出したサンプルバッグ内の希釈排ガスに含まれる排ガス成分のサンプルバッグ内濃度実測値と排ガス流量を用いて前記排ガス成分の質量を測定する排ガス分析システムにおいて、
濃度が既知のトレースガスを前記排ガス流路の前記サンプリング流路との接続点より上流側に導入するためのトレースガス導入路と、導入される前記トレースガスの流量をモニタする演算制御部と、排ガスの流量を測定する流量計とを備え、希釈されたトレースガスを前記ガス分析部で分析し、この分析結果より算出したトレースガスの総質量を前記導入したトレースガスの総質量と比較することにより排ガス希釈法を用いた排ガス分析システム自体の測定精度を評価しながら排ガス成分の質量測定を行うよう構成している。
【００１９】
上記排ガス分析システムにおいては、排ガス流に導入されるトレースガスの総質量は既知であり、ミニダイリュータ法を用いて測定・算出したトレースガスの総質量を前記既知の総質量と比較することによって、排ガス希釈法を用いた排ガス分析システム自体の測定精度を評価することができる。その結果、排ガス流量測定を含めたミニダイリュータ法を用いた排ガス分析システムの信頼性が向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の排ガス分析システムの第１の実施の形態を示すものである。この排ガス分析システムが従来の排ガス分析システムと大きく異なる点は、排ガス流路２のミニダイリュータ６へのサンプリング点５より上流側に既知濃度かつ既知流量の適宜のトレースガスＴを導入し、希釈されたトレースガスＴをガス分析部１９に設けられたトレースガス分析計によって分析し、この分析結果より算出したトレースガスＴの総質量を前記導入されたトレースガスＴの総質量と比較して、排ガス希釈法を用いた排ガス分析システム自体の測定精度の評価を行うようにしたことである。
【００２１】
すなわち、図１において、２２はトレースガスＴを排ガス流路２に導入するためのトレースガス導入路で、点２３において排ガス流路２に接続されている。このトレースガス導入路２２は、その上流側にはトレースガスＴとしてのＨｅ（ヘリウムガス）のボンベ２４が設けられるとともに、トレースガスＴの流量を測定しかつ制御するマスフローコントローラ２５が設けられている。このマスフローコントローラ２５は、前記演算制御部２１によって制御されるとともに、検出した流量測定値を演算制御部２１に出力するように構成されている。
【００２２】
そして、前記トレースガスとしてのＨｅ濃度を分析するため、ガス分析部１９には、ＣＯ、ＣＯ2 、ＮＯX 、ＴＨＣの濃度を測定するためのＮＤＩＲ、ＣＬＤ、ＦＩＤの他に、質量分析計を設ける。
【００２３】
上記構成の排ガス分析システムにおいては、エンジン１からの排ガスＧは、排ガス流路２を流れ、排ガス流路２にトレースガス導入路２２を介して導入されるトレースガスＴと混合される。このトレースガスＴの流量は、トレースガス導入路２２に介装されたマスフローコントローラ２５によって一定流量に制御される。このときの流量は、演算制御部２１でモニタされる。
【００２４】
前記排ガスＧおよびトレースガスＴは、流量計３を経てその一部がサンプリング流路４に入り、他は排出される。流量計３の出力は、演算制御部２１に送られる。
【００２５】
前記サンプリング流路４に入ったサンプルガスＳおよびトレースガスＴは、ミニダイリュータ６内において希釈ガスＤによって希釈され、以下、前記図３に示した排ガス分析システムと同様にしてガス分析部１９において、希釈後の各成分の濃度（バッグ内濃度）がＮＤＩＲ、ＣＬＤ、ＦＩＤ、質量分析計などによって求められる。この場合においても、各成分（トレースガスＴについても）の質量は、前記（１）式によって求めることができる。
【００２６】
一方、トレースガス導入路２２を介して排ガス流路２に導入されるトレースガスＴの質量Ｍt は、下記（２）式で与えられる。
Ｍt ＝Ｃt ×Ｖt ×ρt                                   ……（２）
ここで、Ｃt ：トレースガスＴの導入時の濃度、
Ｖt ：トレースガスＴの総導入体積、ρt ：成分Ｘの密度
である。
【００２７】
そして、理論的には、トレースガスＴについては、（１）式で与えられるＭx と（２）式で与えられるＭt とが同じ値になるはずである。そして、Ｍt は比較的精度よく求められるため、両者Ｍx ，Ｍt の差はそのままミニダイリュータ６を用いたガス分析の妥当性の指標とみなすことができる。
【００２８】
上述のように、この発明の排ガス分析システムにおいては、排ガスＧに導入されるトレースガスＴの総質量は既知であり、ミニダイリュータ法を用いて測定・算出したトレースガスＴの総質量を前記既知の総質量と比較することによって、排ガス希釈法を用いた排ガス分析システム自体の測定精度を評価することができる。その結果、排ガス流量測定を含めたミニダイリュータ法を用いた排ガス分析システムの信頼性が向上する。
【００２９】
図２は、この発明の第２の実施の形態を示すもので、この実施の形態においては、排ガス流路２を流れるガス（排ガスＧとトレースガスＴ）の流量を、トレースガスＴの混合前と混合後の濃度変化から測定するようにしたもので、流量計３を排ガス流路２から取り去り、排ガス流路２の接続点２３と接続点５の間の点２６に流路２７の一端を接続し、他端を流路２０に介装した三方電磁弁２８に接続してなるものである。
【００３０】
この図２に示した構成においては、サンプルバッグ１６へのサンプリングが行われる一方で、接続点２６からサンプリングされたガス中のトレースガスＴの濃度がガス分析部１９において測定される。排ガスＧの流量は、このトレースガス濃度からリアルタイムで算出され、サンプルバッグ１６へのサンプリング流量へフィードバックされる。そして、サンプルバッグ１６へのサンプリングが終了し、このサンプリングによって得られた希釈されたガス（排ガスＧおよびトレースガスＴ）中の成分（トレースガスＴも含む）を分析することにより、前記第１の実施の形態と同様に排ガス希釈法を用いた排ガス分析システム自体の測定精度を評価することができる。つまり、この実施の形態においては、トレースガスＴを排ガスＧの流量測定に用いているので、排ガスＧの流量測定のための流量計を省略することができる。
【００３１】
この発明は、上述した各実施の形態に限られるものではなく、例えばトレースガスＴとしては、化学的に安定なＳＦ6 を用いることができる。このＳＦ6 をトレースガスＴとして用いる場合、その濃度分析手段としては、ＮＤＩＲの他に、例えばフーリエ変換赤外分光光度計を用いたＦＴＩＲ法ガス分析計を採用することができ、このＦＴＩＲ法ガス分析計１台によって、エンジン排ガスの主要成分であるＣＯ、ＣＯ2 、ＮＯ、Ｈ2 Ｏや、さらに関心の高いＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ、ＮＨ3 、ＨＣＨＯ、ＣＨ4 などを同時測定することができ、ガス分析部１９の構成を簡略化できる。
【００３２】
また、ミニダイリュータ６内の流量を規定する構成は、ＣＦＶに限定されるものではなく、例えばＭＦＣなどの流量制御装置を採用することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の排ガス分析システムにおいては、ミニダイリュータ法を用いたときにおける排ガス分析システムの測定精度を自ら評価できるので、排ガス流量測定を含めたミニダイリュータ法を用いた排ガス分析システムの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の排ガス分析システムの構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】  この発明の排ガス分析システムの構成の他の例を概略的に示す図である。
【図３】  ミニダイリュータ法を用いた排ガス分析システムの構成の一例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…排ガス流路、３…流量計、４…サンプリング流路、５…排ガス流路とサンプリング流路との接続点、９…希釈ガス流路、１６…サンプルバッグ、１９…ガス分析部、２１…演算制御部、２２…トレースガス導入路、Ｇ…排ガス、Ｄ…希釈ガス、Ｔ…トレースガス。
【図１】
0004246867.tif 000002
【図２】
0004246867.tif 000003
【図３】
0004246867.tif 000004