(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ガス中の液体粒子状物質を測定する排気ガス測定装置において、
前記液体粒子状物質を含む排気ガスが通過する管路に接続されており、前記液体粒子状物質を浸透しない弗素樹脂のシートから成り、該シートの厚さ方向に貫通する無数の小孔を形成し、液体粒子状物質を測定するフィルタと、
前記管路の前記液体粒子状物質を測定するフィルタの上流側に接続された冷却用希釈空気供給管路から構成され、しかも前記希釈空気供給管路によって希釈空気を供給するポンプと、前記希釈空気によって希釈されて冷却された排気ガスの温度を測定する温度計とを具備し、排気ガスに希釈空気を供給して前記液体粒子状物質の液化温度以下の温度になるように前記ポンプの回転数を制御し、前記液体粒子状物質をその液化温度以下の温度に冷却する冷却手段と、
前記管路の前記液体粒子状物質を測定するフィルタの上流側と下流側の差圧を計測する差圧計と、
を具備し、前記液体粒子状物質を測定するフィルタが前記液体粒子状物質と接触しても、該液体粒子状物質を吸収することがなく、前記冷却手段によって排気ガス中に含まれる液体粒子状物質を液化するのに必要な温度に冷却して前記フィルタを構成するシートの厚さ方向に貫通する小孔内を通過させると、前記液体粒子状物質が前記小孔の内側壁面を構成する内周面に付着することによって捕捉され、捕捉量に応じて通気抵抗が発生し、前記差圧計の計測値から排気ガス中の液体粒子状物質の含有量を測定するようにしたことを特徴とする排気ガス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気ガス測定装置に係り、とくにエンジの排気ガス中の液体粒子状物質を測定する排気ガス測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から成るエンジン、とくにディーゼルエンジンの排気ガスを測定する排気ガス測定装置が、例えば特願平７−８４９００号によって提案されている。この装置はエンジンの排気ガスの一部を排気管から抽出してミニダイリューショントンネルに導き、このミニダイリューショントンネルで排気ガスを空気で希釈して窒素酸化物等の測定を行なうようにしたものである。
【０００３】
従来のこのような測定装置は、排気ガス中の有害物質中、とくに重要な窒素酸化物の測定を主たる目的として設計されている。ところがディーゼルエンジンの排気ガスには煤（ＳＯＯＴ）や液体粒子状物質（ＳＯＦ）が含まれており、これらを合せてパティキュレート物質という。このようなパティキュレート物質については、ミニダイリューショントンネルで希釈された排気ガスの一部を抽出する計測用抽出管の途中にパティキュレートフィルタを設けておき、パティキュレートフィルタによって上記のようなパティキュレート物質を捕捉し、その重量をマイクロ天秤によって測定するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のこのようなパティキュレートフィルタによるパティキュレート物質の捕捉と、マイクロ天秤による測定によれば、測定がバッチ処理のためにその効率が非常に悪く、しかも連続測定を行なうことができなかった。すなわちエンジンの運転状態に応じて液体粒子状物質がどのように排出されているかを正確に計測することができなかった。
【０００５】
フィルタを用いた差圧測定法をパティキュレート物質の計測に適用する試みがなされているが、とくに液体粒子状物質については、その含有量と差圧との間に直線関係を見出せず、このためにとくに液体粒子状物質については差圧測定法を用いることができなかった。
【０００６】
本願発明者は液体粒子状物質を捕捉するフィルタの上流と下流との間の差圧と捕捉される液体粒子状物質の量との間に直線関係が見出せない原因について各種調査研究を行なった。その結果液体粒子状物質がフィルタ材質の中に浸透することが原因であることを突止めた。すなわち排気ガス中のパティキュレート物質は、フィルタ差圧測定法においては、煤（ＳＯＯＴ）の測定には適しているものの、液体粒子状物質（ＳＯＦ）はフィルタ材質中に浸透し、排気ガス中における液体粒子状物質の含有量に比例した通気抵抗が発生せず、これによってフィルタの上流と下流との間において正確な差圧が生せず、測定ができないことが明らかになった。
【０００７】
本発明はこのような知見に基いてなされたものであって、とくにエンジンの排気ガス中の液体粒子状物質を正確にかつ連続的に測定することが可能な排気ガス測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの排気ガス中の液体粒子状物質を測定する排気ガス測定装置において、
前記液体粒子状物質を含む排気ガスが通過する管路に接続されており、前記液体粒子状物質を浸透しない弗素樹脂のシートから成り、該シートの厚さ方向に貫通する無数の小孔を形成し、液体粒子状物質を測定するフィルタと、
前記管路の前記液体粒子状物質を測定するフィルタの上流側に接続された冷却用希釈空気供給管路から構成され、しかも前記希釈空気供給管路によって希釈空気を供給するポンプと、前記希釈空気によって希釈されて冷却された排気ガスの温度を測定する温度計とを具備し、排気ガスに希釈空気を供給して前記液体粒子状物質の液化温度以下の温度になるように前記ポンプの回転数を制御し、前記液体粒子状物質をその液化温度以下の温度に冷却する冷却手段と、
前記管路の前記液体粒子状物質を測定するフィルタの上流側と下流側の差圧を計測する差圧計と、
を具備し、前記液体粒子状物質を測定するフィルタが前記液体粒子状物質と接触しても、該液体粒子状物質を吸収することがなく、前記冷却手段によって排気ガス中に含まれる液体粒子状物質を液化するのに必要な温度に冷却して前記フィルタを構成するシートの厚さ方向に貫通する小孔内を通過させると、前記液体粒子状物質が前記小孔の内側壁面を構成する内周面に付着することによって捕捉され、捕捉量に応じて通気抵抗が発生し、前記差圧計の計測値から排気ガス中の液体粒子状物質の含有量を測定するようにしたことを特徴とする排気ガス測定装置に関するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る排気ガス測定装置の全体の構成を示すものであって、ディーゼルエンジン１０の側面側に取付けられている排気マニホールド１１には排気管１２が接続されている。そしてこの排気管１２には排圧調整用バタフライバルブ１３とマフラ１４とが接続されるようになっている。
【００１２】
マフラ１４の出口側は別の排気管１５に接続されるようになっている。そしてこの排気管１５に脈動防止用のレゾネータ１６が分岐するように接続されている。また排気管１５はその上端側が大気開放されるとともに、大気開放された部分が煙道１７の入口部分に臨んでいる。なおこの煙道１７の先端側には排気ブロア１８が接続されるようになっている。
【００１３】
上記エンジン１０の反対側の部分には吸気マニホールドが取付けられるとともに、この吸気マニホールドの先端側に吸気管１９が接続されている。そして吸気管１９にはさらに流量計２０が接続されるようになっている。
【００１４】
またこの排気ガス測定装置はミニダイリューショントンネル２２を備えている。このミニダイリューショントンネル２２はその入口側の部分が空気導入管２３に接続されている。そして空気導入管２３の先端側には希釈空気を導入するための空気ポンプ２４が設けられている。このような空気ポンプ２４が設けられている空気導入管２３の先端側は希釈空気供給管２５の端部に開放状態で対向している。また空気導入管２３には、その中間位置に希釈空気圧力調整バルブ２６が接続されている。
【００１５】
これに対してミニダイリューショントンネル２２の下流側には熱交換器２７が接続されるとともに、熱交換器２７の下流側にはブロア２８が接続されるようになっている。なおブロア２８は一定の回転数で回転するブロアである。
【００１６】
マフラ１４の下流側に接続されている排気管１５の直立する部分にはバイパスオリフィス２９が取付けられるとともに、このオリフィス２９よりも下側の部分にはサンプリング管３０の一端が挿入され、このサンプリング管３０によって排気ガスを抽出し、ミニダイリューショントンネル２２に導入するようにしている。そしてサンプリング管３０にはサンプリングオリフィス３１が取付けられている。
【００１７】
排気管１５のオリフィス２９とサンプリング管３０のオリフィス３１はそれぞれ絞りの役割をしており、これら２つのオリフィス２９、３１の空気抵抗の比率に応じて各々へ流れる排気ガスの流量が分配される。各オリフィス２９、３１の入力圧力はサンプル点が同じで一定なので、出力圧力を制御することにより、排気ガスの分配率が変化することになる。
【００１８】
ミニダイリューショントンネル２２で希釈された排気ガスの一部をサンプリングするためのサンプリングポンプ３２を有する小径の細管がミニダイリューショントンネル２２に挿入されている。そしてこのサンプリングポンプ３２の下流側にはＮＯｘ計３３が接続されている。ＮＯｘ計３３はさらに制御用コンピュータ４４と接続されている。
【００１９】
さらにミニダイリューショントンネル２２に挿入されている別の細管にはパティキュレートフィルタ３４と、液体粒子状物質用フィルタ４８と、サンプリングポンプ３５と、そして流量計３６とがそれぞれ接続されている。
【００２０】
上記マフラ１４の出口側であって直立する排気管１５よりも下側の部分に挿入されている細管には前処理装置３７が接続されるようになっている。そしてこの前処理装置３７の下流側にはＮＯｘ計３８が接続されている。ＮＯｘ計３８は制御用コンピュータ４４と接続されている。
【００２１】
図２に拡大して示すように、上記排気管１５の直立部分に設けられているバイパスオリフィス２９の両側の圧力差を検出するために差圧計３９が設けられている。また排気ガスの抽出を行なうサンプリング管３０にはその途中にサンプリングオリフィス３１の両側の圧力差を検出する差圧計４０が設けられている。これらの差圧計３９、４０の検出出力はともに制御用コンピュータ４４に入力されるようになっている。
【００２２】
また上記吸気管１９の流量計２０とエンジン１０へ供給される燃料の量を測定する燃料計４１とが制御用コンピュータ４４に接続されている。なお流量計２０と燃料計４１の測定値に基いてコンピュータ４４がエンジン１０の排気ガスの総排出量、すなわち排気ガス流量を演算して求めるようにしている。またブロア２８の回転計がコンピュータ４４に接続されている。コンピュータ４４は上記ブロア２８の回転数からダイリューショントンネル２２の流量を演算して求めるようにしている。
【００２３】
次に排気ガス中に含まれている煤（ＳＯＯＴ）と液体粒子状物質（ＳＯＦ）とをそれぞれ測定するための装置について図３により説明する。煤を測定するためのパティキュレートフィルタ３４が接続されている管路４７の下流側には液体粒子状物質（ＳＯＦ）用フィルタ４８が接続されている。そしてこのフィルタ４８の上流側と下流側の圧力差を測定する差圧計４９が設けられている。またフィルタ３４の下流側であってフィルタ４８の上流側には冷却用希釈空気供給管５０が接続されている。この供給管５０にはポンプ５１と流量計５２とがそれぞれ接続されている。
【００２４】
流量計５２の検出出力およびポンプ３５の下流側の流量計３６の検出出力はそれぞれ制御用コンピュータ４４に入力されるようになっている。このコンピュータ４４にはさらに記録計５５が接続されている。また液体粒子状物質用フィルタ４８の上流側には温度計５３が接続されるとともに、この温度計５３の出力が温度／電気変換器５４によって電気信号に変換され、制御用コンピュータ４４に入力されるようになっている。
【００２５】
次に上記液体粒子状物質（ＳＯＦ）用フィルタ４８について説明すると、図４および図５に示すように、このフィルタは弗素樹脂（例えば商品名テフロン）のシートから構成されており、このシートに直径が約１０μｍの孔を無数に形成したフィルタから構成されている。このように弗素樹脂から成るフィルタは、液体粒子状物質（ＳＯＦ）を吸収することがなく、これによって排気ガス中に含まれる液体粒子状物質の量に比例した差圧がその両側で確実に発生するものである。
【００２６】
以上のような構成において、図１に示すエンジン１０の運転によって生じた排気ガスは排気マニホールド１１および排気管１２を通して取出される。なおこのときに排圧が排圧調整用バタフライバルブ１３によって調整されるとともに、マフラ１４によって排気脈動が低減される。そして排気管１５を通過する排気ガスの一部がサンプリング管３０によって抽出されるとともに、ミニダイリューショントンネル２２に導かれる。
【００２７】
ミニダイリューショントンネル２２内において、空気導入管２３を通して導入された大気によって排気ガスの希釈がなされる。このような希釈のための大気は希釈空気供給管２５によって供給され、この供給管２５から供給される空気を空気ポンプ２４によって空気導入管２３で吸込むようにしている。
【００２８】
希釈された排気ガスはサンプリングポンプ３２によってサンプリングされてＮＯｘ計３３に導かれ、ここで窒素酸化物の量の測定が行なわれる。さらに希釈された排気ガスはサンプリングポンプ３５によって吸引されてパティキュレートフィルタ３４内を通過し、このときにフィルタ３４によって捕捉されたパティキュレートの量が計測される。その後に液体粒子状物質用フィルタ４８内を通過し、このときにフィルタ４８によって捕捉された液体粒子状物質の量が計測される。
【００２９】
また希釈される前のエンジン１０の排気ガスの状態は、マフラ１４の出口側において排気管１５から直接抽出されるとともに、この排気ガスを前処理装置３７によって前処理した後に、ＮＯｘ計３８によって測定するようにしている。
【００３０】
次に空気導入管２３を通してミニダイリューショントンネル２２に吸引される空気の量を調整するための構成について説明すると、空気導入管２３に接続されている空気ポンプ２４がモータ４２によって回転駆動されるようになっている。そしてこのモータ４２がインバータ４３によって回転数制御されるようになっている。しかもインバータ４３はコンピュータ４４からの信号に基いて調整されるようになっている。
【００３１】
コンピュータ４４にはミニダイリューショントンネル２２内の流量、排気ガスの流量、ミニダイリューショントンネル２２内のＮＯｘ濃度、希釈する前の排気ガスのＮＯｘ濃度がそれぞれ入力されるようになっている。なおミニダイリューショントンネル２２内の流量はダイリューショントンネルの流量測定法に準拠した方法によって測定される。排気ガスの流量は吸入空気量と燃料流量の和として測定される。ミニダイリューショントンネル２２内のＮＯｘの濃度はＮＯｘ計３３によって測定される。また希釈する前の排気ガス中のＮＯｘ濃度はＮＯｘ計３８によって測定される。
【００３２】
図１に示す排気ガス測定装置のミニダイリューショントンネル２２内の排気ガスの分割比は、トレーサガスを窒素酸化物とすると、エンジン１０が排出する排気ガス中の窒素酸化物の全量と、ミニダイリューショントンネル２２内の希釈ガス中の窒素酸化物の全量の比から計算され、次の式で表わされる。
【００３３】
【数１】
0003759652.tif 000002
次に排気ガス中に含まれる液体粒子状物質（ＳＯＦ）の測定について説明する。ミニダイリューショントンネル２２内において希釈された排気ガスは図３に示す抽出管４７によって抽出されるとともに、その中に含まれる煤（ＳＯＯＴ）がパティキュレートフィルタ３４によって除去される。フィルタ３４は１９０℃の高温型煤除去用フィルタから構成されている。そして煤を除去した後に、冷却用希釈空気供給管５０によって希釈されるとともに、その温度が液体粒子状物質の液化温度である５２℃まで冷却される。なお正しい温度まで冷却されたかどうかは温度計５３によって計測されるとともに、その値が変換器５４によって電気信号に変換され、制御用コンピュータ４４に入力される。従ってコンピュータ４４は測定された温度に応じてポンプ５１の回転数を制御し、これによって適正な温度になるように調整する。
【００３４】
適切な温度に下げられた希釈排気ガスは液体粒子状物質用フィルタ４８に供給される。ここで液体粒子状物質（ＳＯＦ）は図４および図５に示す弗素樹脂のシートの微小な孔の内周面に付着し、液体粒子状物質のフィルタ４８による捕捉量に応じた差圧がこのフィルタ４８の両側に発生する。このような差圧が差圧計４９によって測定される。そして測定値は制御用コンピュータ４４に入力されるとともに、このコンピュータ４４によって記録計５５が駆動され、測定値が連続的に測定されるようになる。
【００３５】
このように排気ガス中の液体粒子状物質を測定するために、ミニダイリューショントンネル２２から抽出管４７によって抽出された排気ガスは煤を除去するためのパティキュレートフィルタ３４を通り、冷却用希釈空気供給管５０を通して供給される空気によって５２℃まで冷却され、液体粒子状物質用フィルタ４８に供給される。
【００３６】
このフィルタ４８が図４および図５に示すように、弗素樹脂のシートに均一に無数の小孔を形成したミリポアフィルタ４８から構成されており、排気ガス中に含まれる液体粒子状物質（ＳＯＦ粒子）を捕捉する。捕捉した液体粒子はフィルタ４８の孔の内周面に付着し、図６に示すように液体粒子状物質（ＳＯＦ）の捕捉量に応じた通気抵抗が発生する。この通気抵抗がフィルタ４８の上流と下流との間の差圧を測定する差圧計４９によって測定される。従って液体粒子状物質の連続的な測定が可能になる。
【００３７】
このように排気ガス中の煤を加熱フィルタから成るパティキュレートフィルタ３４によって除去し、液体粒子状物質（ＳＯＦ）を液化によって発生させるのに必要な冷却を行なった後に液体粒子状物質の捕捉による差圧発生のために、その材質に液体粒子状物質が浸透しないメンブランフィルタ４８を用いるようにしている。従って排気ガス中の液体粒子状物質をこのフィルタ４８を通過させ、その小孔の部分に液体粒子状物質を捕捉させることによって差圧を発生させ、この差圧を発生させることによって液体粒子状物質の含有量を正確かつ連続的に測定することが可能になる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、エンジンの排気ガス中の液体粒子状物質を測定する排気ガス測定装置において、
液体粒子状物質を含む排気ガスが通過する管路に接続されており、液体粒子状物質を浸透しない弗素樹脂のシートから成り、該シートの厚さ方向に貫通する無数の小孔を形成し、液体粒子状物質を測定するフィルタと、
前記管路の前記液体粒子状物質を測定するフィルタの上流側に接続された冷却用希釈空気供給管路から構成され、しかも前記希釈空気供給管路によって希釈空気を供給するポンプと、前記希釈空気によって希釈されて冷却された排気ガスの温度を測定する温度計とを具備し、排気ガスに希釈空気を供給して前記液体粒子状物質の液化温度以下の温度になるように前記ポンプの回転数を制御し、液体粒子状物質をその液化温度以下の温度に冷却する冷却手段と、
管路の前記液体粒子状物質を測定するフィルタの上流側と下流側の差圧を計測する差圧計と、
を具備し、液体粒子状物質を測定するフィルタが液体粒子状物質と接触しても、該液体粒子状物質を吸収することがなく、冷却手段によって排気ガス中に含まれる液体粒子状物質を液化するのに必要な温度に冷却してフィルタを構成するシートの厚さ方向に貫通する小孔内を通過させると、液体粒子状物質が前記小孔の内側壁面を構成する内周面に付着することによって捕捉され、捕捉量に応じて通気抵抗が発生し、差圧計の計測値から排気ガス中の液体粒子状物質の含有量を測定するようにしたものである。
【００３９】
従って本発明によれば、液体粒子状物質を含む排気ガスをこのフィルタを通過させると、このフィルタによって捕捉されるとともに、液体粒子状物質がその表面に付着することになり、このフィルタの上流側と下流側との間で差圧を発生する。従ってこの差圧を差圧計によって計測することにより、排気ガス中の液体粒子状物質を連続的に測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気ガス測定装置の全体の構成を示す配管図である。
【図２】排気ガスの抽出のための接続を示す要部拡大配管図である。
【図３】液体粒子状物質の測定のための構成を示す要部拡大配管図である。
【図４】液体粒子状物質測定用フィルタの平面図である。
【図５】同断面図である。
【図６】液体粒子状物質の捕捉量に対する差圧の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  エンジン
１１  排気マニホールド
１２  排気管
１３  排圧調整用バタフライバルブ
１４  マフラ
１５  排気管
１６  レゾネータ
１７  煙道
１８  排気ブロア
１９  吸気管
２０  流量計
２２  ミニダイリューショントンネル
２３  空気導入管
２４  空気ポンプ
２５  希釈空気供給管
２６  希釈空気圧力調整バルブ
２７  熱交換器
２８  ブロア
２９  バイパスオリフィス
３０  サンプリング管
３１  サンプリングオリフィス
３２  サンプリングポンプ
３３  ＮＯｘ計
３４  パティキュレートフィルタ
３５  サンプリングポンプ
３６  流量計
３７  前処理装置
３８  ＮＯｘ計
３９、４０  差圧計
４１  燃料計
４２  モータ
４３  インバータ
４４  コンピュータ
４７  抽出管
４８  液体粒子状物質（ＳＯＦ）用フィルタ
４９  差圧計
５０  冷却用希釈空気供給管
５１  ポンプ
５２  流量計
５３  温度計
５４  温度／電気変換器
５５  記録計
【図１】
0003759652.tif 000003
【図２】
0003759652.tif 000004
【図３】
0003759652.tif 000005
【図４】
0003759652.tif 000006
【図５】
0003759652.tif 000007
【図６】
0003759652.tif 000008