(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス源から分析機器に排ガスを送り込むためのディーゼル粒子サンプリング装置であって、
前記排ガス源につながっているテールパイプ（１３）の排ガスを受け取るプローブ（１４）と、取り込み管路（１２）を介して前記プローブ（１４）と連通しているとともに前記排ガスと希釈ガスとを混合させるミキサー（１６）と、前記排ガスと希釈ガスとを混合しながらこれを希釈排ガスとして前記ミキサー（１６）から分析機器に送り込む希釈トンネル（１８）と、前記プローブ（１４）内に存在する前記排ガス源からの圧力パルスの影響を最小限にするキャンセル用圧力パルスを導入するために前記プローブ（１４）と取り込み管路（１２）とミキサー（１６）とからなる取り込み部に連通しているアクチュエータ（３０）を有するフローパルスキャンセル手段（２０）とを備え、
前記フローパルスキャンセル手段（２０）が前記テールパイプ（１３）の排ガスと前記希釈排ガスとにそれぞれ連通している第１圧力センサ（２２）と第２圧力センサ（２４）とに接続しているコントローラ（２６）を含んでおり、前記コントローラ（２６）は前記第１圧力センサ（２２）と第２圧力センサ（２４）との圧力を読み取るとともにこれらの圧力に基づいてテールパイプ（１３）と前記取り込み部との圧力差を一定に維持するように前記キャンセル用圧力パルスを前記アクチュエータ（３０）を駆動して作り出すことを特徴とするディーゼル粒子サンプリング装置。
【請求項２】
前記フローパルスキャンセル手段（２０）は前記コントローラ（２６）から前記アクチュエータ（３０）への信号を増幅する増幅器（２８）を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のディーゼル粒子サンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス源から分析機器に排ガスを送り込むためのディーゼル粒子サンプリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル車両の排気管などから排ガスを取り込む、従来の典型的なディーゼル粒子サンプリング装置は、排ガスを受け取るプローブと、排ガスと希釈ガスとを混合させるミキサーに排ガスをテールパイプから送り込む取り込み管路と、排ガスと希釈ガスとを混合しながらこれを前記ミキサーから分析機器に送り込む希釈トンネルとを備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのようなディーゼル粒子サンプリング装置で粒状物質のより精度の高い検出と測定とを行うためには、より短いプローブを使用することが望ましい。従来技術におけるプローブに較べ、明らかに短いプローブを使用することによって、そのサンプリング装置は、テールパイプ内で発生する流れ及び圧力変動に対しより敏感に応答するようになる。しかしながら、エンジンピストンが往復し排気弁が開放することに伴い、内燃機関には周期的な排気量の変動が発生することになり、例えば圧力の降下中にはサンプリング用の排ガス及び希釈ガスが不測にプローブから出てテールパイプに戻ってしまう事態が生じると、これにより希釈比の変動が生じてしまう。
【０００４】
このような圧力変動の影響を最小限にするためには、プローブのうちテールパイプ内に存在する部分をより長くすることが１つの方策である。しかしながら、圧力変動のこれ以外の要因が依然容認し難い希釈比の変動をもたらす可能性もある。結果的に、このようなディーゼル粒子サンプリング装置では排ガス流れにおける圧力変動ないしは脈動がディーゼル粒子抽出測定技術の未解決な問題として残っていると考えられる。
上記実状に鑑み、本発明の課題は、そのような未解決の問題を解決するディーゼル粒子サンプリング装置を提供することである。つまり、上述した圧力変動の影響を最小限にすることであり、その結果高い測定精度をもたらす、きわめて短い寸法のプローブを提供することが可能となる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明による排ガス源から分析機器に排ガスを送り込むためのディーゼル粒子サンプリング装置は、前記排ガス源につながっているテールパイプの排ガスを受け取るプローブと、取り込み管路を介して前記プローブと連通しているとともに前記排ガスと希釈ガスとを混合させるミキサーと、前記排ガスと希釈ガスとを混合しながらこれを希釈排ガスとして前記ミキサーから分析機器に送り込む希釈トンネルと、前記プローブ内に存在する前記排ガス源からの圧力パルスの影響を最小限にするキャンセル用圧力パルスを導入するために前記プローブと取り込み管路とミキサーとからなる取り込み部に連通しているアクチュエータを有するフローパルスキャンセル手段とを備え、
前記フローパルスキャンセル手段が前記テールパイプの排ガスと前記希釈排ガスとにそれぞれ連通している第１圧力センサと第２圧力センサとに接続しているコントローラを含んでおり、前記コントローラは前記第１圧力センサと第２圧力センサとの圧力を読み取るとともにこれらの圧力に基づいてテールパイプと前記取り込み部との圧力差を一定に維持するように前記キャンセル用圧力パルスを前記アクチュエータを駆動して作り出すことを特徴としている。
【０００６】
このように構成されたフローパルスキャンセル手段の働きによって前記テールパイプ内に存在する圧力パルスの影響を最小限にすることが可能となる。その際、特には、排ガス源から直接圧力変動を取り出して読み取る第１圧力センサに加えて、プローブと取り込み管路を介して希釈排ガスの圧力変動を取り出して読み取る第２圧力センサをも備えていることでより安定かつ効果的なキャンセリング制御が実現する。その結果、高い測定精度をもたらすきわめて短い寸法のプローブの使用可能性が作り出される。
【０００７】
前記フローパルスキャンセル手段の構成要素の１つとして、実際のキャンセル用パルスを作り出すのがアクチュエータであり、これは少なくとも１つは必要である。
【０００８】
流状体サンプリング装置内の圧力は、前記トンネル等の所定箇所において又は前記ミキサーにおいて測定される。また、この圧力は、前記移送プローブの入口や前記取り込み管路のうち前記ミキサー内部側の端部で測定してもよい。前記圧力センサにはコントローラが接続され、テールパイプからの圧力パルスによる、サンプリング装置に対する影響をキャンセルする。このコントローラは、ダイヤフラム等のアクチュエータ又はその他同様のデバイスを駆動するよう増幅器に制御信号を与え、増幅器から出力された駆動信号に基づいてアクチュエータが駆動することにより前記トンネル又はミキサーに連通する流路の内部に圧力波が導入される。
【０００９】
従って、前記アクチュエータは、前記テールパイプ、プローブ、取り込み管路、ミキサー又は希釈トンネルのうち少なくとも１つに流体流通可能に連通している。
【００１０】
本発明による別の実施形態によれば、前記フローパルスキャンセル手段が少なくとも１つの制御弁を備え、この制御弁が、前記ミキサーに流体流通可能に連通した希釈ガスチューブ内に設けられる。前記テールパイプから導入される望ましくない圧力波をキャンセルするために、前記ミキサーに導入される希釈ガスの流量比率を変動させるような構成を採用するのである。つまり、前記ミキサーに導入される希釈ガスの流量比率を、例えばパルス的に変動させることによりキャンセル用波動を作り出し、結果的に前記テールパイプから導入された望ましくない圧力波を打ち消すのである。
本発明によるその他の特徴及び利点は、以下図面を用いた実施形態の説明により明らかになるだろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１、図２及び図３に示す種々の実施形態でのディーゼル粒子サンプリング装置１０は、好適には、互いに着脱可能に固定される多数の構成部材からなる。これら構成部材は、通常、車両排ガスという苛酷な環境への耐性を有するステンレス鋼から構成される。このサンプリング装置１０は、プローブ１４を有する取り込み管路アセンブリ１２を備える。このプローブ１４は、通常、テールパイプ１３内に横断方向に設けられる曲線状又は直線状の端部を有する。プローブ１４は、粒状物質を含有する少量の排ガスサンプルを収集する。プローブ１４は、この排ガスサンプルをミキサー１６に送り込み、ここで排ガスに希釈ガスが加えられる。この希釈ガスは、流路１７によってミキサー１６に搬送される。希釈ガスと排ガスとは、トンネル１８を通過し、このトンネル１８で互いに混合されていく。トンネル１８の端部にフィルタやその種の収集デバイスを接続し、そのような収集デバイス上で粒状物質を収集するようにしてもよい。これに代え、トンネル１８の端部に分析機器を連結し、排ガスサンプルの分析を連続的に行ってもよい。
【００１２】
図１及び図２は、ダイヤフラム又はスピーカのような圧力波発生機構を使用したアクチュエータによってキャンセル用波動を作り出すフローパルスキャンセル手段２０を備えた本発明のディーゼル粒子サンプリング装置１０を示す。図１に示す通り、フローパルスキャンセル手段２０は、２２で示す圧力センサ等の圧力センサを備え、テールパイプ１３内部の圧力変動を検出する。そして、検出された圧力変動に基づいてアクチュエータ駆動信号を作り出し、その結果アクチェエータはキャンセル用波動を生成する。
【００１３】
前記アクチュエータ３０は、たとえば図２に示す通りに通路１７に流体流通可能に連通させてもよいし、これに代え、希釈用トンネル１８にアクチュエータ３０を連通させてもよい。このアクチュエータ３０は、サンプリング装置１０内部において、通路に沿ってどの箇所に設けてもよいが、前記フローパルスキャンセル手段２０のテストを通じて測定を最良のものにする適切な位置を見出すことが望ましい。
【００１４】
操作においては、圧力センサ２２によって排気圧力パルスが検出される。すると、コントローラ２６が、センサ２２が検出した圧力パルスと同位相で十分な強さを有する圧力パルスをキャンセル用パルスとしてサンプリング装置１０内部に作り出すのに必要な、電気エネルギーを計算する。コントローラ２６は増幅器２８にアクチュエータを駆動するよう命令し、サンプリング装置１０内に圧力パルスを導入してテールパイプ１３からの圧力パルスの影響をキャンセルさせる。アクチュエータ３０によって作られる圧力キャンセルパルスの振幅及び位相は、プローブ１２及び取り込み管路１４内にあるサンプリングガスの流量を不測に大きく変動させないものである。キャンセリング制御を安定かつ効果的にするために圧力トランスデューサ２４から前記コントローラ用の閉ループフィードバックを形成するとよい。この圧力トランスデューサ２４による読み取り値は、圧力トランスデューサ２２による読み取り値に較べて、理想的には、前記プローブ１４及び取り込み管路１２中の所望流れに一致する安定量だけ差異を持つことになる。
【００１５】
図１や図２の実施形態に代え、図３に示すように、比例制御弁３２を使用して、前記テールパイプ１３によって導入された不測の圧力波をキャンセルすることも可能である。この比例制御弁３２は、前記ミキサー１６に導入された希釈ガスの流量を変動させる。希釈ガスの流量は、前記テールパイプ１３によって導入された圧力パルスの影響をキャンセルするために、増減させることが可能である。流量の変更によって、サンプリング装置内部の容量が増減され、その内圧が所望通りに変動する。前記比例制御弁３２の制御は、図１及び図２との関連で既に説明したアクチュエータ３０の制御と同様のものである。
【００１６】
図４には、圧力パルスキャンセル作用がグラフで模式的に示されている。圧力パルス：Ｅは前記テールパイプ１３から導入されるものであり、圧力パルス：Ｃは、テールパイプ１３から導入される圧力パルスと同位相で前記フローパルスキャンセル手段２０によって導入されるものであって、ライン：Ｎで示すようにその圧力差を一定に維持し、これによりサンプリング装置１０を通るガス流量を一定に維持している。このようにして、フローパルスキャンセル手段２０は、前記プローブ１４及び取り込み管路１２の全長にわたる差圧を変動のないものに維持し、これによりテールパイプ１３によって導入される望ましくない圧力パルスによる悪影響を大きく低減させるか又は除去する。
【００１７】
本発明の以上の説明は例示的なものであり、したがって使用してきた用語は説明のための文言であって限定のためのものではないことは理解されよう。上記教示に鑑み、種々の改造又は改変が可能なことは明らかである。よって、特許請求の範囲内で、本発明の実施を詳細説明と異なる方法で行うことが可能な点は理解されよう。
【００１８】
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】
【図１】アクチュエータとしてダイヤフラムを使用したパルスキャンセル手段を採用したディーゼル粒子サンプリング装置の一実施形態を示す概略図
【図２】アクチュエータとしてダイヤフラムを使用したパルスキャンセル手段を採用したディーゼル粒子サンプリング装置の別実施形態を示す概略図
【図３】アクチュエータとして比例制御弁を使用したパルスキャンセル手段を採用したディーゼル粒子サンプリング装置の実施形態を示す概略図
【図４】図４は、本発明によるディーゼル粒子サンプリング装置における圧力（流量）変動パルスとキャンセル用パルスの関係を模式的に示すグラフ
【符号の説明】
１０  ディーゼル粒子サンプリング装置
１２  取り込み管路
１３  テールパイプ
１４  前記排ガスを受け取るプローブ
１６  ミキサー
１８  希釈トンネル
２０  フローパルスキャンセル手段
３０  アクチュエータ
【図１】
0003737776.tif 000002
【図２】
0003737776.tif 000003
【図３】
0003737776.tif 000004
【図４】
0003737776.tif 000005