エンジン排気ガス中の粒状物の質量、粒径、個数のリアルタイム測定装置および方法
【構成】
エンジン排気ガスにおける粒状物の固体粒子の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する装置である。この測定装置は、粒状物の少なくとも約９０％の揮発性成分を除去し、粒状物の固体成分の少なくとも約９５％を通過させる触媒ストリッパーを有し、かつ触媒ストリッパーを通過した後で、粒径測定兼個数カウンター装置に送る前に、試験媒体を冷却する微小希釈トンネルを有する。本発明の測定方法では、サンプル試験流れの粒状物の揮発性成分を除去し、揮発性成分除去後のサンプルと揮発性成分が除去されていない第２サンプルと比較する。これら２つのサンプル間の差が試験排気ガスの揮発性成分の液相を表す。
エンジン排気ガスにおける粒状物の固体粒子の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する装置である。この測定装置は、粒状物の少なくとも約９０％の揮発性成分を除去し、粒状物の固体成分の少なくとも約９５％を通過させる触媒ストリッパーを有し、かつ触媒ストリッパーを通過した後で、粒径測定兼個数カウンター装置に送る前に、試験媒体を冷却する微小希釈トンネルを有する。本発明の測定方法では、サンプル試験流れの粒状物の揮発性成分を除去し、揮発性成分除去後のサンプルと揮発性成分が除去されていない第２サンプルと比較する。これら２つのサンプル間の差が試験排気ガスの揮発性成分の液相を表す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年１１月８日を出願日とする米国仮出願第６０/４２７，１１４号の優先権を主張する出願である。
【０００２】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中の粒状物の固体粒子の量を測定する装置および方法、特に燃焼源から排出される固体粒状物および揮発性粒状物からなる粒子の質量、粒径、個数をリアルタイムで測定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
燃焼源、特にディーゼルエンジンから排出される粒状物（ＰＭ）は、代表的には、揮発性成分および固体成分からなる。時には“スス”と呼ばれることがある固体成分は、主成分として炭素からなり、少量の無機灰分を含む。揮発性成分は、未燃焼燃料、部分燃焼燃料、未燃焼潤滑油、部分燃焼潤滑油およびイオウ化合物を含有する。乾燥スス粒子はエンジンの燃焼室内に形成し、一方揮発性成分の多くは、排気ガスの冷却時に、気相から粒子相に入る。揮発性成分の粒子相は、前から存在する固体粒子に付着する、析出液滴および析出液体からなる。よって、粒状物は揮発性成分及び固体成分の複合的測定となる。これらは形成メカニズムおよび制御メカニズムが異なるため、両者を区別できるようにすることが重要である。
【０００４】
全粒状物（固体成分および析出液体成分）を測定するためにいくつかの装置および方法が提案されている。２０００年１１月２１日にＢｒｅｔｏｎに付与され、“Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｏｎ−Ｒｏａｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｆｌｏｗ Ｍｅｔｅｒ Ａｎｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ Ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ”を発明の名称とするＵＳＰ６，１４８，６５６には、車両からの排気ガスを走行時にリアルタイムで測定する装置が開示されている。この装置の場合、排出された全粒状物を化学的に分析し、測定する。単位は、グラム/マイルである。ところが、この装置は、粒状物の固体成分および揮発性成分に別々に寄与する固体粒子を同定できず、また固体粒子の粒径分布および個数についても同定できない。
【０００５】
如何に排気ススを特性化し、これを減少することに焦点をあてているエンジン開発者や排気ガス研究者にとって、粒状物の固体成分および揮発性成分をリアルタイムで測定、同定することには大きな価値がある。さらに、全粒状物（ススおよび揮発性成分）の測定と平行して、揮発性成分を取り除いた状態で固体粒子を測定すると、固体ＰＭと全ＰＭとの間に差を取ることによって揮発性ＰＭ成分をリアルタイムで決定できると考えられている。現在、固体粒子質量、数及び排出量のリアルタイムでの測定を容易にする有効な方法はない。従来利用されている方法の大半は化学的検査に頼っているため、上記Ｂｒｅｔｏｎ提案の精巧な装置にもかかわらず、検出が遅く、初期測定時から数時間から数日間必要とする。粒子はいうまでもなく、従来の方法の結果から、粒子個数および粒径を知ることはできない。
【特許文献１】ＵＳＰ６，１４８，６５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、粒状物の固体成分および揮発性成分に寄与する、排気ガス中の粒状物源を個別に同定する問題を解決することを目的としている。粒状物から揮発性成分を除去し、固体成分から粒子のみを残して粒子の質量、粒径分布および粒子個数を測定できる装置および方法も望ましい。また、固体粒子の測定する前に急冷を行って、高温の排気ガス温度からの冷却時に、硫酸粒子の生成を抑制できる装置および方法も望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様は、内燃機関から排出される排気ガス中の粒状物である粒子の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する方法において、所定の運転モード時所定の時間にわたって内燃機関から排気ガスを排出する測定方法に関する。上記所定の時間にわたって排出された排気ガスの第１サンプルを連続的に回収し、触媒ストリッパー装置に第１サンプルを送って第１ガスサンプルから揮発性成分の少なくとも約９０％を除去する。次に、第１サンプルを約５２℃未満の温度に冷却し、所定の時間にわたって排気ガスの第１サンプルに含まれる粒状物の粒径および個数を測定する。このさい固体粒子の測定された粒径および個数が、所定の時間にわたって内燃機関から排出された固体成分粒状物の分布を表すものとする。所定の時間にわたって固体粒子を回収し、回収された固体粒子の質量を測定する。このさい、第１サンプルに含まれる固体粒子の測定質量が、所定の時間にわたって内燃機関から排出される粒状物の固体成分の全質量を表すものとする。
【０００８】
本発明の別な態様では、上記の相当する時間にわたって排気ガスの第２サンプルを連続的に回収し、排気ガスの第２サンプルを、上記気相から実質的にすべての揮発性成分が液相に析出する十分な温度まで冷却する。上記の相当する時間にわたって生成した固体成分および揮発性成分の析出液相粒子を回収し、測定する。このさい測定された質量が、上記の相当する時間の間に内燃機関から排出された粒状物からなる固体成分および揮発性成分の液体粒子の全質量を表すものとする。
【０００９】
本発明のさらに別な態様では、排気ガスの第１サンプルと第２サンプルとの間の質量差を計算し、この質量差が、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる揮発性成分粒状物を表すものとする。
【００１０】
本発明のさらに別な態様は、内燃機関から排出される排気ガス中の粒状物である粒子の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する装置において、内燃機関の排気装置と流体連絡する触媒ストリッパーを有する測定装置に関する。この触媒ストリッパーは排気ガスから少なくとも約９０％の揮発性成分粒状物を除去するとともに、排気ガスの少なくとも約９５％の固体成分粒状物を触媒ストリッパーに送る。この測定装置は、さらに、触媒ストリッパーと選択的に流体連絡し、排気ガスの温度よりも低い温度の空気と排気ガスを混合し、空気/温度が約５２℃未満の排気ガスからなる混合体を形成する微小希釈トンネルを有する。さらに、この測定装置は、上記微小希釈トンネルと流体連絡する粒径測定器、および上記微小希釈トンネルと流体連絡する粒子個数カウンターを有する。さらに、この測定装置は、所定の時間にわたって、空気/排気ガス混合体に含まれる粒状物を連続回収する手段、および上記の所定時間にわたって回収された粒状物の質量を測定する手段を有する。
【００１１】
本発明のさらに別な態様では、内燃機関の排気装置と触媒ストリッパーとの間に希釈トンネルを配設し、空気と内燃機関から排出される排気ガスとを混合するとともに、空気/排気ガスの混合体を触媒ストリッパーに送るように構成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
添付図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、本発明の構成および作用効果をより完全に理解できるはずである。
【００１３】
本発明の好適な実施態様を説明すると、図１に、エンジン、即ち内燃機関１２から排出される排気ガス中の固体粒状物および揮発性粒状物の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する装置１０を示す。測定装置１０は、全量希釈トンネル１８、または排気装置１６と触媒ストリッパー装置１４との間に延設した導管２０のいずれかを介してエンジン１２の排気装置１６と流体連絡する触媒ストリッパー装置１４で構成する。
【００１４】
この好適な実施態様では、希釈トンネル１８は従来の希釈装置であればよい。即ち、エンジンからの排気ガスを空気で希釈し、排気ガスの内容を分析し、測定するために有利な、空気/排気ガスの比較的低温の混合体を発生する希釈装置である。希釈トンネル１８には、矢印２４で示す新鮮な空気を吸引する端部にＨＥＰＡフィルター２８を配設し、希釈トンネル１８の反対側端部にブロワ兼熱交換器装置２２を配設する。エンジン１２の排気装置１６が希釈トンネル１８と流体連絡しているため、矢印２６で示す排気ガスが希釈トンネル１８に導入され、空気と混合し、矢印２９で示される、排気ガス/空気の混合体を発生する。
【００１５】
測定装置１０の下流端部に配設した空気ポンプ６６によって希釈排気ガス２９の代表的なサンプルを希釈トンネル１８からサンプリング管３０内に吸引する。図１の概略図に示すように、このサンプリング管３０は希釈トンネル１８と触媒ストリッパー装置１４との間に延設する。希釈トンネルと、導管２０とサンプリング管との接続部との間にある位置においてサンプリング管３０に配設した第１流量制御弁３２が開き、また導管２０とサンプリング管との接続部と触媒ストリッパー装置１４との間にある位置においてサンプリング管３０に配設した第２流量制御弁３４が開くと、このサンプリング管３０は希釈トンネル１８と触媒ストリッパー装置１４とを直接連絡する。第１流量制御弁３２を閉じ、導管２０と排気装置１６との接続部に隣接する位置において導管２０に配設した第３流量制御弁３６を開き、そして導管２０とサンプリング管３０との接続部に隣接する位置において導管２０に配設した第４流量制御弁３８を開くと、排気ガスを未希釈の状態で触媒ストリッパー装置１４に直接送ることができる。従って、第３流量制御弁３６および第４流量制御弁３８を閉じ、かつ第１流量制御弁３２および第２流量制御弁３４を開くことによって、希釈排気ガス２９を触媒ストリッパー１４に送ることができる。また、同様に、第２流量制御弁３２を閉じ、かつ第３流量制御弁３６および第４流量制御弁３８を開くことによって、希釈されていない排気ガス２７をエンジン１２の排気装置１６から直接触媒ストリッパー装置１４に送ることができる。
【００１６】
本発明の好適な実施態様の場合、触媒ストリッパー装置１４は、白金担持ハニカム構造のディーゼル酸化触媒などの通常の酸化触媒４０を有する。また、流れが通過する触媒基材については、未燃焼燃料分子、部分燃焼燃料分子、未燃焼潤滑油分子および部分燃焼潤滑油分子が十分な時間滞留して、基材チャネルの内表面にそって拡散し、酸化されるように構成する。重要なことは、酸化触媒４０が、ＨＣの二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）への転化を通じて、サンプルから炭化水素（ＨＣ）分子をストリップすることである。
【００１７】
触媒ストリッパー装置１４の他の構成要素は、酸化触媒４０の入り口端部に隣接する位置においてサンプリング管３０に配設した第１温度センサー４２、および酸化触媒４０の出口端部に配設した第２温度センサー４４である。この触媒ストリッパー装置１４は、さらに、ヒーター４６を有する。このヒーターとしては、抵抗カートリッジ式ヒーターであればよく、酸化触媒４０に密接配設し、触媒を所定の温度まで加熱する。温度センサー４２、４４の少なくとも一つに、そしてヒーター４６に電気的に連絡するように温度制御器４８を配設する。ヒーター４６および温度制御器４８が酸化触媒４０を約２５０℃〜約５００℃の範囲にある温度に、好ましくは約３５０℃に制御加熱し、この温度に維持し、粒状物の揮発性成分を酸化する。
【００１８】
粒状物の固体成分および揮発性成分の両方を含むサンプルを測定することが望ましい場合には、流体流れを酸化触媒４０の周囲に向けるバイパス導管５２を配設する。酸化触媒４０周囲の流れについては、バイパス導管５２とサンプリング管３０との接続部に隣接する位置においてバイパス導管５２に配設した第５流量制御弁５４によって制御する。酸化触媒４０をバイパスする場合には、酸化触媒４０の排出端部に付加的な流量制御弁（図示省略）を配設し、触媒への逆流を防止するようにしてもよい。
【００１９】
触媒ストリッパー装置１４には、さらに、矢印５６で示すように、クリーンな圧縮空気を発生する微小な希釈トンネル５０を配設し、必要に応じて、希釈排気ガス２９、または希釈されていない排気ガス２６を直ちに（即ち、約１００ｍｓ未満で）冷却するようにしてもよい。これについては、後で詳しく説明する。
【００２０】
本発明の測定装置１０は、さらに、検出サンプル全体の代表的な部分、例えば１０％の部分を分析する粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８を有する。この粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８は、ＴＳＩ製のＳｃａｎｎｉｎｇ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅｒ Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．３９３４などの通常の粒径測定器およびＴＳＩ製のＣｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．３０２５などの通常の粒子個数カウンターを有する。粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８は、流れる空気/排気ガスの混合体の容量流れを制御するもので、流れる試験サンプルの温度を実質的に周囲温度、即ち約２５℃に保持する必要がある。また、この粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８は、粒子の大きさ、粒子の粒径分布およびこの装置５８に流れる粒子の個数を測定できる。粒径、粒径分布および粒子個数がサンプル全体を表すものである。
【００２１】
本発明の測定装置１０は、さらに、空気/排気ガス混合体の残りの部分に含まれる粒状物を連続的に所定の時間、例えば２０分のサイクルで回収する手段、例えば微小希釈トンネル５０の出口端部に配設したフィルターパック６０を有する。またさらに、この測定装置１０は、所定の時間にわたって回収された粒状物の全質量を測定する手段６２、例えば分析用バランススケールを有する。
【００２２】
本発明の好適な実施態様では、測定装置１０は、さらに、質量流れを測定する手段６４を有する。例えば、通常の質量流れセンサーをフィルターパック６０の下流側に配設して、固体粒子がフィルターパック６０によって所定の時間取り除かれた空気/排気ガス混合体の質量流れを測定する。
【００２３】
次に、内燃機関から排出される排気ガス中の粒状物の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する本発明方法を図２のフローチャートに従って説明する。ブロック１００に示すエンジン排気ガスをエンジン１２の排気装置１５によって希釈トンネル１８に送り、ブロック１０２に示すように、希釈し、被試験用の第１サンプルをサンプリングする。希釈トンネルを流れる空気/排気ガスの混合体を表す第１サンプルをポンプ６６によって希釈トンネルから吸引する。あるいは、上述したように、エンジン排気ガス１６を希釈せずに、導管２０によって触媒ストリッパー装置１４に直接回してもよい。吸引された第１サンプルを触媒ストリッパー装置１４に通し、ブロック１０４に示すように、空気/排気ガスの流れから粒状物の揮発性成分の少なくとも９０％を取り出す。この触媒ストリッパー装置１４については、粒状物の固体成分の少なくとも９５％以上を通過させた状態で、エンジン排気ガスに存在する揮発性炭化水素および硫酸塩物質の少なくとも９０％を除去するように構成する。
【００２４】
触媒ストリッパー装置１４を通過した後、第１試験サンプルは微小希釈トンネル５０を通過する。微小希釈トンネル５０でクリーンな圧縮空気５６を付加し、直ちに（１００ｍｓ未満）、空気/排気ガスの加熱された混合体、または排気ガスサンプルそのものを希釈し、ブロック１０６に示すように、サンプルの温度を５２℃未満、好ましくは約２５℃にする。この急速冷却のために、硫酸粒子の生成はなく、また触媒ストリッパー装置１４のいくつかの要素の壁部に粒子が伝熱的に（ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｒｅｔｉｃ）付着することも少なくなる。
【００２５】
冷却された第１試験サンプルの所定の容量部分を粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８に送り、ブロック１０８に示すように、固体粒子の粒径および個数を測定する。試験を行っている時間、例えば２０分間のサイクルでフィルターパック６０に回収された第１試験サンプルの残りの部分における固体粒子の質量を、ブロック１１０に示すように、測定し、そしてブロック１１２に示すように、試験流れの残りの部分の質量流れを測定する。
【００２６】
ブロック１１４に示すように、排気ガス２６の第２サンプルを希釈トンネルに送り、ブロック１１６に示すように、空気２４で希釈する。あるいは、第２サンプルが未希釈排気ガスであることが望ましい場合には、上述したように、導管２０によってエンジン排気ガスを希釈トンネル１８の周囲に送ってもよい。
【００２７】
以上説明してきた実施態様では、第２サンプルが触媒ストリッパー装置１４をバイパスし、直接微小希釈トンネル５０に回され、この後、ブロック１１８に示すように、第２試験サンプルを冷却する。
【００２８】
第２サンプル中の全粒状物、即ち固体成分粒子および析出揮発性成分粒子をフィルターパック６０で回収し、ブロック１２０に示すように、測定する。この回収のために必要なことは、第２サンプルを約５２℃未満の温度に急速冷却することだけであるが、第２サンプルの一部を粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８に送ることによって、ブロック１１８とブロック１２０との間に点線によって接続したブロック１２２に示すように、第２流れの全粒子の粒径および個数を測定することが望ましい場合には、試験サンプルを周囲温度付近の温度、即ち約２５℃に冷却する必要がある。
【００２９】
全粒状物を除去した後、ブロック１２４に示すように、第２サンプルの質量流れを測定する。
【００３０】
次に、ブロック１２６に示すように、排気ガス流れ中の粒状物のそれぞれの固体成分および揮発性成分について測定する。同じ排気ガス流れに対して平行に第１サンプルおよび第２サンプルを同じ時間量流す。全粒状物（固体成分、および揮発性成分の液相粒子）は、第２サンプルの全粒状物の測定値によって表される。第１サンプルの場合、揮発性成分の実質的に全部が触媒ストリッパー装置によって除去されるため、固体成分からなる粒状物のみが回収、測定される。従って、粒状物の揮発性成分は、第２サンプルの全粒状物の測定質量から第１サンプルの粒状物の測定質量を差し引くことによって同定できる。さらに、第１試験流れ中の、そして所望ならば第２試験流れ中の粒子の粒径、粒径分布および個数については、粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８の表示器を読むことによってリアルタイムで簡単に知ることができる。
【００３１】
粒状物については、排気ガス流れ中のＰＭの濃度、例えば部/ｃｍ３で表してもよいことがある。排気ガス流れ中の粒状物濃度は、本発明の方法を使用すると得ることができる。エンジン１２の排気装置１６および希釈トンネル１８に適当な流量センサーを配設すると、サンプリング管３０に導入される排気ガス２６を希釈する場合にはその希釈比を簡単に確認することができる。さらに、フィルターパック６０の下流側に質量流れセンサー６４を配設すると、微小希釈トンネル５０に導入される空気による希釈後に、質量流れを測定することができる。従って、ブロック１２８に示すように、それぞれサンプルとして粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８およびフィルターパック６０を流れる第１サンプルおよび第２サンプルに含まれる排気ガス２６の量及び排気ガス流れ中の粒状物濃度を簡単に知ることができる。排気流れ中の粒状物を距離の単位、例えばグラム/マイル（ｇ/ｍｉ）、グラム/馬力時間（ｇ/Ｈｐｈ）などで表すことが望ましい場合には、走行距離、または試験サイクル時にエンジン１２が出力する馬力に、試験サイクルの時間を掛ければよく、また回収粒状物の質量を走行距離か馬力と時間の積によって割ればよい。
【００３２】
以上、本発明を好適な実施態様について説明してきたが、当業者ならば、上記の装置および方法は、本発明の具体的な装置および方法を使用する代表的構成例に過ぎないことを認識できるはずである。例えば、三方向流量制御弁の数を少なくするために二方向流量制御弁を使用することができる。同様に、第１試験サンプルを処理、試験するために説明したステップを、第２サンプルの処理するために説明したステップの後に実施しても、簡単に実施することができる。即ち、本発明方法を実施するさい、試験サンプルのサンプリングおよび試験順序は、任意でよい。このような本発明装置の構成、本発明方法の実施態様はいずれも特許請求の範囲に含まれるものである。
【００３３】
また、本発明の上記以外の態様、特徴および作用効果についても、特許請求の範囲および本明細書の開示から理解できるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】内燃機関から排出される排気ガス中の固体粒状物および揮発性粒状物の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定するための本発明装置の概略図である。
【図２】排気ガス中の固体粒状物および揮発性粒状物の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定するための本発明方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１０：測定装置、
１２：内燃機関（エンジン）、
１４：触媒ストリッパー装置、
１６：排気装置、
１８：希釈トンネル、
２０：導管、
２８：ＨＥＰＡフィルター、
２９：希釈排気ガス、
３０：サンプリング管、
３２：流量制御弁、
３４：流量制御弁、
３６：流量制御弁、
３８：流量制御弁、
４０：酸化触媒、
４２：温度センサー、
４４：温度センサー、
４６：ヒーター、
４８：温度制御器、
５８：粒径測定兼粒子個数カウンター装置、
６６：空気ポンプ、
１００：エンジン排気ガス、
１０２：希釈第１サンプル、
１０４：ＰＭの揮発性成分の除去、
１０６：５２℃未満の温度への急速冷却、
１０８：固体粒子の粒径および個数の測定、
１１０：固体粒子の質量の測定、
１１２：質量流れの測定、
１１４：エンジン排気ガス、
１１６：希釈第２サンプル、
１１８：５２℃未満の温度への急速冷却、
１２０：全粒子の質量の測定、
１２２：全粒子の粒径および個数の測定、
１２４：質量流れの測定、
１２６：ＰＭの固体成分および揮発性成分の計算、
１２８：ＰＭ濃度、またはＰＭ/単位仕事量の計算。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年１１月８日を出願日とする米国仮出願第６０/４２７，１１４号の優先権を主張する出願である。
【０００２】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中の粒状物の固体粒子の量を測定する装置および方法、特に燃焼源から排出される固体粒状物および揮発性粒状物からなる粒子の質量、粒径、個数をリアルタイムで測定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
燃焼源、特にディーゼルエンジンから排出される粒状物（ＰＭ）は、代表的には、揮発性成分および固体成分からなる。時には“スス”と呼ばれることがある固体成分は、主成分として炭素からなり、少量の無機灰分を含む。揮発性成分は、未燃焼燃料、部分燃焼燃料、未燃焼潤滑油、部分燃焼潤滑油およびイオウ化合物を含有する。乾燥スス粒子はエンジンの燃焼室内に形成し、一方揮発性成分の多くは、排気ガスの冷却時に、気相から粒子相に入る。揮発性成分の粒子相は、前から存在する固体粒子に付着する、析出液滴および析出液体からなる。よって、粒状物は揮発性成分及び固体成分の複合的測定となる。これらは形成メカニズムおよび制御メカニズムが異なるため、両者を区別できるようにすることが重要である。
【０００４】
全粒状物（固体成分および析出液体成分）を測定するためにいくつかの装置および方法が提案されている。２０００年１１月２１日にＢｒｅｔｏｎに付与され、“Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｏｎ−Ｒｏａｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｆｌｏｗ Ｍｅｔｅｒ Ａｎｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ Ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ”を発明の名称とするＵＳＰ６，１４８，６５６には、車両からの排気ガスを走行時にリアルタイムで測定する装置が開示されている。この装置の場合、排出された全粒状物を化学的に分析し、測定する。単位は、グラム/マイルである。ところが、この装置は、粒状物の固体成分および揮発性成分に別々に寄与する固体粒子を同定できず、また固体粒子の粒径分布および個数についても同定できない。
【０００５】
如何に排気ススを特性化し、これを減少することに焦点をあてているエンジン開発者や排気ガス研究者にとって、粒状物の固体成分および揮発性成分をリアルタイムで測定、同定することには大きな価値がある。さらに、全粒状物（ススおよび揮発性成分）の測定と平行して、揮発性成分を取り除いた状態で固体粒子を測定すると、固体ＰＭと全ＰＭとの間に差を取ることによって揮発性ＰＭ成分をリアルタイムで決定できると考えられている。現在、固体粒子質量、数及び排出量のリアルタイムでの測定を容易にする有効な方法はない。従来利用されている方法の大半は化学的検査に頼っているため、上記Ｂｒｅｔｏｎ提案の精巧な装置にもかかわらず、検出が遅く、初期測定時から数時間から数日間必要とする。粒子はいうまでもなく、従来の方法の結果から、粒子個数および粒径を知ることはできない。
【特許文献１】ＵＳＰ６，１４８，６５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、粒状物の固体成分および揮発性成分に寄与する、排気ガス中の粒状物源を個別に同定する問題を解決することを目的としている。粒状物から揮発性成分を除去し、固体成分から粒子のみを残して粒子の質量、粒径分布および粒子個数を測定できる装置および方法も望ましい。また、固体粒子の測定する前に急冷を行って、高温の排気ガス温度からの冷却時に、硫酸粒子の生成を抑制できる装置および方法も望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様は、内燃機関から排出される排気ガス中の粒状物である粒子の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する方法において、所定の運転モード時所定の時間にわたって内燃機関から排気ガスを排出する測定方法に関する。上記所定の時間にわたって排出された排気ガスの第１サンプルを連続的に回収し、触媒ストリッパー装置に第１サンプルを送って第１ガスサンプルから揮発性成分の少なくとも約９０％を除去する。次に、第１サンプルを約５２℃未満の温度に冷却し、所定の時間にわたって排気ガスの第１サンプルに含まれる粒状物の粒径および個数を測定する。このさい固体粒子の測定された粒径および個数が、所定の時間にわたって内燃機関から排出された固体成分粒状物の分布を表すものとする。所定の時間にわたって固体粒子を回収し、回収された固体粒子の質量を測定する。このさい、第１サンプルに含まれる固体粒子の測定質量が、所定の時間にわたって内燃機関から排出される粒状物の固体成分の全質量を表すものとする。
【０００８】
本発明の別な態様では、上記の相当する時間にわたって排気ガスの第２サンプルを連続的に回収し、排気ガスの第２サンプルを、上記気相から実質的にすべての揮発性成分が液相に析出する十分な温度まで冷却する。上記の相当する時間にわたって生成した固体成分および揮発性成分の析出液相粒子を回収し、測定する。このさい測定された質量が、上記の相当する時間の間に内燃機関から排出された粒状物からなる固体成分および揮発性成分の液体粒子の全質量を表すものとする。
【０００９】
本発明のさらに別な態様では、排気ガスの第１サンプルと第２サンプルとの間の質量差を計算し、この質量差が、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる揮発性成分粒状物を表すものとする。
【００１０】
本発明のさらに別な態様は、内燃機関から排出される排気ガス中の粒状物である粒子の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する装置において、内燃機関の排気装置と流体連絡する触媒ストリッパーを有する測定装置に関する。この触媒ストリッパーは排気ガスから少なくとも約９０％の揮発性成分粒状物を除去するとともに、排気ガスの少なくとも約９５％の固体成分粒状物を触媒ストリッパーに送る。この測定装置は、さらに、触媒ストリッパーと選択的に流体連絡し、排気ガスの温度よりも低い温度の空気と排気ガスを混合し、空気/温度が約５２℃未満の排気ガスからなる混合体を形成する微小希釈トンネルを有する。さらに、この測定装置は、上記微小希釈トンネルと流体連絡する粒径測定器、および上記微小希釈トンネルと流体連絡する粒子個数カウンターを有する。さらに、この測定装置は、所定の時間にわたって、空気/排気ガス混合体に含まれる粒状物を連続回収する手段、および上記の所定時間にわたって回収された粒状物の質量を測定する手段を有する。
【００１１】
本発明のさらに別な態様では、内燃機関の排気装置と触媒ストリッパーとの間に希釈トンネルを配設し、空気と内燃機関から排出される排気ガスとを混合するとともに、空気/排気ガスの混合体を触媒ストリッパーに送るように構成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
添付図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、本発明の構成および作用効果をより完全に理解できるはずである。
【００１３】
本発明の好適な実施態様を説明すると、図１に、エンジン、即ち内燃機関１２から排出される排気ガス中の固体粒状物および揮発性粒状物の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する装置１０を示す。測定装置１０は、全量希釈トンネル１８、または排気装置１６と触媒ストリッパー装置１４との間に延設した導管２０のいずれかを介してエンジン１２の排気装置１６と流体連絡する触媒ストリッパー装置１４で構成する。
【００１４】
この好適な実施態様では、希釈トンネル１８は従来の希釈装置であればよい。即ち、エンジンからの排気ガスを空気で希釈し、排気ガスの内容を分析し、測定するために有利な、空気/排気ガスの比較的低温の混合体を発生する希釈装置である。希釈トンネル１８には、矢印２４で示す新鮮な空気を吸引する端部にＨＥＰＡフィルター２８を配設し、希釈トンネル１８の反対側端部にブロワ兼熱交換器装置２２を配設する。エンジン１２の排気装置１６が希釈トンネル１８と流体連絡しているため、矢印２６で示す排気ガスが希釈トンネル１８に導入され、空気と混合し、矢印２９で示される、排気ガス/空気の混合体を発生する。
【００１５】
測定装置１０の下流端部に配設した空気ポンプ６６によって希釈排気ガス２９の代表的なサンプルを希釈トンネル１８からサンプリング管３０内に吸引する。図１の概略図に示すように、このサンプリング管３０は希釈トンネル１８と触媒ストリッパー装置１４との間に延設する。希釈トンネルと、導管２０とサンプリング管との接続部との間にある位置においてサンプリング管３０に配設した第１流量制御弁３２が開き、また導管２０とサンプリング管との接続部と触媒ストリッパー装置１４との間にある位置においてサンプリング管３０に配設した第２流量制御弁３４が開くと、このサンプリング管３０は希釈トンネル１８と触媒ストリッパー装置１４とを直接連絡する。第１流量制御弁３２を閉じ、導管２０と排気装置１６との接続部に隣接する位置において導管２０に配設した第３流量制御弁３６を開き、そして導管２０とサンプリング管３０との接続部に隣接する位置において導管２０に配設した第４流量制御弁３８を開くと、排気ガスを未希釈の状態で触媒ストリッパー装置１４に直接送ることができる。従って、第３流量制御弁３６および第４流量制御弁３８を閉じ、かつ第１流量制御弁３２および第２流量制御弁３４を開くことによって、希釈排気ガス２９を触媒ストリッパー１４に送ることができる。また、同様に、第２流量制御弁３２を閉じ、かつ第３流量制御弁３６および第４流量制御弁３８を開くことによって、希釈されていない排気ガス２７をエンジン１２の排気装置１６から直接触媒ストリッパー装置１４に送ることができる。
【００１６】
本発明の好適な実施態様の場合、触媒ストリッパー装置１４は、白金担持ハニカム構造のディーゼル酸化触媒などの通常の酸化触媒４０を有する。また、流れが通過する触媒基材については、未燃焼燃料分子、部分燃焼燃料分子、未燃焼潤滑油分子および部分燃焼潤滑油分子が十分な時間滞留して、基材チャネルの内表面にそって拡散し、酸化されるように構成する。重要なことは、酸化触媒４０が、ＨＣの二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）への転化を通じて、サンプルから炭化水素（ＨＣ）分子をストリップすることである。
【００１７】
触媒ストリッパー装置１４の他の構成要素は、酸化触媒４０の入り口端部に隣接する位置においてサンプリング管３０に配設した第１温度センサー４２、および酸化触媒４０の出口端部に配設した第２温度センサー４４である。この触媒ストリッパー装置１４は、さらに、ヒーター４６を有する。このヒーターとしては、抵抗カートリッジ式ヒーターであればよく、酸化触媒４０に密接配設し、触媒を所定の温度まで加熱する。温度センサー４２、４４の少なくとも一つに、そしてヒーター４６に電気的に連絡するように温度制御器４８を配設する。ヒーター４６および温度制御器４８が酸化触媒４０を約２５０℃〜約５００℃の範囲にある温度に、好ましくは約３５０℃に制御加熱し、この温度に維持し、粒状物の揮発性成分を酸化する。
【００１８】
粒状物の固体成分および揮発性成分の両方を含むサンプルを測定することが望ましい場合には、流体流れを酸化触媒４０の周囲に向けるバイパス導管５２を配設する。酸化触媒４０周囲の流れについては、バイパス導管５２とサンプリング管３０との接続部に隣接する位置においてバイパス導管５２に配設した第５流量制御弁５４によって制御する。酸化触媒４０をバイパスする場合には、酸化触媒４０の排出端部に付加的な流量制御弁（図示省略）を配設し、触媒への逆流を防止するようにしてもよい。
【００１９】
触媒ストリッパー装置１４には、さらに、矢印５６で示すように、クリーンな圧縮空気を発生する微小な希釈トンネル５０を配設し、必要に応じて、希釈排気ガス２９、または希釈されていない排気ガス２６を直ちに（即ち、約１００ｍｓ未満で）冷却するようにしてもよい。これについては、後で詳しく説明する。
【００２０】
本発明の測定装置１０は、さらに、検出サンプル全体の代表的な部分、例えば１０％の部分を分析する粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８を有する。この粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８は、ＴＳＩ製のＳｃａｎｎｉｎｇ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅｒ Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．３９３４などの通常の粒径測定器およびＴＳＩ製のＣｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．３０２５などの通常の粒子個数カウンターを有する。粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８は、流れる空気/排気ガスの混合体の容量流れを制御するもので、流れる試験サンプルの温度を実質的に周囲温度、即ち約２５℃に保持する必要がある。また、この粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８は、粒子の大きさ、粒子の粒径分布およびこの装置５８に流れる粒子の個数を測定できる。粒径、粒径分布および粒子個数がサンプル全体を表すものである。
【００２１】
本発明の測定装置１０は、さらに、空気/排気ガス混合体の残りの部分に含まれる粒状物を連続的に所定の時間、例えば２０分のサイクルで回収する手段、例えば微小希釈トンネル５０の出口端部に配設したフィルターパック６０を有する。またさらに、この測定装置１０は、所定の時間にわたって回収された粒状物の全質量を測定する手段６２、例えば分析用バランススケールを有する。
【００２２】
本発明の好適な実施態様では、測定装置１０は、さらに、質量流れを測定する手段６４を有する。例えば、通常の質量流れセンサーをフィルターパック６０の下流側に配設して、固体粒子がフィルターパック６０によって所定の時間取り除かれた空気/排気ガス混合体の質量流れを測定する。
【００２３】
次に、内燃機関から排出される排気ガス中の粒状物の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する本発明方法を図２のフローチャートに従って説明する。ブロック１００に示すエンジン排気ガスをエンジン１２の排気装置１５によって希釈トンネル１８に送り、ブロック１０２に示すように、希釈し、被試験用の第１サンプルをサンプリングする。希釈トンネルを流れる空気/排気ガスの混合体を表す第１サンプルをポンプ６６によって希釈トンネルから吸引する。あるいは、上述したように、エンジン排気ガス１６を希釈せずに、導管２０によって触媒ストリッパー装置１４に直接回してもよい。吸引された第１サンプルを触媒ストリッパー装置１４に通し、ブロック１０４に示すように、空気/排気ガスの流れから粒状物の揮発性成分の少なくとも９０％を取り出す。この触媒ストリッパー装置１４については、粒状物の固体成分の少なくとも９５％以上を通過させた状態で、エンジン排気ガスに存在する揮発性炭化水素および硫酸塩物質の少なくとも９０％を除去するように構成する。
【００２４】
触媒ストリッパー装置１４を通過した後、第１試験サンプルは微小希釈トンネル５０を通過する。微小希釈トンネル５０でクリーンな圧縮空気５６を付加し、直ちに（１００ｍｓ未満）、空気/排気ガスの加熱された混合体、または排気ガスサンプルそのものを希釈し、ブロック１０６に示すように、サンプルの温度を５２℃未満、好ましくは約２５℃にする。この急速冷却のために、硫酸粒子の生成はなく、また触媒ストリッパー装置１４のいくつかの要素の壁部に粒子が伝熱的に（ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｒｅｔｉｃ）付着することも少なくなる。
【００２５】
冷却された第１試験サンプルの所定の容量部分を粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８に送り、ブロック１０８に示すように、固体粒子の粒径および個数を測定する。試験を行っている時間、例えば２０分間のサイクルでフィルターパック６０に回収された第１試験サンプルの残りの部分における固体粒子の質量を、ブロック１１０に示すように、測定し、そしてブロック１１２に示すように、試験流れの残りの部分の質量流れを測定する。
【００２６】
ブロック１１４に示すように、排気ガス２６の第２サンプルを希釈トンネルに送り、ブロック１１６に示すように、空気２４で希釈する。あるいは、第２サンプルが未希釈排気ガスであることが望ましい場合には、上述したように、導管２０によってエンジン排気ガスを希釈トンネル１８の周囲に送ってもよい。
【００２７】
以上説明してきた実施態様では、第２サンプルが触媒ストリッパー装置１４をバイパスし、直接微小希釈トンネル５０に回され、この後、ブロック１１８に示すように、第２試験サンプルを冷却する。
【００２８】
第２サンプル中の全粒状物、即ち固体成分粒子および析出揮発性成分粒子をフィルターパック６０で回収し、ブロック１２０に示すように、測定する。この回収のために必要なことは、第２サンプルを約５２℃未満の温度に急速冷却することだけであるが、第２サンプルの一部を粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８に送ることによって、ブロック１１８とブロック１２０との間に点線によって接続したブロック１２２に示すように、第２流れの全粒子の粒径および個数を測定することが望ましい場合には、試験サンプルを周囲温度付近の温度、即ち約２５℃に冷却する必要がある。
【００２９】
全粒状物を除去した後、ブロック１２４に示すように、第２サンプルの質量流れを測定する。
【００３０】
次に、ブロック１２６に示すように、排気ガス流れ中の粒状物のそれぞれの固体成分および揮発性成分について測定する。同じ排気ガス流れに対して平行に第１サンプルおよび第２サンプルを同じ時間量流す。全粒状物（固体成分、および揮発性成分の液相粒子）は、第２サンプルの全粒状物の測定値によって表される。第１サンプルの場合、揮発性成分の実質的に全部が触媒ストリッパー装置によって除去されるため、固体成分からなる粒状物のみが回収、測定される。従って、粒状物の揮発性成分は、第２サンプルの全粒状物の測定質量から第１サンプルの粒状物の測定質量を差し引くことによって同定できる。さらに、第１試験流れ中の、そして所望ならば第２試験流れ中の粒子の粒径、粒径分布および個数については、粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８の表示器を読むことによってリアルタイムで簡単に知ることができる。
【００３１】
粒状物については、排気ガス流れ中のＰＭの濃度、例えば部/ｃｍ３で表してもよいことがある。排気ガス流れ中の粒状物濃度は、本発明の方法を使用すると得ることができる。エンジン１２の排気装置１６および希釈トンネル１８に適当な流量センサーを配設すると、サンプリング管３０に導入される排気ガス２６を希釈する場合にはその希釈比を簡単に確認することができる。さらに、フィルターパック６０の下流側に質量流れセンサー６４を配設すると、微小希釈トンネル５０に導入される空気による希釈後に、質量流れを測定することができる。従って、ブロック１２８に示すように、それぞれサンプルとして粒径測定兼粒子個数カウンター装置５８およびフィルターパック６０を流れる第１サンプルおよび第２サンプルに含まれる排気ガス２６の量及び排気ガス流れ中の粒状物濃度を簡単に知ることができる。排気流れ中の粒状物を距離の単位、例えばグラム/マイル（ｇ/ｍｉ）、グラム/馬力時間（ｇ/Ｈｐｈ）などで表すことが望ましい場合には、走行距離、または試験サイクル時にエンジン１２が出力する馬力に、試験サイクルの時間を掛ければよく、また回収粒状物の質量を走行距離か馬力と時間の積によって割ればよい。
【００３２】
以上、本発明を好適な実施態様について説明してきたが、当業者ならば、上記の装置および方法は、本発明の具体的な装置および方法を使用する代表的構成例に過ぎないことを認識できるはずである。例えば、三方向流量制御弁の数を少なくするために二方向流量制御弁を使用することができる。同様に、第１試験サンプルを処理、試験するために説明したステップを、第２サンプルの処理するために説明したステップの後に実施しても、簡単に実施することができる。即ち、本発明方法を実施するさい、試験サンプルのサンプリングおよび試験順序は、任意でよい。このような本発明装置の構成、本発明方法の実施態様はいずれも特許請求の範囲に含まれるものである。
【００３３】
また、本発明の上記以外の態様、特徴および作用効果についても、特許請求の範囲および本明細書の開示から理解できるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】内燃機関から排出される排気ガス中の固体粒状物および揮発性粒状物の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定するための本発明装置の概略図である。
【図２】排気ガス中の固体粒状物および揮発性粒状物の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定するための本発明方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１０：測定装置、
１２：内燃機関（エンジン）、
１４：触媒ストリッパー装置、
１６：排気装置、
１８：希釈トンネル、
２０：導管、
２８：ＨＥＰＡフィルター、
２９：希釈排気ガス、
３０：サンプリング管、
３２：流量制御弁、
３４：流量制御弁、
３６：流量制御弁、
３８：流量制御弁、
４０：酸化触媒、
４２：温度センサー、
４４：温度センサー、
４６：ヒーター、
４８：温度制御器、
５８：粒径測定兼粒子個数カウンター装置、
６６：空気ポンプ、
１００：エンジン排気ガス、
１０２：希釈第１サンプル、
１０４：ＰＭの揮発性成分の除去、
１０６：５２℃未満の温度への急速冷却、
１０８：固体粒子の粒径および個数の測定、
１１０：固体粒子の質量の測定、
１１２：質量流れの測定、
１１４：エンジン排気ガス、
１１６：希釈第２サンプル、
１１８：５２℃未満の温度への急速冷却、
１２０：全粒子の質量の測定、
１２２：全粒子の粒径および個数の測定、
１２４：質量流れの測定、
１２６：ＰＭの固体成分および揮発性成分の計算、
１２８：ＰＭ濃度、またはＰＭ/単位仕事量の計算。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガス中の粒状物である粒子の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する方法において、
所定の運転モード時所定の時間にわたって内燃機関から排気ガスを排出し、このさい排出された排気ガスに含まれる粒状物の揮発性成分を、未燃焼燃料、部分燃焼燃料、未燃焼潤滑油、部分燃焼潤滑油およびイオウ化合物からなる気相に主に設定するとともに、固体成分を炭素および無機灰分の粒子からなるものとし、
上記の所定の時間にわたって排出された排気ガスの第１サンプルを連続的に回収し、
排気ガスを触媒ストリッパー装置に第１サンプルを送って第１サンプルから揮発性成分の少なくとも約９０％を除去するとともに、第１サンプルの固体成分の少なくとも約９５％を触媒ストリッパー装置を通過させ、
排気ガスの第１サンプルを約２５℃〜約５２℃の温度に冷却し、
上記の所定の時間にわたって排気ガスの冷却された第１サンプルの代表的な部分に含まれる粒状物の粒径および個数を測定し、このさい粒状物の測定された粒径および個数が、上記の定の時間にわたって内燃機関から排出された粒状物の固体成分である粒子の分布を表すものとし、
上記の所定の時間にわたって排気ガスの第１サンプルから粒状物を回収し、そして
第１サンプルの回収された粒状物の質量を測定し、このさい測定された質量が、上記の所定の時間にわたって内燃機関から排出された固体成分粒状物の全質量を表すものとすることを特徴とする測定方法。
【請求項２】
第１サンプルを回収する所定の時間に相当する所定の時間にわたって、所定運転モード時内燃機関から排気ガスを排出し、
上記の相当する時間にわたって排気ガスの第２サンプルを連続的に回収し、
排気ガスの第２サンプルを、上記気相から実質的にすべての揮発性成分が液相に析出する十分な温度まで冷却し、
上記の相当する時間にわたって生成した固体成分および揮発性成分の析出液相粒子を回収し、そして
回収された固体成分および揮発性成分の析出液相の全質量を測定し、このさい測定された質量が、上記の相当する時間の間に内燃機関から排出された全粒状物を表すものとする請求項１記載の測定方法。
【請求項３】
排気ガスの第１サンプルと第２サンプルとの間の質量差を計算し、この質量差が、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる揮発性成分粒状物を表すものとする請求項２記載の測定方法。
【請求項４】
排出された排気ガスを希釈トンネルに送り、第１サンプルおよび第２サンプルを連続回収する前に、排気ガスと所定質量流れをもつ空気とを混合する請求項２記載の測定方法。
【請求項５】
第１サンプルおよび第２サンプルを冷却するさいに、これらサンプルと空気とを微小希釈トンネル内で混合する請求項２記載の測定方法。
【請求項６】
第１サンプルの固体粒子を回収し、かつ固体成分の固体粒子および第２サンプルの揮発性成分の析出液相を回収するさいに、これらサンプルが冷却される微小希釈トンネルの下流側に配設したフィルターで固体成分の粒子および揮発性成分の析出液相を回収する請求項５記載の測定方法。
【請求項７】
第１サンプルおよび第２サンプルを冷却するさいに、硫酸粒子を生成させない程度の冷却速度でこれらサンプルを急速冷却する請求項１記載の測定方法。
【請求項８】
上記の所定の時間にわたって排気ガスの冷却された第１サンプルの代表的な部分に含まれる粒状物の粒径および個数を測定するさいに、この代表的な部分を粒径測定器に送って第１サンプルの代表的な部分における粒状物の粒径を測定するとともに、粒子個数カウンターに送って、上記の所定時間にわたって送られる代表的部分における粒状物の全個数を測定する請求項１記載の測定方法。
【請求項９】
触媒ストリッパーを約２５０℃〜約５００℃の範囲内にある所定温度に加熱し、排気ガスの第１サンプルを触媒ストリッパーに送った状態で、この所定の温度に触媒ストリッパーを維持する請求項１記載の測定方法。
【請求項１０】
内燃機関から排出される排気ガス中の粒状物である粒子の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する装置において、
内燃機関の排気装置と流体連絡し、排気ガスから少なくとも約９０％の揮発性成分を除去するとともに、排気ガスの少なくとも９５％の固体成分を触媒ストリッパーに送る触媒ストリッパー、
触媒ストリッパーと選択的に流体連絡し、排気ガスの温度よりも低い温度の空気と排気ガスを混合し、空気/温度が約５２℃未満の排気ガスからなる混合体を形成する微小希釈トンネル、
上記微小希釈トンネルと流体連絡する粒径測定器、
上記微小希釈トンネルと流体連絡する粒子個数カウンター、
所定の時間にわたって、空気/排気ガス混合体に含まれる粒状物を連続回収する手段、および
上記の所定時間にわたって回収された粒状物の質量を測定する手段を有することを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
内燃機関の排気装置と触媒ストリッパーとの間に希釈トンネルを配設し、空気と内燃機関から排出される排気ガスとを混合するとともに、空気/排気ガスの混合体を触媒ストリッパーに送るように構成した請求項１０記載の測定装置。
【請求項１２】
約２５０℃〜約５００℃の範囲にある温度に触媒ストリッパーを制御加熱する手段を有する請求項１０記載の測定装置。
【請求項１３】
所定の時間にわたって、空気/排気ガスの混合体に含まれる粒状物を連続回収する上記手段によって粒状物を回収した空気/排気ガスの混合体の質量流れを測定する手段を有する請求項１０記載の測定装置。
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガス中の粒状物である粒子の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する方法において、
所定の運転モード時所定の時間にわたって内燃機関から排気ガスを排出し、このさい排出された排気ガスに含まれる粒状物の揮発性成分を、未燃焼燃料、部分燃焼燃料、未燃焼潤滑油、部分燃焼潤滑油およびイオウ化合物からなる気相に主に設定するとともに、固体成分を炭素および無機灰分の粒子からなるものとし、
上記の所定の時間にわたって排出された排気ガスの第１サンプルを連続的に回収し、
排気ガスを触媒ストリッパー装置に第１サンプルを送って第１サンプルから揮発性成分の少なくとも約９０％を除去するとともに、第１サンプルの固体成分の少なくとも約９５％を触媒ストリッパー装置を通過させ、
排気ガスの第１サンプルを約２５℃〜約５２℃の温度に冷却し、
上記の所定の時間にわたって排気ガスの冷却された第１サンプルの代表的な部分に含まれる粒状物の粒径および個数を測定し、このさい粒状物の測定された粒径および個数が、上記の定の時間にわたって内燃機関から排出された粒状物の固体成分である粒子の分布を表すものとし、
上記の所定の時間にわたって排気ガスの第１サンプルから粒状物を回収し、そして
第１サンプルの回収された粒状物の質量を測定し、このさい測定された質量が、上記の所定の時間にわたって内燃機関から排出された固体成分粒状物の全質量を表すものとすることを特徴とする測定方法。
【請求項２】
第１サンプルを回収する所定の時間に相当する所定の時間にわたって、所定運転モード時内燃機関から排気ガスを排出し、
上記の相当する時間にわたって排気ガスの第２サンプルを連続的に回収し、
排気ガスの第２サンプルを、上記気相から実質的にすべての揮発性成分が液相に析出する十分な温度まで冷却し、
上記の相当する時間にわたって生成した固体成分および揮発性成分の析出液相粒子を回収し、そして
回収された固体成分および揮発性成分の析出液相の全質量を測定し、このさい測定された質量が、上記の相当する時間の間に内燃機関から排出された全粒状物を表すものとする請求項１記載の測定方法。
【請求項３】
排気ガスの第１サンプルと第２サンプルとの間の質量差を計算し、この質量差が、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる揮発性成分粒状物を表すものとする請求項２記載の測定方法。
【請求項４】
排出された排気ガスを希釈トンネルに送り、第１サンプルおよび第２サンプルを連続回収する前に、排気ガスと所定質量流れをもつ空気とを混合する請求項２記載の測定方法。
【請求項５】
第１サンプルおよび第２サンプルを冷却するさいに、これらサンプルと空気とを微小希釈トンネル内で混合する請求項２記載の測定方法。
【請求項６】
第１サンプルの固体粒子を回収し、かつ固体成分の固体粒子および第２サンプルの揮発性成分の析出液相を回収するさいに、これらサンプルが冷却される微小希釈トンネルの下流側に配設したフィルターで固体成分の粒子および揮発性成分の析出液相を回収する請求項５記載の測定方法。
【請求項７】
第１サンプルおよび第２サンプルを冷却するさいに、硫酸粒子を生成させない程度の冷却速度でこれらサンプルを急速冷却する請求項１記載の測定方法。
【請求項８】
上記の所定の時間にわたって排気ガスの冷却された第１サンプルの代表的な部分に含まれる粒状物の粒径および個数を測定するさいに、この代表的な部分を粒径測定器に送って第１サンプルの代表的な部分における粒状物の粒径を測定するとともに、粒子個数カウンターに送って、上記の所定時間にわたって送られる代表的部分における粒状物の全個数を測定する請求項１記載の測定方法。
【請求項９】
触媒ストリッパーを約２５０℃〜約５００℃の範囲内にある所定温度に加熱し、排気ガスの第１サンプルを触媒ストリッパーに送った状態で、この所定の温度に触媒ストリッパーを維持する請求項１記載の測定方法。
【請求項１０】
内燃機関から排出される排気ガス中の粒状物である粒子の質量、粒径および個数をリアルタイムで測定する装置において、
内燃機関の排気装置と流体連絡し、排気ガスから少なくとも約９０％の揮発性成分を除去するとともに、排気ガスの少なくとも９５％の固体成分を触媒ストリッパーに送る触媒ストリッパー、
触媒ストリッパーと選択的に流体連絡し、排気ガスの温度よりも低い温度の空気と排気ガスを混合し、空気/温度が約５２℃未満の排気ガスからなる混合体を形成する微小希釈トンネル、
上記微小希釈トンネルと流体連絡する粒径測定器、
上記微小希釈トンネルと流体連絡する粒子個数カウンター、
所定の時間にわたって、空気/排気ガス混合体に含まれる粒状物を連続回収する手段、および
上記の所定時間にわたって回収された粒状物の質量を測定する手段を有することを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
内燃機関の排気装置と触媒ストリッパーとの間に希釈トンネルを配設し、空気と内燃機関から排出される排気ガスとを混合するとともに、空気/排気ガスの混合体を触媒ストリッパーに送るように構成した請求項１０記載の測定装置。
【請求項１２】
約２５０℃〜約５００℃の範囲にある温度に触媒ストリッパーを制御加熱する手段を有する請求項１０記載の測定装置。
【請求項１３】
所定の時間にわたって、空気/排気ガスの混合体に含まれる粒状物を連続回収する上記手段によって粒状物を回収した空気/排気ガスの混合体の質量流れを測定する手段を有する請求項１０記載の測定装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００６−５０６６４０（Ｐ２００６−５０６６４０Ａ）
【公表日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５５３４３２（Ｐ２００４−５５３４３２）
【出願日】平成１５年１０月２日（２００３．１０．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３１３４６
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０４６５１７
【国際公開日】平成１６年６月３日（２００４．６．３）
【出願人】（５００５５３７３０）サウスウエスト リサーチ インスティテュート (9)
【住所又は居所原語表記】６２２０ ＣＵＬＥＢＲＡ ＲＯＡＤ ＳＡＮ ＡＮＴ ＯＮＩＯ，ＴＥＸＡＳ ７８２３８ ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１０月２日（２００３．１０．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３１３４６
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０４６５１７
【国際公開日】平成１６年６月３日（２００４．６．３）
【出願人】（５００５５３７３０）サウスウエスト リサーチ インスティテュート (9)
【住所又は居所原語表記】６２２０ ＣＵＬＥＢＲＡ ＲＯＡＤ ＳＡＮ ＡＮＴ ＯＮＩＯ，ＴＥＸＡＳ ７８２３８ ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]