排ガス計測装置
【課題】排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の計測をより高精度に行なうことが可能な排ガス計測装置を提供する。
【解決手段】本実施の形態に係る排ガス計測装置１０は、大気中の空気１１Ａを取り込んで精製した精製空気１２を希釈空気として送風する空気精製機１３を有する排ガス計測装置であって、空気精製機１３は、空気１１ＡにＮ2Ｏ分解反応促進剤１６を供給するＮ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７と、空気１１Ｃを加熱する加熱部１８と、加熱された空気１１Ｅ中の計測対象成分を除去する触媒部２０と、加熱された空気１１Ｅの冷却又は加温を行なう温調部２１と、冷却された空気１１Ｇ中の少なくともＮ2Ｏを吸着し、除去する吸着部２３と、空気１１Ａと加熱部１８で加熱され、浄化された空気１１Ｆとを熱交換する熱交換部２４と、を有する。
【解決手段】本実施の形態に係る排ガス計測装置１０は、大気中の空気１１Ａを取り込んで精製した精製空気１２を希釈空気として送風する空気精製機１３を有する排ガス計測装置であって、空気精製機１３は、空気１１ＡにＮ2Ｏ分解反応促進剤１６を供給するＮ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７と、空気１１Ｃを加熱する加熱部１８と、加熱された空気１１Ｅ中の計測対象成分を除去する触媒部２０と、加熱された空気１１Ｅの冷却又は加温を行なう温調部２１と、冷却された空気１１Ｇ中の少なくともＮ2Ｏを吸着し、除去する吸着部２３と、空気１１Ａと加熱部１８で加熱され、浄化された空気１１Ｆとを熱交換する熱交換部２４と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスの計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両では、排ガス計測装置を用いて、エンジンから放出される排ガスの排出質量を計測して評価することが行なわれている。自動車の排ガス中に含まれる各種の成分の排出質量を計測する場合、その信頼性、安定性からＣＶＳ（Constant Volume Sampler）と呼ばれる方法を採用した定容量採取装置（以下「ＣＶＳ装置」という。）が排ガス計測装置として使用されている。ＣＶＳ装置は、大気又は精製空気を希釈空気として用い、希釈した排ガスから排出質量を計測するため、希釈空気中の計測対象成分（バックグラウンド：Ｂ．Ｇ）を別途計測し、計測対象成分との差で排ガスの計測対象成分の排出質量を求める。
【０００３】
また、空気精製機を備えたＣＶＳ装置として、前記空気精製機より排出される精製空気を取り込むラインと、大気中の空気を取り込むラインとを設け、精製空気又は空気のどちらか一方を選択して希釈空気として用い、排ガスの排出質量を求めると共に、前記空気精製機内に設けている触媒部に少なくともゼオライトを用い、取り込んだ空気の浄化を向上させたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
更に、排ガスをイオン化し、排ガス引き込みラインに第一、第二の標準物質添加部を設け、第一の標準物質を前記排ガス中に添加し、得られた信号値から測定物の濃度を算出し、更に前記排ガス中の測定物と同じ物質の第二の標準物質を添加し、更に前記排ガス中の測定物の濃度を高精度に計測する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−４１９１６号公報
【特許文献２】特開２００２−１８９０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、近年、温暖化規制等に伴い、計測対象成分として一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）の排出質量を計測する必要がある。取り込んだ大気を希釈空気として用いる場合、希釈空気中にはバックグラウンドとしてＮ2Ｏが約０．４ｐｐｍ程度存在している。このため、Ｎ2Ｏの排出質量をＣＶＳ装置を用いて計測する場合、図６に示すように、車両から排出される排ガス中のＮ2Ｏ濃度（排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度）Ｘを約０．１ｐｐｍ程度とした時、差量法により希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａから希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂである０．４ｐｐｍ程度を減質することにより、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘが０．１ｐｐｍ程度と求められることから、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａは約０．５ｐｐｍ程度となる。
【０００７】
しかしながら、排出質量を計測する際、分析誤差が生じるため、図６に示すように、分析誤差が絶対値で１％の読取り値比率（ＲＳ：Reading Scale）とすると、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａには０．００５ｐｐｍ程度、希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂには０．００４ｐｐｍ程度の誤差の濃度が絶対値として各々に含まれることになる。この希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａと、希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの統計的に加算された誤差が、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの値０．１ｐｐｍ程度に含まれることになる。このとき、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの誤差を含めた上限値及び下限値は、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの値と、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａと希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの各々の分析誤差の上限値及び下限値により得られる正規分布に基づき、例えば、下記式のように算出される。
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの上限値：０．１＋（０．００５2＋０．００４2）1/2・・・ （１）
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの下限値：０．１−（０．００５2＋０．００４2）1/2・・・ （２）
【０００８】
この排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの０．１ｐｐｍに統計的に加算されることで含まれる誤差は、０．００６４ｐｐｍ程度となり、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａと、希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂでの各々の分析値の誤差の約６．４倍程度に相当し、絶対値で６．４％程度の分析誤差となる。一方、希釈空気中のバックグラウンド濃度が０ｐｐｍであれば、分析誤差を絶対値で１％のＲＳとして計測することができる。
【０００９】
そのため、ＣＶＳ装置を用いて排出質量を計測する場合、希釈空気中にはバックグラウンドとしてＮ2Ｏが約０．４ｐｐｍ程度存在しているため、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度の分析誤差が大きく、信頼性が低い、という問題がある。
【００１０】
また、空気精製機を備えたＣＶＳ装置を用いても、従来の空気精製機では、希釈空気中の全炭化水素（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素化合物（ＮＯｘ）を除去し、空気を精製することはできるが、Ｎ2Ｏの低減効果が殆ど得られない。このため、精製空気中にはＮ2Ｏが残存してしまうため、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度の測定の信頼性が低い、という問題がある。
【００１１】
このように、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量をＣＶＳ装置を用いて計測する際、分析誤差が小さく、より高精度に分析することが可能な排ガス計測装置が求められている。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の計測をより高精度に行なうことが可能な排ガス計測装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するための本発明は、大気中の空気を取り込んで精製した精製空気を希釈空気として送風する空気精製機を有し、検査対象から排出される排ガスを前記精製空気と混合、希釈した希釈排ガスの排出質量を計測し、前記排ガスから排出される計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置において、前記空気精製機が、取り込んだ空気に空気中の一酸化二窒素の分解を促進する一酸化二窒素分解反応促進剤を供給する一酸化二窒素分解反応促進剤添加部と、前記一酸化二窒素分解反応促進剤が供給された空気を加熱する加熱部と、加熱された空気中の計測対象成分を除去する触媒が備えられている触媒部と、加熱された空気の冷却又は加温を行なう温調部と、を有することを特徴とする排ガス計測装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る排ガス計測装置によれば、空気精製機に送給される空気中のＮ2Ｏの分解を促進するＮ2Ｏ分解反応促進剤を前記空気中に予め添加した後、触媒を用いて前記空気中のＮ2Ｏを除去するようにしているため、前記空気中のＮ2Ｏの除去効率が向上し、前記空気中のＮ2Ｏを効率よく、且つ安定して除去することができる。よって、ＣＶＳ装置を用いて排ガス中のＮ2Ｏの排出質量を計測する際、Ｎ2Ｏを除去した精製空気を前記排ガスに供給することができるため、前記排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の分析誤差を小さくし、より高精度に、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、時間とＣ3Ｈ6添加量との関係を示す図である。
【図３】図３は、Ｃ3Ｈ6添加量と、ＴＨＣの濃度及びＮ2Ｏの濃度との関係を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置を用いた時の希釈排ガス、精製空気、排ガスの各々のＮ2Ｏ濃度の測定結果の一例を示す図である。
【図５】図５は、排ガス計測装置の他の構成を簡略に示す図である。
【図６】図６は、従来の排ガス計測装置を用いた時の希釈排ガス、希釈空気、排ガスの各々のＮ2Ｏ濃度の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る排ガス計測装置について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１７】
[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置の構成を簡略に示す図である。
【００１８】
本実施の形態に係る排ガス計測装置１０は、大気中の空気１１Ａを取り込んで精製した精製空気１２を希釈空気として送風する空気精製機１３を有し、車両（検査対象）から排出される排ガス１４を精製空気１２と混合、希釈した希釈排ガス１５の排出質量を計測し、排ガス１４から排出される計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置である。排ガス計測装置１０は、空気精製機１３と、空気精製機１３で精製された精製空気１２を流通させる主通路（メインダクト）３１とからなるものである。
【００１９】
空気精製機１３は、取り込んだ空気１１Ａに空気１１Ａ中の一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）の分解を促進する一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）分解反応促進剤１６を供給する一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）分解反応促進剤添加部１７と、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤１６が供給された空気１１Ｃを加熱する加熱部１８と、加熱された空気１１Ｅ中の計測対象成分を除去する触媒１９が備えられている触媒部２０と、加熱された空気１１Ｅの冷却又は加温を行なう温調部２１と、冷却された空気１１Ｇ中の少なくとも一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を吸着し、除去する吸着材２２が設けられている吸着部２３と、取り込まれた空気１１Ａと加熱部１８で加熱され、浄化された空気１１Ｆとを熱交換する熱交換部２４と、を有する。
【００２０】
空気精製機１３において大気中の空気１１Ａを取り込んで精製された精製空気１２を希釈空気として用いている。空気精製機１３の通路２５には、大気に開放する空気取入口２６と空気出口２７とが設けられている。空気１１Ａは、空気取入口２６側から空気出口２７側に向かって、熱交換部２４、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７、空気１１ＣとＮ2Ｏ分解反応促進剤１６とを混合する混合部２８、加熱部１８、触媒部２０、熱交換部２４、温調部２１、吸着部２３の順に通路２５内を通過する。
【００２１】
通路２５内には、送風機が設けられ、前記送風機により空気取入口２６側から大気中の空気１１Ａを取り入れ、空気出口２７側へ送風される。また、空気１１Ａとしては、大気中から取り入れた空気を用いているが、予め除湿された空気などを用いるようにしてもよい。送風機として例えば、送風能力が可変可能なブロワなどが用いられる。また、空気精製機１３は、適正な流量の空気１１Ａを送風するように流量制御を行なっている。
【００２２】
空気取入口２６より通路２５内に取り込まれた空気１１Ａは、熱交換部２４において加熱部１８で加熱され、浄化された空気１１Ｆと間接的に熱交換することで、加熱される。この熱交換部２４で加熱された空気を空気１１Ｂとする。また、熱交換部２４で空気１１Ａを空気１１Ｆと間接的に熱交換し加熱するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱交換部２４を設けず、空気１１Ａと空気１１Ｆとを熱交換しないようにしてもよい。
【００２３】
空気１１Ｂは通路２５内を通過してＮ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７に送給される。Ｎ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７において、空気１１Ｂ中にＮ2Ｏ分解反応促進剤１６が添加される。これにより、後段の触媒１９で空気１１Ｅ中のＮ2Ｏ、ＮＯｘの浄化効率を向上させることができる。Ｎ2Ｏ分解反応促進剤１６としては、例えば、プロピレン（Ｃ3Ｈ6）、メタン（ＣＨ4）、アンモニア（ＮＨ3）などが用いられる。Ｃ3Ｈ6の濃度としては、０．１ｖｏｌ％以上、２．４ｖｏｌ％以下とするのが好ましく、約２．０ｖｏｌ％程度とするのがより好ましい。Ｃ3Ｈ6の濃度を２．４ｖｏｌ％より大きくすると、引火する危険性があるためである。Ｃ3Ｈ6はマスフローコントローラー（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）を用いて０〜５Ｌ／ｍｉｎ程度の割合で空気１１Ｂ中に可変注入される。このＮ2Ｏ分解反応促進剤１６が供給された空気を空気１１Ｃとする。
【００２４】
空気１１Ｃは通路２５内を通過して混合部２８に送給され、空気１１Ｃ中のＮ2Ｏ分解反応促進剤１６を空気１１Ｃと混合する。これにより、空気１１Ｃ中のＮ2Ｏ分解反応促進剤１６の分散性を向上させることができるため、後段の触媒１９でＮ2Ｏ、ＮＯｘの浄化効率を更に向上させることができる。また、混合部２８は空気１１Ｃ中にＮ2Ｏ分解反応促進剤１６が十分混合されている場合は、特に通路２５内に混合部２８を設けなくてもよい。この混合部２８を通過した後の空気を空気１１Ｄとする。
【００２５】
空気１１Ｄは通路２５内を通過して加熱部１８に送給される。空気１１Ｄは加熱部１８において更に加熱され、この加熱された空気１１Ｅは触媒部２０に送給される。加熱部１８は、加熱部１８内に流入してきた空気１１Ｄを加熱できるものであればよく、例えば通路２５の外周に加熱用ヒータを設け、空気１１Ｄを加熱するようにしてもよい。この加熱部１８において空気１１Ｄを更に加熱した後、触媒部２０に供給することで、触媒部２０内に設けられている触媒１９の活性を向上させることができる。このため、触媒１９に空気１１Ｅが接触することで、空気１１Ｅ中の計測対象成分の除去効率を向上させることができる。
【００２６】
また、空気１１Ｅ中に含まれる計測対象成分としては、例えば、全炭化水素（ＴＨＣ）、ＣＯ、ＮＯ、ＮＯ2などのＮＯｘが例示される。また、全炭化水素とは、大気中の炭化水素（ＨＣ）の測定により得られるメタン（ＣＨ4）の濃度と、非メタン炭化水素（ＮＭＨＣ）の濃度の両方の和である。
【００２７】
また、触媒部２０では、空気１１Ｅ中の計測対象成分の除去を行なっている。触媒部２０には、触媒１９が設けられている。触媒１９として、少なくとも金属イオンとイオン交換してゼオライトに該金属を担持させたゼオライト（金属イオン交換ゼオライト）が用いられる。ゼオライトに担持する金属としては、例えば、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＦｅ等などの少なくとも１種類以上の金属、これらの金属を含有する合金などを用いることができる。また、用いられるゼオライトの種類としては、特に限定されるものではなく、細孔径が比較的小さく、表面積を増大させるフェリエライト、ＺＳＭ‐５、モルデナイト、β型ゼオライトなどを用いることが好ましい。特に、Ｆｅをイオン交換担持したゼオライトはコストを抑えることができるため、触媒１９として用いるのに好ましく、例えば、Ｆｅ−ＺＳＭ５、Ｆｅ−βモルデナイト等を用いるのが好ましい。
【００２８】
触媒１９としては、金属イオン交換ゼオライトの他に、触媒成分を担体に担持されて構成されてなるものを用いるようにしてもよい。触媒成分として、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈなどの貴金属、Ｍｎなどの少なくとも１種類以上の金属、これらの金属を含有する合金若しくはこれらの金属の酸化物、又はこれらの２種類以上の混合物などを用いてもよい。触媒成分を担持する担体としては、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、ジルコニア、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）等から選ばれる１種類以上の金属酸化物又は該金属酸化物と金属の複合酸化物との混合物などが用いられる。また、触媒１９としては、触媒成分を担体に担持させたものの他、触媒成分のみからなる金属等を用いるようにしてもよい。
【００２９】
また、金属イオン交換ゼオライトとこれらの触媒成分が担持された担体からなる触媒とを併用してもよい。触媒部２０には、同一の触媒１９のみからなる金属イオン交換ゼオライトのみを配置するようにしているが、これに限定されるものではなく、触媒部２０内に複数の異なる触媒１９を設けるようにしてもよい。例えば、触媒部２０を前段部と後段部とに分けて複数の異なる触媒１９を設けるようにしてもよい。前記前段部には、シリカ／アルミナモル比（ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比）が小さいゼオライトを配置するのが好ましい。ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さい程、イオン交換サイトの量が多くなり、空気１１Ｅ中の計測対象成分の除去性能を向上させることができる。よって、前記前段部にＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さいゼオライトを配置することで、効率良く空気１１Ｅ中のＮ2Ｏなど計測対象成分を除去することができる。前記前段部に配置するＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さいゼオライトとして、例えばＦｅをイオン交換担持したゼオライトとしてＦｅ−ＺＳＭ５を配置するのが好ましい。また、後段部には、Ｐｔを上記担体に担持したＰｔ系酸化触媒を配置するのが好ましい。
【００３０】
よって、空気取入口２６より通路２５内に取り込まれた空気１１Ａに、空気１１Ａ中のＮ2Ｏの分解を促進するＮ2Ｏ分解反応促進剤１６を予め添加した後、触媒１９を用いてＮ2Ｏを除去しているため、空気１１Ｅ中のＮ2Ｏの除去効率を向上させることができ、空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを効率よく、且つ安定して除去することができる。
【００３１】
触媒部２０においてＮ2Ｏなど計測対象成分が除去された空気１１Ｆは、熱交換部２４で空気取入口２６から通路２５内に取り込まれた空気１１Ａと間接的に熱交換し、冷却された後、温調部２１に送給される。
【００３２】
温調部２１は空気１１Ｇの温度を調整可能とする。温調部２１において温調部２１から排出される空気１１Ｇの温度を調整可能とすることで、吸着部２３には任意の温度に調整された空気１１Ｇを送給することができる。排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を計測する場合、温調部２１から排出される空気１１Ｇの温度を冷却して空気１１Ｇの温度を低温又は常温とする。このとき、温調部２１から排出される空気１１Ｇの温度として、例えば２０℃以上、３０℃以下、好ましくは２３℃以上、２７℃以下、更に好ましくは２５℃前後とする。これにより、吸着部２３において吸着材２２のＮ2Ｏの吸着性能を向上させ、空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを吸着材２２に吸着させることができる。また、吸着材２２に吸着されているＮ2Ｏを脱離する時には、空気１１Ｆを加温して温調部２１から排出される空気１１Ｇを昇温させる。このとき、温調部２１から排出される空気１１Ｇの温度として、例えば７０℃以上、９０℃以下、好ましくは７５℃以上、８５℃以下、更に好ましくは８０℃程度とする。これにより、吸着部２３の吸着材２２に吸着されたＮ2Ｏを空気１１Ｇ中に脱離することができる。
【００３３】
温調部２１において温度調整された空気１１Ｇは、吸着部２３に送給される。吸着部２３に送給された空気１１Ｇは吸着材２２により少なくとも空気１１Ｇ中のＮ2Ｏが吸着、除去される。また、吸着材２２は、空気１１Ｅ中に残留しているＮ2Ｏの他に、空気１１Ｅ中に残留又は生成するＮＯｘ、ＴＨＣ、アンモニア（ＮＨ3）などの計測対象成分も吸着可能なものを用いるようにしてもよい。
【００３４】
吸着部２３に設けられる吸着材２２としては、少なくとも空気１１Ｇ中のＮ2Ｏを吸着できるものであればよく、上記触媒１９と同様に、金属イオン交換ゼオライトを用いてもよい。また、吸着部２３には同一の吸着材２２のみを配置することに限定されるものではなく、吸着材２２を少なくとも二つ以上の複数段に分けて異なる吸着材２２を設けるようにしてもよい。また、吸着部２３は空気１１Ｇ中のＮ2Ｏが触媒部２０において十分除去されている場合は、特に通路２５内に吸着部２３を設けなくてもよい。
【００３５】
このように、空気取入口２６より通路２５内に取り込んだ大気中の空気１１Ａに、空気１１Ａ中のＮ2Ｏの分解を促進するＮ2Ｏ分解反応促進剤１６を予め添加した後、触媒１９を用いてＮ2Ｏを除去しているため、空気出口２７よりＮ2Ｏが除去された精製空気１２を希釈空気として排出することができる。よって、予めＮ2Ｏが除去された精製空気１２を希釈空気として用い、排ガス１４に混合することができるため、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量をＣＶＳ装置を用いて計測する際、分析誤差を小さくし、より高精度に、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を分析することができる。
【００３６】
空気出口２７は、主通路３１に接続され、空気精製機１３で精製された精製空気１２を希釈空気として主通路３１へ導入している。主通路３１は、精製空気１２を取り入れる取入口３２と大気に開放する排出口３３とを有し、取入口３２と排出口３３とを連通するように設けられている。取入口３２は、空気精製機１３の空気出口２７から送風される精製空気１２を取り込めるようにしている。また、空気精製機１３は、精製空気１２を、直接、主通路３１に送風するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、空気精製機１３と主通路３１との間に接続通路等を介して主通路３１に精製空気１２を送風するようにしてもよい。
【００３７】
主通路３１の下流側には、精製空気１２を下流側へ吸引するためのブロア３４（ＣＶＳ吸引装置）が配設され、取入口３２から精製空気１２を下流側へ吸引している。また、主通路３１の上流側には、ゴミ除去のためのフィルター、サイクロン等を配設するようにしてもよい。
【００３８】
主通路３１は、排気接続管３５と連結され、排気接続管３５は試験車に搭載されているエンジンからの排ガス１４を大気に放出する排気管に着脱自在に接続されている。排ガス１４中の計測対象成分の排出質量を測定している間、前記試験車の前記エンジンから放出された排ガス１４を排気接続管３５を介して主通路３１内の精製空気１２と混合、希釈し、希釈排ガス１５としている。
【００３９】
またブロア３４の上流側には、ベンチュリ４１が設けられ、車両から排出される排ガスの計測対象成分の排出質量の測定を行う際、排ガス１４と精製空気１２とを適正な希釈率としている。ベンチュリ４１は一定の流量で排ガス１４と精製空気１２とを混合した希釈排ガス１５が主通路３１内を流れるようにしている。
【００４０】
また、ＣＶＳ装置としては、定容量ポンプ方式（ＰＤＰ方式）と臨界流量ベンチュリ方式（ＣＦＶ方式）との二方式が採用されている。本実施の形態に係る排ガス計測装置１０においては、ベンチュリ４１を用いたＣＦＶ方式のＣＶＳ装置を採用しているが、ＣＦＶ方式に代えて正置換型ポンプ（ＰＤＰ）式のＣＶＳ装置を用いるようにしてもよい。
【００４１】
また、ベンチュリ４１の上流側には、サンプリングベンチュリ４２が設けられ、主通路３１の外部に配設した吸引ポンプ４３の吸込力により、サンプリングベンチュリ４２から希釈排ガス１５を一定の流量で採集し、サンプルバッグ４４に蓄えるようにしている。排ガス１４中の計測対象成分の排出質量の測定を行っている間、排ガス１４を精製空気１２で希釈した希釈排ガス１５をサンプルバッグ４４内に蓄えて、希釈排ガス１５中の測定対象成分の平均濃度を得るようにしている。
【００４２】
また、主通路３１の取入口３２の下流側には、吸引ポンプ４５で精製空気１２だけを分岐通路４６を通じ採集して希釈空気バッグ４７に蓄えるようにしている。排ガス１４中の計測対象成分の排出質量の計測を行っている間、精製空気１２に残留しているＣＨ4などのＴＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、Ｎ2Ｏなどの計測対象成分を蓄える。
【００４３】
サンプルバッグ４４、希釈空気バッグ４７内の気体は、分析器４８において分析されて、排ガス１４中の測定対象成分の濃度が求められる。具体的には、分析器４８において、サンプルバッグ４４により採集された希釈排ガス１５中のＮ2Ｏから、希釈空気バッグ４７により採集された精製空気１２中のＮ2Ｏを差し引いて、車両から排出された排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を求めることができる。
【００４４】
また、サンプリングベンチュリ４２の上流側には、排ガス１４を供給していない場合に、精製空気１２を一部抜出す精製空気採取通路４９が設けられ、精製空気採取通路４９より主通路３１の外部に抜出した精製空気１２を分析器４８に送給する。分析器４８には、精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度を測定するＮ2Ｏ計、精製空気１２中のＴＨＣ濃度を測定する全炭化水素計（Total Hydrocarbon Meter：ＴＨＣ計）が設けられ、Ｎ2Ｏ計、ＴＨＣ計により精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度、ＴＨＣ濃度を測定する。
【００４５】
分析器４８には、分析に用いられた精製空気１２、希釈排ガス１５をベンチュリ４１より後流側の主通路３１内に排出する排気通路が設けられている。分析器４８で分析に用いられた精製空気１２又は希釈排ガス１５は、前記排気通路を介してベンチュリ４１より後流側の主通路３１内に送給される。
【００４６】
（Ｃ3Ｈ6の添加量の調整）
また、図２に示すように、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤１６としてＣ3Ｈ6の添加量を、時間経過に従って増大していくと、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤１６としてＣ3Ｈ6の添加量が過多となり、空気１１Ｂ中のＮ2Ｏが全て反応し、逆にＴＨＣの量が多くなる。そのため、分析器４８で測定されたＮ2Ｏ及びＴＨＣの濃度に応じてＮ2Ｏ分解反応促進剤１６の供給量を調整して、空気１１Ｂに供給する必要がある。
【００４７】
Ｃ3Ｈ6添加量と、ＴＨＣの濃度及びＮ2Ｏの濃度との関係を図３に示す。図３中、ＴＨＣの濃度、Ｎ2Ｏの濃度は、Ｃ3Ｈ6を添加した精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度、Ｃ3Ｈ6の濃度を表している。分析器４８に設けられているＮ2Ｏ計、ＴＨＣ計により、Ｃ3Ｈ6を添加した精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度が、図３に示すように、所定の閾値（例えば、０．０５ｐｐｍ）以下であって、ＴＨＣ濃度も所定の閾値（例えば、０．２ｐｐｍＣ）以下となる添加量の注入範囲αを定め、その添加量の注入範囲αの中心値を添加量の調整点βとしてＣ3Ｈ6の添加量を設定する。尚、ＴＨＣ計により表示されるＴＨＣ濃度はメタン換算して得られた濃度（ｐｐｍＣ）である。
【００４８】
よって、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤１６の添加量の注入範囲αと、その注入範囲の中心値を添加量の調整点βと定め、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤１６を調整点βの量だけ添加することで、空気１１Ｂ中のＮ2Ｏを効率よく、かつ安定して除去することができる。これにより、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の測定を行なう際、排ガス１４にはＮ2Ｏの除去された精製空気１２を安定して混合し、排ガス１４を希釈することができるため、精製空気１２中のＮ2Ｏの影響を低減し、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を安定して測定できる。このため、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の計測の誤差を小さくし、信頼性の高い分析結果を得ることができる。
【００４９】
（試験例）
車両から排出される排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を測定した試験結果の一例を以下に示す。図４は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置を用いた時の希釈排ガス、精製空気、排ガスの各々のＮ2Ｏ濃度の測定結果の一例を示す図である。また、このとき、触媒部２０には触媒１９を前段部と後段部とに分けて配置した。前記前段部には、Ｆｅ−ＺＳＭ５を配置し、前記後段部には、Ｐｔを上記担体に担持したＰｔ系酸化触媒を配置した。
【００５０】
図４に示すように、サンプルバッグ４４で回収された希釈排ガス１５のＮ2Ｏ濃度Ａが０．１５ｐｐｍ程度であり、希釈空気バッグ４７で回収された精製空気１２のＮ2Ｏ濃度Ｂが０．０５ｐｐｍ程度であるため、排ガス１４中のＮ2Ｏ濃度（排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度）Ｘが０．１ｐｐｍ程度と求められた。
【００５１】
希釈排ガス１５と精製空気１２とのＮ2Ｏ濃度の分析誤差が、絶対値で１％のＲＳであるとき、希釈排ガス１５の分析誤差によるＮ2Ｏ濃度は０．００１５ｐｐｍ程度であり、精製空気１２の分析誤差によるＮ2Ｏ濃度は０．０００５ｐｐｍ程度であった。このとき、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘにおける誤差の上限値及び下限値は、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの値と、希釈排ガス１５中のＮ2Ｏ濃度Ａと精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの各々の分析誤差の上限値及び下限値により得られる正規分布に基づき、例えば、下記式のように算出された。
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの上限値：０．１＋（０．００１５2＋０．０００５2）1/2・・・（１）
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの下限値：０．１−（０．００１５2＋０．０００５2）1/2・・・（２）
【００５２】
このため、希釈排ガス１５中のＮ2Ｏ濃度Ａと精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの各々の分析誤差によるＮ2Ｏ濃度を統計的に加算すると、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘには０．００１６ｐｐｍ程度の分析誤差が生じ、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの０．１ｐｐｍに含まれる誤差は、絶対値で１．６％程度の誤差となった。よって、図６に示すような従来の排ガス計測装置を用いて計測した場合に比べて約１／４程度にまで排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度の測定誤差を低減することができた。
【００５３】
また、本実施の形態に係る排ガス計測装置１０においては、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７を加熱部１８の上流側に設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７は触媒部２０の上流側に設けられていればよいため、例えば、図５に示すように、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７を加熱部１８の後流側であって、加熱部１８と触媒部２０との間に設けるようにしてもよい。
【００５４】
このように、本実施の形態に係る排ガス計測装置１０によれば、空気１１Ａ中のＮ2Ｏの分解を促進するＮ2Ｏ分解反応促進剤１６を予め空気１１Ｂに添加した後、触媒１９を用いて空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを除去しているため、空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを効率的、且つ安定して除去することができる。このため、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の測定を行なう際、排ガス１４にはＮ2Ｏの除去された精製空気１２を安定して供給することができるため、精製空気１２中のＮ2Ｏの影響を低減して排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の測定を安定して行なうことができる。従って、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の分析誤差を小さくし、より高精度に排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の分析を行うことが可能となり、信頼性の高い分析結果を得ることができる。
【００５５】
本実施の形態に係る排ガス計測装置１０においては、検査対象として車両からの排ガス中の計測対象成分の重量を求める排ガス計測装置を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、車両以外から排出される排ガス中の成分の重量を求める計測装置についても同様に用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明に係る排ガス計測装置は、予めＮ2Ｏを除去した精製空気を用いて排ガスを希釈するので、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の計測を行う排ガス計測装置に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 排ガス計測装置
１１Ａ〜１１Ｇ 空気
１２ 精製空気
１３ 空気精製機
１４ 排ガス
１５ 希釈排ガス
１６ 一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）分解反応促進剤
１７ 一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）分解反応促進剤添加部
１８ 加熱部
１９ 触媒
２０ 触媒部
２１ 温調部
２２ 吸着材
２３ 吸着部
２４ 熱交換部
２５ 通路
２６ 空気取入口
２７ 空気出口
２８ 混合部
３１ 主通路
３２ 取入口
３３ 排出口
３４ ブロア（ＣＶＳ吸引装置）
３５ 排気接続管
４１ ベンチュリ
４２ サンプリングベンチュリ
４３、４５ 吸引ポンプ
４４ サンプルバッグ
４６ 分岐通路
４７ 希釈空気バッグ
４８ 分析器
４９ 精製空気採取通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスの計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両では、排ガス計測装置を用いて、エンジンから放出される排ガスの排出質量を計測して評価することが行なわれている。自動車の排ガス中に含まれる各種の成分の排出質量を計測する場合、その信頼性、安定性からＣＶＳ（Constant Volume Sampler）と呼ばれる方法を採用した定容量採取装置（以下「ＣＶＳ装置」という。）が排ガス計測装置として使用されている。ＣＶＳ装置は、大気又は精製空気を希釈空気として用い、希釈した排ガスから排出質量を計測するため、希釈空気中の計測対象成分（バックグラウンド：Ｂ．Ｇ）を別途計測し、計測対象成分との差で排ガスの計測対象成分の排出質量を求める。
【０００３】
また、空気精製機を備えたＣＶＳ装置として、前記空気精製機より排出される精製空気を取り込むラインと、大気中の空気を取り込むラインとを設け、精製空気又は空気のどちらか一方を選択して希釈空気として用い、排ガスの排出質量を求めると共に、前記空気精製機内に設けている触媒部に少なくともゼオライトを用い、取り込んだ空気の浄化を向上させたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
更に、排ガスをイオン化し、排ガス引き込みラインに第一、第二の標準物質添加部を設け、第一の標準物質を前記排ガス中に添加し、得られた信号値から測定物の濃度を算出し、更に前記排ガス中の測定物と同じ物質の第二の標準物質を添加し、更に前記排ガス中の測定物の濃度を高精度に計測する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−４１９１６号公報
【特許文献２】特開２００２−１８９０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、近年、温暖化規制等に伴い、計測対象成分として一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）の排出質量を計測する必要がある。取り込んだ大気を希釈空気として用いる場合、希釈空気中にはバックグラウンドとしてＮ2Ｏが約０．４ｐｐｍ程度存在している。このため、Ｎ2Ｏの排出質量をＣＶＳ装置を用いて計測する場合、図６に示すように、車両から排出される排ガス中のＮ2Ｏ濃度（排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度）Ｘを約０．１ｐｐｍ程度とした時、差量法により希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａから希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂである０．４ｐｐｍ程度を減質することにより、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘが０．１ｐｐｍ程度と求められることから、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａは約０．５ｐｐｍ程度となる。
【０００７】
しかしながら、排出質量を計測する際、分析誤差が生じるため、図６に示すように、分析誤差が絶対値で１％の読取り値比率（ＲＳ：Reading Scale）とすると、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａには０．００５ｐｐｍ程度、希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂには０．００４ｐｐｍ程度の誤差の濃度が絶対値として各々に含まれることになる。この希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａと、希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの統計的に加算された誤差が、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの値０．１ｐｐｍ程度に含まれることになる。このとき、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの誤差を含めた上限値及び下限値は、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの値と、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａと希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの各々の分析誤差の上限値及び下限値により得られる正規分布に基づき、例えば、下記式のように算出される。
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの上限値：０．１＋（０．００５2＋０．００４2）1/2・・・ （１）
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの下限値：０．１−（０．００５2＋０．００４2）1/2・・・ （２）
【０００８】
この排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの０．１ｐｐｍに統計的に加算されることで含まれる誤差は、０．００６４ｐｐｍ程度となり、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａと、希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂでの各々の分析値の誤差の約６．４倍程度に相当し、絶対値で６．４％程度の分析誤差となる。一方、希釈空気中のバックグラウンド濃度が０ｐｐｍであれば、分析誤差を絶対値で１％のＲＳとして計測することができる。
【０００９】
そのため、ＣＶＳ装置を用いて排出質量を計測する場合、希釈空気中にはバックグラウンドとしてＮ2Ｏが約０．４ｐｐｍ程度存在しているため、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度の分析誤差が大きく、信頼性が低い、という問題がある。
【００１０】
また、空気精製機を備えたＣＶＳ装置を用いても、従来の空気精製機では、希釈空気中の全炭化水素（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素化合物（ＮＯｘ）を除去し、空気を精製することはできるが、Ｎ2Ｏの低減効果が殆ど得られない。このため、精製空気中にはＮ2Ｏが残存してしまうため、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度の測定の信頼性が低い、という問題がある。
【００１１】
このように、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量をＣＶＳ装置を用いて計測する際、分析誤差が小さく、より高精度に分析することが可能な排ガス計測装置が求められている。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の計測をより高精度に行なうことが可能な排ガス計測装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するための本発明は、大気中の空気を取り込んで精製した精製空気を希釈空気として送風する空気精製機を有し、検査対象から排出される排ガスを前記精製空気と混合、希釈した希釈排ガスの排出質量を計測し、前記排ガスから排出される計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置において、前記空気精製機が、取り込んだ空気に空気中の一酸化二窒素の分解を促進する一酸化二窒素分解反応促進剤を供給する一酸化二窒素分解反応促進剤添加部と、前記一酸化二窒素分解反応促進剤が供給された空気を加熱する加熱部と、加熱された空気中の計測対象成分を除去する触媒が備えられている触媒部と、加熱された空気の冷却又は加温を行なう温調部と、を有することを特徴とする排ガス計測装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る排ガス計測装置によれば、空気精製機に送給される空気中のＮ2Ｏの分解を促進するＮ2Ｏ分解反応促進剤を前記空気中に予め添加した後、触媒を用いて前記空気中のＮ2Ｏを除去するようにしているため、前記空気中のＮ2Ｏの除去効率が向上し、前記空気中のＮ2Ｏを効率よく、且つ安定して除去することができる。よって、ＣＶＳ装置を用いて排ガス中のＮ2Ｏの排出質量を計測する際、Ｎ2Ｏを除去した精製空気を前記排ガスに供給することができるため、前記排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の分析誤差を小さくし、より高精度に、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、時間とＣ3Ｈ6添加量との関係を示す図である。
【図３】図３は、Ｃ3Ｈ6添加量と、ＴＨＣの濃度及びＮ2Ｏの濃度との関係を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置を用いた時の希釈排ガス、精製空気、排ガスの各々のＮ2Ｏ濃度の測定結果の一例を示す図である。
【図５】図５は、排ガス計測装置の他の構成を簡略に示す図である。
【図６】図６は、従来の排ガス計測装置を用いた時の希釈排ガス、希釈空気、排ガスの各々のＮ2Ｏ濃度の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る排ガス計測装置について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１７】
[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置の構成を簡略に示す図である。
【００１８】
本実施の形態に係る排ガス計測装置１０は、大気中の空気１１Ａを取り込んで精製した精製空気１２を希釈空気として送風する空気精製機１３を有し、車両（検査対象）から排出される排ガス１４を精製空気１２と混合、希釈した希釈排ガス１５の排出質量を計測し、排ガス１４から排出される計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置である。排ガス計測装置１０は、空気精製機１３と、空気精製機１３で精製された精製空気１２を流通させる主通路（メインダクト）３１とからなるものである。
【００１９】
空気精製機１３は、取り込んだ空気１１Ａに空気１１Ａ中の一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）の分解を促進する一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）分解反応促進剤１６を供給する一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）分解反応促進剤添加部１７と、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤１６が供給された空気１１Ｃを加熱する加熱部１８と、加熱された空気１１Ｅ中の計測対象成分を除去する触媒１９が備えられている触媒部２０と、加熱された空気１１Ｅの冷却又は加温を行なう温調部２１と、冷却された空気１１Ｇ中の少なくとも一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を吸着し、除去する吸着材２２が設けられている吸着部２３と、取り込まれた空気１１Ａと加熱部１８で加熱され、浄化された空気１１Ｆとを熱交換する熱交換部２４と、を有する。
【００２０】
空気精製機１３において大気中の空気１１Ａを取り込んで精製された精製空気１２を希釈空気として用いている。空気精製機１３の通路２５には、大気に開放する空気取入口２６と空気出口２７とが設けられている。空気１１Ａは、空気取入口２６側から空気出口２７側に向かって、熱交換部２４、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７、空気１１ＣとＮ2Ｏ分解反応促進剤１６とを混合する混合部２８、加熱部１８、触媒部２０、熱交換部２４、温調部２１、吸着部２３の順に通路２５内を通過する。
【００２１】
通路２５内には、送風機が設けられ、前記送風機により空気取入口２６側から大気中の空気１１Ａを取り入れ、空気出口２７側へ送風される。また、空気１１Ａとしては、大気中から取り入れた空気を用いているが、予め除湿された空気などを用いるようにしてもよい。送風機として例えば、送風能力が可変可能なブロワなどが用いられる。また、空気精製機１３は、適正な流量の空気１１Ａを送風するように流量制御を行なっている。
【００２２】
空気取入口２６より通路２５内に取り込まれた空気１１Ａは、熱交換部２４において加熱部１８で加熱され、浄化された空気１１Ｆと間接的に熱交換することで、加熱される。この熱交換部２４で加熱された空気を空気１１Ｂとする。また、熱交換部２４で空気１１Ａを空気１１Ｆと間接的に熱交換し加熱するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱交換部２４を設けず、空気１１Ａと空気１１Ｆとを熱交換しないようにしてもよい。
【００２３】
空気１１Ｂは通路２５内を通過してＮ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７に送給される。Ｎ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７において、空気１１Ｂ中にＮ2Ｏ分解反応促進剤１６が添加される。これにより、後段の触媒１９で空気１１Ｅ中のＮ2Ｏ、ＮＯｘの浄化効率を向上させることができる。Ｎ2Ｏ分解反応促進剤１６としては、例えば、プロピレン（Ｃ3Ｈ6）、メタン（ＣＨ4）、アンモニア（ＮＨ3）などが用いられる。Ｃ3Ｈ6の濃度としては、０．１ｖｏｌ％以上、２．４ｖｏｌ％以下とするのが好ましく、約２．０ｖｏｌ％程度とするのがより好ましい。Ｃ3Ｈ6の濃度を２．４ｖｏｌ％より大きくすると、引火する危険性があるためである。Ｃ3Ｈ6はマスフローコントローラー（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）を用いて０〜５Ｌ／ｍｉｎ程度の割合で空気１１Ｂ中に可変注入される。このＮ2Ｏ分解反応促進剤１６が供給された空気を空気１１Ｃとする。
【００２４】
空気１１Ｃは通路２５内を通過して混合部２８に送給され、空気１１Ｃ中のＮ2Ｏ分解反応促進剤１６を空気１１Ｃと混合する。これにより、空気１１Ｃ中のＮ2Ｏ分解反応促進剤１６の分散性を向上させることができるため、後段の触媒１９でＮ2Ｏ、ＮＯｘの浄化効率を更に向上させることができる。また、混合部２８は空気１１Ｃ中にＮ2Ｏ分解反応促進剤１６が十分混合されている場合は、特に通路２５内に混合部２８を設けなくてもよい。この混合部２８を通過した後の空気を空気１１Ｄとする。
【００２５】
空気１１Ｄは通路２５内を通過して加熱部１８に送給される。空気１１Ｄは加熱部１８において更に加熱され、この加熱された空気１１Ｅは触媒部２０に送給される。加熱部１８は、加熱部１８内に流入してきた空気１１Ｄを加熱できるものであればよく、例えば通路２５の外周に加熱用ヒータを設け、空気１１Ｄを加熱するようにしてもよい。この加熱部１８において空気１１Ｄを更に加熱した後、触媒部２０に供給することで、触媒部２０内に設けられている触媒１９の活性を向上させることができる。このため、触媒１９に空気１１Ｅが接触することで、空気１１Ｅ中の計測対象成分の除去効率を向上させることができる。
【００２６】
また、空気１１Ｅ中に含まれる計測対象成分としては、例えば、全炭化水素（ＴＨＣ）、ＣＯ、ＮＯ、ＮＯ2などのＮＯｘが例示される。また、全炭化水素とは、大気中の炭化水素（ＨＣ）の測定により得られるメタン（ＣＨ4）の濃度と、非メタン炭化水素（ＮＭＨＣ）の濃度の両方の和である。
【００２７】
また、触媒部２０では、空気１１Ｅ中の計測対象成分の除去を行なっている。触媒部２０には、触媒１９が設けられている。触媒１９として、少なくとも金属イオンとイオン交換してゼオライトに該金属を担持させたゼオライト（金属イオン交換ゼオライト）が用いられる。ゼオライトに担持する金属としては、例えば、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＦｅ等などの少なくとも１種類以上の金属、これらの金属を含有する合金などを用いることができる。また、用いられるゼオライトの種類としては、特に限定されるものではなく、細孔径が比較的小さく、表面積を増大させるフェリエライト、ＺＳＭ‐５、モルデナイト、β型ゼオライトなどを用いることが好ましい。特に、Ｆｅをイオン交換担持したゼオライトはコストを抑えることができるため、触媒１９として用いるのに好ましく、例えば、Ｆｅ−ＺＳＭ５、Ｆｅ−βモルデナイト等を用いるのが好ましい。
【００２８】
触媒１９としては、金属イオン交換ゼオライトの他に、触媒成分を担体に担持されて構成されてなるものを用いるようにしてもよい。触媒成分として、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈなどの貴金属、Ｍｎなどの少なくとも１種類以上の金属、これらの金属を含有する合金若しくはこれらの金属の酸化物、又はこれらの２種類以上の混合物などを用いてもよい。触媒成分を担持する担体としては、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、ジルコニア、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）等から選ばれる１種類以上の金属酸化物又は該金属酸化物と金属の複合酸化物との混合物などが用いられる。また、触媒１９としては、触媒成分を担体に担持させたものの他、触媒成分のみからなる金属等を用いるようにしてもよい。
【００２９】
また、金属イオン交換ゼオライトとこれらの触媒成分が担持された担体からなる触媒とを併用してもよい。触媒部２０には、同一の触媒１９のみからなる金属イオン交換ゼオライトのみを配置するようにしているが、これに限定されるものではなく、触媒部２０内に複数の異なる触媒１９を設けるようにしてもよい。例えば、触媒部２０を前段部と後段部とに分けて複数の異なる触媒１９を設けるようにしてもよい。前記前段部には、シリカ／アルミナモル比（ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比）が小さいゼオライトを配置するのが好ましい。ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さい程、イオン交換サイトの量が多くなり、空気１１Ｅ中の計測対象成分の除去性能を向上させることができる。よって、前記前段部にＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さいゼオライトを配置することで、効率良く空気１１Ｅ中のＮ2Ｏなど計測対象成分を除去することができる。前記前段部に配置するＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さいゼオライトとして、例えばＦｅをイオン交換担持したゼオライトとしてＦｅ−ＺＳＭ５を配置するのが好ましい。また、後段部には、Ｐｔを上記担体に担持したＰｔ系酸化触媒を配置するのが好ましい。
【００３０】
よって、空気取入口２６より通路２５内に取り込まれた空気１１Ａに、空気１１Ａ中のＮ2Ｏの分解を促進するＮ2Ｏ分解反応促進剤１６を予め添加した後、触媒１９を用いてＮ2Ｏを除去しているため、空気１１Ｅ中のＮ2Ｏの除去効率を向上させることができ、空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを効率よく、且つ安定して除去することができる。
【００３１】
触媒部２０においてＮ2Ｏなど計測対象成分が除去された空気１１Ｆは、熱交換部２４で空気取入口２６から通路２５内に取り込まれた空気１１Ａと間接的に熱交換し、冷却された後、温調部２１に送給される。
【００３２】
温調部２１は空気１１Ｇの温度を調整可能とする。温調部２１において温調部２１から排出される空気１１Ｇの温度を調整可能とすることで、吸着部２３には任意の温度に調整された空気１１Ｇを送給することができる。排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を計測する場合、温調部２１から排出される空気１１Ｇの温度を冷却して空気１１Ｇの温度を低温又は常温とする。このとき、温調部２１から排出される空気１１Ｇの温度として、例えば２０℃以上、３０℃以下、好ましくは２３℃以上、２７℃以下、更に好ましくは２５℃前後とする。これにより、吸着部２３において吸着材２２のＮ2Ｏの吸着性能を向上させ、空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを吸着材２２に吸着させることができる。また、吸着材２２に吸着されているＮ2Ｏを脱離する時には、空気１１Ｆを加温して温調部２１から排出される空気１１Ｇを昇温させる。このとき、温調部２１から排出される空気１１Ｇの温度として、例えば７０℃以上、９０℃以下、好ましくは７５℃以上、８５℃以下、更に好ましくは８０℃程度とする。これにより、吸着部２３の吸着材２２に吸着されたＮ2Ｏを空気１１Ｇ中に脱離することができる。
【００３３】
温調部２１において温度調整された空気１１Ｇは、吸着部２３に送給される。吸着部２３に送給された空気１１Ｇは吸着材２２により少なくとも空気１１Ｇ中のＮ2Ｏが吸着、除去される。また、吸着材２２は、空気１１Ｅ中に残留しているＮ2Ｏの他に、空気１１Ｅ中に残留又は生成するＮＯｘ、ＴＨＣ、アンモニア（ＮＨ3）などの計測対象成分も吸着可能なものを用いるようにしてもよい。
【００３４】
吸着部２３に設けられる吸着材２２としては、少なくとも空気１１Ｇ中のＮ2Ｏを吸着できるものであればよく、上記触媒１９と同様に、金属イオン交換ゼオライトを用いてもよい。また、吸着部２３には同一の吸着材２２のみを配置することに限定されるものではなく、吸着材２２を少なくとも二つ以上の複数段に分けて異なる吸着材２２を設けるようにしてもよい。また、吸着部２３は空気１１Ｇ中のＮ2Ｏが触媒部２０において十分除去されている場合は、特に通路２５内に吸着部２３を設けなくてもよい。
【００３５】
このように、空気取入口２６より通路２５内に取り込んだ大気中の空気１１Ａに、空気１１Ａ中のＮ2Ｏの分解を促進するＮ2Ｏ分解反応促進剤１６を予め添加した後、触媒１９を用いてＮ2Ｏを除去しているため、空気出口２７よりＮ2Ｏが除去された精製空気１２を希釈空気として排出することができる。よって、予めＮ2Ｏが除去された精製空気１２を希釈空気として用い、排ガス１４に混合することができるため、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量をＣＶＳ装置を用いて計測する際、分析誤差を小さくし、より高精度に、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を分析することができる。
【００３６】
空気出口２７は、主通路３１に接続され、空気精製機１３で精製された精製空気１２を希釈空気として主通路３１へ導入している。主通路３１は、精製空気１２を取り入れる取入口３２と大気に開放する排出口３３とを有し、取入口３２と排出口３３とを連通するように設けられている。取入口３２は、空気精製機１３の空気出口２７から送風される精製空気１２を取り込めるようにしている。また、空気精製機１３は、精製空気１２を、直接、主通路３１に送風するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、空気精製機１３と主通路３１との間に接続通路等を介して主通路３１に精製空気１２を送風するようにしてもよい。
【００３７】
主通路３１の下流側には、精製空気１２を下流側へ吸引するためのブロア３４（ＣＶＳ吸引装置）が配設され、取入口３２から精製空気１２を下流側へ吸引している。また、主通路３１の上流側には、ゴミ除去のためのフィルター、サイクロン等を配設するようにしてもよい。
【００３８】
主通路３１は、排気接続管３５と連結され、排気接続管３５は試験車に搭載されているエンジンからの排ガス１４を大気に放出する排気管に着脱自在に接続されている。排ガス１４中の計測対象成分の排出質量を測定している間、前記試験車の前記エンジンから放出された排ガス１４を排気接続管３５を介して主通路３１内の精製空気１２と混合、希釈し、希釈排ガス１５としている。
【００３９】
またブロア３４の上流側には、ベンチュリ４１が設けられ、車両から排出される排ガスの計測対象成分の排出質量の測定を行う際、排ガス１４と精製空気１２とを適正な希釈率としている。ベンチュリ４１は一定の流量で排ガス１４と精製空気１２とを混合した希釈排ガス１５が主通路３１内を流れるようにしている。
【００４０】
また、ＣＶＳ装置としては、定容量ポンプ方式（ＰＤＰ方式）と臨界流量ベンチュリ方式（ＣＦＶ方式）との二方式が採用されている。本実施の形態に係る排ガス計測装置１０においては、ベンチュリ４１を用いたＣＦＶ方式のＣＶＳ装置を採用しているが、ＣＦＶ方式に代えて正置換型ポンプ（ＰＤＰ）式のＣＶＳ装置を用いるようにしてもよい。
【００４１】
また、ベンチュリ４１の上流側には、サンプリングベンチュリ４２が設けられ、主通路３１の外部に配設した吸引ポンプ４３の吸込力により、サンプリングベンチュリ４２から希釈排ガス１５を一定の流量で採集し、サンプルバッグ４４に蓄えるようにしている。排ガス１４中の計測対象成分の排出質量の測定を行っている間、排ガス１４を精製空気１２で希釈した希釈排ガス１５をサンプルバッグ４４内に蓄えて、希釈排ガス１５中の測定対象成分の平均濃度を得るようにしている。
【００４２】
また、主通路３１の取入口３２の下流側には、吸引ポンプ４５で精製空気１２だけを分岐通路４６を通じ採集して希釈空気バッグ４７に蓄えるようにしている。排ガス１４中の計測対象成分の排出質量の計測を行っている間、精製空気１２に残留しているＣＨ4などのＴＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、Ｎ2Ｏなどの計測対象成分を蓄える。
【００４３】
サンプルバッグ４４、希釈空気バッグ４７内の気体は、分析器４８において分析されて、排ガス１４中の測定対象成分の濃度が求められる。具体的には、分析器４８において、サンプルバッグ４４により採集された希釈排ガス１５中のＮ2Ｏから、希釈空気バッグ４７により採集された精製空気１２中のＮ2Ｏを差し引いて、車両から排出された排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を求めることができる。
【００４４】
また、サンプリングベンチュリ４２の上流側には、排ガス１４を供給していない場合に、精製空気１２を一部抜出す精製空気採取通路４９が設けられ、精製空気採取通路４９より主通路３１の外部に抜出した精製空気１２を分析器４８に送給する。分析器４８には、精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度を測定するＮ2Ｏ計、精製空気１２中のＴＨＣ濃度を測定する全炭化水素計（Total Hydrocarbon Meter：ＴＨＣ計）が設けられ、Ｎ2Ｏ計、ＴＨＣ計により精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度、ＴＨＣ濃度を測定する。
【００４５】
分析器４８には、分析に用いられた精製空気１２、希釈排ガス１５をベンチュリ４１より後流側の主通路３１内に排出する排気通路が設けられている。分析器４８で分析に用いられた精製空気１２又は希釈排ガス１５は、前記排気通路を介してベンチュリ４１より後流側の主通路３１内に送給される。
【００４６】
（Ｃ3Ｈ6の添加量の調整）
また、図２に示すように、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤１６としてＣ3Ｈ6の添加量を、時間経過に従って増大していくと、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤１６としてＣ3Ｈ6の添加量が過多となり、空気１１Ｂ中のＮ2Ｏが全て反応し、逆にＴＨＣの量が多くなる。そのため、分析器４８で測定されたＮ2Ｏ及びＴＨＣの濃度に応じてＮ2Ｏ分解反応促進剤１６の供給量を調整して、空気１１Ｂに供給する必要がある。
【００４７】
Ｃ3Ｈ6添加量と、ＴＨＣの濃度及びＮ2Ｏの濃度との関係を図３に示す。図３中、ＴＨＣの濃度、Ｎ2Ｏの濃度は、Ｃ3Ｈ6を添加した精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度、Ｃ3Ｈ6の濃度を表している。分析器４８に設けられているＮ2Ｏ計、ＴＨＣ計により、Ｃ3Ｈ6を添加した精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度が、図３に示すように、所定の閾値（例えば、０．０５ｐｐｍ）以下であって、ＴＨＣ濃度も所定の閾値（例えば、０．２ｐｐｍＣ）以下となる添加量の注入範囲αを定め、その添加量の注入範囲αの中心値を添加量の調整点βとしてＣ3Ｈ6の添加量を設定する。尚、ＴＨＣ計により表示されるＴＨＣ濃度はメタン換算して得られた濃度（ｐｐｍＣ）である。
【００４８】
よって、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤１６の添加量の注入範囲αと、その注入範囲の中心値を添加量の調整点βと定め、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤１６を調整点βの量だけ添加することで、空気１１Ｂ中のＮ2Ｏを効率よく、かつ安定して除去することができる。これにより、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の測定を行なう際、排ガス１４にはＮ2Ｏの除去された精製空気１２を安定して混合し、排ガス１４を希釈することができるため、精製空気１２中のＮ2Ｏの影響を低減し、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を安定して測定できる。このため、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の計測の誤差を小さくし、信頼性の高い分析結果を得ることができる。
【００４９】
（試験例）
車両から排出される排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を測定した試験結果の一例を以下に示す。図４は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置を用いた時の希釈排ガス、精製空気、排ガスの各々のＮ2Ｏ濃度の測定結果の一例を示す図である。また、このとき、触媒部２０には触媒１９を前段部と後段部とに分けて配置した。前記前段部には、Ｆｅ−ＺＳＭ５を配置し、前記後段部には、Ｐｔを上記担体に担持したＰｔ系酸化触媒を配置した。
【００５０】
図４に示すように、サンプルバッグ４４で回収された希釈排ガス１５のＮ2Ｏ濃度Ａが０．１５ｐｐｍ程度であり、希釈空気バッグ４７で回収された精製空気１２のＮ2Ｏ濃度Ｂが０．０５ｐｐｍ程度であるため、排ガス１４中のＮ2Ｏ濃度（排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度）Ｘが０．１ｐｐｍ程度と求められた。
【００５１】
希釈排ガス１５と精製空気１２とのＮ2Ｏ濃度の分析誤差が、絶対値で１％のＲＳであるとき、希釈排ガス１５の分析誤差によるＮ2Ｏ濃度は０．００１５ｐｐｍ程度であり、精製空気１２の分析誤差によるＮ2Ｏ濃度は０．０００５ｐｐｍ程度であった。このとき、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘにおける誤差の上限値及び下限値は、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの値と、希釈排ガス１５中のＮ2Ｏ濃度Ａと精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの各々の分析誤差の上限値及び下限値により得られる正規分布に基づき、例えば、下記式のように算出された。
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの上限値：０．１＋（０．００１５2＋０．０００５2）1/2・・・（１）
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの下限値：０．１−（０．００１５2＋０．０００５2）1/2・・・（２）
【００５２】
このため、希釈排ガス１５中のＮ2Ｏ濃度Ａと精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの各々の分析誤差によるＮ2Ｏ濃度を統計的に加算すると、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘには０．００１６ｐｐｍ程度の分析誤差が生じ、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの０．１ｐｐｍに含まれる誤差は、絶対値で１．６％程度の誤差となった。よって、図６に示すような従来の排ガス計測装置を用いて計測した場合に比べて約１／４程度にまで排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度の測定誤差を低減することができた。
【００５３】
また、本実施の形態に係る排ガス計測装置１０においては、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７を加熱部１８の上流側に設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７は触媒部２０の上流側に設けられていればよいため、例えば、図５に示すように、Ｎ2Ｏ分解反応促進剤添加部１７を加熱部１８の後流側であって、加熱部１８と触媒部２０との間に設けるようにしてもよい。
【００５４】
このように、本実施の形態に係る排ガス計測装置１０によれば、空気１１Ａ中のＮ2Ｏの分解を促進するＮ2Ｏ分解反応促進剤１６を予め空気１１Ｂに添加した後、触媒１９を用いて空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを除去しているため、空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを効率的、且つ安定して除去することができる。このため、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の測定を行なう際、排ガス１４にはＮ2Ｏの除去された精製空気１２を安定して供給することができるため、精製空気１２中のＮ2Ｏの影響を低減して排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の測定を安定して行なうことができる。従って、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の分析誤差を小さくし、より高精度に排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の分析を行うことが可能となり、信頼性の高い分析結果を得ることができる。
【００５５】
本実施の形態に係る排ガス計測装置１０においては、検査対象として車両からの排ガス中の計測対象成分の重量を求める排ガス計測装置を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、車両以外から排出される排ガス中の成分の重量を求める計測装置についても同様に用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明に係る排ガス計測装置は、予めＮ2Ｏを除去した精製空気を用いて排ガスを希釈するので、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の計測を行う排ガス計測装置に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 排ガス計測装置
１１Ａ〜１１Ｇ 空気
１２ 精製空気
１３ 空気精製機
１４ 排ガス
１５ 希釈排ガス
１６ 一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）分解反応促進剤
１７ 一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）分解反応促進剤添加部
１８ 加熱部
１９ 触媒
２０ 触媒部
２１ 温調部
２２ 吸着材
２３ 吸着部
２４ 熱交換部
２５ 通路
２６ 空気取入口
２７ 空気出口
２８ 混合部
３１ 主通路
３２ 取入口
３３ 排出口
３４ ブロア（ＣＶＳ吸引装置）
３５ 排気接続管
４１ ベンチュリ
４２ サンプリングベンチュリ
４３、４５ 吸引ポンプ
４４ サンプルバッグ
４６ 分岐通路
４７ 希釈空気バッグ
４８ 分析器
４９ 精製空気採取通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中の空気を取り込んで精製した精製空気を希釈空気として送風する空気精製機を有し、検査対象から排出される排ガスを前記精製空気と混合、希釈した希釈排ガスの排出質量を計測し、前記排ガスから排出される計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置において、
前記空気精製機が、
取り込んだ空気に空気中の一酸化二窒素の分解を促進する一酸化二窒素分解反応促進剤を供給する一酸化二窒素分解反応促進剤添加部と、
前記一酸化二窒素分解反応促進剤が供給された空気を加熱する加熱部と、
加熱された空気中の計測対象成分を除去する触媒が備えられている触媒部と、
加熱された空気の冷却又は加温を行なう温調部と、
を有することを特徴とする排ガス計測装置。
【請求項１】
大気中の空気を取り込んで精製した精製空気を希釈空気として送風する空気精製機を有し、検査対象から排出される排ガスを前記精製空気と混合、希釈した希釈排ガスの排出質量を計測し、前記排ガスから排出される計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置において、
前記空気精製機が、
取り込んだ空気に空気中の一酸化二窒素の分解を促進する一酸化二窒素分解反応促進剤を供給する一酸化二窒素分解反応促進剤添加部と、
前記一酸化二窒素分解反応促進剤が供給された空気を加熱する加熱部と、
加熱された空気中の計測対象成分を除去する触媒が備えられている触媒部と、
加熱された空気の冷却又は加温を行なう温調部と、
を有することを特徴とする排ガス計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２３０５８３（Ｐ２０１０−２３０５８３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８０２８４（Ｐ２００９−８０２８４）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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