排気ガス分析装置及びＳｏｏｔ測定方法
【課題】
簡単かつ低コストな構成で、Ｓｏｏｔ濃度測定の際に必要な希釈比を求め、精度のよいＳｏｏｔ濃度測定が可能な排気ガス分析装置を提供する。
【解決手段】
排気ガスラインに対し、ＳＯＦ濃度を連続測定可能なＳＯＦ測定系と、Ｓｏｏｔを連続測定可能なＳｏｏｔ測定系とを接続し、前記Ｓｏｏｔ測定系を、前記排気ガス又は炭化水素濃度が既知である標準ガスのいずれを一方を選択的に希釈用ガスで希釈して導出する希釈器と、前記希釈器の希釈比を調整可能な希釈比調整手段と、前記希釈器で希釈されたガス中のＳｏｏｔを連続測定するＳｏｏｔ検出器とを備えたものにするとともに、前記ＳＯＦ測定系を、前記希釈器に接続可能に構成して当該希釈器で希釈された標準ガスの炭化水素濃度を測定可能なものにした。
簡単かつ低コストな構成で、Ｓｏｏｔ濃度測定の際に必要な希釈比を求め、精度のよいＳｏｏｔ濃度測定が可能な排気ガス分析装置を提供する。
【解決手段】
排気ガスラインに対し、ＳＯＦ濃度を連続測定可能なＳＯＦ測定系と、Ｓｏｏｔを連続測定可能なＳｏｏｔ測定系とを接続し、前記Ｓｏｏｔ測定系を、前記排気ガス又は炭化水素濃度が既知である標準ガスのいずれを一方を選択的に希釈用ガスで希釈して導出する希釈器と、前記希釈器の希釈比を調整可能な希釈比調整手段と、前記希釈器で希釈されたガス中のＳｏｏｔを連続測定するＳｏｏｔ検出器とを備えたものにするとともに、前記ＳＯＦ測定系を、前記希釈器に接続可能に構成して当該希釈器で希釈された標準ガスの炭化水素濃度を測定可能なものにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車両のディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）の連続測定などに用いられる排気ガス分析装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中には、環境や人体に悪影響を与える可能性がある微小な粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）が含まれており、ＰＭには、すす（Ｓｏｏｔ）、可溶性有機溶媒（ＳＯＦ：Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）等が混在している。
【０００３】
このＰＭを削減すべく内燃機関を改良するには、まずＰＭの排出量を正しく測定することが必要である。現在公的に規定されている排ガス測定法では、ＰＭをフィルタ捕集して天秤で計測することになっている。
【０００４】
ところが、この計測方法では、発生するＰＭをダイナミックに捉えることができないため、内燃機関の開発研究段階においては、ＰＭのリアルタイム連続測定が可能で簡便な測定装置が望まれている。さらに最近では、内燃機関の改良が進んでＰＭの排出量もかなり減ってきているため、連続測定に加えて、微量なＰＭを精度よく正確に測りたいという要求も大きくなってきている。
【０００５】
これに対し、近時、ＳＯＦに関して言えば、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）のように、炭化水素に対して高感度な検出器を用いて、ある基準温度（４７℃±５℃）において排気ガス中で液化又は固化している粒子状炭化水素（ＳＯＦ）の濃度を連続的かつ精度よく測定可能な方法が開発されている。
またＳｏｏｔに関して言えば、拡散荷電検出法を利用した連続測定可能で高感度なＳｏｏｔ検出器を本発明者らは開発しつつある。
【０００６】
ところで、このようなＳｏｏｔ検出器は、高感度なだけに、排気ガスを測定に適した濃度にまで適宜希釈する必要がある。また、このようにして測定した希釈排気ガスのＳｏｏｔ濃度から、元の排気ガスのＳｏｏｔ濃度を算出するためには、その希釈比を把握しておく必要がある。
【０００７】
しかしながら、この希釈比を求めるべく、ベンチュリ流量計等を用いて、希釈される前の排気ガスの流量と、希釈後の排気ガスの流量とをそれぞれ計測し、その流量比から算出するといった容易に考えられる構成にすると、装置が大がかりになり、かつコスト的にも不利になる。
【特許文献１】特開平９−５２９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、ＰＭ測定の際には、ＳＯＦ濃度及びＳｏｏｔ濃度の双方を測定することに着目してなされたものであって、このＳＯＦ測定系を利用することにより、簡単かつ低コストな構成で、Ｓｏｏｔ濃度測定の際に必要な希釈比を求められるようにすべく図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係る排気ガス分析装置は、以下に示す要件を備えたものである。
（１）内燃機関から排出される排気ガスの一部又は全部が流れる排気ガスラインに対し、ＳＯＦ濃度を連続測定可能なＳＯＦ測定系と、Ｓｏｏｔを連続測定可能なＳｏｏｔ測定系とを接続したものである。
（２）前記Ｓｏｏｔ測定系が、
ａ）前記排気ガス又は炭化水素濃度が既知である標準ガスのいずれか一方を選択的に希釈用ガスで希釈して導出する希釈器
ｂ）前記希釈器の希釈比を調整可能な希釈比調整手段
ｃ）前記希釈器で希釈されたガス中のＳｏｏｔを連続測定するＳｏｏｔ検出器
を備えている
（３）前記ＳＯＦ測定系を、前記希釈器に接続可能に構成して、希釈器で希釈された標準ガスの炭化水素濃度を測定可能なものにし、前記希釈比調整手段をある一定量操作したときの、標準ガスの希釈後の炭化水素濃度から、その状態での希釈器の希釈比を算出可能に構成している。
【００１０】
このようなものであれば、希釈器から配管を分岐させて既存のＳＯＦ測定系に接続したり、標準ガス源を接続するための配管を希釈器に接続したり、あるいはそれら配管上に開閉弁を設けたりするだけの、簡単な流体経路を構成するだけで、Ｓｏｏｔ測定時における希釈器の希釈比を、Ｓｏｏｔ測定前又はＳｏｏｔ測定後に、標準ガスを用いて求めることができ、その希釈比とＳｏｏｔ検出器で検出された希釈排気ガスのＳｏｏｔ濃度とから、希釈前の排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を算出することができる。
【００１１】
希釈器にはＳｏｏｔが流されるため、その内部の流体経路が複雑な形状をなしていると、Ｓｏｏｔが詰まって不具合を生じることがある。また、希釈の際に流量に脈動等があると、Ｓｏｏｔ検出器での測定誤差の原因にもなる。そこで構造が簡単で希釈時に脈動等も生じない希釈器にするためには、希釈器が、流路径が途中から狭まる狭小部を備えてなり、その狭小部に希釈用ガスを通過させることによってこれを加速して負圧にし、その負圧によって排気ガス又は標準ガスを吸い込み、当該希釈用ガスと混合させるものであることが好ましい。狭小部にはその下流に直列させて拡開部を設けておくと混合の点からなおよい。
【００１２】
希釈比調整手段の具体的実施態様としては、希釈器に導入される希釈用ガスの圧力を調整する圧力調整器を用いたものを挙げることができる。
【００１３】
高感度かつ連続測定可能なＳｏｏｔ検出器としては、Ｓｏｏｔに対して電荷を与える電荷付与部と、そのＳｏｏｔの電荷量を測定する電荷測定部とを備えたものが挙げられる。
【００１４】
本発明によるＳｏｏｔ測定に適したＳＯＦ測定系としては、導入されたガスを２分岐する分岐部と、２分岐された一方のガスをＳＯＦ測定のための基準温度にし、その基準温度にしたガス中の粒子成分を除去する粒子成分除去ラインと、２分岐された他方のガスをそのまま（温度を変化させる場合はある）通過させる通過ラインと、各ラインを通過して送出されるガス中の炭化水素濃度をそれぞれ連続検出する炭化水素濃度検出器とを備えており、各検出器で検出された炭化水素濃度の差によって排気ガス中のＳＯＦの濃度を算出可能に構成したものを挙げることができる。ここで粒子成分とは、主としてガス中で液化又は固化している炭化水素粒子のことである。
【００１５】
特に好ましくは、前記炭化水素濃度検出器が、水素炎イオン化検出器であればよい。この水素炎イオン化検出器を用いてＳＯＦ測定系を構成した場合、通過ライン側の水素炎イオン化検出器の出力を時系列グラフにすると、Ｓｏｏｔがスパイク状のピークとなって検出されるため、例えば前記Ｓｏｏｔ測定系で測定したＳｏｏｔ濃度の検証を行うことができる。
【００１６】
本発明に係る排気ガス分析装置を利用して、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を測定するには、ＳＯＦ測定系により、希釈された標準ガスの炭化水素濃度を測定し、その濃度と希釈前の標準ガスの炭化水素濃度との比によって、希釈器での希釈比を算出し、そのときの希釈比調整手段の操作量に基づいて、希釈比と操作量との相関関係を求めるとともに、Ｓｏｏｔ測定時において所望の希釈比となるように、希釈比調整手段を前記相関関係から求められる操作量だけ操作し、または、Ｓｏｏｔ測定時において設定した希釈比調整手段の操作量と前記相関関係とからそのときの希釈比を求め、その希釈比とＳｏｏｔ検出器での測定結果とに基づいて、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を算出するようにすればよい。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、ＰＭ測定の際にＳｏｏｔ測定系と併用されるＳＯＦ測定系を巧み利用することにより、簡単な流体経路を構成するだけで、Ｓｏｏｔ濃度を高精度で測定する際に必要な、排気ガスの希釈比を精度よく求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る排気ガス分析装置を図面を参照して説明する。
【００１９】
（１）排気ガス分析装置の全体構成
本実施形態に係る排気ガス分析装置１は、内燃機関であるディーゼルエンジン（図示しない）の排気ガス中に含まれるＳＯＦ及びＳｏｏｔの質量濃度を測定するものであり、図１に示すように、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの一部又は全部が流れる排気ガスライン（図示しない）に対し、ＳＯＦ濃度を連続測定可能なＳＯＦ測定系２と、Ｓｏｏｔを連続測定可能なＳｏｏｔ測定系３とを並列に接続してなるものである。
【００２０】
（２）ＳＯＦ測定系
まずＳＯＦ測定系２について説明する。
ＳＯＦ測定系２は、図１に示すように、排気ガスラインから導入される排気ガスを２分岐する分岐部２１と、その分岐部２１で２分岐された排気ガスがそれぞれ導入される通過ライン２２及び粒子成分除去ライン２３と、それら各ライン２２、２３の終端にポンプＰａ、Ｐｂを介してそれぞれ接続した水素炎イオン化検出器２４ａ、２４ｂとを備えたものである。
【００２１】
分岐部２１は、内部で２分岐する流体経路を有したマニホールドブロック２５を利用して形成したものであり、その入口であるガス導入ポートＰＴ１には、前記排気ガスラインを、所定温度（約１９１℃）に保温したホットホース等の温調配管Ｌや粒子状物質除去フィルタF等を介して接続している。このマニホールドブロック２５には、温度調節可能なヒータ等の温調器Ｈ１を取り付け、例えば前記所定温度（約１９１℃）に保温している。
【００２２】
粒子成分除去ライン２３は、内部を流れる排気ガスを、２００７年のＥＰＡの規制で定められている測定基準温度である４７℃±５℃にし、その温度で液化または固化する炭化水素（ＳＯＦ）を除去し、除去後の排気ガスを水素炎イオン化検出器２４ｂに送出するものである。
【００２３】
具体的にこのものは、ガス導入ポートＰＴ１にマニホールドブロック２５を介して接続され、測定基準温度に保温された第１温調配管Ｌ１と、その第１温調配管Ｌ１の終端に接続したフィルタＦ１と、そのフィルタＦ１を通過したガスを、一方の水素炎イオン化検出器２４ｂに導く第２温調配管Ｌ２とから構成されている。第２温調配管Ｌ２は、例えば前記所定温度（約１９１℃）に保温されている。
【００２４】
通過ライン２２は、測定基準温度よりも高温の所定温度、具体的には１９１℃にした排気ガスをそのまま水素炎イオン化検出器２４ａに送出するもので、前記ガス導入ポートＰＴ１にマニホールドブロック２５を介して接続した第３温調配管Ｌ３を備えている。この第３温調配管Ｌ３は、前記所定温度（約１９１℃）に保たれ、他方の水素炎イオン化検出器２４ａに接続してある。
【００２５】
水素炎イオン化検出器２４ａ、２４ｂは、サンプルガス（上述の場合であれば排気ガス）を流しながら、その中に含まれる炭化水素の濃度を連続的かつリアルタイムに検出するものであり、水素炎中にサンプルガス（ここでは排気ガス）を流すことにより、サンプルガス中の炭化水素をイオン化し、そのイオン電流を検出して出力する。出力される検出信号の値は炭化水素濃度を示す。
【００２６】
このような構成によれば、通過ライン２２に接続された水素炎イオン化検出器２４ａの検出信号のベースライン値は、前記所定温度（１９１℃）にて気体状態になっている炭化水素の濃度を示し、粒子成分除去ライン２３に接続された水素炎イオン化検出器２４ｂの検出信号のベースライン値は、前記測定基準温度（４７℃±５℃）で気化している炭化水素の濃度を示すため、各水素炎イオン化検出器２４ａ、２４ｂからの検出信号の値の差分をとることにより、１９１℃から４７℃±５℃の間に気体から液体又は固体に凝縮した炭化水素の濃度、つまり排気ガス中のＳＯＦ濃度を測定することができる。
【００２７】
なお、この実施形態では、図示しない情報処理装置が各水素炎イオン化検出器２４ａ、２４ｂからの炭化水素検出信号をそれぞれ受信し、それら炭化水素検出信号の示す値の差分をとることにより、ＳＯＦ濃度を算出し、これをディスプレイ等に出力するようにしている。
【００２８】
（３）Ｓｏｏｔ測定系
次にＳｏｏｔ測定系３について説明する。
【００２９】
Ｓｏｏｔ測定系３は、図１に示すように、排気ガスを希釈用ガスであるエアーで希釈して導出する希釈器４と、希釈されたガスのＳｏｏｔを検出するＳｏｏｔ検出器５とを備えたものである。
【００３０】
希釈器４は、詳細を図２、図３に示すように、希釈用ガスが流れる内部の主経路４１上に、ガスの流れ方向に沿って流路径が狭まる狭小部であるノズル４２及びガスの流れ方向に沿って流路径が拡がる拡開部であるデフューザ４３をこの順に直列に設け、希釈用ガスが増速されて負圧になる負圧領域４Ｓを形成するとともに、その負圧領域４Ｓに連通させた連通路４４を介してサンプルガスを吸い込み、前記希釈用ガスに混合して導出するエジェクタタイプのものである。なお、この実施形態では、狭小部及び拡開部にノズルとデフューザを用いているが、例えばオリフィスやベンチュリなど、種々のもので代用可能である。
【００３１】
より具体的にこの希釈器４は、前記主経路４１及び負圧領域４Ｓに連通する連通路４４を設けた配管ブロック体４ａと、主経路４１に嵌入されてノズル４２及びデフューザ４３を形成するノズル部材４２ａ及びデフューザ部材４３ａと、主経路４１の入口である導入ポートＰＴ２、出口である導出ポートＰＴ３、及び前記連通路４４の入口であるサンプルガス導入ポートＰＴ４にそれぞれ設けた配管接続用の継手Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とを主に備えている。
【００３２】
そして、図１に示すように、前記導入ポートＰＴ２には、希釈用ガスが流れる希釈用ガスライン６を接続し、希釈用ガスであるエアが導入されるようにするとともに、サンプルガス導入ポートＰＴ４には、前記排気ガスラインを接続するようにしている。また導出ポートＰＴ３には、配管Ｌ４を介して後述するＳｏｏｔ検出器５を接続し、希釈されたガスをＳｏｏｔ検出器５に送出することができるように構成している。
【００３３】
前記希釈用ガスライン６には、その始端にコンプレッサやボンベ等の希釈用ガス源（図示しない）が接続してあり、またそのライン６上には、希釈比調整手段である圧力調整器７を設けて、導入ポートＰＴ２に流れ込むエアー圧力を制御し、希釈比を調整できるように構成している。
【００３４】
具体的には、図４に示すように、前記圧力調整器７の操作範囲、すなわち圧力調整範囲を、その圧力調整によって希釈器４に導入される希釈用ガスの流量が変わっても、希釈器４におけるサンプルガスの吸い込み流量がほぼ一定に保たれる範囲となるように制限している。
【００３５】
また、希釈器４は、複数段（２段）直列に接続してあり、後段希釈器４のサンプルガス導入ポートＰＴ４に前段希釈器４の導出ポートＰＴ３を接続し、複数段階の希釈ができるように構成している。このことにより、どの希釈器４の導出ポートＰＴ３を用いるかで、オーダレベルでの希釈率を変えることができる。
【００３６】
さらに、少なくとも初段希釈器４の連通路４４には、特に図３に示すように、流量制限部材であるオリフィスリング４４ａを交換可能に取り付けている。
【００３７】
さらに配管ブロック体４ａには、温度調節可能なヒータ等の温調器Ｈ２を取り付け、希釈器４を所定温度（約１９１℃）に保持するようにしている。これは、排気ガス中に含まれるＳＯＦなど（特にＳｏｏｔに付着しているＳＯＦ）を揮発させ、後述するＳｏｏｔ検出器５でのＳｏｏｔ測定への悪影響を防止するためである。また、このＳｏｏｔ検出器５は、高温ガスを導入することができないタイプであるため、希釈器４の導出ポートＰＴ３からＳｏｏｔ検出器５に至る配管Ｌ４の通過中に、希釈排気ガスの温度を下げるようにしているが、一旦揮発したＳＯＦは、温度を下げても希釈されているため、測定に影響を及ぼす粒子として再析出することはない。
【００３８】
また、希釈用ガスライン６における導入ポートＰＴ２に直接接続される部分には、第４の温調配管Ｌ５を用いて前記所定温度（約１９１℃）に保持し、供給されるエアー流量の安定化を図っている。
【００３９】
Ｓｏｏｔ検出器５は、模式図を図４に示すように、サンプルガスに含まれるＳｏｏｔに対して電荷を与える電荷付与部５１と、そのＳｏｏｔの電荷量を測定する電荷測定部５２とを備えたものであり、サンプルガスとして導入された希釈排気ガス中のＳｏｏｔを連続かつリアルタイムで計測する。
【００４０】
電荷付与部５１は、導入された希釈排気ガスの流路５３上に設けられたもので、例えば、数千ボルト（５０００〜７０００ボルト）程度の電位差を生じさせた正電極５１１と負電極５１２とで構成されている。これら電極５１１、５１２間にはその電位差からコロナ放電が生じ、このコロナ放電中を希釈排気ガスが通過することにより、希釈排気ガス中のＳｏｏｔ粒子にその表面積に比例した電荷が付与される。図に一例を示すように、正電極５１１はピン型の細い形状のもので流路５３の中心に位置し、負電極５１２はこの正電極５１１を取り囲むように配置した筒状の網目部材である。なお、紫外線照射によって電荷を付与するなど、この電荷付与部を他の構成にしても構わない。
【００４１】
電荷測定部５２は、前記流路５３における電荷付与部５１よりも下流に配置した金属板等の捕捉部材５２１と、その捕捉部材５２１にＳｏｏｔが捕捉されて流れる電流量を測定し、その値を示すＳｏｏｔ検出信号を出力する電流検出器５２２とを備えている。このＳｏｏｔ検出信号の値は、Ｓｏｏｔ電荷量がＳｏｏｔ粒子の表面積に比例することから、Ｓｏｏｔ粒子の表面積を表すものとなる。またＳｏｏｔ表面積とＳｏｏｔ質量との間には所定の関係式があることから、この検出信号の値からＳｏｏｔ質量、ひいては希釈排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を算出できる。
【００４２】
ところで最終的に必要なのは、希釈前の排気ガスのＳｏｏｔ濃度であり、これを測定するには、希釈排気ガス中のＳｏｏｔ濃度の測定データに加えて、希釈器４での希釈比を把握しなければならない。
【００４３】
そこでこの実施形態では、図１に示すように、希釈器４のサンプルガス導入ポートＰＴ４に、炭化水素濃度が既知の標準ガス（例えばＣ３Ｈ８含有エアー）が流れる標準ガスライン８を、排気ガスラインと切り替えて接続できるようにするとともに、ＳＯＦ測定系２のガス導入ポートＰＴ１に、希釈器４の導出ポートＰＴ３を、排気ガスラインと切り替えて接続できるように構成している。
【００４４】
より具体的には、希釈器４のサンプルガス導入ポートＰＴ４に対する標準ガスライン８の配管Ｌ６上に、開閉弁Ｖ２を設けることで、標準ガスライン８と排気ガスラインとの、サンプルガス導入ポートＰＴ４に対する接続を切り替えられるようにしている。なお、標準ガスライン８には、その入口に標準ガス源（ボンベ等）を接続してあり、そのライン８上に、圧力調整器８１を設けてそれより下流のライン圧力を一定に保つと共に、流量計８２を設けてサンプルガス導入ポートＰＴ４に導入される標準ガスの流量をモニタできるようにしてある。
【００４５】
また、ＳＯＦ測定系２のガス導入ポートＰＴ１に対する希釈器４の導出ポートからの接続配管Ｌ７上に、開閉弁Ｖ３を設け、かつ前記ガス導入ポートＰＴ１に対する排気ガスラインの接続配管上に開閉弁Ｖ４を設け、これら開閉弁Ｖ３、Ｖ４の択一的な開放により、希釈器４の導出ポートＰＴ３と排気ガスラインとのいずれかを、ガス導入ポートＰＴ１に切替接続できるようにしている。
【００４６】
このような構成によれば、前記各開閉弁Ｖ３、Ｖ４の操作によって、希釈器４で希釈した標準ガスをＳＯＦ測定系２に流すことにより、希釈された標準ガスの炭化水素濃度を、ＳＯＦ測定系２のいずれかの水素炎イオン化検出器２４ａ、２４ｂで測定することができる。そしてそこで測定された炭化水素濃度と、元々の既知である標準ガスの炭化水素濃度とから、希釈器４のそのときの希釈比を求めることができ、その希釈比と前述した希釈排気ガスのＳｏｏｔ濃度とから排気ガスのＳｏｏｔ濃度を算出できる。
【００４７】
この実施形態では、図示しない情報処理装置が、前記Ｓｏｏｔ検出信号と、希釈した標準ガスを流したときの水素炎イオン化検出器２４ａ（２４ｂ）から出力される炭化水素検出信号とを受信し、それらの値と予めメモリ記憶させた標準ガスの既知濃度データの値とに基づいて、Ｓｏｏｔ濃度を自動算出してディスプレイ等に出力するようにしている。また、前記開閉弁Ｖ２〜Ｖ４は電磁駆動式のものであり、情報処理装置からの弁駆動信号で開閉駆動するようにしている。
【００４８】
（４）排気ガス分析装置の使用方法
次にこの排気ガス分析装置１を利用したＳｏｏｔ濃度測定方法について、その一例をより具体的に説明する。ここでは情報処理装置がプログラムにしたがって全自動でＳｏｏｔ濃度を測定する場合について、図６、図７を参照しながら述べる。
【００４９】
（検量線の作成）
まず、各開閉弁Ｖ２〜Ｖ４に弁駆動信号を出力してこれらを開閉操作し、標準ガスを、希釈器４を介してＳＯＦ測定系２に導入する（図６ステップＳ１）。
その一方で、圧力調整器７に駆動信号を与え、希釈器４に導入されるエアーが所定の圧力に保たれるようにしておく（ステップＳ２）。
このような状態で、水素炎イオン化検出器２４ａ（２４ｂ）で、希釈された標準ガスの炭化水素濃度を測定する（ステップＳ３）。
そしてその濃度と希釈前の標準ガスの炭化水素濃度との比によって、希釈器４での希釈比を算出し（ステップＳ４）、その希釈比とエアー圧力とを対にして記録しておく（ステップＳ５）。
次に圧力調整器７に対する駆動信号値を変えて圧力設定値を変え、ステップＳ３〜Ｓ５を複数回（ｎ回）繰り返す（ステップＳ７）。
このようにして測定した複数ポイントでの圧力値と希釈比との関係から、圧力と希釈比との検量線（相対関係）を作成し、メモリの所定領域に格納する（ステップＳ８）。
【００５０】
（Ｓｏｏｔ濃度測定）
まず、各開閉弁Ｖ２〜Ｖ４を開閉操作し、排気ガスをＳｏｏｔ測定系３に導入する（図７ステップＳ１０）。
排気ガスのＳｏｏｔ濃度が未知のため、Ｓｏｏｔ検出器５からのＳｏｏｔ検出信号の値を参照しつつ、圧力調整器７への駆動信号値を変化させて、希釈用ガスライン６がＳｏｏｔ測定に適した圧力となるように設定する（ステップＳ１１、Ｓ１２）。
その時の希釈比を、設定された圧力値と前記検量線とから算出する（ステップＳ１３）。
Ｓｏｏｔ検出信号の値に、メモリに格納してある所定の関係式をあてはめ、希釈された排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を求める（ステップＳ１４）。
最後に、そのＳｏｏｔ濃度と前記希釈比とに基づいて、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を算出する（ステップＳ１５）。
【００５１】
以上が、Ｓｏｏｔ濃度測定方法であるが、その他に、例えば、検量線を作成せず、Ｓｏｏｔ測定の都度、標準ガスを用いてその時の希釈用ガスの圧力設定値での希釈比を算出し、その希釈比に基づいてＳｏｏｔ濃度を算出するようにしてもよい。
【００５２】
また以上の動作を、全てオペレータが手動で行っても構わないし、一部を自動、一部を手動にしてもよい。
【００５３】
したがって、このような排気ガス分析装置１によれば、希釈器４から配管を分岐させて既存のＳＯＦ測定系２に接続したり、標準ガス源を接続するための配管を希釈器４に接続したり、あるいはそれら配管上に開閉弁Ｖ２〜Ｖ４を設けたりするという簡単な流体経路を構成するだけで、Ｓｏｏｔ測定時における希釈器４の希釈比を、Ｓｏｏｔ測定前又はＳｏｏｔ測定後に、標準ガスを用いて求めることができ、その希釈比とＳｏｏｔ検出器で検出された希釈排気ガスのＳｏｏｔ濃度とから、希釈前の排気ガスのＳｏｏｔ濃度を算出することができる。
【００５４】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、炭化水素検出器やＳｏｏｔ検出器は、他の原理を利用したもので構わないし、排気ガスラインには、フルトンネルで希釈された排気ガスを導いてもよい。
また希釈器は１段希釈構造にしてもよいし、３段以上の希釈構造にしてもよい。なんとなればエジェクタタイプのものに限らず、回転ポンプ型など他のタイプのものでもよい。
さらに希釈比調整手段は、圧力調整器のみならず、バルブなどの流量調整弁を利用するようにしてもよい。
その他、開閉弁を三方弁にするなど、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によって、簡単かつコンパクトな構成で、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を高精度かつ連続的に測定可能になり、自動車等の内燃機関の研究開発をより容易にすることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気ガス分析装置の全体流体回路図。
【図２】同実施形態における希釈器の内部構造を示す断面図。
【図３】同実施形態における希釈器のノズル、デフューザ、オリフィスを主として示す拡大部分断面図。
【図４】同実施形態における希釈器の内部構造を示す断面図。
【図５】同実施形態における希釈器の特性を示すグラフ。
【図６】同実施形態における排気ガス分析装置を利用したＳｏｏｔ測定方法を示すフローチャート。
【図７】同実施形態における排気ガス分析装置を利用したＳｏｏｔ測定方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５７】
２・・・ＳＯＦ測定系
２１・・・分岐部
２２・・・通過ライン
２３・・・粒子成分除去ライン
２４ａ、２４ｂ・・・ＳＯＦ濃度検出器
３・・・Ｓｏｏｔ測定系
４・・・希釈器
４２・・・ノズル
４３・・・デフューザ
５・・・Ｓｏｏｔ検出器
５１・・・電荷付与部
５２・・・電荷測定部
７・・・希釈比調整手段（圧力調整器）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車両のディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）の連続測定などに用いられる排気ガス分析装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中には、環境や人体に悪影響を与える可能性がある微小な粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）が含まれており、ＰＭには、すす（Ｓｏｏｔ）、可溶性有機溶媒（ＳＯＦ：Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）等が混在している。
【０００３】
このＰＭを削減すべく内燃機関を改良するには、まずＰＭの排出量を正しく測定することが必要である。現在公的に規定されている排ガス測定法では、ＰＭをフィルタ捕集して天秤で計測することになっている。
【０００４】
ところが、この計測方法では、発生するＰＭをダイナミックに捉えることができないため、内燃機関の開発研究段階においては、ＰＭのリアルタイム連続測定が可能で簡便な測定装置が望まれている。さらに最近では、内燃機関の改良が進んでＰＭの排出量もかなり減ってきているため、連続測定に加えて、微量なＰＭを精度よく正確に測りたいという要求も大きくなってきている。
【０００５】
これに対し、近時、ＳＯＦに関して言えば、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）のように、炭化水素に対して高感度な検出器を用いて、ある基準温度（４７℃±５℃）において排気ガス中で液化又は固化している粒子状炭化水素（ＳＯＦ）の濃度を連続的かつ精度よく測定可能な方法が開発されている。
またＳｏｏｔに関して言えば、拡散荷電検出法を利用した連続測定可能で高感度なＳｏｏｔ検出器を本発明者らは開発しつつある。
【０００６】
ところで、このようなＳｏｏｔ検出器は、高感度なだけに、排気ガスを測定に適した濃度にまで適宜希釈する必要がある。また、このようにして測定した希釈排気ガスのＳｏｏｔ濃度から、元の排気ガスのＳｏｏｔ濃度を算出するためには、その希釈比を把握しておく必要がある。
【０００７】
しかしながら、この希釈比を求めるべく、ベンチュリ流量計等を用いて、希釈される前の排気ガスの流量と、希釈後の排気ガスの流量とをそれぞれ計測し、その流量比から算出するといった容易に考えられる構成にすると、装置が大がかりになり、かつコスト的にも不利になる。
【特許文献１】特開平９−５２９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、ＰＭ測定の際には、ＳＯＦ濃度及びＳｏｏｔ濃度の双方を測定することに着目してなされたものであって、このＳＯＦ測定系を利用することにより、簡単かつ低コストな構成で、Ｓｏｏｔ濃度測定の際に必要な希釈比を求められるようにすべく図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係る排気ガス分析装置は、以下に示す要件を備えたものである。
（１）内燃機関から排出される排気ガスの一部又は全部が流れる排気ガスラインに対し、ＳＯＦ濃度を連続測定可能なＳＯＦ測定系と、Ｓｏｏｔを連続測定可能なＳｏｏｔ測定系とを接続したものである。
（２）前記Ｓｏｏｔ測定系が、
ａ）前記排気ガス又は炭化水素濃度が既知である標準ガスのいずれか一方を選択的に希釈用ガスで希釈して導出する希釈器
ｂ）前記希釈器の希釈比を調整可能な希釈比調整手段
ｃ）前記希釈器で希釈されたガス中のＳｏｏｔを連続測定するＳｏｏｔ検出器
を備えている
（３）前記ＳＯＦ測定系を、前記希釈器に接続可能に構成して、希釈器で希釈された標準ガスの炭化水素濃度を測定可能なものにし、前記希釈比調整手段をある一定量操作したときの、標準ガスの希釈後の炭化水素濃度から、その状態での希釈器の希釈比を算出可能に構成している。
【００１０】
このようなものであれば、希釈器から配管を分岐させて既存のＳＯＦ測定系に接続したり、標準ガス源を接続するための配管を希釈器に接続したり、あるいはそれら配管上に開閉弁を設けたりするだけの、簡単な流体経路を構成するだけで、Ｓｏｏｔ測定時における希釈器の希釈比を、Ｓｏｏｔ測定前又はＳｏｏｔ測定後に、標準ガスを用いて求めることができ、その希釈比とＳｏｏｔ検出器で検出された希釈排気ガスのＳｏｏｔ濃度とから、希釈前の排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を算出することができる。
【００１１】
希釈器にはＳｏｏｔが流されるため、その内部の流体経路が複雑な形状をなしていると、Ｓｏｏｔが詰まって不具合を生じることがある。また、希釈の際に流量に脈動等があると、Ｓｏｏｔ検出器での測定誤差の原因にもなる。そこで構造が簡単で希釈時に脈動等も生じない希釈器にするためには、希釈器が、流路径が途中から狭まる狭小部を備えてなり、その狭小部に希釈用ガスを通過させることによってこれを加速して負圧にし、その負圧によって排気ガス又は標準ガスを吸い込み、当該希釈用ガスと混合させるものであることが好ましい。狭小部にはその下流に直列させて拡開部を設けておくと混合の点からなおよい。
【００１２】
希釈比調整手段の具体的実施態様としては、希釈器に導入される希釈用ガスの圧力を調整する圧力調整器を用いたものを挙げることができる。
【００１３】
高感度かつ連続測定可能なＳｏｏｔ検出器としては、Ｓｏｏｔに対して電荷を与える電荷付与部と、そのＳｏｏｔの電荷量を測定する電荷測定部とを備えたものが挙げられる。
【００１４】
本発明によるＳｏｏｔ測定に適したＳＯＦ測定系としては、導入されたガスを２分岐する分岐部と、２分岐された一方のガスをＳＯＦ測定のための基準温度にし、その基準温度にしたガス中の粒子成分を除去する粒子成分除去ラインと、２分岐された他方のガスをそのまま（温度を変化させる場合はある）通過させる通過ラインと、各ラインを通過して送出されるガス中の炭化水素濃度をそれぞれ連続検出する炭化水素濃度検出器とを備えており、各検出器で検出された炭化水素濃度の差によって排気ガス中のＳＯＦの濃度を算出可能に構成したものを挙げることができる。ここで粒子成分とは、主としてガス中で液化又は固化している炭化水素粒子のことである。
【００１５】
特に好ましくは、前記炭化水素濃度検出器が、水素炎イオン化検出器であればよい。この水素炎イオン化検出器を用いてＳＯＦ測定系を構成した場合、通過ライン側の水素炎イオン化検出器の出力を時系列グラフにすると、Ｓｏｏｔがスパイク状のピークとなって検出されるため、例えば前記Ｓｏｏｔ測定系で測定したＳｏｏｔ濃度の検証を行うことができる。
【００１６】
本発明に係る排気ガス分析装置を利用して、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を測定するには、ＳＯＦ測定系により、希釈された標準ガスの炭化水素濃度を測定し、その濃度と希釈前の標準ガスの炭化水素濃度との比によって、希釈器での希釈比を算出し、そのときの希釈比調整手段の操作量に基づいて、希釈比と操作量との相関関係を求めるとともに、Ｓｏｏｔ測定時において所望の希釈比となるように、希釈比調整手段を前記相関関係から求められる操作量だけ操作し、または、Ｓｏｏｔ測定時において設定した希釈比調整手段の操作量と前記相関関係とからそのときの希釈比を求め、その希釈比とＳｏｏｔ検出器での測定結果とに基づいて、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を算出するようにすればよい。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、ＰＭ測定の際にＳｏｏｔ測定系と併用されるＳＯＦ測定系を巧み利用することにより、簡単な流体経路を構成するだけで、Ｓｏｏｔ濃度を高精度で測定する際に必要な、排気ガスの希釈比を精度よく求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る排気ガス分析装置を図面を参照して説明する。
【００１９】
（１）排気ガス分析装置の全体構成
本実施形態に係る排気ガス分析装置１は、内燃機関であるディーゼルエンジン（図示しない）の排気ガス中に含まれるＳＯＦ及びＳｏｏｔの質量濃度を測定するものであり、図１に示すように、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの一部又は全部が流れる排気ガスライン（図示しない）に対し、ＳＯＦ濃度を連続測定可能なＳＯＦ測定系２と、Ｓｏｏｔを連続測定可能なＳｏｏｔ測定系３とを並列に接続してなるものである。
【００２０】
（２）ＳＯＦ測定系
まずＳＯＦ測定系２について説明する。
ＳＯＦ測定系２は、図１に示すように、排気ガスラインから導入される排気ガスを２分岐する分岐部２１と、その分岐部２１で２分岐された排気ガスがそれぞれ導入される通過ライン２２及び粒子成分除去ライン２３と、それら各ライン２２、２３の終端にポンプＰａ、Ｐｂを介してそれぞれ接続した水素炎イオン化検出器２４ａ、２４ｂとを備えたものである。
【００２１】
分岐部２１は、内部で２分岐する流体経路を有したマニホールドブロック２５を利用して形成したものであり、その入口であるガス導入ポートＰＴ１には、前記排気ガスラインを、所定温度（約１９１℃）に保温したホットホース等の温調配管Ｌや粒子状物質除去フィルタF等を介して接続している。このマニホールドブロック２５には、温度調節可能なヒータ等の温調器Ｈ１を取り付け、例えば前記所定温度（約１９１℃）に保温している。
【００２２】
粒子成分除去ライン２３は、内部を流れる排気ガスを、２００７年のＥＰＡの規制で定められている測定基準温度である４７℃±５℃にし、その温度で液化または固化する炭化水素（ＳＯＦ）を除去し、除去後の排気ガスを水素炎イオン化検出器２４ｂに送出するものである。
【００２３】
具体的にこのものは、ガス導入ポートＰＴ１にマニホールドブロック２５を介して接続され、測定基準温度に保温された第１温調配管Ｌ１と、その第１温調配管Ｌ１の終端に接続したフィルタＦ１と、そのフィルタＦ１を通過したガスを、一方の水素炎イオン化検出器２４ｂに導く第２温調配管Ｌ２とから構成されている。第２温調配管Ｌ２は、例えば前記所定温度（約１９１℃）に保温されている。
【００２４】
通過ライン２２は、測定基準温度よりも高温の所定温度、具体的には１９１℃にした排気ガスをそのまま水素炎イオン化検出器２４ａに送出するもので、前記ガス導入ポートＰＴ１にマニホールドブロック２５を介して接続した第３温調配管Ｌ３を備えている。この第３温調配管Ｌ３は、前記所定温度（約１９１℃）に保たれ、他方の水素炎イオン化検出器２４ａに接続してある。
【００２５】
水素炎イオン化検出器２４ａ、２４ｂは、サンプルガス（上述の場合であれば排気ガス）を流しながら、その中に含まれる炭化水素の濃度を連続的かつリアルタイムに検出するものであり、水素炎中にサンプルガス（ここでは排気ガス）を流すことにより、サンプルガス中の炭化水素をイオン化し、そのイオン電流を検出して出力する。出力される検出信号の値は炭化水素濃度を示す。
【００２６】
このような構成によれば、通過ライン２２に接続された水素炎イオン化検出器２４ａの検出信号のベースライン値は、前記所定温度（１９１℃）にて気体状態になっている炭化水素の濃度を示し、粒子成分除去ライン２３に接続された水素炎イオン化検出器２４ｂの検出信号のベースライン値は、前記測定基準温度（４７℃±５℃）で気化している炭化水素の濃度を示すため、各水素炎イオン化検出器２４ａ、２４ｂからの検出信号の値の差分をとることにより、１９１℃から４７℃±５℃の間に気体から液体又は固体に凝縮した炭化水素の濃度、つまり排気ガス中のＳＯＦ濃度を測定することができる。
【００２７】
なお、この実施形態では、図示しない情報処理装置が各水素炎イオン化検出器２４ａ、２４ｂからの炭化水素検出信号をそれぞれ受信し、それら炭化水素検出信号の示す値の差分をとることにより、ＳＯＦ濃度を算出し、これをディスプレイ等に出力するようにしている。
【００２８】
（３）Ｓｏｏｔ測定系
次にＳｏｏｔ測定系３について説明する。
【００２９】
Ｓｏｏｔ測定系３は、図１に示すように、排気ガスを希釈用ガスであるエアーで希釈して導出する希釈器４と、希釈されたガスのＳｏｏｔを検出するＳｏｏｔ検出器５とを備えたものである。
【００３０】
希釈器４は、詳細を図２、図３に示すように、希釈用ガスが流れる内部の主経路４１上に、ガスの流れ方向に沿って流路径が狭まる狭小部であるノズル４２及びガスの流れ方向に沿って流路径が拡がる拡開部であるデフューザ４３をこの順に直列に設け、希釈用ガスが増速されて負圧になる負圧領域４Ｓを形成するとともに、その負圧領域４Ｓに連通させた連通路４４を介してサンプルガスを吸い込み、前記希釈用ガスに混合して導出するエジェクタタイプのものである。なお、この実施形態では、狭小部及び拡開部にノズルとデフューザを用いているが、例えばオリフィスやベンチュリなど、種々のもので代用可能である。
【００３１】
より具体的にこの希釈器４は、前記主経路４１及び負圧領域４Ｓに連通する連通路４４を設けた配管ブロック体４ａと、主経路４１に嵌入されてノズル４２及びデフューザ４３を形成するノズル部材４２ａ及びデフューザ部材４３ａと、主経路４１の入口である導入ポートＰＴ２、出口である導出ポートＰＴ３、及び前記連通路４４の入口であるサンプルガス導入ポートＰＴ４にそれぞれ設けた配管接続用の継手Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とを主に備えている。
【００３２】
そして、図１に示すように、前記導入ポートＰＴ２には、希釈用ガスが流れる希釈用ガスライン６を接続し、希釈用ガスであるエアが導入されるようにするとともに、サンプルガス導入ポートＰＴ４には、前記排気ガスラインを接続するようにしている。また導出ポートＰＴ３には、配管Ｌ４を介して後述するＳｏｏｔ検出器５を接続し、希釈されたガスをＳｏｏｔ検出器５に送出することができるように構成している。
【００３３】
前記希釈用ガスライン６には、その始端にコンプレッサやボンベ等の希釈用ガス源（図示しない）が接続してあり、またそのライン６上には、希釈比調整手段である圧力調整器７を設けて、導入ポートＰＴ２に流れ込むエアー圧力を制御し、希釈比を調整できるように構成している。
【００３４】
具体的には、図４に示すように、前記圧力調整器７の操作範囲、すなわち圧力調整範囲を、その圧力調整によって希釈器４に導入される希釈用ガスの流量が変わっても、希釈器４におけるサンプルガスの吸い込み流量がほぼ一定に保たれる範囲となるように制限している。
【００３５】
また、希釈器４は、複数段（２段）直列に接続してあり、後段希釈器４のサンプルガス導入ポートＰＴ４に前段希釈器４の導出ポートＰＴ３を接続し、複数段階の希釈ができるように構成している。このことにより、どの希釈器４の導出ポートＰＴ３を用いるかで、オーダレベルでの希釈率を変えることができる。
【００３６】
さらに、少なくとも初段希釈器４の連通路４４には、特に図３に示すように、流量制限部材であるオリフィスリング４４ａを交換可能に取り付けている。
【００３７】
さらに配管ブロック体４ａには、温度調節可能なヒータ等の温調器Ｈ２を取り付け、希釈器４を所定温度（約１９１℃）に保持するようにしている。これは、排気ガス中に含まれるＳＯＦなど（特にＳｏｏｔに付着しているＳＯＦ）を揮発させ、後述するＳｏｏｔ検出器５でのＳｏｏｔ測定への悪影響を防止するためである。また、このＳｏｏｔ検出器５は、高温ガスを導入することができないタイプであるため、希釈器４の導出ポートＰＴ３からＳｏｏｔ検出器５に至る配管Ｌ４の通過中に、希釈排気ガスの温度を下げるようにしているが、一旦揮発したＳＯＦは、温度を下げても希釈されているため、測定に影響を及ぼす粒子として再析出することはない。
【００３８】
また、希釈用ガスライン６における導入ポートＰＴ２に直接接続される部分には、第４の温調配管Ｌ５を用いて前記所定温度（約１９１℃）に保持し、供給されるエアー流量の安定化を図っている。
【００３９】
Ｓｏｏｔ検出器５は、模式図を図４に示すように、サンプルガスに含まれるＳｏｏｔに対して電荷を与える電荷付与部５１と、そのＳｏｏｔの電荷量を測定する電荷測定部５２とを備えたものであり、サンプルガスとして導入された希釈排気ガス中のＳｏｏｔを連続かつリアルタイムで計測する。
【００４０】
電荷付与部５１は、導入された希釈排気ガスの流路５３上に設けられたもので、例えば、数千ボルト（５０００〜７０００ボルト）程度の電位差を生じさせた正電極５１１と負電極５１２とで構成されている。これら電極５１１、５１２間にはその電位差からコロナ放電が生じ、このコロナ放電中を希釈排気ガスが通過することにより、希釈排気ガス中のＳｏｏｔ粒子にその表面積に比例した電荷が付与される。図に一例を示すように、正電極５１１はピン型の細い形状のもので流路５３の中心に位置し、負電極５１２はこの正電極５１１を取り囲むように配置した筒状の網目部材である。なお、紫外線照射によって電荷を付与するなど、この電荷付与部を他の構成にしても構わない。
【００４１】
電荷測定部５２は、前記流路５３における電荷付与部５１よりも下流に配置した金属板等の捕捉部材５２１と、その捕捉部材５２１にＳｏｏｔが捕捉されて流れる電流量を測定し、その値を示すＳｏｏｔ検出信号を出力する電流検出器５２２とを備えている。このＳｏｏｔ検出信号の値は、Ｓｏｏｔ電荷量がＳｏｏｔ粒子の表面積に比例することから、Ｓｏｏｔ粒子の表面積を表すものとなる。またＳｏｏｔ表面積とＳｏｏｔ質量との間には所定の関係式があることから、この検出信号の値からＳｏｏｔ質量、ひいては希釈排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を算出できる。
【００４２】
ところで最終的に必要なのは、希釈前の排気ガスのＳｏｏｔ濃度であり、これを測定するには、希釈排気ガス中のＳｏｏｔ濃度の測定データに加えて、希釈器４での希釈比を把握しなければならない。
【００４３】
そこでこの実施形態では、図１に示すように、希釈器４のサンプルガス導入ポートＰＴ４に、炭化水素濃度が既知の標準ガス（例えばＣ３Ｈ８含有エアー）が流れる標準ガスライン８を、排気ガスラインと切り替えて接続できるようにするとともに、ＳＯＦ測定系２のガス導入ポートＰＴ１に、希釈器４の導出ポートＰＴ３を、排気ガスラインと切り替えて接続できるように構成している。
【００４４】
より具体的には、希釈器４のサンプルガス導入ポートＰＴ４に対する標準ガスライン８の配管Ｌ６上に、開閉弁Ｖ２を設けることで、標準ガスライン８と排気ガスラインとの、サンプルガス導入ポートＰＴ４に対する接続を切り替えられるようにしている。なお、標準ガスライン８には、その入口に標準ガス源（ボンベ等）を接続してあり、そのライン８上に、圧力調整器８１を設けてそれより下流のライン圧力を一定に保つと共に、流量計８２を設けてサンプルガス導入ポートＰＴ４に導入される標準ガスの流量をモニタできるようにしてある。
【００４５】
また、ＳＯＦ測定系２のガス導入ポートＰＴ１に対する希釈器４の導出ポートからの接続配管Ｌ７上に、開閉弁Ｖ３を設け、かつ前記ガス導入ポートＰＴ１に対する排気ガスラインの接続配管上に開閉弁Ｖ４を設け、これら開閉弁Ｖ３、Ｖ４の択一的な開放により、希釈器４の導出ポートＰＴ３と排気ガスラインとのいずれかを、ガス導入ポートＰＴ１に切替接続できるようにしている。
【００４６】
このような構成によれば、前記各開閉弁Ｖ３、Ｖ４の操作によって、希釈器４で希釈した標準ガスをＳＯＦ測定系２に流すことにより、希釈された標準ガスの炭化水素濃度を、ＳＯＦ測定系２のいずれかの水素炎イオン化検出器２４ａ、２４ｂで測定することができる。そしてそこで測定された炭化水素濃度と、元々の既知である標準ガスの炭化水素濃度とから、希釈器４のそのときの希釈比を求めることができ、その希釈比と前述した希釈排気ガスのＳｏｏｔ濃度とから排気ガスのＳｏｏｔ濃度を算出できる。
【００４７】
この実施形態では、図示しない情報処理装置が、前記Ｓｏｏｔ検出信号と、希釈した標準ガスを流したときの水素炎イオン化検出器２４ａ（２４ｂ）から出力される炭化水素検出信号とを受信し、それらの値と予めメモリ記憶させた標準ガスの既知濃度データの値とに基づいて、Ｓｏｏｔ濃度を自動算出してディスプレイ等に出力するようにしている。また、前記開閉弁Ｖ２〜Ｖ４は電磁駆動式のものであり、情報処理装置からの弁駆動信号で開閉駆動するようにしている。
【００４８】
（４）排気ガス分析装置の使用方法
次にこの排気ガス分析装置１を利用したＳｏｏｔ濃度測定方法について、その一例をより具体的に説明する。ここでは情報処理装置がプログラムにしたがって全自動でＳｏｏｔ濃度を測定する場合について、図６、図７を参照しながら述べる。
【００４９】
（検量線の作成）
まず、各開閉弁Ｖ２〜Ｖ４に弁駆動信号を出力してこれらを開閉操作し、標準ガスを、希釈器４を介してＳＯＦ測定系２に導入する（図６ステップＳ１）。
その一方で、圧力調整器７に駆動信号を与え、希釈器４に導入されるエアーが所定の圧力に保たれるようにしておく（ステップＳ２）。
このような状態で、水素炎イオン化検出器２４ａ（２４ｂ）で、希釈された標準ガスの炭化水素濃度を測定する（ステップＳ３）。
そしてその濃度と希釈前の標準ガスの炭化水素濃度との比によって、希釈器４での希釈比を算出し（ステップＳ４）、その希釈比とエアー圧力とを対にして記録しておく（ステップＳ５）。
次に圧力調整器７に対する駆動信号値を変えて圧力設定値を変え、ステップＳ３〜Ｓ５を複数回（ｎ回）繰り返す（ステップＳ７）。
このようにして測定した複数ポイントでの圧力値と希釈比との関係から、圧力と希釈比との検量線（相対関係）を作成し、メモリの所定領域に格納する（ステップＳ８）。
【００５０】
（Ｓｏｏｔ濃度測定）
まず、各開閉弁Ｖ２〜Ｖ４を開閉操作し、排気ガスをＳｏｏｔ測定系３に導入する（図７ステップＳ１０）。
排気ガスのＳｏｏｔ濃度が未知のため、Ｓｏｏｔ検出器５からのＳｏｏｔ検出信号の値を参照しつつ、圧力調整器７への駆動信号値を変化させて、希釈用ガスライン６がＳｏｏｔ測定に適した圧力となるように設定する（ステップＳ１１、Ｓ１２）。
その時の希釈比を、設定された圧力値と前記検量線とから算出する（ステップＳ１３）。
Ｓｏｏｔ検出信号の値に、メモリに格納してある所定の関係式をあてはめ、希釈された排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を求める（ステップＳ１４）。
最後に、そのＳｏｏｔ濃度と前記希釈比とに基づいて、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を算出する（ステップＳ１５）。
【００５１】
以上が、Ｓｏｏｔ濃度測定方法であるが、その他に、例えば、検量線を作成せず、Ｓｏｏｔ測定の都度、標準ガスを用いてその時の希釈用ガスの圧力設定値での希釈比を算出し、その希釈比に基づいてＳｏｏｔ濃度を算出するようにしてもよい。
【００５２】
また以上の動作を、全てオペレータが手動で行っても構わないし、一部を自動、一部を手動にしてもよい。
【００５３】
したがって、このような排気ガス分析装置１によれば、希釈器４から配管を分岐させて既存のＳＯＦ測定系２に接続したり、標準ガス源を接続するための配管を希釈器４に接続したり、あるいはそれら配管上に開閉弁Ｖ２〜Ｖ４を設けたりするという簡単な流体経路を構成するだけで、Ｓｏｏｔ測定時における希釈器４の希釈比を、Ｓｏｏｔ測定前又はＳｏｏｔ測定後に、標準ガスを用いて求めることができ、その希釈比とＳｏｏｔ検出器で検出された希釈排気ガスのＳｏｏｔ濃度とから、希釈前の排気ガスのＳｏｏｔ濃度を算出することができる。
【００５４】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、炭化水素検出器やＳｏｏｔ検出器は、他の原理を利用したもので構わないし、排気ガスラインには、フルトンネルで希釈された排気ガスを導いてもよい。
また希釈器は１段希釈構造にしてもよいし、３段以上の希釈構造にしてもよい。なんとなればエジェクタタイプのものに限らず、回転ポンプ型など他のタイプのものでもよい。
さらに希釈比調整手段は、圧力調整器のみならず、バルブなどの流量調整弁を利用するようにしてもよい。
その他、開閉弁を三方弁にするなど、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によって、簡単かつコンパクトな構成で、排気ガス中のＳｏｏｔ濃度を高精度かつ連続的に測定可能になり、自動車等の内燃機関の研究開発をより容易にすることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気ガス分析装置の全体流体回路図。
【図２】同実施形態における希釈器の内部構造を示す断面図。
【図３】同実施形態における希釈器のノズル、デフューザ、オリフィスを主として示す拡大部分断面図。
【図４】同実施形態における希釈器の内部構造を示す断面図。
【図５】同実施形態における希釈器の特性を示すグラフ。
【図６】同実施形態における排気ガス分析装置を利用したＳｏｏｔ測定方法を示すフローチャート。
【図７】同実施形態における排気ガス分析装置を利用したＳｏｏｔ測定方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５７】
２・・・ＳＯＦ測定系
２１・・・分岐部
２２・・・通過ライン
２３・・・粒子成分除去ライン
２４ａ、２４ｂ・・・ＳＯＦ濃度検出器
３・・・Ｓｏｏｔ測定系
４・・・希釈器
４２・・・ノズル
４３・・・デフューザ
５・・・Ｓｏｏｔ検出器
５１・・・電荷付与部
５２・・・電荷測定部
７・・・希釈比調整手段（圧力調整器）
【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の一部又は全部が流れる排気ガスラインに対し、ＳＯＦ濃度を測定可能なＳＯＦ測定系と、Ｓｏｏｔを測定可能なＳｏｏｔ測定系とを接続したものであって、
前記Ｓｏｏｔ測定系を、前記排気ガス又は炭化水素濃度が既知である標準ガスのいずれか一方を選択的に希釈用ガスで希釈して導出する希釈器と、前記希釈器の希釈比を調整可能な希釈比調整手段と、前記希釈器で希釈されたガス中のＳｏｏｔを測定するＳｏｏｔ検出器とを備えたものにするとともに、
前記ＳＯＦ測定系を、前記希釈器に接続可能に構成して当該希釈器で希釈された標準ガスの炭化水素濃度を測定可能なものにし、
前記希釈比調整手段をある一定量操作したときの、標準ガスの希釈後の炭化水素濃度から、その状態での希釈器の希釈比を算出可能に構成していることを特徴とする排気ガス分析装置。
【請求項２】
前記希釈器が、流路径が狭まる狭小部とその狭小部に直列して設けられ流路径が拡がる拡開部とを備えてなり、その狭小部及び拡開部に希釈用ガスを通過させることによってこれを加速して負圧にし、その負圧によって排気ガス又は標準ガスを吸い込み、当該希釈用ガスと混合させるものである請求項１記載の排気ガス分析装置。
【請求項３】
前記希釈比調整手段が、希釈器に導入される希釈用ガスの圧力を調整する圧力調整器である請求項２記載の排気ガス分析装置。
【請求項４】
前記Ｓｏｏｔ検出器が、Ｓｏｏｔに対して電荷を与える電荷付与部と、そのＳｏｏｔの電荷量を測定する電荷測定部とを備えたものである請求項１乃至３いずれかに記載の排気ガス分析装置。
【請求項５】
前記ＳＯＦ測定系が、
導入されたガスを２分岐する分岐部と、
２分岐された一方のガスをＳＯＦ測定のための測定基準温度にし、その測定基準温度にしたガス中の粒子成分を除去する粒子成分除去ラインと、
２分岐された他方のガスを通過させる通過ラインと、
各ラインを通過して送出されるガス中の炭化水素濃度をそれぞれ連続検出する炭化水素濃度検出器とを備えており、
各検出器で検出された炭化水素濃度の差によって前記排気ガス中のＳＯＦの濃度を算出可能に構成したものである請求項１乃至４いずれかに記載の排気ガス分析装置。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の排気ガス分析装置を利用したＳｏｏｔ測定方法であって、
ＳＯＦ測定系により、希釈された標準ガスの炭化水素濃度を測定し、
その濃度と希釈前の標準ガスの炭化水素濃度との比によって、希釈器での希釈比を算出し、
そのときの希釈比調整手段の操作量に基づいて、希釈比と操作量との相関関係を求めるとともに、
Ｓｏｏｔ測定時において所望の希釈比となるように、希釈比調整手段を前記相関関係から求められる操作量だけ操作し、または、Ｓｏｏｔ測定時において設定した希釈比調整手段の操作量と前記相関関係とからそのときの希釈比を求め、
その希釈比とＳｏｏｔ検出器での測定結果とに基づいて、排気ガスのＳｏｏｔ濃度を算出することを特徴とするＳｏｏｔ測定方法。
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスの一部又は全部が流れる排気ガスラインに対し、ＳＯＦ濃度を測定可能なＳＯＦ測定系と、Ｓｏｏｔを測定可能なＳｏｏｔ測定系とを接続したものであって、
前記Ｓｏｏｔ測定系を、前記排気ガス又は炭化水素濃度が既知である標準ガスのいずれか一方を選択的に希釈用ガスで希釈して導出する希釈器と、前記希釈器の希釈比を調整可能な希釈比調整手段と、前記希釈器で希釈されたガス中のＳｏｏｔを測定するＳｏｏｔ検出器とを備えたものにするとともに、
前記ＳＯＦ測定系を、前記希釈器に接続可能に構成して当該希釈器で希釈された標準ガスの炭化水素濃度を測定可能なものにし、
前記希釈比調整手段をある一定量操作したときの、標準ガスの希釈後の炭化水素濃度から、その状態での希釈器の希釈比を算出可能に構成していることを特徴とする排気ガス分析装置。
【請求項２】
前記希釈器が、流路径が狭まる狭小部とその狭小部に直列して設けられ流路径が拡がる拡開部とを備えてなり、その狭小部及び拡開部に希釈用ガスを通過させることによってこれを加速して負圧にし、その負圧によって排気ガス又は標準ガスを吸い込み、当該希釈用ガスと混合させるものである請求項１記載の排気ガス分析装置。
【請求項３】
前記希釈比調整手段が、希釈器に導入される希釈用ガスの圧力を調整する圧力調整器である請求項２記載の排気ガス分析装置。
【請求項４】
前記Ｓｏｏｔ検出器が、Ｓｏｏｔに対して電荷を与える電荷付与部と、そのＳｏｏｔの電荷量を測定する電荷測定部とを備えたものである請求項１乃至３いずれかに記載の排気ガス分析装置。
【請求項５】
前記ＳＯＦ測定系が、
導入されたガスを２分岐する分岐部と、
２分岐された一方のガスをＳＯＦ測定のための測定基準温度にし、その測定基準温度にしたガス中の粒子成分を除去する粒子成分除去ラインと、
２分岐された他方のガスを通過させる通過ラインと、
各ラインを通過して送出されるガス中の炭化水素濃度をそれぞれ連続検出する炭化水素濃度検出器とを備えており、
各検出器で検出された炭化水素濃度の差によって前記排気ガス中のＳＯＦの濃度を算出可能に構成したものである請求項１乃至４いずれかに記載の排気ガス分析装置。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の排気ガス分析装置を利用したＳｏｏｔ測定方法であって、
ＳＯＦ測定系により、希釈された標準ガスの炭化水素濃度を測定し、
その濃度と希釈前の標準ガスの炭化水素濃度との比によって、希釈器での希釈比を算出し、
そのときの希釈比調整手段の操作量に基づいて、希釈比と操作量との相関関係を求めるとともに、
Ｓｏｏｔ測定時において所望の希釈比となるように、希釈比調整手段を前記相関関係から求められる操作量だけ操作し、または、Ｓｏｏｔ測定時において設定した希釈比調整手段の操作量と前記相関関係とからそのときの希釈比を求め、
その希釈比とＳｏｏｔ検出器での測定結果とに基づいて、排気ガスのＳｏｏｔ濃度を算出することを特徴とするＳｏｏｔ測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１５３７１６（Ｐ２００６−１５３７１６Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４６２３６（Ｐ２００４−３４６２３６）
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
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