JP2008216025A - 排気ガス測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定結果に信頼性が得られるガスクロマトグラフを組み込んだ排気ガスの測定装置および測定方法を提供する。
【解決手段】 ガスクロマトグラフ２の測定結果はＣＯ_２や水分などが除去された排気ガスの測定結果であり、換言すれば定量以上に排気ガスが濃縮部１１に導入されたと同じ結果になっているので、それを補正する必要がある。そこで、本発明では前記濃度検出装置３及び湿度検出装置（湿度計）４で排気ガス中のＣＯ_２及び水分を測定し、その結果を信号線３ａ，４ａを介して補正演算部５に出力する。補正演算部５では前記ガスクロマトグラフ２の測定結果に濃度検出装置３及び湿度検出装置（湿度計）４の測定結果を加味した補正を行い．その結果を表示部６に表示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車の排気ガス中のＨＣ（炭化水素）濃度を測定する装置と方法に関する。

自動車の排気ガス中にはＮＯ_Ｘ、ＳＯ_Ｘ、ＣＯ、ＣＯ_２、ＨＣなどの種々の有害成分が含まれており、各国において許容濃度の規制値が異なる。
ガソリンを燃料とする自動車の排気ガス中の有害成分を測定する装置として特許文献１に開示される測定装置が知られている。この測定装置は自動車の排気ガスをサンプリングバッグに回収し、このサンプリングバッグを測定装置が設けられている場所まで運んで成分を分析するものであり、特にガソリンの混合比が薄い燃料を燃焼させた場合には、排気ガスが結露しやすく、正確な測定値が得られないため、配管やサンプリングバッグを保温する内容が開示されている。

上記ガソリンを燃料とする自動車の排気ガスに関しては、一般に水素炎イオン化計測器によって排気ガス中のＨＣの含有総量を測定している。

一方、最近ではガソリン以外の天然ガスなどの代替燃料が用いられつつある。この代替燃料の場合には排気ガス中のＨＣ成分割合がガソリンの場合と異なる。つまりＨＣ（炭化水素）には、炭素の一重結合で構成されるアルカン系、炭素の二重結合をもつアルケン系、三重結合をもつアルキン系、ベンゼンを基本形状とするアロマティック系が存在し、それぞれの系で光化学反応性等が異なる。そのためＨＣ（炭化水素）の総量が同じであっても、環境に対する影響が異なる。

排気ガス中のＨＣ成分の定性および定量分析を行うには、ガスクロマトグラフを用いる。特許文献２にはガスクロマトグラフを用いたサンプルガスの自動分析装置が提案されている。ガスクロマトグラフで特定の化学種の定性分析と定量分析を行うにはサンプルガスを濃縮する必要がある。このため特許文献２ではサンプルガスをガスクロマトグラフ分析装置に導入する前に、液体窒素を充填したデューア瓶内に配設されたトラップ管内を通過させてサンプルガスを凝縮させ、この後トラップ管を加熱して凝縮したサンプルガスを急速蒸発させことにより、サンプルガスを濃縮するようにしている。

特開２０００−０３５３８８号公報 特開平０７−０３１８０１号公報

水素炎イオン化計測器による測定では、ＨＣの含有総量は測定できてもＨＣの種別までは正確に測定できない。一方ガスクロマトグラフの場合には、定性・定量分析ができるが、結露の問題がある。例えば、特許文献２にあっては管路２０Ｈに配設されたポンプによってサンプリングガスを吸引した後、三方弁２０ｂ、２０ｅを閉弁する時、予め容量が決まっているサンプルループ２０ｓ内の圧力が一瞬高圧となり結露が生じる。また管路や三方弁を含んだサンプル装置とサンプリングバッグ内のサンプルガスとの温度差によっても結露が生じる。

生じた結露はキャリアガスで排除することが難しく、この結露にＨＣ成分が溶解し、正確な測定を行うことができない。
具体的には、図８は水素炎イオン化計測器と従来のガスクロマトグラフの両方で、ガソリンを燃料とした自動車の排ガス中のＨＣの含有総量を測定した結果を示し、図９は両者の相関を示すグラフである。この測定では水素炎イオン化計測器で測定した値が正確な値と考えられる。水素炎イオン化計測器で測定したＨＣの含有総量と従来のガスクロマトグラフで測定したＨＣの含有総量とは平均で約８％程度の開きがあり、この数値は、排気ガス基準値が低く（厳しく）設定されている天然ガス車などの代替燃料車には大きな問題となる。

上記課題を解決するため本発明に係る排気ガス測定装置は、自動車の排気ガスを収納するサンプリングバッグと、このサンプリングバッグ内の排気ガスを濃縮する濃縮装置と、この濃縮装置で濃縮された排気ガスの分析を行うガスクロマトグラフと、前記サンプリングバッグ内の排気ガス中のＨＣ（炭化水素）以外の特定成分の濃度を検出する濃度検出装置と、前記サンプリングバッグ内の排気ガス中の水分を検出する湿度検出装置と、前記濃度検出装置と湿度検出装置によって検出した値に基づいて前記ガスクロマトグラフでの分析値に補正を行う補正演算部と、この補正演算部で補正した値を表示する表示部とを備えた構成とした。

また、本発明に係る排気ガス測定方法は、サンプリングバッグ内の排気ガスを濃縮してガスクロマトグラフによって自動車の排気ガス中のＨＣ（炭化水素）の分析を行い、この分析と並行してサンプリングバッグ内の排気ガス中のＨＣ（炭化水素）以外の特定成分の濃度と水分を検出し、この検出値に基づいて前記ガスクロマトグラフによる分析値に補正を行い、この補正値を表示するようにした。

前記濃度検出装置で濃度を検出するＨＣ（炭化水素）以外の特定成分とは、ガスクロマトグラフによるＨＣ（炭化水素）濃度に影響を与える成分を指し、典型的にはＣＯ_２（二酸化炭素）である。

本発明によれば、排気ガス中に含まれるＨＣの分析をガスクロマトグラフで行うに当たり、ＨＣの分析に影響を与える排ガス中の成分、例えばＣＯ_２（二酸化炭素）と水の割合を測定しておき、この測定値に基づいてガスクロマトグラフの測定値を補正するようにしたので、正確なＨＣの分析を行うことができる。

図６は水素炎イオン化計測器とガスクロマトグラフを組み込んだ本願発明の測定装置の両方で、ガソリンを燃料とした自動車の排ガス中のＨＣの含有総量を測定した結果を示し、図７は両者の相関を示すグラフである。これらのグラフから本発明によれば、水素炎イオン化計測器とガスクロマトグラフを組み込んだ本願発明の測定装置との開きは、低公害車の場合２．０％、超低公害車の場合３．０％と−２．５％であり、従来に比べ測定結果の信頼性が高くなっていることが分かる。

以下に本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る排気ガス測定装置の概略構成図、図２乃至図５は同排気ガス測定装置を用いた測定手順を示す図である。

本発明に係る排気ガス測定装置は、濃縮装置１、ガスクロマトグラフ２、濃度検出装置３、湿度検出装置（湿度計）４、補正演算部５、表示部６及び記憶部７から構成される。

前記濃縮装置１は濃縮部１１、分離部１２、サンプリング部１３、体積計測装置１４及び切替バルブ１５を備えている。この切替バルブ１５はＨｅガス源１６とキャリアガス供給管１６ａで接続し、自動車の排気ガスを収納するサンプリングバッグ１７と排気ガス供給管１７ａで接続し、前記濃縮装置１の濃縮部１１と供給管１１ａ及び排出管１１ｂで接続し、前記濃縮装置１の分離部１２と供給管１２ａ及び排出管１２ｂで接続し、前記濃縮装置１のサンプリング部１３と供給管１３ａで接続し、更に前記体積計測装置１４と供給管１４ａで接続し、前記体積計測装置１４からの排出管１４ｂには排気ポンプ１８を設けている。

また前記サンプリング部１３からの排出管１３ｂは前記ガスクロマトグラフ２に接続し、ガスクロマトグラフ２からの信号線２ａは前記補正演算部５に接続され、この補正演算部５と前記表示部６及び記憶部７が信号線５ａ，５ｂでつながっている。

更に、前記濃度検出装置３はサンプリングバッグ１７内のサンプルガス中のＨＣ以外の特定成分、例えばＣＯ_２の濃度を検出するためのものであり、前記補正演算部５と信号線３ａでつながり、前記湿度検出装置（湿度計）４はサンプルガス中の水分を測定するものであり、前記補正演算部５と信号線４ａでつながっている。

以上の構成からなる排気ガス測定装置を用いた測定方法を以下に説明する。
先ず、切替バルブ１５を操作してＨｅガス源１６からのヘリウムガスで濃縮部１１及び供給管１１ａ及び排出管１１ｂ内を置換しておく。ヘリウムガスの代わりに窒素ガスなどの他の不活性ガスを用いてもよい。

次いで図２に示すように、切替バルブ１５を操作して、サンプリングバッグ１７の排気ガス供給管１７ａ、濃縮部１１の供給管１１ａ及び排出管１１ｂ、体積計測装置１４の供給管１４ａ及び排出管１４ｂを連通状態とし、排気ポンプ１８を駆動し、濃縮部１１に排気ガスを導入する。

上記濃縮部１１への排気ガスの導入量は、前記体積計測装置１４で排出されるヘリウムガスの量を計測することによってコントロールすることができる。

ここで、前記濃縮部１１は予め−１３０℃〜−１５０℃に冷却されているため、濃縮部１１導入された排気ガスは急冷凝縮する。

次に、切替バルブ１５を操作して、図３に示すように、濃縮部１１の排出管１１ｂ、分離部１２の供給管１２ａ及び排出管１２ｂ、体積計測装置１４の供給管１４ａ及び排出管１４ｂを連通状態とし、濃縮部１１の温度を室温まで上昇させ、分離部１２の温度を−１５℃〜−６０℃まで下げる。

その結果、排気ガス中のＨＣ成分のみが分離部１２に捕集され、排気ガス中のＣＯ_２は排出管１４ｂを介して大気中に放散される。

次に、切替バルブ１５を操作して、図４に示すように、分離部１２の排出管１２ｂ、サンプリング部１３の供給管１３ａを連通状態とし、分離部１２の温度を１８０℃まで上昇させ、サンプリング部１３の温度を−１６０℃〜−１８０℃まで下げる。この操作により、ＣＯ_２や水分などが除去されて濃縮された排気ガスはサンプリング部１３に導入される。

この後、図５に示すように、サンプリング部１３の排出管１３ｂを開放し濃縮された排気ガスをガスクロマトグラフ２に送り、ＨＣの定性・定量分析を行う。また、濃縮部１１に残ったままの水分については、濃縮された排気ガスがガスクロマトグラフ２に送り込まれた後、濃縮部１１を１５０℃まで加温した状態で切替バルブ１５を操作し濃縮部１１と排出管１４ｂを連通状態にして大気中に放散する。そしてガスクロマトグラフ２の測定結果を信号線２ａを介して補正演算部５に出力する。

上記ガスクロマトグラフ２の測定結果はＣＯ_２や水分などが除去された排気ガスの測定結果であり、換言すれば定量以上に排気ガスが濃縮部１１に導入されたと同じ結果になっているので、それを補正する必要がある。

そこで、本発明では前記濃度検出装置３及び湿度検出装置（湿度計）４で排気ガス中のＣＯ_２及び水分を測定し、その結果を信号線３ａ，４ａを介して補正演算部５に出力する。補正演算部５では前記ガスクロマトグラフ２の測定結果に濃度検出装置３及び湿度検出装置（湿度計）４の測定結果を加味した補正を行い．その結果を表示部６に表示するとともに記憶部７に記憶する。

本発明に係る排気ガス測定装置の概略構成図 サンプリングバッグから濃縮装置の濃縮部に至るまでの作用を説明した概略構成図 濃縮装置の濃縮部から分離部に至るまでの作用を説明した概略構成図 濃縮装置の分離部からサンプリング部に至るまでの作用を説明した概略構成図 濃縮装置のサンプリング部からガスクロマトグラフに至るまでの作用を説明した概略構成図 本願発明の測定装置及び水素炎イオン化計測器によるＨＣの含有総量を測定した結果を示すグラフ。 図６の測定結果の相関関係を示すグラフ 従来の測定装置（ガスクロマトグラフ）及び水素炎イオン化計測器によるＨＣの含有総量を測定した結果を示すグラフ。 図８の測定結果の相関関係を示すグラフ

符号の説明

１…濃縮装置、２…ガスクロマトグラフ、２ａ…信号線、３…濃度検出装置、３ａ…信号線、４…湿度検出装置（湿度計）、４ａ…信号線、５…補正演算部、５ａ，５ｂ…信号線、６…表示部、７…記憶部、１１…濃縮部、１１ａ…供給管、１１ｂ…排出管、１２…分離部、１２ａ…供給管、１２ｂ…排出管、１３…サンプリング部、１３ａ…供給管、１３ｂ…排出管、１４…体積計測装置、１４ａ…供給管、１４ｂ…排出管、１５…切替バルブ、１６…Ｈｅガス源、１６ａ…キャリアガス供給管、１７…サンプリングバッグ、１７ａ…排気ガス供給管、１８…排気ポンプ。

Claims (3)

1. 自動車の排気ガスを収納するサンプリングバッグと、このサンプリングバッグ内の排気ガスを濃縮する濃縮装置と、この濃縮装置で濃縮された排気ガスの分析を行うガスクロマトグラフと、前記サンプリングバッグ内の排気ガス中のＨＣ（炭化水素）以外の特定成分の濃度を検出する濃度検出装置と、前記サンプリングバッグ内の排気ガス中の水分を検出する湿度検出装置と、前記濃度検出装置と湿度検出装置によって検出した値に基づいて前記ガスクロマトグラフでの分析値に補正を行う補正演算部と、この補正演算部で補正した値を表示する表示部とを備えることを特徴とする排気ガス測定装置。
2. 請求項１に記載の排気ガス測定装置において、前記濃度検出装置は排気ガス中のＣＯ_２（二酸化炭素）の濃度を検出することを特徴とする排気ガス測定装置。
3. サンプリングバッグ内の排気ガスを濃縮してガスクロマトグラフによって自動車の排気ガス中のＨＣ（炭化水素）の分析を行い、この分析と並行してサンプリングバッグ内の排気ガス中のＨＣ（炭化水素）以外の特定成分の濃度と水分を検出し、この検出値に基づいて前記ガスクロマトグラフによる分析値に補正を行い、この補正値を表示することを特徴とする排気ガス測定方法。

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