专利名称：排气分析系统和排气分析程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及排气分析系统和排气分析程序，用于测量例如从柴油发动机等内燃机排出的排气中的颗粒浓度。
背景技术：
作为测量例如从柴油发动机排出的排气中的颗粒浓度的装置，如专利文献I所示存在如下装置将排气导入例如CPC (手持式凝聚核法颗粒计数器)等颗粒计数装置来对颗粒数进行计数。并且，由于排气以高温状态(例如500°C)排出，所以为了测量该排气的颗粒浓度， 需要将排气的温度降低到颗粒计数装置能够测量的温度。在此，可以考虑通过使高温状态的排气在配管内流通，利用该配管的热传导来进行冷却。在这种方法中，排气中的颗粒因热泳等而附着在配管的内壁上，导致被导入颗粒计数装置的排气中的颗粒数下降而产生测量误差。因此，以往的颗粒测量系统在颗粒计数装置的上游一侧设置有稀释装置，该稀释装置利用低温的稀释用空气对取样的排气进行稀释(参照专利文献I的图4)。由此，可以防止因热泳等导致颗粒附着在配管的内壁上，并且可以将排气降低到颗粒计数装置能够测量的温度。但是，按照设置稀释装置的结构，需要稀释装置、周边设备(质量流量控制器、压力传感器、开关阀等)和配管而导致系统大型化、复杂化和高成本化。此外，由于具有稀释装置，所以稀释率的控制等成为新的误差原因。此外，由于系统复杂化，所以系统的维护保养作业也变得复杂。专利文献I:日本专利公开公报特开2008-164419号。
发明内容
为了同时解决上述问题，本发明的主要课题在于提供一种排气分析系统，不需要稀释排气，就可以对排气进行冷却并可以准确地测量颗粒浓度。即本发明提供一种排气分析系统，其特征在于包括颗粒浓度测量装置，测量包含在排气中的颗粒浓度；取样冷却管，具有导入排气的排气导入口以及与所述颗粒浓度测量装置连接的排气导出口，并且不需要稀释导入的排气，就能够将所述排气冷却到所述颗粒浓度测量装置能够测量的温度；温度传感器，检测流入所述排气导入口的排气温度；以及计算装置，利用所述排气导入口的排气温度和颗粒浓度、与所述排气导出口的排气温度和颗粒浓度的关系式，并根据所述温度传感器的检测温度和导入所述颗粒浓度测量装置的排气温度，对所述颗粒浓度测量装置的测量颗粒浓度进行修正，来计算流入所述排气导入口的排气的颗粒浓度。按照这种排气分析系统，由于取样冷却管不需要稀释排气，就可以对排气进行冷却并将排气导向颗粒浓度测量装置，所以可以不需要稀释装置。由此，可以使系统小型化、简单化和低成本化。此外，由于利用规定的关系式对颗粒浓度测量装置的测量颗粒浓度进行修正，所以计算装置对因热泳等使颗粒附着在取样冷却管内壁上而产生的测量误差进行修正。因此，与因热泳导致的颗粒损失无关，可以准确地测量排气中的颗粒浓度。如果利用取样冷却管的冷却性能，使从气体导出口流出的排气温度成为例如周围环境温度等固定温度，则不一定需要检测流入颗粒浓度测量装置的排气温度。但是，当从气体导出口流出的排气 温度不是固定温度时，优选排气分析系统还具有第二温度传感器，用于检测流入所述颗粒浓度测量装置的排气的温度，所述计算装置将所述第二温度传感器的检测温度用作流入所述颗粒浓度测量装置的排气温度。为了使取样冷却管的结构简单化，并且即便使排气流通管和颗粒浓度测量装置的距离变小时也可以有效地冷却取样的排气，优选所述取样冷却管由单一的金属管构成，并将其卷绕成螺旋状。这样，在本发明中，由于可以不需要稀释装置和附属于该稀释装置的周边设备和配管，所以能够使系统小型化和轻量化，并且适用于车载型。按照这种结构，本发明不需要稀释排气，就可以冷却排气，并且可以准确地测量颗粒浓度。
图I是简要表示本实施方式的排气分析系统结构的整体示意图。图2是表示同一实施方式的计算装置的功能构成的图。图3是简要表示变形实施方式的排气分析系统结构的整体示意图。附图标记说明100…颗粒浓度测量系统200…排气管(排气流通管)2…颗粒浓度测量装置3…取样冷却管31…排气取样口32…排气导出口4…温度传感器5…计算装置51…关系式数据存储部52…修正计算部6…第二温度传感器
具体实施例方式下面参照附图对本发明排气分析系统的一种实施方式进行说明。如图I所示，本实施方式的排气分析系统100测量例如I μ m以下的颗粒状物质(PM、以下仅称为颗粒)的颗粒浓度，上述颗粒状物质包含在流经作为排气流通管的排气管200的排气中，所述排气管200与柴油发动机等内燃机连接。在此，在颗粒状物质中包含作为原子状碳的煤烟(S001)、未燃烧的燃料、由润滑油产生的有机溶剂可溶成分(SOF)、作为硫酸和硫酸盐的硫酸类化合物(Sulfate)等。此外,颗粒浓度是指颗粒数(或数量浓度)、颗粒的质量浓度或颗粒的体积浓度等。在以下的实施方式中，对测量颗粒数的情况进行说明。具体地说，如图I所示，上述系统包括颗粒浓度测量装置2，测量包含在排气中的颗粒浓度；取样冷却管3，连接排气管200和颗粒浓度测量装置2，并且冷却流经排气管200的高温(例如500 600°C)排气并将排气导入颗粒浓度测量装置2 ;温度传感器4，插入排气管200内，并检测流经该排气管200的排气的温度；以及计算装置5，对由所述颗粒浓度测量装置2得到的测量颗粒浓度进行修正。颗粒浓度测量装置2是颗粒数计数装置，所述颗粒数计数装置对包含在由取样冷却管3进行取样的排气中的颗粒数进行计数。本实施方式的颗粒数计数装置是例如激光散射式凝聚颗粒计数器(CPC)，其动作温度(能够测量的温度)例如为5°C 35°C。作为取样冷却管3 —端开口的排气取样口(排气导入口)31设置在排气管200内，并且作为取样冷却管3另一端开口的排气导出口 32与颗粒浓度测量装置2连接。上述取 样冷却管3不需要对取样的排气进行稀释，就可以将排气冷却到颗粒浓度测量装置2能够测量的温度(例如5°C 35°C)并将排气导入颗粒浓度测量装置2。另外，排气取样口 31在排气管200内设置成朝向排气流动的上游一侧。具体地说，取样冷却管3例如由单一的金属管构成，该金属管由不锈钢等形成，在排气取样口 31和排气导出口 32之间形成卷绕成螺旋状的空冷区域33。这样，通过将管卷绕为螺旋状，使空冷区域33与周围空气接触面积尽量变大来提高冷却性能。此外，本实施方式的取样冷却管3，以在气体导出口 32将排气冷却到周围环境温度(例如约30°C )的方式来构成配管直径和长度等。温度传感器4例如是热电偶等，该热电偶从排气管200的侧壁插入到该排气管200内。上述温度传感器4用于检测取样冷却管3的排气取样口 31的上游一侧、在本实施方式中为取样冷却管3的排气取样口 31附近的气体温度。计算装置5由数字及模拟电气电路构成，上述电气电路具有未图示的CPU、存储器、A/D转换器和D/A转换器等，可以使用专用电路，也可以一部分或全部利用个人计算机等通用计算机。此外，也可以不使用CPU而仅通过模拟电路来发挥作为所述各部分的功能，不需要在物理上成为一体，可以由通过有线或无线方式相互连接的多个设备构成。并且，将规定的程序存储在所述存储器中，通过按照上述程序使CPU及其周边设备协同动作，上述计算装置5作为关系式数据存储部51和修正计算部52等发挥功能。关系式数据存储部51存储关系式数据，该关系式数据表示与因热泳导致的损失相关联的关系式(以下的式I )，上述损失存在于排气取样口 31的排气温度(T1)以及颗粒浓度(C1)与排气导出口 32的排气温度(T2)以及颗粒浓度(C2)的关系之间。另外，因热泳导致的损失与粒径无关。具体地说，所述关系式在取样冷却管3内排气的流动为紊流时成立，T1和T2的单位为绝对温度(K)，(式I)^JrLl …(式 I)
i . L, ■(IS08178-1 (JIS B8008-1))。修正计算部52从关系式数据存储部51取得预先存储的关系式数据、从温度传感器4取得检测温度数据、从颗粒浓度测量装置2取得测量颗粒浓度数据。并且，利用从关系式数据得到的以下的式2，根据导入温度传感器4的检测温度和颗粒浓度测量装置2的排气温度(本实施方式中为周围环境温度)，对颗粒浓度测量装置2的测量颗粒浓度进行实时修正，来计算流经排气管200的排气的颗粒浓度。(式2)
权利要求
1.一种排气分析系统，其特征在于包括 颗粒浓度测量装置，测量包含在排气中的颗粒浓度； 取样冷却管，具有导入排气的排气导入口以及与所述颗粒浓度测量装置连接的排气导出口，并且不需要稀释导入的排气，就能够将所述排气冷却到所述颗粒浓度测量装置能够测量的温度； 温度传感器，检测流入所述排气导入口的排气温度；以及 计算装置，利用所述排气导入口的排气温度和颗粒浓度、与所述排气导出口的排气温度和颗粒浓度的关系式，并根据所述温度传感器的检测温度和导入所述颗粒浓度测量装置的排气温度，对所述颗粒浓度测量装置的测量颗粒浓度进行修正，来计算流入所述排气导入口的排气的颗粒浓度。
2.根据权利要求I所述的排气分析系统，其特征在于还包括 第二温度传感器，检测流入所述颗粒浓度测量装置的排气的温度， 所述计算装置将所述第二温度传感器的检测温度用作流入所述颗粒浓度测量装置的排气温度。
3.根据权利要求I所述的排气分析系统，其特征在于，所述取样冷却管由单一的金属管构成，并卷绕成螺旋状。
4.一种排气分析程序，用于排气分析系统， 所述排气分析系统包括颗粒浓度测量装置，测量包含在排气中的颗粒浓度；取样冷却管，具有导入排气的排气导入口和与所述颗粒浓度测量装置连接的排气导出口，并且不需要稀释导入的排气，就能够将所述排气冷却到所述颗粒浓度测量装置能够测量的温度；以及温度传感器，检测流入所述排气导入口的排气温度， 所述排气分析程序的特征在于，使计算机发挥作为以下各部的功能 关系式数据存储部，存储关系式数据，所述关系式数据表示所述排气导入口的排气温度和颗粒浓度、与所述排气导出口的排气温度和颗粒浓度的关系式；以及 修正计算部，利用存储在所述关系式数据存储部的关系式数据，根据所述温度传感器的检测温度和导入所述颗粒浓度测量装置的排气温度，对所述颗粒浓度测量装置的测量颗粒浓度进行修正，来计算流经所述排气导入口的排气的颗粒浓度。
全文摘要
本发明提供排气分析系统，该排气分析系统不需要稀释排气，就可以冷却排气，并且可以准确地测量颗粒浓度，其包括颗粒浓度测量装置(2)；取样冷却管(3)，不需要稀释从排气流通管(200)提取的排气，就可以将排气冷却到颗粒浓度测量装置(2)能够测量的温度，并且将排气导入颗粒浓度测量装置(2)；温度传感器(4)，检测流入所述排气取样口(31)的排气温度；以及计算装置(5)，根据所述温度传感器(4)的检测温度和导入所述颗粒浓度测量装置(2)的排气温度，对所述颗粒浓度测量装置(2)的测量颗粒浓度进行实时修正，来计算流经排气流通管(200)的排气的颗粒浓度。
文档编号G01N1/22GK102918380SQ20118002644
公开日2013年2月6日 申请日期2011年9月13日 优先权日2010年9月24日
发明者浅野一朗, 篠原政良, 花田和郎 申请人:株式会社堀场制作所
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