成果報告書詳細
管理番号20090000000064
タイトル平成19年度-平成20年度成果報告書 次世代低公害車技術開発プログラム/革新的次世代低公害車総合技術開発/次世代自動車の総合評価技術開発
公開日2009/8/26
報告書年度2007 - 2008
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P04013
部署名省エネルギー技術開発部 研究開発グループ
和文要約次世代低公害車からのPM排出総質量の減少に伴い,従来から用いられてきたフィルター法に代表される質量基準計測法が適用限界に近づく.従来重量測定法に加え,粒子の個数計測法に基づく総粒子数濃度や粒径分布の測定方法の適用が有効となる.
本研究は,次世代低公害車からのPM排出評価に対応した個数基準計測装置において,計測装置の校正・試験における不確かさを低減した高精度な計測技術の確立を図ることを目的として,自動車排気PM計測における不確かさを低減した高精度計測技術の確立を目指したものである.
PM個数計測に必須の校正技術の確立を図る研究では,個数濃度測定器に関する国内一次標準の開発とUNECE WP29/GRPE-PMP(国連欧州経済委員会傘下で進められている微粒子計測法プログラム)への対応を目標に,個数濃度測定の校正・試験技術の開発としてエアロゾル・エレクトロメータ法による校正用標準器の製作・評価と,それを用いての個数濃度測定装置の試験・校正方法の開発を行った.エアロゾル・エレクトロメータ法に基づく粒子個数濃度標準器の製作では,校正設備の環境温度を安定化することで電流測定の不確かさを低減し,また,高精度流量計の導入により流量測定の不確かさを低減することで,標準器による濃度測定の拡張不確かさ(k = 2)を,最終的に104 個/cm3で約1.3 %,103 個/ccで約2-3 %以下程度にまで低減させることができた.これにより,本研究での目標を概ね達成するとともに校正手順の確立も図り2008年には国内での校正サービスを開始することができた.
また,現場校正用粒子発生装置の実用可能性評価の研究に着手し,インクジェット式エアロゾル発生器を開発しディーゼル排ガス中の粒子数濃度をモニタリングする目的で使用されるCPCの正常動作確認を現場にて日常的に行うための発生器型の粒子数濃度標準が実現可能であることを実験により実証することができた.
さらに,測定限界に近づきつつある従来フィルター法の妥当性を評価する研究においては,開発システムからのPM排出実態を高精度に把握すること並びにフィルター法の検出下限,定量限界を把握することなどを目標として,PMの質量分級と個数濃度測定を組み合わせた高感度・オンライン質量濃度計測システムを構築し,従来のフィルター法の測定限界を推定した.標準粒子でのフィルター法とオンライン法の比較測定結果が,低濃度から高濃度まで比較的良く一致することで,本手法の妥当性を確認するとともに,ディーゼル排気微粒子(DEP)によるオンライン法とフィルター法の比較測定を行い,DEPについても標準粒子同様オンライン法によりフィルター法を評価できることを確認した.但し,DEP測定の場合にはオンライン法に比べフィルター法が約10-15 %程度低い値を示す傾向にあることも確認されており,捕集フィルターの温度が影響していることが推定された.以上の成果より,従来フィルター法の測定限界をほぼ見極めることができたのに加え,本評価法を利用したNEDO開発エンジンの最終評価実験においては,その排気微粒子濃度の極低濃度化が実現できていることも確認できた.
英文要約Title:Comprehensive Technological Development of Innovative, Next-Generation, Low-Pollution Vehicles / Comprehensive assessment technology development for next-generation automobiles (FY2007-FY2008) Final Report
Under low particle concentration conditions, measurement methods other than the filter gravimetric method, such as those of number-based particle measurements are expected to provide higher measurement accuracy. Our research aims to develop tools that are crucial to provide high accuracy in particle emission measurements during the evaluation process of vehicles that were developed in the NEDO project “Comprehensive Technological Development of Innovative, Next-Generation, Low-Pollution Vehicles”. The evaluation measurements were done using particle number-based instruments as well as the traditional filter gravimetric method. We developed tools for both measurements. One was a standard for calibration of airborne particle number concentration measurement, and the other was an on-line measurement technique for accurate determination of particle mass concentration.
Aerosol particle number concentration standard for calibration of the condensation particle counter (CPC): AIST started development of the Japanese primary standard for the number concentration of aerosol particles in 2004 under this NEDO project. The standard was intended for calibration of condensation particles counters (CPCs) and Faraday-cup aerosol electrometers (AEs). The development was completed and the calibration service began in March 2008. We developed a standard AE, calibration station, and calibration procedures, and these efforts resulted in small expanded uncertainties (k = 2) of about 1.3 - 3 % or less at particle concentrations of 10000 - 100000 cm-3 in the size range between 10 and 200 nm.
An inkjet-based aerosol generator (IAG) was developed as a number concentration standard. The device was designed to inspect the performance of condensation particle counter (CPC) for diesel emission so that CPC users could examine the counting efficiency of CPC being close to unity on a daily basis. A drop-on-demand inkjet nozzle was used as a source of droplets, which produced 50 um droplets for each input voltage pulse to the piezoelectric element in the nozzle. In the concentration range of up to ~30 cm-3, the measured number concentration of particles generated by the IAG, which was given by a CPC, agreed with the expected concentration that was calculated based on the droplet generation rate of the IAG within 0.5 %, which indicates that almost all the generated droplets become aerosol particles at the exit of IAG and were transported into the CPC without losses.
Measurement of mass emissions of diesel particulate matter by the DMA-APM method: For measurement of very low diesel exhaust PM emissions, the filter gravimetric method may no longer be sufficiently accurate due to evaporation of filtered particles from or adsorption of condensable gases onto the filter media. For more accurate determination of the low emissions, we developed a technique based on the differential mobility analyzer (DMA) and the aerosol particle mass analyzer (APM). Results of comparison measurements between the DMA-APM method and the filter gravimetric method showed that the concentrations by the two methods agreed fairly well, but that the mass concentrations by the filter gravimetric method were consistently lower than those by the DMA-APM method by about 10 - 15 %.
From the above experimental result, the measurement limit of the filter method was quantitatively evaluated for certain measurement conditions. In addition, in the evaluation tests of an engine developed in this NEDO project, it was confirmed by using the DMA-APM method that the engine achieved extremely low PM emissions.
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