JP3302127B2 - 内燃機関用排出ガス自動分析装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の内燃機関の
排出ガスを自動的に分析する装置に関する。
排出ガスを自動的に分析する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の排出ガスに対する各種規制で
は、通常、所定の走行サイクルで自動車を（シャーシダ
イナモ上で）運転した時に排出されるガスについて分析
を行なうこととされている。この所定走行サイクルは、
自動車の実際の走行状況を十分勘案して決定されてお
り、コールドスタート、アイドリング、加速等の各種運
転状況が含まれている。
は、通常、所定の走行サイクルで自動車を（シャーシダ
イナモ上で）運転した時に排出されるガスについて分析
を行なうこととされている。この所定走行サイクルは、
自動車の実際の走行状況を十分勘案して決定されてお
り、コールドスタート、アイドリング、加速等の各種運
転状況が含まれている。
【０００３】また、従来は排出ガス成分パラメータ（Ｎ
ＭＯＧ、ＲＡＦ値など）を計算するためには百数十個に
及ぶデータを選択し、かつ、所定の計算プログラムに入
力する必要があった。そのため、データを扱うための専
門的な知識が必要であり、また、データの入力には時間
を要し、人為的なミスが生じる可能性が大きかった。
ＭＯＧ、ＲＡＦ値など）を計算するためには百数十個に
及ぶデータを選択し、かつ、所定の計算プログラムに入
力する必要があった。そのため、データを扱うための専
門的な知識が必要であり、また、データの入力には時間
を要し、人為的なミスが生じる可能性が大きかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】自動車の排ガスに対す
る規制は徐々に強化されてきており、従来は、上記所定
走行サイクルの間に自動車が排出するガスを蓄積し、ま
とめたガスを最後に測定すればよかったが、最近では、
各運転段階毎に排出ガスをサンプリングし、分析を行な
って、各運転段階毎に各種成分の分析値が所定の規制値
をクリアしなければならないというようになってきた。
例えば、米国カリフォルニア州の最近の排ガス規制ＬＡ
−４では、図７に示すように、コールドスタート時（Ｃ
Ｔ）、通常運転時（ＣＳ）、及び、エンジン再スタート
時（ＨＴ）の各運転段階毎に設定された規制値をクリア
する必要がある。このため、排出ガスのサンプリング
は、測定対象の自動車をシャーシダイナモ上で図７のパ
ターンに従って運転する間、所定の複数個の時点で行な
わなければならない。
る規制は徐々に強化されてきており、従来は、上記所定
走行サイクルの間に自動車が排出するガスを蓄積し、ま
とめたガスを最後に測定すればよかったが、最近では、
各運転段階毎に排出ガスをサンプリングし、分析を行な
って、各運転段階毎に各種成分の分析値が所定の規制値
をクリアしなければならないというようになってきた。
例えば、米国カリフォルニア州の最近の排ガス規制ＬＡ
−４では、図７に示すように、コールドスタート時（Ｃ
Ｔ）、通常運転時（ＣＳ）、及び、エンジン再スタート
時（ＨＴ）の各運転段階毎に設定された規制値をクリア
する必要がある。このため、排出ガスのサンプリング
は、測定対象の自動車をシャーシダイナモ上で図７のパ
ターンに従って運転する間、所定の複数個の時点で行な
わなければならない。
【０００５】排出ガスの分析には高い感度及び精度が要
求されるため、ガスクロマトグラフが使用される。そし
て、更に測定感度を上昇させるために、サンプリングさ
れた排出ガスは分析の前に濃縮を行なわねばならない。
このため、分析が終了するまでには１時間近い時間を必
要とする。また、多くの排出ガス測定基準では、排出ガ
スをサンプリングする際は同時に、周辺の空気（バック
グラウンドガス）をサンプリングし、排出ガスと同一の
手順で分析を行なわなければならないとされている。従
って、図７のＬＡ−４の走行サイクルの３段階でサンプ
リングした２種のガス（排出ガス、バックグラウンドガ
ス）の分析を順番に行なってゆくとすると、６時間とい
う長い時間を要する。
求されるため、ガスクロマトグラフが使用される。そし
て、更に測定感度を上昇させるために、サンプリングさ
れた排出ガスは分析の前に濃縮を行なわねばならない。
このため、分析が終了するまでには１時間近い時間を必
要とする。また、多くの排出ガス測定基準では、排出ガ
スをサンプリングする際は同時に、周辺の空気（バック
グラウンドガス）をサンプリングし、排出ガスと同一の
手順で分析を行なわなければならないとされている。従
って、図７のＬＡ−４の走行サイクルの３段階でサンプ
リングした２種のガス（排出ガス、バックグラウンドガ
ス）の分析を順番に行なってゆくとすると、６時間とい
う長い時間を要する。
【０００６】ここで問題となるのは、排出ガス中には分
解しやすい成分や活性な成分が含まれているため、サン
プリング後長い時間が経過すると、その成分が変化する
恐れがあることである。そのため、従来のように分析に
長い時間を要する方法では、新しい排出ガス規制に対応
した正確な分析が行なえないという問題がある。
解しやすい成分や活性な成分が含まれているため、サン
プリング後長い時間が経過すると、その成分が変化する
恐れがあることである。そのため、従来のように分析に
長い時間を要する方法では、新しい排出ガス規制に対応
した正確な分析が行なえないという問題がある。
【０００７】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、多種類
のガスを短時間のうちに、しかも自動的に測定し、正確
な分析を行なうことのできる内燃機関用排出ガス自動分
析装置を提供することにある。
成されたものであり、その目的とするところは、多種類
のガスを短時間のうちに、しかも自動的に測定し、正確
な分析を行なうことのできる内燃機関用排出ガス自動分
析装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る内燃機関用排出ガス自動分析装
置は、 a)複数台の分析ユニットを備え、 b)各分析ユニットに互いに独立した２系統のガス流路を
備え、 c)２系統のガス流路の各々は更に２本のサブ流路に分岐
され、一方のサブ流路にはＣ１〜Ｃ１２の成分のみを分
離する手段を、他方のサブ流路にはＣ１〜Ｃ６の成分の
みを分離する手段を備え、 d)各サブ流路毎にガスクロマトグラフ用カラム及び検出
器を備え、 e)全分析ユニットの検出器が信号伝達用ネットワークに
より接続されている、ことを特徴とするものである。
に成された本発明に係る内燃機関用排出ガス自動分析装
置は、 a)複数台の分析ユニットを備え、 b)各分析ユニットに互いに独立した２系統のガス流路を
備え、 c)２系統のガス流路の各々は更に２本のサブ流路に分岐
され、一方のサブ流路にはＣ１〜Ｃ１２の成分のみを分
離する手段を、他方のサブ流路にはＣ１〜Ｃ６の成分の
みを分離する手段を備え、 d)各サブ流路毎にガスクロマトグラフ用カラム及び検出
器を備え、 e)全分析ユニットの検出器が信号伝達用ネットワークに
より接続されている、ことを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】所定の走行サイクルの各段階でサンプリングさ
れた自動車の排出ガス（試料ガス）及びバックグラウン
ドガスは、サンプリング後直ちに各分析ユニットの２系
統のガス流路のそれぞれに供給される。試料ガスとバッ
クグラウンドガスは１個の分析ユニット内で並行して分
析されるため、両者は同一条件で分析されることとな
り、非常に高精度の（バックグラウンドガスの分析値に
よる試料ガス分析値の）補正を行なうことができる。ま
た、１走行サイクル内での複数回のサンプリングが短か
い時間間隔で行なわれた場合でも、分析ユニットが複数
台あるため、後にサンプリングされたガスは前にサンプ
リングされたガスの分析の終了を待つことなく直ちに分
析を開始することができる。このため、全体の分析時間
が短縮されるとともに、成分変化が生じる前の試料ガス
の成分を分析することができ、測定条件の統一を行なう
ことができる。
れた自動車の排出ガス（試料ガス）及びバックグラウン
ドガスは、サンプリング後直ちに各分析ユニットの２系
統のガス流路のそれぞれに供給される。試料ガスとバッ
クグラウンドガスは１個の分析ユニット内で並行して分
析されるため、両者は同一条件で分析されることとな
り、非常に高精度の（バックグラウンドガスの分析値に
よる試料ガス分析値の）補正を行なうことができる。ま
た、１走行サイクル内での複数回のサンプリングが短か
い時間間隔で行なわれた場合でも、分析ユニットが複数
台あるため、後にサンプリングされたガスは前にサンプ
リングされたガスの分析の終了を待つことなく直ちに分
析を開始することができる。このため、全体の分析時間
が短縮されるとともに、成分変化が生じる前の試料ガス
の成分を分析することができ、測定条件の統一を行なう
ことができる。
【００１０】なお、好ましい構成としては、各分析ユニ
ットに排出ガス成分を検出する測定部を設け、更に、こ
の測定部からの信号を分析する解析部、この解析部によ
って分析された信号に基づいて排出ガス成分パラメータ
を決定するデータ処理部を設けたものを挙げることがで
きる。
ットに排出ガス成分を検出する測定部を設け、更に、こ
の測定部からの信号を分析する解析部、この解析部によ
って分析された信号に基づいて排出ガス成分パラメータ
を決定するデータ処理部を設けたものを挙げることがで
きる。
【００１１】
【実施例】本発明の一実施例である自動車排出ガス自動
分析装置を図１〜図７により説明する。本自動分析装置
は、特に、世界で最も厳しいと言われる米国カリフォル
ニア州の排出ガス濃度基準（ＬＡ−４。図７）に準拠し
た測定を自動的に行なうことのできる装置として作成さ
れたものである。
分析装置を図１〜図７により説明する。本自動分析装置
は、特に、世界で最も厳しいと言われる米国カリフォル
ニア州の排出ガス濃度基準（ＬＡ−４。図７）に準拠し
た測定を自動的に行なうことのできる装置として作成さ
れたものである。
【００１２】本実施例の自動分析装置は図１の通り、３
台の測定部１ａ、１ｂ、１ｃ、６台の解析部２ａ、２
ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃ及び１台のデータ処理部４
から成る。３台の測定部１ａ、１ｂ、１ｃはいずれも全
く同じものであり、後述するように、各測定部は、２種
類のガスを、Ｃ2からＣ6までの低炭素数成分とＣ6から
Ｃ12までの高炭素数成分とに分離して独立に分析を行な
うための合計４系統のガスクロマトグラフ装置を備えて
いる。６台の解析部２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３
ｃはそれぞれ２チャンネルのアナログ信号入力回路を備
えており、３台の測定部１ａ、１ｂ、１ｃから送出され
る４系統のガスクロマトグラフ出力の波形信号（従っ
て、合計１２チャンネルのアナログ信号）を分担して受
信し、それぞれガスクロマトグラフの波形解析を行なっ
て低炭素数成分及び高炭素数成分の分析データを抽出す
る。データ処理部４には、本実施例ではパーソナルコン
ピュータを使用し、専用のデータ処理プログラムを走ら
せることにより、上述のＬＡ−４の排出ガス測定に必要
なデータ解析を行なう。
台の測定部１ａ、１ｂ、１ｃ、６台の解析部２ａ、２
ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃ及び１台のデータ処理部４
から成る。３台の測定部１ａ、１ｂ、１ｃはいずれも全
く同じものであり、後述するように、各測定部は、２種
類のガスを、Ｃ2からＣ6までの低炭素数成分とＣ6から
Ｃ12までの高炭素数成分とに分離して独立に分析を行な
うための合計４系統のガスクロマトグラフ装置を備えて
いる。６台の解析部２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３
ｃはそれぞれ２チャンネルのアナログ信号入力回路を備
えており、３台の測定部１ａ、１ｂ、１ｃから送出され
る４系統のガスクロマトグラフ出力の波形信号（従っ
て、合計１２チャンネルのアナログ信号）を分担して受
信し、それぞれガスクロマトグラフの波形解析を行なっ
て低炭素数成分及び高炭素数成分の分析データを抽出す
る。データ処理部４には、本実施例ではパーソナルコン
ピュータを使用し、専用のデータ処理プログラムを走ら
せることにより、上述のＬＡ−４の排出ガス測定に必要
なデータ解析を行なう。
【００１３】測定部１ａ、１ｂ、１ｃ、解析部２ａ、２
ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃ及びデータ処理部４の電気
的接続を図２に示す。上述の通り、各測定部に対して２
台の解析部が、それぞれ２本のアナログ信号線６により
接続されている。３台の測定部１ａ、１ｂ、１ｃ及び６
台の解析部２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃには全
てデータ通信用のターミナル装置が組み込まれており、
これら９台の装置及びデータ処理部４はネットワーク線
５によりカスケード接続されている。
ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃ及びデータ処理部４の電気
的接続を図２に示す。上述の通り、各測定部に対して２
台の解析部が、それぞれ２本のアナログ信号線６により
接続されている。３台の測定部１ａ、１ｂ、１ｃ及び６
台の解析部２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃには全
てデータ通信用のターミナル装置が組み込まれており、
これら９台の装置及びデータ処理部４はネットワーク線
５によりカスケード接続されている。
【００１４】各測定部１ａ、１ｂ、１ｃは、図３に示す
ように、前処理部１１、濃縮部１２、フォーカシング部
１５、分析部１６、及び、測定制御部１７から成る。前
処理部１１は各流路の排出口１２ａ、１２ｂに設けられ
たポンプＰにより、２本の試料導入口１４ａ及び１４ｂ
から２種類の試料ガス（後述するように、ＬＡ−４テス
トの場合は、一方が自動車の排出ガス、他方がバックグ
ラウンドガス）を別個に吸引する。前処理部１１の内部
では各試料ガスを計量後、それぞれ２本（従って、合計
４本）の流路に分岐させ、一方の流路を流れる試料ガス
をＣ1〜Ｃ12の成分のみを含むようにし、他方の流路を
流れる試料ガスをＣ1〜Ｃ6の成分のみを含むようにす
る。濃縮部１２は前処理部１１における処理の途中で使
用されるものであり、４本の各流路の試料ガスを濃縮
し、試料ガス中における分析対象である炭化水素成分の
濃度を上昇させる。フォーカシング部１５は、濃縮され
た各試料ガス中における各分析対象成分のピークの幅を
更に狭くし、高さを大きくする。分析部１６は４本のカ
ラム（メインカラム）と４台の検出器により、濃縮され
た４種の試料ガスに含まれる各成分を検出する。各測定
部１ａ、１ｂ、１ｃ毎に１台設けられた測定制御部１７
は上記各部の動作を実現するために、切替バルブの切り
替え、クーラやヒータの制御等を行なう。
ように、前処理部１１、濃縮部１２、フォーカシング部
１５、分析部１６、及び、測定制御部１７から成る。前
処理部１１は各流路の排出口１２ａ、１２ｂに設けられ
たポンプＰにより、２本の試料導入口１４ａ及び１４ｂ
から２種類の試料ガス（後述するように、ＬＡ−４テス
トの場合は、一方が自動車の排出ガス、他方がバックグ
ラウンドガス）を別個に吸引する。前処理部１１の内部
では各試料ガスを計量後、それぞれ２本（従って、合計
４本）の流路に分岐させ、一方の流路を流れる試料ガス
をＣ1〜Ｃ12の成分のみを含むようにし、他方の流路を
流れる試料ガスをＣ1〜Ｃ6の成分のみを含むようにす
る。濃縮部１２は前処理部１１における処理の途中で使
用されるものであり、４本の各流路の試料ガスを濃縮
し、試料ガス中における分析対象である炭化水素成分の
濃度を上昇させる。フォーカシング部１５は、濃縮され
た各試料ガス中における各分析対象成分のピークの幅を
更に狭くし、高さを大きくする。分析部１６は４本のカ
ラム（メインカラム）と４台の検出器により、濃縮され
た４種の試料ガスに含まれる各成分を検出する。各測定
部１ａ、１ｂ、１ｃ毎に１台設けられた測定制御部１７
は上記各部の動作を実現するために、切替バルブの切り
替え、クーラやヒータの制御等を行なう。
【００１５】前処理部１１が吸入する２種類の試料ガス
の取り扱いは測定部１ａ、１ｂ、１ｃの内部では全く同
じであり、両試料ガスは同時に、かつ、平行に処理され
るため、以下、簡単のため、１種類の試料ガスについて
の取り扱いを図４〜図７により説明する。
の取り扱いは測定部１ａ、１ｂ、１ｃの内部では全く同
じであり、両試料ガスは同時に、かつ、平行に処理され
るため、以下、簡単のため、１種類の試料ガスについて
の取り扱いを図４〜図７により説明する。
【００１６】（１）前処理部１１ 図５に示すように、試料導入口１４とポンプＰとの間に
は、第１切替バルブＲＶ１及び第２切替バルブＲＶ２が
接続されている。第１及び第２切替バルブＲＶ１、ＲＶ
２はともに八方バルブであり、各バルブの２個のポート
の間にはそれぞれ計量管３０、３１が接続されている。
試料導入口１４から本実施例のガスクロマトグラフ装置
に取り込まれた試料ガスは、第１及び第２切替バルブＲ
Ｖ１、ＲＶ２の計量管３０、３１によりそれぞれ計量さ
れ、採取される。各計量管３０、３１によりサンプリン
グされた試料ガスは、それ以降、測定部１ａ、１ｂ、１
ｃの内部で全く並列に設けられた流路（以下、第１切替
バルブＲＶ１に対応する流路を第１流路、第２切替バル
ブＲＶ２に対応する流路を第２流路と呼ぶ）をそれぞれ
通過してゆくことになる（上述の通り、試料ガスが２種
類であるため、合計４本の独立した流路が設けられ
る）。前処理部１１内では、第１及び第２流路にはそれ
ぞれ、第３切替バルブＲＶ３及び第４切替バルブＲＶ４
が設けられている。第３及び第４切替バルブＲＶ３、Ｒ
Ｖ４はともに十方バルブであり、それぞれに、プリカラ
ム３２、３５、チョークカラム３３、３６、ダミーカラ
ム３４、３７、マスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦ
Ｃ２、プレッシャコントローラＰＣ１、ＰＣ２が接続さ
れている。
は、第１切替バルブＲＶ１及び第２切替バルブＲＶ２が
接続されている。第１及び第２切替バルブＲＶ１、ＲＶ
２はともに八方バルブであり、各バルブの２個のポート
の間にはそれぞれ計量管３０、３１が接続されている。
試料導入口１４から本実施例のガスクロマトグラフ装置
に取り込まれた試料ガスは、第１及び第２切替バルブＲ
Ｖ１、ＲＶ２の計量管３０、３１によりそれぞれ計量さ
れ、採取される。各計量管３０、３１によりサンプリン
グされた試料ガスは、それ以降、測定部１ａ、１ｂ、１
ｃの内部で全く並列に設けられた流路（以下、第１切替
バルブＲＶ１に対応する流路を第１流路、第２切替バル
ブＲＶ２に対応する流路を第２流路と呼ぶ）をそれぞれ
通過してゆくことになる（上述の通り、試料ガスが２種
類であるため、合計４本の独立した流路が設けられ
る）。前処理部１１内では、第１及び第２流路にはそれ
ぞれ、第３切替バルブＲＶ３及び第４切替バルブＲＶ４
が設けられている。第３及び第４切替バルブＲＶ３、Ｒ
Ｖ４はともに十方バルブであり、それぞれに、プリカラ
ム３２、３５、チョークカラム３３、３６、ダミーカラ
ム３４、３７、マスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦ
Ｃ２、プレッシャコントローラＰＣ１、ＰＣ２が接続さ
れている。
【００１７】（２）濃縮部１２ 図５に示すように、濃縮部１２は通常の充填剤を充填し
た２本のカラム４０、４１から成り、各カラム４０、４
１は第３切替バルブＲＶ３及び第４切替バルブＲＶ４の
２個のポートにそれぞれ接続される。図６に示すよう
に、濃縮部１２の両カラム４０、４１の周辺には断熱さ
れた閉空間が設けられており、バルブＬＮＶ１を開けて
ここに液体窒素（ＬＮ2）を流すことにより、カラム４
０、４１を−１７０℃程度まで冷却することができる。
また、各カラム４０、４１は金属製となっており、電源
ＨＴ１により通電加熱を行なうことができる。
た２本のカラム４０、４１から成り、各カラム４０、４
１は第３切替バルブＲＶ３及び第４切替バルブＲＶ４の
２個のポートにそれぞれ接続される。図６に示すよう
に、濃縮部１２の両カラム４０、４１の周辺には断熱さ
れた閉空間が設けられており、バルブＬＮＶ１を開けて
ここに液体窒素（ＬＮ2）を流すことにより、カラム４
０、４１を−１７０℃程度まで冷却することができる。
また、各カラム４０、４１は金属製となっており、電源
ＨＴ１により通電加熱を行なうことができる。
【００１８】（３）フォーカシング部１５ フォーカシング部１５内には、第１及び第２の各流路に
対して１個ずつ（１台の測定部について２種類の試料ガ
スを取り扱うため、合計４個）のフォーカシングカラム
（図示せず）が設けられている。濃縮部１２と同様、バ
ルブＬＮＶ２（図４参照）を開けてこのフォーカシング
部１５に液体窒素（ＬＮ2）を流すことにより、フォー
カシングカラムを冷却することができる。また、フォー
カシングカラムの外側に設けたヒータＨＴ２（図４参
照）に電流を流すことにより、加熱を行なうこともでき
る。
対して１個ずつ（１台の測定部について２種類の試料ガ
スを取り扱うため、合計４個）のフォーカシングカラム
（図示せず）が設けられている。濃縮部１２と同様、バ
ルブＬＮＶ２（図４参照）を開けてこのフォーカシング
部１５に液体窒素（ＬＮ2）を流すことにより、フォー
カシングカラムを冷却することができる。また、フォー
カシングカラムの外側に設けたヒータＨＴ２（図４参
照）に電流を流すことにより、加熱を行なうこともでき
る。
【００１９】（４）分析部１６ 第１及び第２の各流路に対してそれぞれ、メインカラム
６１、６２及び検出器６３、６４が設けられている（１
台の測定部について２種類の試料ガスを取り扱うため、
合計４個のメインカラムと検出器が設けられる）。本実
施例ではメインカラム６１、６２にはキャピラリカラム
を用いているが、これは充填カラムであってもよい。検
出器としては一般的には炎イオン検出器（ＦＩＤ）を用
いるが、その他の検出器を用いてもよい。この分析部１
６は部屋全体を加熱するヒータＨＴ３を有しており、約
４０から１８０℃まで変化させることができる。
６１、６２及び検出器６３、６４が設けられている（１
台の測定部について２種類の試料ガスを取り扱うため、
合計４個のメインカラムと検出器が設けられる）。本実
施例ではメインカラム６１、６２にはキャピラリカラム
を用いているが、これは充填カラムであってもよい。検
出器としては一般的には炎イオン検出器（ＦＩＤ）を用
いるが、その他の検出器を用いてもよい。この分析部１
６は部屋全体を加熱するヒータＨＴ３を有しており、約
４０から１８０℃まで変化させることができる。
【００２０】（５）測定制御部１７ 図４に示すように、測定制御部１７は上記のポンプＰ、
切替バルブＲＶ１〜ＲＶ４、マスフローコントローラＭ
ＦＣ１、ＭＦＣ２、プレッシャコントローラＰＣ１、Ｐ
Ｃ２、液体窒素バルブＬＮＶ１、ＬＮＶ２、ヒータ（又
はヒータ用電源）ＨＴ１〜ＨＴ３等に接続され、それら
を後述の各タイミングで駆動する。測定制御部１７はマ
イコンにより構成してもよいし、シーケンサとリレーに
より構成してもよい。
切替バルブＲＶ１〜ＲＶ４、マスフローコントローラＭ
ＦＣ１、ＭＦＣ２、プレッシャコントローラＰＣ１、Ｐ
Ｃ２、液体窒素バルブＬＮＶ１、ＬＮＶ２、ヒータ（又
はヒータ用電源）ＨＴ１〜ＨＴ３等に接続され、それら
を後述の各タイミングで駆動する。測定制御部１７はマ
イコンにより構成してもよいし、シーケンサとリレーに
より構成してもよい。
【００２１】次に、本実施例のガスクロマトグラフ装置
によるＬＡ−４に準拠した排出ガス分析の手順を段階を
追って説明する。 （１）ガスサンプリング ＬＡ−４では図７に示すような運転パターンを行ない、 最初の０秒から５０５秒までの間（コールドスタート
ＣＴ） ５０５秒〜１３７２秒の間（通常運転ＣＳ） （の期間が終了し、６００秒のソーキングを行なっ
た後の）再スタート時点から５０５秒間（ホットスター
トＨＴ） の各運転段階で測定対象自動車の排出ガス（ただし、周
辺の空気＝バックグラウンドガスにより１０倍に希釈す
る）と周辺の空気（バックグラウンドガス）とをサンプ
リングする。サンプリングは所定のサンプリングバッグ
により行ない、サンプリング後は２個の（すなわち、排
出ガスとバックグラウンドガスの）サンプリングバッグ
を直ちにいずれかの測定部（例えば１ａとする）の後部
に設けられた２本の試料導入口１４ａ、１４ｂにそれぞ
れ取り付けて、測定を開始する。２種類の試料ガスの分
析は、以降、全く同様に行なわれるため、以下では一方
のガス（例えば排出ガスとする）の分析についてのみ説
明を行なう。
によるＬＡ−４に準拠した排出ガス分析の手順を段階を
追って説明する。 （１）ガスサンプリング ＬＡ−４では図７に示すような運転パターンを行ない、 最初の０秒から５０５秒までの間（コールドスタート
ＣＴ） ５０５秒〜１３７２秒の間（通常運転ＣＳ） （の期間が終了し、６００秒のソーキングを行なっ
た後の）再スタート時点から５０５秒間（ホットスター
トＨＴ） の各運転段階で測定対象自動車の排出ガス（ただし、周
辺の空気＝バックグラウンドガスにより１０倍に希釈す
る）と周辺の空気（バックグラウンドガス）とをサンプ
リングする。サンプリングは所定のサンプリングバッグ
により行ない、サンプリング後は２個の（すなわち、排
出ガスとバックグラウンドガスの）サンプリングバッグ
を直ちにいずれかの測定部（例えば１ａとする）の後部
に設けられた２本の試料導入口１４ａ、１４ｂにそれぞ
れ取り付けて、測定を開始する。２種類の試料ガスの分
析は、以降、全く同様に行なわれるため、以下では一方
のガス（例えば排出ガスとする）の分析についてのみ説
明を行なう。
【００２２】（２）計量 最初に第１及び第２切替バルブＲＶ１、ＲＶ２の流路を
図５の実線の位置にしておく。導入口１４ａ（又は１４
ｂ）から吸入された排出ガス（又はバックグラウンドガ
ス）は、第１切替バルブＲＶ１−計量管３０−第１切替
バルブＲＶ１−第２切替バルブＲＶ２−計量管３１−第
２切替バルブＲＶ２−バルブ２８の経路を通ってポンプ
Ｐにより排出される。
図５の実線の位置にしておく。導入口１４ａ（又は１４
ｂ）から吸入された排出ガス（又はバックグラウンドガ
ス）は、第１切替バルブＲＶ１−計量管３０−第１切替
バルブＲＶ１−第２切替バルブＲＶ２−計量管３１−第
２切替バルブＲＶ２−バルブ２８の経路を通ってポンプ
Ｐにより排出される。
【００２３】排出ガスが両計量管３０、３１に十分導入
された時点で測定制御部１７は両切替バルブＲＶ１、Ｒ
Ｖ２を４５°回転して流路を点線の位置にし、マスフロ
ーコントローラＭＦＣ１及びＭＦＣ２を起動してキャリ
ヤガスを第１及び第２切替バルブＲＶ１、ＲＶ２に送給
する。これにより、マスフローコントローラＭＦＣ１−
第１切替バルブＲＶ１−計量管３０−第１切替バルブＲ
Ｖ１−第３切替バルブＲＶ３の流路が構成され、計量管
３０内に蓄えられている所定量（例えば５０ｍｌ）の排
出ガスは、マスフローコントローラＭＦＣ１からのキャ
リヤガスに押されて第３切替バルブＲＶ３に送られる。
計量管３１内の排出ガスも同様にマスフローコントロー
ラＭＦＣ２によって第４切替バルブＲＶ４に送られる。
された時点で測定制御部１７は両切替バルブＲＶ１、Ｒ
Ｖ２を４５°回転して流路を点線の位置にし、マスフロ
ーコントローラＭＦＣ１及びＭＦＣ２を起動してキャリ
ヤガスを第１及び第２切替バルブＲＶ１、ＲＶ２に送給
する。これにより、マスフローコントローラＭＦＣ１−
第１切替バルブＲＶ１−計量管３０−第１切替バルブＲ
Ｖ１−第３切替バルブＲＶ３の流路が構成され、計量管
３０内に蓄えられている所定量（例えば５０ｍｌ）の排
出ガスは、マスフローコントローラＭＦＣ１からのキャ
リヤガスに押されて第３切替バルブＲＶ３に送られる。
計量管３１内の排出ガスも同様にマスフローコントロー
ラＭＦＣ２によって第４切替バルブＲＶ４に送られる。
【００２４】（３）濃縮 第３及び第４切替バルブＲＶ３、ＲＶ４の流路は当初図
５の点線の位置におかれており、第１切替バルブＲＶ１
からの所定量の排出ガスは第３切替バルブＲＶ３から濃
縮部１２のカラム４０へ送られる。濃縮部１２ではその
前に測定制御部１７によりバルブＬＮＶ１が開放され、
カラム４０は液体窒素（ＬＮ２）により冷却されてい
る。第３切替バルブＲＶ３からの排出ガスはカラム４０
の端部Ａから端部Ｂの方へ流され、その間、排出ガス中
の炭化水素成分は低温となった充填剤の表面に吸着され
る。なお、濃縮部１２のカラム４０を通過した排出ガス
（分析目的である炭化水素成分は既に含まない）は第３
切替バルブＲＶ３に戻り、外部（図５左方のVENT）に放
出される。第２流路（第４切替バルブＲＶ４とカラム４
１）についても全く同様である。
５の点線の位置におかれており、第１切替バルブＲＶ１
からの所定量の排出ガスは第３切替バルブＲＶ３から濃
縮部１２のカラム４０へ送られる。濃縮部１２ではその
前に測定制御部１７によりバルブＬＮＶ１が開放され、
カラム４０は液体窒素（ＬＮ２）により冷却されてい
る。第３切替バルブＲＶ３からの排出ガスはカラム４０
の端部Ａから端部Ｂの方へ流され、その間、排出ガス中
の炭化水素成分は低温となった充填剤の表面に吸着され
る。なお、濃縮部１２のカラム４０を通過した排出ガス
（分析目的である炭化水素成分は既に含まない）は第３
切替バルブＲＶ３に戻り、外部（図５左方のVENT）に放
出される。第２流路（第４切替バルブＲＶ４とカラム４
１）についても全く同様である。
【００２５】マスフローコントローラＭＦＣ１により所
定量のキャリヤガスを送出した後、測定制御部１７は第
３切替バルブＲＶ３を３６°回転させ、流路を実線の位
置とする。そして、濃縮部１２の液体窒素バルブＬＮＶ
１を閉じ、電源ＨＴ１から各カラム４０、４１に電流を
流すことにより、カラム４０、４１を加熱すると同時
に、プレッシャコントローラＰＣ１を起動して所定の圧
力のキャリヤガスを第３切替バルブＲＶ３を経由して濃
縮部１２に送る。このとき、上記とは逆に、キャリヤガ
スはカラム４０の端部Ｂから端部Ａの方向へ流れる。こ
れにより、先に低温状態のカラム４０の充填剤に吸着さ
れた各成分は充填剤から脱着されるが、カラム４０の温
度は十分高温とされているため、各成分は高速で脱着さ
れ、排出ガスの濃縮が行なわれる。第２流路（第４切替
バルブＲＶ４とカラム４１）についても全く同様であ
る。
定量のキャリヤガスを送出した後、測定制御部１７は第
３切替バルブＲＶ３を３６°回転させ、流路を実線の位
置とする。そして、濃縮部１２の液体窒素バルブＬＮＶ
１を閉じ、電源ＨＴ１から各カラム４０、４１に電流を
流すことにより、カラム４０、４１を加熱すると同時
に、プレッシャコントローラＰＣ１を起動して所定の圧
力のキャリヤガスを第３切替バルブＲＶ３を経由して濃
縮部１２に送る。このとき、上記とは逆に、キャリヤガ
スはカラム４０の端部Ｂから端部Ａの方向へ流れる。こ
れにより、先に低温状態のカラム４０の充填剤に吸着さ
れた各成分は充填剤から脱着されるが、カラム４０の温
度は十分高温とされているため、各成分は高速で脱着さ
れ、排出ガスの濃縮が行なわれる。第２流路（第４切替
バルブＲＶ４とカラム４１）についても全く同様であ
る。
【００２６】（４）分離 第３切替バルブＲＶ３に戻された濃縮排出ガスは、プリ
カラム３２を通過する。このプリカラム３２において濃
縮排出ガスは炭素数に応じて分離され、炭素数の少ない
成分から順にプリカラムを出て、フォーカシング部１５
へ送られる。測定制御部１７は、丁度Ｃ12までの成分が
プリカラム３２を通過した時点で第３切替バルブＲＶ３
を３６°回転させ、流路を点線の位置に切り替える。こ
のとき、Ｃ13以上の高炭素数成分はプリカラム３２又は
それ以前の流路にある。プレッシャコントローラＰＣ１
からのキャリヤガスは第３切替バルブＲＶ３を経由して
プリカラム３２を先程とは逆方向に流れ、それらの高炭
素数成分（Ｃ13以上のもの）を押し戻して、チョークカ
ラム３３から外部（VENT）に放出する。チョークカラム
３３は後述のメインカラム６１と同じ流路抵抗を持つ一
種のダミーカラムである。
カラム３２を通過する。このプリカラム３２において濃
縮排出ガスは炭素数に応じて分離され、炭素数の少ない
成分から順にプリカラムを出て、フォーカシング部１５
へ送られる。測定制御部１７は、丁度Ｃ12までの成分が
プリカラム３２を通過した時点で第３切替バルブＲＶ３
を３６°回転させ、流路を点線の位置に切り替える。こ
のとき、Ｃ13以上の高炭素数成分はプリカラム３２又は
それ以前の流路にある。プレッシャコントローラＰＣ１
からのキャリヤガスは第３切替バルブＲＶ３を経由して
プリカラム３２を先程とは逆方向に流れ、それらの高炭
素数成分（Ｃ13以上のもの）を押し戻して、チョークカ
ラム３３から外部（VENT）に放出する。チョークカラム
３３は後述のメインカラム６１と同じ流路抵抗を持つ一
種のダミーカラムである。
【００２７】濃縮部１２から第４切替バルブＲＶ４に戻
された濃縮排出ガスについても基本的には上記と同様の
分離が行なわれるが、こちらの方（第２流路）では、第
４切替バルブＲＶ４の流路切り替えのタイミングを第３
切替バルブＲＶ３よりも早めることにより、Ｃ6以下の
低炭素数成分のみをフォーカシング部１５へ送り、それ
以上（Ｃ7以上）の高炭素数成分をプリカラム３５から
外部へ排出する。こうして、第１流路ではＣ1からＣ12
までの成分のみが、第２流路ではＣ1からＣ6までの成分
のみが、フォーカシング部１５に送られる。なお、以上
の第３切替バルブＲＶ３及び第４切替バルブＲＶ４の切
り替えのタイミングは、予め予備測定を行なうことによ
り決定しておく。
された濃縮排出ガスについても基本的には上記と同様の
分離が行なわれるが、こちらの方（第２流路）では、第
４切替バルブＲＶ４の流路切り替えのタイミングを第３
切替バルブＲＶ３よりも早めることにより、Ｃ6以下の
低炭素数成分のみをフォーカシング部１５へ送り、それ
以上（Ｃ7以上）の高炭素数成分をプリカラム３５から
外部へ排出する。こうして、第１流路ではＣ1からＣ12
までの成分のみが、第２流路ではＣ1からＣ6までの成分
のみが、フォーカシング部１５に送られる。なお、以上
の第３切替バルブＲＶ３及び第４切替バルブＲＶ４の切
り替えのタイミングは、予め予備測定を行なうことによ
り決定しておく。
【００２８】（５）フォーカシング フォーカシング部１５では、上述の濃縮部１２と類似の
方法により、濃縮排出ガスを更に濃縮する。すなわち、
第１流路について説明すると、最初、液体窒素バルブＬ
ＮＶ２（図４）を開放することによりカラムを液体窒素
で低温に冷却しておき、その中に濃縮排出ガスを通す。
これにより、排出ガス中の分析対象成分がカラム（キャ
ピラリカラム）の内壁に吸着される。その後、ヒータＨ
Ｔ２でカラムを加熱することにより、吸着された成分を
高速で脱着させる。第２流路についても全く同様であ
る。
方法により、濃縮排出ガスを更に濃縮する。すなわち、
第１流路について説明すると、最初、液体窒素バルブＬ
ＮＶ２（図４）を開放することによりカラムを液体窒素
で低温に冷却しておき、その中に濃縮排出ガスを通す。
これにより、排出ガス中の分析対象成分がカラム（キャ
ピラリカラム）の内壁に吸着される。その後、ヒータＨ
Ｔ２でカラムを加熱することにより、吸着された成分を
高速で脱着させる。第２流路についても全く同様であ
る。
【００２９】（６）分析 フォーカシング部１５から送られてきたＣ12以下の成分
のみを含む第１流路の排出ガスは、メインカラム６１を
通過し、そこで各成分が分離される。検出器６３はこの
分離された成分のうち、主に遅分離成分、すなわち、Ｃ
6〜Ｃ12成分を中心に測定を行なう。第２流路では、排
出ガスはＣ6以下の成分のみしか含まないため、メイン
カラム６２を通過して分離された成分は、最初から検出
器６４により高精度に測定される。これにより、Ｃ1か
らＣ6の低炭素数成分は第２流路の検出器６４により、
Ｃ6からＣ12の高炭素数成分は第１流路の検出器６３に
より、それぞれ高精度に測定される。
のみを含む第１流路の排出ガスは、メインカラム６１を
通過し、そこで各成分が分離される。検出器６３はこの
分離された成分のうち、主に遅分離成分、すなわち、Ｃ
6〜Ｃ12成分を中心に測定を行なう。第２流路では、排
出ガスはＣ6以下の成分のみしか含まないため、メイン
カラム６２を通過して分離された成分は、最初から検出
器６４により高精度に測定される。これにより、Ｃ1か
らＣ6の低炭素数成分は第２流路の検出器６４により、
Ｃ6からＣ12の高炭素数成分は第１流路の検出器６３に
より、それぞれ高精度に測定される。
【００３０】検出器６３、６４の生成する検出信号は、
アナログ信号線６により解析部２ａに送られ、そこでＣ
1からＣ12までの各炭素数の炭化水素の濃度が決定され
る。なお、本実施例においては、各測定部１ａ、１ｂ、
１ｃの検出器６３、６４と、それらに接続された解析部
２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃをまとめたものが
本発明の「検出器」に相当する。
アナログ信号線６により解析部２ａに送られ、そこでＣ
1からＣ12までの各炭素数の炭化水素の濃度が決定され
る。なお、本実施例においては、各測定部１ａ、１ｂ、
１ｃの検出器６３、６４と、それらに接続された解析部
２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃをまとめたものが
本発明の「検出器」に相当する。
【００３１】１台の測定部における以上のような分析
は、通常、１時間程度かかるが、ＬＡ−４では、図７に
示すように、１サイクルに要する時間は約４０分であ
り、その間に３回のサンプリングが行なわれる。従っ
て、本実施例の自動分析装置では、２回目のサンプリン
グにより採取された排出ガス及びバックグラウンドガス
は直ちに２台目の測定部１ｂにより分析し、３回目のサ
ンプリングにより採取された排出ガス及びバックグラウ
ンドガスは直ちに３台目の測定部１ｃにより分析する。
従って、採取されたサンプリングガスが変質する前に、
排出直後の状態の分析を行なうことができるため、常に
統一された測定条件下でのデータ採取を行なうことがで
きる。
は、通常、１時間程度かかるが、ＬＡ−４では、図７に
示すように、１サイクルに要する時間は約４０分であ
り、その間に３回のサンプリングが行なわれる。従っ
て、本実施例の自動分析装置では、２回目のサンプリン
グにより採取された排出ガス及びバックグラウンドガス
は直ちに２台目の測定部１ｂにより分析し、３回目のサ
ンプリングにより採取された排出ガス及びバックグラウ
ンドガスは直ちに３台目の測定部１ｃにより分析する。
従って、採取されたサンプリングガスが変質する前に、
排出直後の状態の分析を行なうことができるため、常に
統一された測定条件下でのデータ採取を行なうことがで
きる。
【００３２】６台の解析部２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３
ｂ、３ｃでそれぞれ決定された各成分の濃度データはネ
ットワーク線５を通じてデータ処理部４に送出される。
データ処理部４では、これらのデータを集め、所定のプ
ログラムに従ってデータ処理を行ない、排出ガス成分パ
ラメータを決定して、ＬＡ−４に適合したフォーマット
でデータを画面上に表示し、又は紙の上にプリントアウ
トする。
ｂ、３ｃでそれぞれ決定された各成分の濃度データはネ
ットワーク線５を通じてデータ処理部４に送出される。
データ処理部４では、これらのデータを集め、所定のプ
ログラムに従ってデータ処理を行ない、排出ガス成分パ
ラメータを決定して、ＬＡ−４に適合したフォーマット
でデータを画面上に表示し、又は紙の上にプリントアウ
トする。
【００３３】１サイクルのＬＡ−４テストを行なう際
は、３台の測定部１ａ、１ｂ、１ｃの測定条件は同一に
しておく必要がある。本実施例の自動測定装置では、１
台の測定部（例えば１ａ）のコンソール上で測定条件を
設定するのみで、その測定条件のデータがネットワーク
線５を通じて他の測定部１ｂ、１ｃにも伝送され、他の
測定部１ｂ、１ｃも同じ測定条件に設定される。
は、３台の測定部１ａ、１ｂ、１ｃの測定条件は同一に
しておく必要がある。本実施例の自動測定装置では、１
台の測定部（例えば１ａ）のコンソール上で測定条件を
設定するのみで、その測定条件のデータがネットワーク
線５を通じて他の測定部１ｂ、１ｃにも伝送され、他の
測定部１ｂ、１ｃも同じ測定条件に設定される。
【００３４】なお、上記実施例ではＬＡ−４に準拠した
測定を例としてとりあげたが、本発明に係る自動分析装
置はそれのみに留まらず、複数種類のガスを比較的短い
時間間隔でサンプリングする必要があり、しかも、サン
プリング後にガスが変質する可能性がある場合にはいず
れも、本発明に係る装置を使用することができる。
測定を例としてとりあげたが、本発明に係る自動分析装
置はそれのみに留まらず、複数種類のガスを比較的短い
時間間隔でサンプリングする必要があり、しかも、サン
プリング後にガスが変質する可能性がある場合にはいず
れも、本発明に係る装置を使用することができる。
【００３５】
【発明の効果】試料ガスとバックグラウンドガスは１個
の分析ユニット内で並行して分析されるため、両者は同
一条件で分析されることとなり、バックグラウンドガス
の分析値による試料ガス分析値の補正を高精度で行なう
ことが可能となる。また、１走行サイクル内での複数回
のサンプリングが短かい時間間隔で行なわれた場合で
も、分析ユニットを複数台備えるため、後にサンプリン
グされたガスは前にサンプリングされたガスの分析の終
了を待つことなく直ちに分析を開始することができる。
このため、全体の分析時間が短縮されるとともに、成分
変化が生じる前の試料ガスの成分を分析することがで
き、測定条件の統一を行なうことができる。
の分析ユニット内で並行して分析されるため、両者は同
一条件で分析されることとなり、バックグラウンドガス
の分析値による試料ガス分析値の補正を高精度で行なう
ことが可能となる。また、１走行サイクル内での複数回
のサンプリングが短かい時間間隔で行なわれた場合で
も、分析ユニットを複数台備えるため、後にサンプリン
グされたガスは前にサンプリングされたガスの分析の終
了を待つことなく直ちに分析を開始することができる。
このため、全体の分析時間が短縮されるとともに、成分
変化が生じる前の試料ガスの成分を分析することがで
き、測定条件の統一を行なうことができる。
【図１】 本発明の一実施例である自動車排出ガス自動
分析装置の正面図。
分析装置の正面図。
【図２】 実施例の自動車排出ガス自動分析装置の電気
系統の接続を示すブロック図。
系統の接続を示すブロック図。
【図３】 実施例の自動車排出ガス自動分析装置の１台
の測定部の内部の構造を示すブロック図。
の測定部の内部の構造を示すブロック図。
【図４】 同じく１台の測定部の内部の電気系統の接続
を示すブロック図。
を示すブロック図。
【図５】 同じく１台の測定部の内部の詳細な構造を示
すブロック図。
すブロック図。
【図６】 測定部内のガス濃縮部の構成を示す断面図。
【図７】 米国カリフォルニア州の自動車排出ガス分析
基準法であるＬＡ−４の走行パターンを示すグラフ。
基準法であるＬＡ−４の走行パターンを示すグラフ。
１ａ、１ｂ、１ｃ…測定部（分析ユニット） ２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃ…解析部 ４…データ処理部（パソコン） ５…信号伝達用ネットワーク線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 常田 真也 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式 会社島津製作所 三条工場内 (72)発明者 松本 弘和 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式 会社島津製作所 三条工場内 (72)発明者 山下 祐嗣 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式 会社島津製作所 三条工場内 (72)発明者 田中 久嘉 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式 会社島津製作所 三条工場内 (72)発明者 椎名 孝則 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 蕪木 晴子 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−159732（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−22955（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 30/04 G01N 30/46 G01N 30/88
Claims (2)
- 【請求項１】 a)複数台の分析ユニットを備え、 b)各分析ユニットは互いに独立した２系統のガス流路を
備え、 c)２系統のガス流路の各々は更に２本のサブ流路に分岐
され、一方のサブ流路にはＣ１〜Ｃ１２の成分のみを分
離する手段を、他方のサブ流路にはＣ１〜Ｃ６の成分の
みを分離する手段を備え、 d)各サブ流路毎にガスクロマトグラフ用カラム及び検出
器を備え、 e)全分析ユニットの検出器が信号伝達用ネットワークに
より接続されている、 ことを特徴とする内燃機関用排出ガス自動分析装置。 - 【請求項２】 各分析ユニットは排出ガス成分を検出す
る測定部を有し、更に、この測定部からの信号を分析す
る解析部、この解析部によって分析された信号に基づい
て排出ガス成分パラメータを決定するデータ処理部を有
する、請求項１に記載の内燃機関用排出ガス自動分析装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25488793A JP3302127B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 内燃機関用排出ガス自動分析装置 |
| US08/527,434 US5591406A (en) | 1993-09-17 | 1995-09-13 | Automatic exhaust gas analyzer for an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25488793A JP3302127B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 内燃機関用排出ガス自動分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0783892A JPH0783892A (ja) | 1995-03-31 |
| JP3302127B2 true JP3302127B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=17271222
Family Applications (1)
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