JPH04310822A - 排気ガス定流量採取方法及び可変ベンチュリ式定流量測定制御装置 - Google Patents

排気ガス定流量採取方法及び可変ベンチュリ式定流量測定制御装置

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JPH04310822A
JPH04310822A JP3103947A JP10394791A JPH04310822A JP H04310822 A JPH04310822 A JP H04310822A JP 3103947 A JP3103947 A JP 3103947A JP 10394791 A JP10394791 A JP 10394791A JP H04310822 A JPH04310822 A JP H04310822A
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茂 柳原
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車用など燃料エンジ
ンの排気ガスの測定技術に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車排出ガスの測定には、比例サンプ
リング装置の一つとして、排気ガスと希釈用清浄空気を
混合して、その全流量を常に一定になるようにしたコン
スタント・ボリュ―ム・サンプラ―(CVS)装置が用
いられる。その一つにCFV−CVSとして知られるク
リティカルフロ―ベンチュリを用いて一定流量を発生さ
せる方式がある。これは、U.  S.  Feder
al  Resister  Titel  40, 
 §86・  1309−84,  Fig.  N8
4−2に示されているように、昭和51年特許出願公告
第30794号(昭和51年9月2日公告)に示された
ガス試料採取装置の技術を用いている。
【0003】図2にこれを示す。この方式によれば、ク
リティカルフロ―ベンチュリの直前における圧力、温度
が一定ならば、ベンチュリ下流の圧力が十分に低くでき
るときスロ―ト部の流速が臨界流速(その温度における
音速)に達して一定の流量に維持される。
【0004】しかし、エンジン排気ガスの温度や流量が
変化し、希釈排気ガスのクリティカルフロ―ベンチュリ
における温度が変化すると音速が変化し、密度も変化す
るので、質量流量は必ずしも一定に維持できなくなる。 特に排気浄化技術が進歩して、汚染濃度が低くなると、
希釈空気の割合を大きくすることが不利となり、排気ガ
スの温度の影響などが問題となる。また、クリティカル
フロ―を発生させるための送風機の容量も大きくする必
要があって、これがこの方式の一つ問題点である。
【0005】更にまた、従来の方式では一つのベンチュ
リで一つの流量だけにしか対応できないために、例えば
大型車両用ディ―ゼルエンジンの試験の場合のように、
排気流量が少なく微粒子濃度も比較的薄いアイドリング
条件と、高速高負荷条件で排気流量も大きく微粒子濃度
も比較的濃い場合とでは同じ希釈後の混合排気流量では
、希釈排気試料の微粒子濃度に大きな差が生じて微粒子
の捕集測定に不便を生じるなどの問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来のCFV−CVS
では希釈排気の濃度が変化した場合に質量流量が必ずし
も一定に制御できないこと、及び測定中には一つの流量
値しか設定できないこと、更に常にクリティカルフロ―
を発生させるために大容量の送風機を必要とするなどの
問題点があった。
【0007】本発明ではこれらの問題点を解決するため
に、ベンチュリ管をクリティカルフロ―に限定せず、ス
ロ―ト部の圧力及び圧力差、温度などを測定すると共に
、スロ―ト部の流路断面積を可変、既知として、常に質
量流量を測定し、制御可能とする可変ベンチュリ式を適
用した。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明の排気ガス定流量採取方法は、燃焼機関排気ガス
を希釈空気と混合して、混合後の質量流量が一定となる
ようにして排気ガス中の各ガス成分濃度及び粒状物質濃
度を測定するか、一定流量採取して、一定時間内または
特定運転条件における各成分の排出量を求める排気ガス
定流量採取方法(CVS)において、スロ―ト部の流量
断面面積を自動的に制御して、常に指定された質量流量
に排気と空気の混合後の流量を制御する可変ベンチュリ
式定流量制御装置を用いることを特徴としている。
【0009】また、この発明の可変ベンチュリ式定流量
測定制御装置は、希釈トンネルと前記希釈トンネルのガ
ス流量を規定する可変ベンチュリ式ベンチュリ管と、前
記ベンチュリ管の入口部の圧力を検出する圧力センサと
、前記ベンチュリ管の入口部の温度を検出する温度セン
サと、前記ベンチュリ管のスロ―ト部の圧力と前記入口
部の圧力との差圧を検出する差圧センサとを備え、前記
ベンチュリ管の前記スロ―ト部は相対変位可能なスロ―
ト部材とコア部材によって構成されて前記スロ―ト外側
部材と前記コア部材との間の間隙によって前記スロ―ト
部の断面積が規定され、前記圧力センサと前記温度セン
サと前記差圧センサからの信号を含む信号によって前記
相対変位を生じるように構成されていることを特徴とし
ている。
【0010】
【作用】絞りを利用した流量測定や流量制御において、
流路断面面積が滑かに縮小され、スロ―ト部を経て緩か
にかつ滑かに拡大されるベンチュリ管が最も圧力損失が
少ない手段である。この圧力損失は絞り面積比が小さく
なるに従って大きくなる傾向があり、空気などの気体で
スロ―ト部が音速(クリティカルフロ―)に達する程絞
ると、チョ―ク状態となり、流速はそれ以上増加しない
で圧力損失は更に増大する。このような条件では圧力損
失は上流絶対圧の15%以上にも達する。通常クリティ
カルフロ―ベンチュリと呼ばれるものは、下流側の圧力
低下が十分に大きい場合に、下流側圧力変化に関係なく
流量を一定にできるもので、スロ―ト部の断面積を可変
とした流量測定制御装置もある(昭和60年実用新案出
願公開第42332号)が、その圧力損失は概して大き
い。
【0011】一方、一般に送風機は大きい吸引負圧では
流量が小さく、小さい吸引負圧のとき流量を大きくでき
る特性をもつものが多い。すなわち、一定の容量の送風
機で吸引するとき、前置したベンチュリ管は流量の小さ
いときは絞り面積比の小さい圧力損失の大きいものでよ
いが、流量が大きいときは絞り面積比の大きい圧力損失
の小さいものが適している。更に、ベンチュリ管に流入
する気体の温度、圧力が変化した場合に、質量流量を一
定にするためには、その温度、圧力条件の変化に対応し
た絞り面積比に調節する必要がある。本発明では、排気
ガスの定流量採取装置(CVS)に、クリティカルフロ
―に限定しないで、可変の流路断面面積をもつベンチュ
リ管を利用する手段を採用し、前述のような希釈排気ガ
スの温度、圧力の変化に対応して質量流量を常に一定に
測定制御し、かつ必要に応じて設定流量を可変とし、か
つ圧力損失を少なくするようにして問題を解決した。
【0012】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を、図1を参照
して説明する。図において、1は排気ガス定流量採取装
置である。排気ガス定流量採取装置1は排気ガスを清浄
空気と混合して希釈し、一定な質量流量に維持しながら
、バッグサンプル用試料や連続ガス分析、微粒子測定用
にそれぞれ一定流量を採取するためのものである。排気
ガス定流量採取装置1は希釈トンネル10を備え、希釈
トンネル10の上流側の外部空気取入口51にはフィル
タ―14を備え、清浄な空気を導入すると共にそのガス
試料を一定流量採取してバックグラウド濃度を調べる。 エンジン3の排気ガスは排気導入管13から全量が希釈
空気流に導入され、必要に応じて混合オリフィス12を
通して排気ガスと希釈空気は混合されて一定な質量流量
として希釈トンネル10内を流れ、加熱サンプルライン
35から炭素水素分析計HFID36に一定流量の分析
用ガスが採取され、その他のガスの連続分析のためにサ
ルプルライン37から一定流量の分析用ガスが採取され
、またバッグサンプル用試料ガスが一定流量で各モ―ド
運転の定められた条件においてサンプルライン38と弁
39を経て採取される。更に粒状物質の測定のために温
度制御されたフィルタ―41及びバックアップフィルタ
―42と質量流量制御装置43、サンプリングポンプ4
4、ガスメ―タ45を連結した測定システムが希釈トン
ネル10に装着される。
【0013】希釈トンネル10には定流量測定制御装置
2がブロワ―15の上流に配置されて、希釈トンネルの
排気ガスと希釈空気の混合されたガスを一定な質量に制
御する。この定流量測定制御装置2は可変なスロ―ト部
断面面積を持つベンチュリ管50を備えている。ベンチ
ュリ管50はスロ―ト部53を構成するスロ―ト外側部
材であるスロ―ト部外周21とコア部材である可動体2
2とを有していて、可動体22はスロ―ト部外周21に
対して軸方向に相対変位可能である。スロ―ト部外周2
1及び可動体22は共に軸方向の位置によって径が変る
斜面を有していて、スロ―ト部外周21と可動体22と
の間の間隙によってスロ―ト部53の断面積が決定され
る。ベンチュリ管入口部の圧力P0 と温度T0 を絶
対圧センサ25と温度センサ28で検出し、スロ―ト部
53の圧力P1 と入口圧力P0 との差圧力を差圧セ
ンサ24で検出すると共に、これらの検出信号に基づい
てサ―ボモ―タ23で可動体22を軸方向に移動させ、
可動体22を位置制御する。この位置制御される可動体
22がスロ―ト部外周21との間隙で形成するスロ―ト
部53の断面面積は可動体22の移動距離xの関数であ
りその信号を含めて、ベンチュリ管50の質量流量が計
算可能な入口と絶対圧力、温度、ベンチュリ管の絞り比
及び入口とスロ―ト部の差圧等を示す各信号が計算回路
26に入力される。計算回路26にはガス定数や入口断
面積、必要に応じて流量係数などが利用できるようにな
っており、入力信号に応じて流量計算が即時に行われる
【0014】また質量流量の指定値は制御回路27に任
意に指定され、流量計算値と比較されて、その差に応じ
たサ―ボ出力がサ―ボモ―タ23に供給されて、可動体
22の移動距離xを変化させスロ―ト部53の断面面積
を制御する。この制御回路27によって、可変ベンチュ
リ方式による定流量測定制御層2は指定された質量流量
に、入口温度や圧力の変化に拘らず常に自動的に希釈ト
ンネル10から、定流量測定制御装置2に流入する混合
されたガスの流量を制御することができる。従って、排
気ガス定流量採取装置1の流量は、ブロワ―15の吸引
能力の範囲内において、指定された質量流量に制御され
、また必要に応じて流量測定値を表示/記録することが
できる。
【発明の効果】排気ガス定流量採取装置では、排気と希
釈空気の混合したガスが、凝縮を生じないでしかも常に
一定な質量流量を維持することによって、例えばそのガ
ス中のCO濃度がその運転条件における質量排出量に比
例し、またある運転条件の期間内にそのガス中から一定
流量でバッグ等に捕集した場合にその中のCO濃度がそ
の運転条件の間における排出総量に比例することを特徴
としている。そして、エンジンの大きさや排気流量の変
化に拘らず、例えばその運転条件における走行距離や出
力と時間の積に対する排出値を容易に求めることができ
る装置として利用される。しかし、これには排気と希釈
空気の混合したガス、すなわち、希釈トンネル10の内
部を流れるガスの質量流量が一定で既知であることが前
提である。しかし、排気ガス流量が希釈空気流量より遥
かに小さい条件であっても、排気ガス温度が大きく変化
したり、排気ガス流量が変化すると、希釈トンネル10
のガス温度は影響を受ける。従って通常のCFV−CV
Sでは希釈トンネルのガス温度によって音速が変化する
。音速aは次の数式1で求められるから、温度上昇と共
に流速が増し、また温度上昇と共にTに比例して密度が
減少して、質量流量は減少する。圧力は普通には大きく
変化しないが温度は変化するのでこれに対する考慮が必
要となる。多くの場合、熱交換器等を用いて温度調節を
行なう方法を採用しているが、十分に一定の質量流量を
維持することが困難である。特に、希釈空気流量に対し
て排気ガスを流量の比率を大きくした場合や、高負荷運
転条件を3分以上継続して熱的条件が大きく影響するよ
うになると、混合ガスの温度変化により質量流量の変化
は無視できなくなる。
【0015】
【数1】
【0016】本装置によれば、排気ガスの条件が大きく
変化しても、可変ベンチュリ式定流量測定制御装置によ
って常に質量流量を計測しかつ自動的に指定された一定
値に制御できるので、混合ガス温度が変化しても質量流
量は一定に保持できる。特にディ―ゼルエンジン排気に
おける粒状物質測定の場合のように、試料ガス採取経路
の中に熱交換器を置くことが不適切な場合においても、
正確に質量流量を一定に制御できる。
【0017】更に本装置によれば、排気ガス流量等の条
件が大きく変化して、希釈の流量を変化させて混合ガス
流量を変更したい場合において、指定する流量値を変更
するだけで運転中において容易に変更することができる
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の排気ガス定流量採取装置を示す構成
説明図である。
【図2】従来の排気ガス定流量採取装置を示す構成説明
図である。
【符号説明】
1  排気ガス定流量採取装置 2  定流量測定制御装置 3  エンジン 12  混合オリフィス 13  排気導入管 15  ブロワ― 21  スロ―ト部外周 22  可動体 23  サ―ボモ―タ 26  計算回路 27  制御回路 35  加熱サンプルライン 36  炭化水素分析計 37  サンプルライン 38  サンプルライン 39  弁 41  フィルタ― 42  バックアップフィルタ― 43  質量流量制御装置 44  サンプリングポンプ 45  ガスメ―タ 50  ベンチュリ管 51  外部空気取入口 52  間隙 53  スロ―ト部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  燃焼機関排気ガスを希釈空気と混合し
    て、混合後の質量流量が一定となるようにして排気ガス
    中の各ガス成分濃度及び粒状物質濃度を測定するか、一
    定流量採取して、一定時間内または特定運転条件におけ
    る各成分の排出量を求める排気ガス定流量採取方法(C
    VS)において、スロ―ト部の流量断面面積を自動的に
    制御して、常に指定された質量流量に排気と空気の混合
    後の流量を制御する可変ベンチュリ式定流量制御装置を
    用いることを特徴とする排気ガス定流量採取方法。
  2. 【請求項2】  希釈トンネルと前記希釈トンネルのガ
    ス流量を規定する可変ベンチュリ式ベンチュリ管と、前
    記ベンチュリ管の入口部の圧力を検出する圧力センサと
    、前記ベンチュリ管の入口部の温度を検出する温度セン
    サと、前記ベンチュリ管のスロ―ト部の圧力と前記入口
    部の圧力との差圧を検出する差圧センサとを備え、前記
    ベンチュリ管の前記スロ―ト部は相対変位可能なスロ―
    ト部材とコア部材によって構成されて前記スロ―ト外側
    部材と前記コア部材との間の間隙によって前記スロ―ト
    部の断面積が規定され、前記圧力センサと前記温度セン
    サと前記差圧センサからの信号を含む信号によって前記
    相対変位を生じるように構成されていることを特徴とす
    る可変ベンチュリ式定流量測定制御装置。
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