CN106092839A - 排气测量装置以及排气测量方法 - Google Patents

排气测量装置以及排气测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供排气测量装置以及排气测量方法，能够高精度地测量PM的质量，并且能够保证稀释排气的稀释比精度，排气测量装置(100)具有通过对排气进行稀释而得到的稀释排气流过的稀释排气流道(L3)，通过设置在该稀释排气流道(L3)上的过滤器(F)捕集并测量稀释排气中的颗粒状物质，排气测量装置(100)具备：从稀释排气流道(L3)的过滤器(F)的上游分支并在过滤器(F)的下游合流的旁路流道(L4)、以及边使稀释排气流向过滤器边控制流向旁路流道的稀释排气的分流流量的分流流量控制部(30)。

Description

排气测量装置以及排气测量方法
技术领域
本发明涉及测量内燃机的排气中所含的颗粒状物质的排气测量装置以及排气测量方法。
背景技术
如专利文献1所示，作为这种排气测量装置，有下述的一种装置：将内燃机的排气以规定的稀释比稀释并导向过滤器，测量由该过滤器捕集到的稀释排气中的颗粒状物质(以下，也称为PM)的质量。
另外，在近年的PM测量试验中，根据车辆的行驶模式对测量结果进行加权的技术被法规化，例如在CFR1066中，规定为：对第一行驶模式(冷启动)的测量结果进行权重为0.43的加权；对第二行驶模式(稳定的)的测量结果进行权重为1的加权；对第三行驶模式(热启动)的测量结果进行权重为0.57的加权。
作为这样的进行加权的方法，有下述的方法：对各行驶模式的每个模式分别使用一个过滤器来测量PM的质量，并对该测量值乘以所述的加权的权值的方法，不过近年来，排气中的PM浓度变低，在各行驶模式中由过滤器捕集的PM极少，难以高精度地测量PM的质量。
另一方面，还有下述的方法：对各行驶模式的稀释排气的流量进行加权，使用在各行驶模式下共同的过滤器来捕集PM。
然而，在该方法中，如果加权的权重值小，则产生下述问题：稀释排气流量、稀释气体流量低于适于这些流量的测量的文丘里流量计的量程，从而无法高精度地控制各气体的流量，无法保证稀释排气的稀释比精度。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2003-50194号
发明内容
因此，本发明是用于一举解决所述的问题而做出的发明，本发明的主要目的在于能够高精度地测量PM的质量，并且能够保证稀释排气的稀释比精度。
即，本发明提供一种排气测量装置，其具有稀释排气流道，通过对排气进行稀释而得到的稀释排气流过所述稀释排气流道，通过设置在所述稀释排气流道上的过滤器捕集并测量所述稀释排气中的颗粒状物质，所述排气测量装置具备：旁路流道，从所述稀释排气流道的所述过滤器的上游分支并在所述过滤器的下游合流；以及分流流量控制部，使所述稀释排气流向所述过滤器，并控制流向所述旁路流道的所述稀释排气的分流流量。
按照这样的排气测量装置，通过对分流流量进行控制，能够对流向过滤器的稀释排气的流量进行加权，因此能够针对各行驶模式使用共同的过滤器捕集PM，能够高精度地测量捕集到的PM的质量。
此外，由于旁路流道从稀释排气流道的过滤器的上游分支并在过滤器的下游合流，因此能够仅对流向过滤器的稀释排气的流量进行加权而无需改变稀释排气的全体的流量，即使在稀释排气流量和稀释气体流量的测量中使用了文丘里流量计的情况下，也能够保证稀释排气的稀释比精度。
为了按照由法规、排气测量规则等规定的试验条件，控制流向过滤器的稀释排气的流量，优选的是，根据预先设定的试验条件设定与流向所述过滤器的稀释排气的流量有关的流量条件，所述分流流量控制部取得表示所述试验条件的试验条件数据，并且基于所述流量条件对所述分流流量进行控制。
作为具体的实施方式，可以举出下述方式：所述试验条件数据包括表示车辆的行驶状态的多个行驶模式和针对各行驶模式分别预先设定的权值，基于所述权值决定所述流量条件。
为了高精度地测量PM的质量，优选的是，在全部的所述行驶模式中，所述稀释排气流过共同的所述过滤器。
另外，本发明还提供一种排气测量方法，其是使用排气测量装置的排气测量方法，所述排气测量装置具有稀释排气流道，通过对排气进行稀释而得到的稀释排气流过所述稀释排气流道，通过设置在所述稀释排气流道上的过滤器捕集并测量所述稀释排气中的颗粒状物质，所述排气测量装置具备旁路流道，所述旁路流道从所述稀释排气流道的所述过滤器的上游分支并在所述过滤器的下游合流，所述排气测量方法包括：第一行驶步骤，使所述稀释排气以第一流量流向所述过滤器；第二行驶步骤，控制流向所述旁路流道的所述稀释排气的分流流量，使所述稀释排气以第二流量流向所述过滤器；以及测量步骤，测量在各行驶步骤中被所述过滤器捕集到的颗粒状物质。
按照这样的排气测量方法，能够实现与所述的排气测量装置相同的作用效果。
按照如此构成的本发明，能够高精度地测量PM的质量，并且能够保证稀释排气的稀释比精度。
附图说明
图1为示意性地示出本实施方式的排气测量装置的结构的图。
图2为表示与图1为相同实施方式的控制部主体的功能的功能框图。
图3为对与图1为相同实施方式的排气测量装置的动作进行说明的流程图。
图4为示意性地示出变形实施方式的排气测量装置的结构的图。
图5为示意性地示出变形实施方式的排气测量装置的结构的图。
附图标记说明
100···排气测量装置
F···过滤器
10···稀释通道
L3···稀释排气流道
L4···旁路流道
30···分流流量控制部
31···质量流量控制器
32···控制部主体
具体实施方式
以下，对本发明的排气测量装置的一种实施方式进行说明。
本实施方式的排气测量装置100测量未图示的内燃机的排气中所含的颗粒状物质(以下，也称为PM)，在此，构成为在采集从内燃机排出的排气的一部分并将其稀释后，将稀释后的排气的全部量导向过滤器F。
此外，所述排气测量装置100可以装载于在路上行驶的车辆，由此能够测量在路上实际行驶时从内燃机排出的排气中所含的PM。
具体而言，如图1所示，所述排气测量装置100具备：排气导入通道L1，内燃机的排气导入该排气导入通道L1；稀释气体流道L2，稀释所述排气的稀释气体流过该稀释气体流道L2；稀释通道10，与所述排气导入通道L1和所述稀释气体流道L2连接；稀释排气流道L3，在所述稀释通道10中生成的稀释排气流过该稀释排气流道L3；以及流量控制机构20，控制所述稀释气体和稀释排气的流量。
所述排气导入通道L1例如与未图示的内燃机的排气管内连接，将从内燃机排出的排气的一部分分流采集并导向稀释通道10。
所述稀释气体流道L2将稀释气体导向稀释通道10，一端与未图示的稀释气体源连接，并且另一端与所述稀释通道10连接。
此外，在本实施方式中，所述稀释气体为空气。
所述稀释通道10以规定的稀释比对排气进行稀释而生成稀释排气，在此，所述稀释通道10为所谓的微型通道。
此外，所述稀释通道10也可以是从内燃机排出的排气的全部量导入的、所谓的全流通道。
所述稀释排气流道L3的始端与所述稀释通道10连接，稀释排气流过该稀释排气流道L3，通过设置在该稀释排气流道L3上的例如一个过滤器F捕集稀释排气中所含的PM。
此外，所述稀释排气流道L3的另一端可以向大气开放，也可以与各种排气分析仪连接。
所述流量控制机构20对所述的稀释气体的流量以及稀释排气的流量进行控制，所述流量控制机构20具备：设置在稀释气体流道L2上的稀释气体流量计FV1和流量控制阀V；设置在稀释排气流道L3上的所述过滤器F的下游侧的稀释排气流量计FV2和可通过转速控制改变抽吸能力的抽吸泵P(例如罗茨风机泵)；以及对所述流量控制阀V和所述抽吸泵P进行控制的控制装置21。
此外，本实施方式的稀释气体流量计FV1以及稀释排气流量计FV2都是文丘里流量计。
所述控制装置21在物理上具备CPU、存储器、A/D转换器、D/A转换器等，通过根据存储于所述存储器的规定区域的程序由CPU和外围设备进行协同动作，从而发挥下述功能：取得表示稀释气体流量计FV1以及稀释排气流量计FV2各流量计的测量值的流量信号，并且基于所述流量信号对所述流量控制阀V以及所述抽吸泵P进行控制。
具体而言，所述控制装置21将稀释排气流量与稀释气体流量的差作为排气的取样流量进行计算，并对根据该取样流量和稀释气体流量计算出的稀释比进行反馈控制。
此外，如图1所示，本实施方式的排气测量装置100还具备：旁路流道L4，从稀释排气流道L3的过滤器F的上游分支并与过滤器F的下游合流；以及分流流量控制部30，使稀释排气流向过滤器F，并对流向所述旁路流道L4的分流流量进行控制。
所述旁路流道L4使稀释排气的一部分绕过过滤器F而不流过过滤器F，从稀释通道10和过滤器F之间的分支点X分支，在过滤器F和抽吸泵P之间的合流点Y合流。但是，在假设将旁路流道L4的合流点Y设置在抽吸泵P的下游侧的情况下，为了将稀释排气的一部分导向旁路流道，必须在旁路流道L4上或比合流点Y更靠下游侧另外设置抽吸泵。与此相对，在本实施方式中，由于如上所述地将合流点Y设置在过滤器F与抽吸泵P之间亦即抽吸泵P的上游侧，因此无需在旁路流道L4上等设置另外的抽吸泵，能够利用分支点X与合流点Y的压差将稀释排气的一部分导向旁路流道L4。
所述分流流量控制部30为了变更流向过滤器F的稀释排气的流量，对流向所述旁路流道L4的分流流量进行控制，所述分流流量控制部30具有：质量流量控制器31，设置在旁路流道L4上；以及控制部主体32，对所述质量流量控制器31进行控制。
此外，本实施方式的质量流量控制器31为差压式控制器，不过也可以使用热式控制器。
所述控制部主体32在物理上具备CPU、存储器、A/D转换器、D/A转换器等，通过根据存储于所述存储器的规定区域的程序由CPU和外围设备进行协同动作，由此如图2所示，发挥作为试验条件储存部321以及控制部322的功能。
以下，参照图2以及图3的流程图，兼作为控制部主体32的动作的说明对各部进行详细叙述。
如图2所示，所述试验条件储存部321设定在所述存储器的规定区域，存储试验条件数据，所述试验条件数据表示用于得到试验结果而预先设定的试验条件。在此，试验条件例如是在法规或排气测量规则等中规定的试验条件或操作人员任意设定的试验条件等，本实施方式的试验条件储存部321存储多个所述试验条件数据。
本实施方式的试验条件储存部321作为所述试验条件数据，将表示车辆的行驶状态的多个行驶模式与流量条件以取得关联的方式存储，所述流量条件与在各行驶模式中分别应该流向过滤器F的稀释排气的流量有关。
所述流量条件是用于得到一个试验结果而对在各行驶模式下测量的PM的质量分别设定的加权的权重值(以下，也称为权值)，在此例如为由法规(CFR1066等)所规定的权值。
即，所述试验条件储存部321将多个行驶模式和、分别与各行驶模式对应地预先设定的权值以取得关联的方式存储。
更具体地说，将3个行驶模式与对应于各行驶模式的权值取得关联的数据作为一个试验条件数据存储，例如，将第一行驶模式的权值设为43％，将第二行驶模式的权值设为100％，将第三行驶模式的权值设为57％。
如图3所示，所述控制部322将试验条件数据从所述试验条件储存部321取得，并且基于该试验条件数据对分流流量进行控制，所述试验条件数据例如表示由操作人员使用输入装置选择了的试验条件。
更详细地说，所述控制部322按各个行驶模式的每一个向设置在旁路流道L4上的质量流量控制器31的未图示的流量控制阀发送控制信号，使在各行驶模式下流向过滤器F的稀释排气的流量成为在规定的基准流量上乘以与各行驶模式对应的权值得到的流量。
更具体地说，使流向过滤器F的稀释排气的流量的比例亦即第一行驶模式的第一流量、第二行驶模式的第二流量、第三行驶模式的第三流量的比例成为所述的权值的比例亦即43：100：57。
在本实施方式中，连续地切换第一行驶模式、第二行驶模式以及第三行驶模式，使在与各行驶模式对应的流量条件下流动的稀释排气通过一个共同的过滤器F。
这样，在各行驶模式下稀释排气流过过滤器F后，操作人员取下所述的过滤器F测量捕集到的PM的质量，能够基于该测量值以及稀释排气的稀释比计算排气中所含的PM的质量。
按照如此构成的本实施方式的排气测量装置100，通过对分流流量进行控制，能够对流向过滤器F的稀释排气的流量进行加权，因此对于各行驶模式，能够使用共同的过滤器F高精度地测量PM的质量。
此外，无需改变稀释排气的整体流量，能够仅对流向过滤器F的稀释排气的流量进行加权，因此作为稀释气体流量计FV1以及稀释排气流量计FV2使用文丘里流量计，能够高精度地测量稀释气体以及稀释排气的流量，能够保证稀释排气的稀释比精度。
另外，无需改变比分支点X更靠上游侧的稀释排气的流量，就能够对流向过滤器F的稀释排气的流量进行加权，因此能够与实验条件无关地使过滤器F的上游的稀释排气的滞留时间固定，能够防止该滞留时间脱离试验条件。
此外，由于使用文丘里流量计作为稀释气体流量计FV1以及稀释排气流量计FV2，因此能够高精度地测量稀释气体以及稀释排气的流量，能够更高精度地控制稀释比。
另一方面，如上所述地，即使各文丘里流量计为50％左右的量程，也能够仅对流向过滤器F的稀释排气的流量进行加权而无需改变流向各文丘里流量计的流量，因此能够与权值无关地保证稀释比精度。
此外，本实施方式的排气测量装置100能够装载于在路上行驶的车辆，因此在路上实际行驶的测试中，能够以一次行驶进行符合法规的试验而无需更换过滤器F。
此外，本发明并不限于所述实施方式。
例如，在所述实施方式中，与各行驶模式分别对应的流量条件为由法规所规定的权值，不过例如也可以是由操作人员任意设定的流量和流量比。
另外，在所述实施方式中，在稀释排气流道上设置有一个过滤器，不过如图4所示，也可以在稀释排气流道L3并列地设置多个过滤器F1、F2。
在该构成中，通过切换分别与各过滤器F1、F2对应设置的开闭阀V1、V2，例如在更换一方的过滤器F1和过滤器F2的情况下，能够使稀释排气流向另一方的过滤器F2和过滤器F1。
此外，无需一定在稀释排气流道上设置过滤器，例如，也可以设置连续PM计或其它各种的排气分析装置来测量稀释排气中的PM。
此外，流量控制机构可以具有分别设置在稀释气体流道以及稀释排气流道上的质量流量控制器。
此外，由于质量流量控制器的测量精度容易受到排气的影响，因此为了高精度地控制稀释气体以及稀释排气的流量，优选的是，如所述实施方式的流量控制机构所示的，具有文丘里流量计。
所述实施方式的试验条件储存部为存储多个试验条件数据的存储部，不过也可以是仅存储一个试验条件数据的存储部。
此外，在所述实施方式中，控制装置与控制部主体分开设置，但是也可以在物理上使两者成为一体，使控制装置具有控制部主体的功能，也可以使控制部主体具有控制装置的功能。
此外，所述实施方式的排气测量装置具有一个稀释通道，不过也可以具有多个稀释通道，可以构成为将从内燃机排出的排气分多段稀释。
另外，分流流量控制部无需一定具有控制部主体，例如可以仅由设置在旁路流道上的流量控制阀构成。
在该构成中，为了对在各行驶模式下流向过滤器的稀释排气的流量进行加权，例如只要设置旁路流道的流量传感器等，并由操作人员边确认该流量传感器等的值边调整所述流量控制阀的阀开度即可。
此时，为了在使车辆的行驶停止的状态下调整阀开度，例如只要仅边流动稀释气体边对流向过滤器的稀释气体的流量与流向旁路流道的分流流量进行比较即可。
此外，为了更高精度地进行质量流量控制器31的流量控制，也可以是下述的构成：控制部主体取得转换因子(气体种类修正系数)，并且使用该转换因子来修正质量流量控制器31，所述转换因子用于根据气体种类的变更而计算与该气体种类对应的流量值。
此外，如图5所示，分流流量控制部30可以具有：多个旁路流道L4，使稀释排气的一部分绕过过滤器F；开闭阀33(例如电磁阀)和恒定流量器34(例如节流孔等)，分别设置于各旁路流道L4上；以及控制部主体32，向各开闭阀33输出通断信号。
按照该构成，例如通过将互不相同的开口直径的节流孔作为恒定流量器34的各节流孔，来对各开闭阀33的通断进行控制，由此能够将流向过滤器F的流量与流向各旁路流道L4的流量控制为规定的流量比，能够对流向过滤器F的稀释排气的流量进行加权。
此外，本发明并不局限于所述实施方式，当然可以在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变形。
可以相互组合本发明的各个实施方式(实施例)中所记载的技术特征形成新的技术方案。

Claims (5)

1.一种排气测量装置，其具有稀释排气流道，通过对排气进行稀释而得到的稀释排气流过所述稀释排气流道，通过设置在所述稀释排气流道上的过滤器捕集并测量所述稀释排气中的颗粒状物质，
所述排气测量装置的特征在于，
所述排气测量装置具备：
旁路流道，从所述稀释排气流道的所述过滤器的上游分支并在所述过滤器的下游合流；以及
分流流量控制部，使所述稀释排气流向所述过滤器，并控制流向所述旁路流道的所述稀释排气的分流流量。
2.根据权利要求1所述的排气测量装置，其特征在于，
根据预先设定的试验条件设定与流向所述过滤器的稀释排气的流量有关的流量条件，
所述分流流量控制部取得表示所述试验条件的试验条件数据，并且基于所述流量条件对所述分流流量进行控制。
3.根据权利要求2所述的排气测量装置，其特征在于，
所述试验条件数据包括表示车辆的行驶状态的多个行驶模式和针对各行驶模式分别预先设定的权值，
基于所述权值决定所述流量条件。
4.根据权利要求3所述的排气测量装置，其特征在于，
在全部的所述行驶模式中，所述稀释排气流过共同的所述过滤器。
5.一种排气测量方法，其是使用排气测量装置的排气测量方法，所述排气测量装置具有稀释排气流道，通过对排气进行稀释而得到的稀释排气流过所述稀释排气流道，通过设置在所述稀释排气流道上的过滤器捕集并测量所述稀释排气中的颗粒状物质，所述排气测量方法的特征在于，
所述排气测量装置具备旁路流道，所述旁路流道从所述稀释排气流道的所述过滤器的上游分支并在所述过滤器的下游合流，
所述排气测量方法包括：
第一行驶步骤，使所述稀释排气以第一流量流向所述过滤器；
第二行驶步骤，控制流向所述旁路流道的所述稀释排气的分流流量，使所述稀释排气以第二流量流向所述过滤器；以及
测量步骤，测量在各行驶步骤中被所述过滤器捕集到的颗粒状物质。
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