JP2000028407A - 可変ベンチュリーの流量検出機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コアとベンチュリーとの軸方向相対位置を変
更することで流量を連続可変できる可変ベンチュリーを
用いることで、希釈ガス流量変更時の流量みだれをなく
すとともに、流量計を介設することなく高精度の流量を
出力することができ、排気ガス成分の分析精度を向上さ
せることのできる可変ベンチュリーの流量検出機構を提
供する。 【解決手段】 可動機構部２０は、演算処理部３０から
供給されるモータ駆動指令に基づいてパルスモータ２１
を駆動し、ボールねじ２１，駆動用固定座２３を介して
可動ベンチュリー１２を軸方向へ移動させる。流量演算
処理部３０は、ロータリーエンコーダ２４で検出した可
動ベンチュリー１２の移動距離に基づいて流量係数を求
め、圧力センサ４，温度センサ５で検出した希釈ガスの
圧力，温度による補正を行なって流量を演算し求めた流
量を出力するとともに、流量のフィードバック制御を行
なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、定容量希釈サンプ
リング装置（ＣＶＳ装置）等に用いて好適な可変ベンチ
ュリーの流量検出機構に関し、詳しくは、定流量値を連
続的に可変できるようにするとともに、流量値を出力で
きるようにした可変ベンチュリーの流量検出機構に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の排気ガスの成分の重量を測定
するには定容量希釈サンプリング装置（ＣＶＳ装置）が
用いられている（例えば、特開昭５４−７１６８９号公
報、特開昭５４−１２７３８８号公報等）。また、特開
昭５５−６５１３３号公報には、自動車排気ガス等の測
定対象ガスを空気で希釈して定流量の希釈ガスとなし、
この希釈ガスの一部を採取するようにした定容量希釈サ
ンプリング装置において、希釈ガスを定流量にするため
の定容積ポンプを同期電動機により駆動するようにした
定容量希釈サンプリング装置が記載されている。

【０００３】特開昭６２−１５７５４７号公報には、排
気ガスの流量を空気希釈量法により求め、この流量に同
位相で対応する対象成分の濃度を内挿法で求めて補正す
ることにより、走行モード毎の成分排出量の測定精度を
高めるようにした自動車排気ガスの空気希釈量法による
モーダルマス解析方法が記載されている。また、同公報
の第１図には、定流量ベンチュリー部と定流量ブロワー
とを直列接続したＣＶＳ装置が記載されている。

【０００４】特開平４−２１６４３５号公報には、定容
量採取法（ＣＶＳ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｕｍｅ
Ｓａｍｐｌｅｒ）を適用した内燃機関の排気ガス試料採
取装置に関し、測定精度及び応答性を向上させるように
した内燃機関の排気ガス試料採取装置が記載されてい
る。この内燃機関の排気ガス試料採取装置は次のように
構成されている。内燃機関（エンジン）から排出された
排気ガスに空気を混合することにより生成された希釈排
気ガスが流れる配管に、この希釈排気ガスを採取する試
料採取配管を配設する。試料採取配管に、希釈排気ガス
の流れる下流側より吸引ポンプ，臨界ベンチュリー，排
気ガス分析装置，絞り弁を配設する。さらに、臨界ベン
チュリーと排気ガス分析装置との間に、試料採取配管に
大気を導入する大気通路を設ける。試料採取配管に大気
を導入する大気通路を設けることで、希釈排気ガスが流
れる配管の圧力が上昇しても排気ガス分析装置における
圧力変化量は微少となるため応答性が向上され、希釈排
気ガスが流れる配管に大量の希釈排気ガスを導入しても
破棄ガス分析装置における圧力変化量は小さいため測定
精度に影響を及ぼさない。

【０００５】特開平４−２３１８６８号公報には、供給
空気導管に流量積算計を設けることにより、計算ユニッ
トでガス圧力および温度を考慮に入れて瞬時の標準全通
過量を計算可能にした排ガス分析装置が記載されてい
る。この排ガス分析装置は、次のように構成されてい
る。ガス導管を介して排ガスおよび空気の混合物が供給
される試料取出管を有し、試料取出管の後にガス供給ポ
ンプが配置される。ガス供給ポンプは、一定の吸込能力
を有する例えば回転ポンプと、回転ポンプの前に設置さ
れた臨界ノズルとから構成される。供給空気導管に、渦
流量計（カルマン渦原理による質量流量計）からなる流
量積算計が設けられる。流量積算計の出力は計算ユニッ
トへ供給される。計算ユニットは、供給空気導管の流量
からガス圧力および温度を考慮に入れて瞬時全通過量を
求める。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】定容量採取法（ＣＶ
Ｓ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｕｍｅ Ｓａｍｐｌｅ
ｒ）を用いた排気ガスの成分分析では、テストモードに
応じて希釈ガスの流量を変更する必要がある。例えば、
エンジンを始動させた時点から５０５秒までのコールド
トランジェント（ＣＴ）フェーズでは希釈ガスの流量を
例えば毎分１５立方メートルとし、５０５秒〜１３７４
秒までのコールドスタビライト（ＣＳ）フェーズでは希
釈ガスの流量を例えば毎分３立方メートルとしている。
また、１３７４秒経過した時点から１０分間エンジンを
停止させた後にエンジンを再スタートさせ、この再スタ
ート時点から５０５秒までのホットトランジェント（Ｈ
Ｔ）フェーズでは希釈ガスの流量を例えば毎分３立方メ
ートルとしている。

【０００７】テストモードに対応して希釈ガスの流量を
変更するために、従来のＣＶＳ装置では、開閉弁と固定
ベンチュリーとを直列接続したものを複数系統並列に設
け、流量の異なる各固定ベンチュリーの中から所望の流
量の固定ベンチュリーを選択的に使用したり、希釈ガス
を流す固定ベンチュリーの系統数を切り換える構成をと
っている。

【０００８】図８は従来のＣＶＳ装置における希釈ガス
流量変更時の問題点を示す説明図である。図８（ａ）に
示すように、流量が例えば毎分１５立方メートルである
第１の固定ベンチュリー１０１に直列接続された第１の
開閉弁１０２を開状態にして毎分１５立方メートルの希
釈ガスを流している状態から、流量が例えば毎分３立方
メートルである第２の固定ベンチュリー１０３に直列接
続された第２の開閉弁１０４を開状態にするとともに第
１の開閉弁１０２を閉状態にすることで、希釈ガスの流
量を毎分１５立方メートルから毎分３立方メートルへ変
更した場合、図８（ｂ）に示すように、希釈ガスの流量
が毎分１５立方メートルから毎分３立方メートルに変化
するまでに時間遅れが生ずる（ハッチング領域）ととも
に、流量にみだれが生ずる。

【０００９】流量変化の時間遅れ部分（ハッチング領
域）では、希釈ガスの流量が所望の流量である毎分３立
方メートルよりも大きくなっているが、従来のＣＶＳ装
置を用いた排気ガス分析では、流量変化の時間遅れ部分
（ハッチング領域）の希釈ガス流量増加分を分析データ
に反映していないため、排気ガス成分の分析結果に例え
ば０．３パーセント程度の誤差が生ずる。また、流量切
り換え後に流量にみだれが生ずるため分析結果の精度が
低下することがある。

【００１０】そこで、希釈ガスの流路に流量計を介設し
て希釈ガスの流量を継続的に測定し、測定した希釈ガス
流量を分析結果に反映させることで誤差が生じないよう
にすることが考えられる。しかし、希釈ガスの流路に流
量計を介設すると装置が大型・高価になるとともに、流
量計の介設によって希釈ガス流路の流路抵抗が増加する
ために希釈ガスを吸引するためのブロワーの容量をより
大きなものにする必要が生じ、得策ではない。

【００１１】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、スロート断面積を連続可変することで
流量を連続可変できる可変ベンチュリーを用いることで
希釈ガス流量変更時の流量乱れをなくすとともに、流量
計を介設することなく流量変更時も精度良く流量データ
を出力できる可変ベンチュリーの流量検出機構を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明に係る可変ベンチュリーの流量検出機構は、コア
とベンチュリーとの軸方向相対位置を変更することによ
ってスロート（流路）断面積を変化させることのできる
可変定流量発生器（可変ベンチュリー）と、コアとベン
チュリーとの軸方向相対位置に基づいて流量を演算して
演算した流量を出力する流量演算処理部とを備えた。

【００１３】上記可変ベンチュリーの流量検出機構は、
定流量値を連続的に変化させることができるので、流量
変更時に流量値のみだれが発生しない。また、この発明
に係る可変ベンチュリーの流量検出機構は、流量変更中
においても流量値を出力することができる。よって、排
気ガス成分の分析等に際して、流量変更中の流量変化を
分析データに反映させることができ、より正確な分析結
果を出力させることができる。よって、この発明に係る
可変ベンチュリーの流量検出機構を用いるこで、テスト
モードに対応して希釈ガスの流量を変更した場合でも、
分析結果に誤差が含まれることがなく、精度の良い分析
結果を得ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る可変ベ
ンチュリーの流量検出機構の構成図であり、可変ベンチ
ュリーの流量検出機構１は、定流量値を連続的に可変す
ることのできる定流量発生器（ＶＣＦＶ：Ｖａｒｉａｂ
ｌｅ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｌｏｗ Ｖｅｎｔｕｒｉ）
１０と、可動機構部（アクチュエータユニット）２０
と、可変ベンチュリー位置制御・流量演算処理部３０と
からなる。

【００１５】定流量発生器（ＶＣＦＶ）１０は、ソニッ
ク型ベンチュリ構造のものを用いている。この定流量発
生器（ＶＣＦＶ）１０は、固定コア１１と可動ベンチュ
リー１２とを備える。固定コア１１はベンチュリ管路の
中央位置に固定している。可動ベンチュリー１２はベン
チュリ管路の軸方向へ移動できる構造としている。可動
ベンチュリー１２を軸方向へ移動させることで、固定コ
ア１１と可動ベンチュリー１２との間のスロート部（流
路部）１３の断面積（流路断面積）を連続的に変化さ
せ、定流量値を連続的に変化させる構造としている。

【００１６】なお、図１ではコアを固定し、外周側のベ
ンチュリーを移動させる構造を示したが、外周側のベン
チュリーを固定し、コアを移動させる構造としてもよ
い。

【００１７】定流量発生器（ＶＣＦＶ）１０の流入側に
試料を採取するための試料採取管２を接続している。試
料採取管２の先端には、試料採取流量を所定の流量値に
するために試料採取ベンチュリー３を設けている。ま
た、定流量発生器（ＶＣＦＶ）１０の流入側には、希釈
ガスの圧力を検出するための圧力センサ４と、希釈ガス
の温度を検出するための温度センサ５とをそれぞれ設け
ている。

【００１８】可動機構部（アクチュエータユニット）２
０は、パルスモータ２１と、パルスモータ２１の出力軸
の回動に基づいて回動されるボールねじ２２と、ボール
ねじ２２の回動に伴ってボールねじ２２の軸方向へ移動
する駆動用固定座２３と、ボールねじ２２の回動角度を
検出して所定の回動角度毎に複数系統のパルス信号を出
力するロータリエンコーダ２４とを備える。

【００１９】駆動用固定座２３と定流量発生器（ＶＣＦ
Ｖ）１０側の可動ベンチュリー１２とは連結棒２５を介
して連結している。このため、パルスモータ２１を駆動
してボールねじ２２を回動駆動すると駆動用固定座２３
が軸方向へ移動され、駆動用固定座２３の軸方向移動に
伴って可動ベンチュリー１２が移動される。これによ
り、定流量発生器（ＶＣＦＶ）１０の定流量値を連続的
に変化させることができる。

【００２０】可変ベンチュリー位置制御・流量演算処理
部３０は、Ａ／Ｄ変換部３１と、パルス計数部３２と、
パルス発生部３３と、モータ駆動部３４と、Ｄ／Ａ変換
部３５と、コンソール部３６と、クロック発生部３７
と、ＣＰＵ部３８と、システムバス３９とを備える。Ａ
／Ｄ変換部３１，パルス計数部３２，パルス発生部３
３，Ｄ／Ａ変換部３５，コンソール部３６は、アドレス
・データ・制御バス等のシステムバス３９を介してＣＰ
Ｕ部３８と接続される。

【００２１】圧力センサ４の出力信号（可動ベンチュリ
ーの流入部圧力）４ａ、並びに、温度センサ５の出力信
号（可動ベンチュリーの流入部温度）５ａは、マルチプ
ル入力型のＡ／Ｄ変換器を備えたＡ／Ｄ変換部３１へそ
れぞれ供給される。Ａ／Ｄ変換部３１は、圧力ならびに
温度に係る電圧信号を対応するデジタルデータへ変換し
て出力する。圧力ならびに温度に係るデジタルデータ
は、システムバス３９を介してＣＰＵ部３８へ供給され
る。

【００２２】ロータリエンコーダ２４の出力信号（可動
ベンチュリーの移動距離に対応したパルス信号）２４ａ
は、パルス計数部３２へ供給される。パルス計数部３２
は、ロータリエンコーダ２４の出力信号２４ａに基づい
て可動ベンチュリー１２の移動方向を判断するととも
に、パルス数の計数結果に基づいて可動ベンチュリー１
２の移動距離（位置）データを演算して、演算した移動
距離（位置）データを出力する。移動距離（位置）デー
タは、システムバス３９を介してＣＰＵ部３８へ供給さ
れる。

【００２３】パルス発生部３３は、ＣＰＵ部３８からシ
ステムバス３９を介してパルスモータ駆動指令が供給さ
れると、パルスモータ駆動指令に基づいて指定されたモ
ータ回動方向に対応したモータ駆動パルス信号を生成し
て、生成したモータ駆動パルス信号をモータ駆動部３４
へ供給する。

【００２４】モータ駆動部３４は、パルス発生部３３か
ら供給されたモータ駆動パルス信号に基づいて、パルス
モータ２１を駆動するために必要な電力３４ａをパルス
モータ２１へ供給して、パルスモータ２１をパルス駆動
する。

【００２５】Ｄ／Ａ変換部３５は、ＣＰＵ部３８からシ
ステムバス３９を介して供給される流量出力データに基
づいて流量に対応した電圧信号（流量出力信号）を生成
して出力する。なお、本実施の形態では、出力流量に対
応した電圧信号（アナログ信号）を流量出力信号として
出力する構成を示したが、流量出力データ（流量値）を
直接出力する構成としてもよい。また、流量（瞬時流
量）だけでなく、ＣＰＵ部３８によって積算演算した流
量積算値も出力する構成としてもよい。

【００２６】コンソール部３６は、流量，流量可変条件
ならびに流量演算用パラメータ等を入力するための入力
操作部と、設定された流量，流量可変条件ならびに現在
の流量値（瞬時流量）や積算流量値等を表示するための
表示部等を備える。

【００２７】クロック発生部３７は、ＣＰＵ部３８の動
作の基準となるシステムクロックを生成してＣＰＵ部３
８へ供給する。また、クロック発生部３７は、システム
クロックを分周して得た所定周期（例えば１０ミリ秒間
隔）の信号を流量計算を開始させるための例えば割り込
み信号としてＣＰＵ部３８へ供給する。

【００２８】ＣＰＵ部３８は、可動ベンチュリー１２の
移動距離（位置）と定流量発生器（ＶＣＦＶ）１０の流
量係数Ｋｖとの対応テーブルを備える。図２は可動ベン
チュリーの移動距離（位置）と流量係数Ｋｖとの関係を
示すグラフである。本実施の形態では、可動ベンチュリ
ーの移動距離（位置）と流量係数Ｋｖとが比例関係にな
るよう固定コア１１ならびに可動ベンチュリー１２の形
状を設定している。

【００２９】なお、ＣＰＵ部３８に予め作成した対応テ
ーブルを設けるのではなく、可動ベンチュリー１２の移
動距離（位置）に基づいて定流量発生器（ＶＣＦＶ）１
０の流量係数Ｋｖを求める演算式を備える構成としても
よい。また、対応テーブルのデータや演算式は、コンソ
ール部３６から入力したり変更することができる。

【００３０】図３はＣＰＵ部の処理を示すフローチャー
トである。ＣＰＵ部３８は、所定周期（例えば１０ミリ
秒間隔）毎に図３に示す一連の処理を繰り返すことで、
流量の演算ならびに積算流量の演算を行なう。また、Ｃ
ＰＵ部３８は、コンソール部３６によって設定された流
量になるように可動ベンチュリー１２の位置をフィード
バック制御するとともに、設定流量が変更された場合に
は、変更された流量になるよう可動ベンチュリー１２の
位置を制御する。

【００３１】ＣＰＵ部３８は、パルス計数部３２を介し
て可動ベンチュリー１２の移動距離（位置）を読み込む
（ステップＳ１）。次いで、ＣＰＵ部３８は、Ａ／Ｄ変
換部３１を介して、定流量発生器（ＶＣＦＶ）１０の入
口絶対圧力Ｐと、定流量発生器（ＶＣＦＶ）１０の入口
絶対温度Ｔを読み込む（ステップＳ２）。ＣＰＵ部３８
は、定流量発生器（ＶＣＦＶ）１０の流量係数Ｋｖを可
動ベンチュリー１２の移動距離（位置）と定流量発生器
（ＶＣＦＶ）１０の流量係数Ｋｖとの対応テーブルを参
照して、現在の可動ベンチュリー１２の移動距離（位
置）における流量係数Ｋｖを求める（ステップＳ３）。
そして、ＣＰＵ部３８は、流量係数Ｋｖと定流量発生器
（ＶＣＦＶ）１０の入口絶対圧力Ｐと、定流量発生器
（ＶＣＦＶ）１０の入口絶対温度Ｔとに基づいて定流量
発生器（ＶＣＦＶ）１０の流量Ｑを式１に示す演算を行
なって求める（ステップＳ４）。

【００３２】

【数１】

【００３３】ＣＰＵ部３８は、ステップＳ４で求めた流
量Ｑをコンソール部３６の流量表示部に表示させるとと
もに、Ｄ／Ａ変換部３５等を介して流量出力信号を外部
機器等へ供給させる。また、ＣＰＵ部３８は、流量Ｑに
基づいて流量の積算を行ない、積算流量をコンソール部
３６の積算流量表示部に表示させる（ステップＳ５）。
なお、ＣＰＵ部３８は、積算流量を外部機器等へ出力す
る構成としてもよい。

【００３４】ＣＰＵ部３８は、ステップＳ４で求めた流
量Ｑと目標とする流量との偏差を求め、予め設定した許
容量を越える偏差が生じている場合には、パルス発生部
３３，モータ駆動部３４を介して可動機構部（アクチュ
エータユニット）２０を偏差がゼロに近づくよう方向へ
駆動する。これにより、可動ベンチュリー移動距離（位
置）のフィードバック制御がなされる（ステップＳ
６）。

【００３５】そして、ＣＰＵ部３８は、ステップＳ７に
示すように、所定時間が経過するたびにステップＳ１〜
ステップＳ６の処理を繰り返す。処理の繰り返し時間
（所定時間）を例えば１０ミリ秒に設定すれば、１０ミ
リ秒毎に流量の演算ならびに可動ベンチュリー移動距離
のフィードバック制御がなされる。本実施の形態では、
クロック発生部３７から供給される割り込み信号に基づ
いてステップＳ１〜ステップＳ６の一連の処理を行なう
ようにしている。なお、外部から割り込む信号を供給す
るのではなく、ＣＰＵ部３８の内部タイマ等を利用して
所定時間の経過を判断するようにしてもよい。また、図
３では、ステップＳ４に示す流量演算を行なって後に、
ステップＳ５で流量を出力する例を示したが、所定時間
が経過した時点で前回求めた流量を出力した後に、ステ
ップＳ１〜Ｓ４の処理を行なって流量を演算するように
してもよい。一連の処理の最初に流量出力を行なうこと
で、流量の出力タイミングを所定周期と正確に同期させ
ることができる。

【００３６】本実施の形態では、流量演算式（式１）に
示したように、定流量発生器（ＶＣＦＶ）１０の流量係
数（可動ベンチュリーの移動距離（位置）に応じて求め
た流量係数）と試料採取ベンチュリー３の流量係数との
和を求め、温度Ｔ，圧力Ｐを考慮して瞬時流量Ｑを求め
るようにしている。したがって、試料採取ベンチュリー
３を介して試料ガスを採取している状態であっても、試
料ガスの流量を加えた全流量を求めることができる。な
お、試料採取ベンチュリー３側から試料ガスを採取して
いない場合には、図１に示すように、試料ガス非採取状
態であることを示す情報（試料ガス採取／非採取情報）
をＣＰＵ部３８へ供給する。ＣＰＵ部３８は、試料ガス
採取／非採取情報に基づいて試料ガス非採取状態である
ことを認識した場合には、試料採取ベンチュリー３の流
量係数をゼロとし、定流量発生器（ＶＣＦＶ）１０の流
量係数のみを用いて瞬時流量Ｑの演算を行なう。

【００３７】以上の構成であるから図１に示した可変ベ
ンチュリーの流量検出機構１は、予め設定された流量や
流量変化プログラムに基づいて、希釈ガス等の流量を可
変させることができる。また、瞬時流量を演算して、コ
ンソール部３６の表示部に表示させたり、瞬時流量を外
部機器等へ供給させたりすることができる。さらに、流
量を積算して、積算流量を表示させたり積算流量を外部
機器等へ供給することができる。パルスモータ２１でボ
ールねじ２２を駆動して可動ベンチュリー１２の位置を
移動させる構造としているので、例えば１０ミクロンメ
ートル以内の精度で可動ベンチュリー１２の移動距離
（位置）を制御することができる。よって、流量を正確
に制御できるとともに、流量変更時でも流量値にみだれ
が生ずることなく流量を連続的に可変することができ
る。

【００３８】尚、測定するフェーズが変更したときに、
速やかに流量を変化させるために、以下の〜のよう
に制御してもよい。 図１において先ず設定流量が変更される時、コンソー
ル部３６からＣＰＵ部３８に流量変更の指示をする。 コンソール部３６では、予め設定された「流量と可変
ベンチュリー１２の移動距離（位置）」（比例関係）よ
り、流量に応じた可変ベンチュリー１２の移動距離（位
置）にパルス発生部３３及びモータ駆動部３４を介して
パルスモータ２１を駆動する。 パルスモータ２１より移動する駆動用固定座２３が所
定の位置に移動したかどうかをロータリーエンコーダ２
４・パルス計数部３２・ＣＰＵ部３８で監視し、所定の
位置とずれた場合警報を発するようにしている。 上記〜と同時に圧力センサ４と温度センサ５から
の数値と、可変ベンチュリー１２の移動距離から得られ
るＫv値から流量Ｑを周期（例えば１０ミリ秒間隔）で
演算して求める。

【００３９】図４は流量変更時の流量出力特性を示すグ
ラフである。図４では、コールドトランジェント（Ｃ
Ｔ）フェーズ（例えば流量毎分１５立方メートル）から
コールドスタビライト（ＣＳ）フェーズ（例えば流量毎
分３立方メートル）の変化の仕方を模したもので、約１
秒の時間で変更した場合の流量出力例を示している。可
変ベンチュリーの流量検出機構１は、流量変更に要する
時間よりも充分に短い周期（例えば１０ミリ秒）で流量
を演算して出力するので、流量の変化度合を正確に把握
することができるとともに、充分に短い周期（例えば１
０ミリ秒）で出力される瞬時流量Ｑを積算することで積
算流量値に大きな誤差が含まれることがなく、積算流量
値を高い精度で求めることができる。

【００４０】図５はこの発明に係る可変ベンチュリーの
流量検出機構を用いた定容量希釈サンプリング装置（Ｃ
ＶＳ装置）の構成図である。図５に示す定容量希釈サン
プリング装置（ＣＶＳ装置）５０は、排気ガスと外気と
を混合して得た希釈ガスの成分をリアルタイムで連続分
析して排気ガスの成分を分析したり、希釈ガスを試料採
取バック（サンプルバック）に採取した後に採取した希
釈ガスの成分を分析することができる。

【００４１】図示しないシャシダイナモ装置等に載置さ
れた自動車等からの排気ガスは図示しないフレキシブル
パイプ等を介して排気ガス取入部５１へ供給される。排
気ガスは、外気取入部５２から取り込まれフィルタ部５
３で清浄化された外気と混合されて希釈ガスとなり、こ
の希釈ガスは、サイクロン部５４でダスト，ミスト等の
除去・分離がなされた後に、定流量発生器（ＶＣＦＶ）
１０へ供給される。定流量発生器（ＶＣＦＶ）１０の後
段には定容量ブロワー５５が接続される。定容量ブロワ
ー５５は、吐き出し能力が定流量発生器（ＶＣＦＶ）１
０の最大定流量値よりも充分に大きなものを用いてい
る。定容量ブロワー５５に吐き出し能力が充分大きなも
のを用いることで、定流量発生器（ＶＣＦＶ）１０によ
って希釈ガスの流量が設定できるようにしている。定容
量ブロワー５５から吐き出された希釈ガスは大気中に放
出、または、図示しない清浄化装置等を介して大気中に
放出される。

【００４２】排気ガス取入部５１よりも上流側には、外
気の流量を検出するための外気流量計５６ならびに外気
サンプルを採取するための外気採取用ベンチュリー５７
を設けている。外気流量計５６の流量検出出力（図示し
ない）は、制御装置９０へ供給される。外気採取用ベン
チュリー５７で採取された外気は、フィルタ部５８を介
して外気採取用のポンプ５９へ供給される。フィルタ部
５８は、ポンプ５９へ異物等が吸入されるのを阻止する
ためのものである。ポンプ５９の出力側は外気採取流量
計６０を介して各電磁弁６１，６２，６３の一端側へ供
給される。各電磁弁６１，６２，６３の他端側は、各外
気採取バック（サンプルバック）６４，６５，６６へそ
れぞれ接続される。ポンプ５９の能力は、外気採取用ベ
ンチュリー５７の流量よりも大きいものを用いている。

【００４３】したがって、外気採取用のポンプ５９を運
転している状態で第１の電磁弁６１を開状態にすること
で、第１の外気採取バッグ６４に外気を採取することが
できる。同様に、第２の電磁弁６２を開状態にすること
で第２の外気採取バッグ６５に、第３の電磁弁６３を開
状態にすることで第３の外気採取バッグ６６に外気を採
取することができる。外気採取流量計６０の流量検出出
力（図示しない）は、制御装置９０へ供給される。制御
装置９０は、外気採取流量計６０の流量検出出力に基づ
いて流量積算を行なうことで、外気採取バッグに対する
外気採取量を調整する。なお、制御装置９０は、図示し
ない電磁弁開閉制御信号線を介して各電磁弁６１〜６３
の開閉を制御することで、外気採取バックの選択ならび
に外気採取量の調節を行なう。

【００４４】定流量発生器１０の上流側に熱交換器６７
を介設して希釈ガスの温度が所定温度範囲になるよう加
熱・冷却を行なうようにしてもよい。希釈ガスの温度を
管理することで、希釈ガス中の水分の結露を防止するこ
とができる。また、希釈ガスの温度変動が緩和されるた
めに流量制御が安定になり、測定精度を向上させること
ができる。

【００４５】定流量発生器１０の入口側に設けた試料採
取ベンチュリー３で採取された希釈ガスは、試料採取管
２を介して連続ガス分析用電磁弁６８の一端側、ならび
に、希釈ガス採取用電磁弁６９の一端側へ供給される。
連続ガス分析用電磁弁６８が開状態に制御されると、試
料採取ベンチュリー３で採取された希釈ガスは連続ガス
分析装置７０へ供給される。これにより、連続ガス分析
が行なわれる。

【００４６】希釈ガス採取用電磁弁６９が開状態に制御
されると、試料採取ベンチュリー３で採取された希釈ガ
スは、フィルタ部７１を介して希釈ガス採取用のポンプ
７２へ供給される。ポンプ７２の出力側は希釈ガス採取
流量計７３を介して各電磁弁７４，７５，７６の一端側
へ供給される。各電磁弁７４，７５，７６の他端側は、
各希釈ガス採取バック（サンプルバック）７７，７８，
７９へそれぞれ接続される。ポンプ７３の能力は、試料
採取ベンチュリー３の流量よりも大きいものを用いてい
る。

【００４７】したがって、希釈ガス採取用電磁弁６９が
開状態であって、かつ、試料採取用のポンプ７２を運転
している状態で、第１の電磁弁７４を開状態にすること
で第１の試料採取バッグ７７に希釈ガスを採取すること
ができる。同様に、第２の電磁弁７５を開状態にするこ
とで第２の試料採取バッグ７８に、第３の電磁弁７６を
開状態にすることで第３の外気採取バッグ７９に希釈ガ
スを採取することができる。希釈ガス採取流量計７３の
流量検出出力（図示しない）は、制御装置９０へ供給さ
れる。制御装置９０は、希釈ガス採取流量計７３の流量
検出出力に基づいて流量積算を行なうことで、試料採取
バッグに対する試料採取量を調整する。なお、制御装置
９０は、図示しない電磁弁開閉制御信号線を介して各電
磁弁７４〜７６の開閉を制御することで、試料採取バッ
クの選択ならびに試料採取量の調節を行なう。

【００４８】電磁弁８０ならびに採取ガス分析用電磁弁
８６を開状態にすることで、第１の外気採取バック６４
に採取した外気を採取ガス分析装置８７へ供給して、第
１の外気採取バック６４に採取した外気の成分を分析さ
せることができる。なお、採取ガス分析装置８７は、ポ
ンプ（図示しない）を備えており、バック内の外気や試
料（希釈ガス）を吸引して成分分析部（図示しない）へ
供給する。成分分析がなされた外気や試料（希釈ガス）
は、大気中に放出、または、図示しない清浄化装置等を
介して大気中に放出される。

【００４９】同様に、電磁弁８１ならびに採取ガス分析
用電磁弁８６を開状態にすることで、第２の外気採取バ
ック６５に採取した外気を採取ガス分析装置８７へ供給
し、電磁弁８２ならびに採取ガス分析用電磁弁８６を開
状態にすることで、第３の外気採取バック６６に採取し
た外気を採取ガス分析装置８７へ供給することができ
る。また、電磁弁８３ならびに採取ガス分析用電磁弁８
６を開状態にすることで、第１の試料採取バック７７に
採取した希釈ガス（試料）を採取ガス分析装置８７へ供
給することができる。同様に、電磁弁８３ならびに採取
ガス分析用電磁弁８６を開状態にすることで、第２の試
料採取バック７８に採取した試料（希釈ガス）を、電磁
弁８５ならびに採取ガス分析用電磁弁８６を開状態にす
ることで、第３の試料採取バック７９に採取した希釈ガ
ス（試料）を採取ガス分析装置８７へ供給することがで
きる。

【００５０】また、バック洗浄用電磁弁８８ならびに電
磁弁８０を開にした状態で可逆ポンプ８９を運転して、
バック洗浄用の大気または洗浄用ガスを第１の外気採取
バック６４内に供給した後に、第１の外気採取バック６
４内のバック洗浄用の大気または洗浄用ガスを外部へ放
出する処理を繰り返すことで、第１の外気採取バック６
４内を洗浄することができる。各バック６４〜６６，７
７〜７９に対して同様な処理それぞれ施すことで、各バ
ックを洗浄することができる。

【００５１】制御装置９０は、この定流量希釈サンプリ
ング装置５０の全体動作を制御するためのもので、コン
ピュータシステムを利用して構成している。制御装置９
０は、図示しない出力インタフェース部を介して各電磁
弁の開閉状態、各ポンプ，ブロワー等の運転を制御す
る。また、制御装置９０は、定流量発生器１０で発生さ
せる定流量値に係るデータを可変ベンチュリーの流量検
出機構１へ供給して、希釈ガスの定流量値を制御する。
なお、制御装置９０は、排気ガスの測定対象となる自動
車のエンジンの運転状態（エンジンの始動・停止，エン
ジン回転数等）をも制御する構成としてもよい。

【００５２】制御装置９０は、可変ベンチュリーの流量
検出機構１から出力される瞬時流量Ｑから外気流量計５
６で検出した外気流量を減算することで、自動車から排
出された排気ガスの流量を求める。連続ガス分析状態に
おいて制御装置９０は、連続ガス分析装置７０から出力
された各成分毎の分析データと自動車から排出された排
気ガスの流量とに基づいて排気ガスの濃度や各成分毎の
重量等を演算し、演算結果（解析結果）を図示しない画
像表示装置の画面上に表示したり、図示しないプリンタ
装置を介してプリントアウトしたりする。また、制御装
置９０は、必要に応じて演算結果（解析結果）を上位の
装置等へ供給することができる。なお、制御装置９０
は、採取ガス分析が既になされており、希釈用の外気の
成分が判明している場合は、希釈用外気成分を補正して
排気ガスの濃度や各成分毎の重量等を求めることができ
る。採取ガス分析モードにおいて制御装置９０は、各テ
ストモードにおける希釈ガスの採取試料を各試料採取バ
ックに採取させた後に、採取ガス分析装置８７を介して
採取ガス分析を行なわせ、外気成分補正を行なって排気
ガスの濃度や各成分毎の重量等を出力する。

【００５３】図５に示す定容量希釈サンプリング装置
（ＣＶＳ装置）５０は、流量を連続的に可変できるとと
もに、正確な瞬時流量を得ることのできる可変ベンチュ
リー流量検出機構１を用いているので、流量を高精度に
制御することができるとともに、流量切替時に流量のみ
だれ等が発生しないため、高精度の排気ガス測定が可能
である。

【００５４】図６はコールドトランジェント（ＣＴ）フ
ェーズならびにコールドスタビライト（ＣＳ）フェーズ
（ＬＡ−４モード）における排気ガス流量の測定結果お
よび排気ガス中の特定成分の検出結果を示すグラフであ
る。図６において横軸は時間（単位秒）であり、時間は
エンジンを始動させた時点からの経過時間を示してい
る。上段は排気ガス流量を示している。下段はシャシー
ダイナモ上での走行パターン（即ち車速）を示してい
る。

【００５５】図７はＵＳ０６モード（高速・高負荷モー
ド）における排気ガス流量の測定結果および排気ガス中
の特定成分の検出結果を示すグラフである。図７におい
て横軸は時間（単位秒）であり、上段は排気ガス流量
を、下段はシャシーダイナモ上での走行パターン（即ち
車速）を示している。

【００５６】図１に示した可変ベンチュリーの流量検出
機構１を用いることで、例えば１０ミリ秒等の短い時間
間隔で瞬時流量を順次得ることができるので、希釈ガス
の流量変化を正確に把握することでできる。よって、排
気ガス量の測定ならびに排気ガスの成分分析をより高精
度に行なうことができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明に係る可変
ベンチュリーの流量検出機構は、コアとベンチュリーと
の軸方向相対位置を変更することによってスロート（流
路）断面積を変化させることのできる可変定流量発生器
（可変ベンチュリー）と、コアとベンチュリーとの軸方
向相対位置に基づいて流量を演算して出力する流量演算
処理部とを備えたので、定流量値を連続的に変化させる
ことができるとともに、流量変更時に流量値のみだれが
発生しない。さらに、この発明に係る可変ベンチュリー
の流量検出機構は、流量変更中においても流量値を出力
することができる。よって、排気ガス成分の分析等に際
して、流量変更中の流量変化を分析データに反映させる
ことができ、より正確な分析結果を出力させることがで
きる。よって、この発明に係る可変ベンチュリーの流量
検出機構を用いるこで、テストモードに対応して希釈ガ
スの流量を変更した場合でも、分析結果に誤差が含まれ
ることがなく、精度の良い分析結果を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る可変ベンチュリーの流量検出機
構の構成図

【図２】可動ベンチュリーの移動距離（位置）と流量係
数との関係を示すグラフ

【図３】ＣＰＵ部の処理を示すフローチャート

【図４】流量変更時の流量出力特性を示すグラフ

【図５】この発明に係る可変ベンチュリーの流量検出機
構を用いた定容量希釈サンプリング装置（ＣＶＳ装置）
の構成図

【図６】コールドトランジェント（ＣＴ）フェーズなら
びにコールドスタビライト（ＣＳ）フェーズ（ＬＡ−４
モード）における排気ガス流量の測定結果およびシャシ
ーダイナモ上での走行パターン（即ち車速）を示すグラ
フ

【図７】ＵＳ０６モード（高速・高負荷モード）におけ
る排気ガス流量の測定結果およびシャシーダイナモ上で
の走行パターン（即ち車速）を示すグラフ

【図８】従来のＣＶＳ装置における希釈ガス流量変更時
の問題点を示す説明図

【符号の説明】

１…可変ベンチュリーの流量検出機構、２…試料採取
管、３…試料採取ベンチュリー、４…圧力センサ、５…
温度センサ、１０…定流量発生器（ＣＶＣＦ）、１１…
固定コア、１２…可動ベンチュリー、１３…スロート部
（流路部）、２０…可動機構部（アクチュエータユニッ
ト）、２１…パルスモータ、２２…ボールねじ、２３…
駆動用固定座、２４…ロータリーエンコーダ、３０…可
変ベンチュリー位置制御・流量演算処理部、３１…Ａ／
Ｄ変換部、３２…パルス係数部、３３…パルス発生部、
３４…モータ駆動部、３５…Ｄ／Ａ変換部、３６…コン
ソール部、３７…クロック発生部、３８…ＣＰＵ部、３
９…システムバス、５０…定流量希釈サンプリング装
置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 淳史 三重県鈴鹿市平田町1907番地 本田技研工 業株式会社鈴鹿製作所内 (72)発明者 柳原 茂 東京都世田谷区玉堤１丁目19番４号 株式 会社司測研内 (72)発明者 山脇 秀太 東京都世田谷区玉堤１丁目19番４号 株式 会社司測研内 Ｆターム(参考） 2F030 CC11 CD04 CD15 CD17 CD20 CE02 CE04 CE09 CE22 CE24 CE25 CE27 CF02 CF05 CF07 CF20

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コアとベンチュリーとの軸方向相対位置
   を変更することによってスロート断面積を変化させるこ
   とのできる可変定流量発生器と、前記コアと前記ベンチ
   ュリーとの軸方向相対位置に基づいて流量を演算して演
   算した流量を出力する流量演算処理部とを備えたことを
   特徴とする可変ベンチュリーの流量検出機構。