JP2000075932A - 気体流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気体の流量を高速で制御することができる気
体流量制御装置を提供すること。 【解決手段】 気体Ａが流れる流路１に流量制御部１４
と差圧流量計３とを互いに直列な状態になるように設
け、差圧流量計３によって検出された実差圧ｂと目標差
圧ｅとを比較し、その比較結果に基づいて流量制御部１
４に対して所定の制御信号ｆを出力するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば空気など
気体の流量を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のディーゼルエンジンなどから排
出されるガス中に含まれるすすなどの微粒子状物質（Ｐ
ａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、ＰＭと略称す
る）の測定に必要なガス希釈システムとして、近年、排
気ガスを全量採取しこれを全量希釈する従来からのフル
ダイリューションシステムに代わって、流量制御および
排ガスの部分採取を行うところの部分希釈方式の小規模
な希釈システムが採用されてきている。この部分希釈方
式の希釈システムは、希釈後の排気ガスを一定流量に維
持しながら、排気ガス希釈用空気の流量を制御すること
により、これらの流量の差として得られる排気ガスの採
取流量を制御するシステムである。

【０００３】図４は、上記部分採取による部分希釈方式
のガス希釈システムに用いられる希釈用空気の流量を制
御する装置の一例を示すもので、この図において、１は
希釈用空気Ａが流れる流路で、その上流側から、例えば
回転数制御によって吸引能力を変えることができるルー
ツブロアポンプ２と、測定精度の高い差圧流量計として
のベンチュリ流量計３が直列に接続されており、このベ
ンチュリ流量計３の下流側は、希釈トンネル４に接続さ
れている。この希釈トンネル４は、エンジン５から排気
管６に排出される排気ガスＧの一部がサンプリング管７
を介して導入されるように構成され、この導入された排
気ガスＧは、希釈トンネル４内において所定の倍率に希
釈され、希釈トンネル４の下流側に設けられる測定部
（図示していない）に向かって流れる。

【０００４】そして、８は前記流量制御機能を有するル
ーツブロアポンプ２の回転数を制御するインバータ（周
波数変換器）である。また、９〜１１は前記ベンチュリ
流量計３の近傍に設けられるセンサで、センサ９は流路
１を流れる希釈用空気Ａの圧力を検出する圧力センサで
あり、１０はベンチュリ流量計３の入口における圧力と
スロート部における圧力との差を測定する差圧センサ、
１１は前記希釈用空気Ａの温度を測定する温度センサで
ある。

【０００５】１２は前記センサ９〜１１の検出出力に基
づいて流路１を流れる希釈用空気Ａの流量（実流量）を
演算する流量演算ユニットである。１３は流量演算ユニ
ット１２において得られた希釈用空気Ａの実流量と予め
設定される目標流量とを比較し、所定の制御信号をイン
バータ８に出力するＰＩＤ制御回路などの比較制御回路
である。

【０００６】上記構成の装置においては、ベンチュリ流
量計３の近傍に設けられるセンサ９〜１１の出力全部が
流量演算ユニット１２に入力され、ここで前記全ての出
力を用いて流路１を流れる希釈用空気Ａの流量（実流
量）を演算し、この実流量を設定流量と比較し、ＰＩＤ
制御などを行うことにより、所定の制御信号をインバー
タ８に送出し、このインバータ８からの信号によってル
ーツブロアポンプ２の回転数が制御され、流路１を流れ
る希釈用空気Ａの流量が常に設定流量となるように制御
される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置においては、次のような不都合があった。前記
希釈用空気Ａ実流量の算出の際に用いられるセンサ９〜
１１の出力は、いずれもアナログ量であるため、流量演
算ユニット１２において演算する場合、前記出力をＡＤ
変換し、ディジタル量にする必要がある。そして、所定
の演算式を用いて演算した結果得られる実流量はディジ
タル量であるが、これを比較制御回路１３に入力する場
合、比較制御回路１３に入力される設定流量がアナログ
量であるため、前記実流量をＤＡ変換してアナログ量に
する必要がある。つまり、従来の気体流量制御装置にお
いては、実流量と設定流量とを比較するとともに、前記
実流量を求めるのに、センサ９〜１１の出力を全て用
い、さらに、ＡＤ変換−演算−ＤＡ変換といった操作を
行っていたため、流量演算に時間を要し、即応性に欠け
るといった欠点があった。

【０００８】特に、上記部分採取による部分希釈方式の
ガス希釈システムに用いられる希釈用空気Ａの流量を制
御する場合には、その流量制御に高速の応答性が要求さ
れるが、上記図４に示した従来の気体流量制御装置にお
いては、このような要求に対応できないものであった。

【０００９】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、気体の流量を高速で制御するこ
とができる気体流量制御装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の気体流量制御装置は、気体が流れる流路
に流量制御部と差圧流量計とを互いに直列な状態になる
ように設け、差圧流量計によって検出された実差圧と目
標差圧とを比較し、その比較結果に基づいて流量制御部
に対して所定の制御信号を出力するようにしている。

【００１１】上記気体流量制御装置においては、空気な
ど気体の流量制御を行うに際して、気体の実流量を制御
の対象とするのではなく、流路を流れる気体の差圧その
ものを制御の対象としているので、流量制御に必要な制
御量を高速で求めることができ、それだけ、気体の流量
制御を高速で行うことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１および図２はこの発明の一つの実
施の形態を示すものである。そして、図１において、図
４における符号と同じものは同一部材を示している。

【００１３】図１は、この発明の気体流量制御装置の全
体構成を概略的に示すもので、この図において、１４は
流路１に設けられるピエゾバルブで、ベンチュリ流量計
３と直列かつベンチュリ流量計３よりも上流側に設けら
れる。このピエゾバルブ１４は、弁口を開閉する弁体を
ピエゾスタックの歪力により押圧駆動するもので、例え
ば図２に示すように構成されている。

【００１４】すなわち、図２において、１５は本体ブロ
ック、１６，１７は本体ブロック１５に形成された流体
入口、流体出口である。１８は流体入口１６と流体出口
１７との間に形成される流体流路で、この流体流路１８
の途中には上面に弁口１９を備えたオリフィスブロック
２０が設けられている。２１は本体ブロック１５の上面
に、オリフィスブロック２０の上面を覆うようにして設
けられる中空の弁ブロックで、この弁ブロック２１内に
は、弁口１９の開度調節を行う弁体２２がオリフィスブ
ロック２０の上面を覆うようにして設けられるダイヤフ
ラム２３によって上下動自在に保持されている。この弁
体２２は、通常時、オリフィスブロック２０の上面（弁
口１９の上部周囲）との間に若干の隙間が形成されるよ
うにしてある。

【００１５】２４は弁体２２を下方に押圧駆動するピエ
ゾスタックで、複数のピエゾ素子を積層して形成してな
るもので、弁ブロック２１に螺着された筒状のバルブケ
ース２５内に収容されている。このピエゾスタック２４
は、その上端部２６がバルブケース２５の上端に螺着さ
れるナット部材２７に固定され、下端の出力端２８が弁
体２２の上端に当接するように構成されている。２９は
ピエゾスタック２４に給電するためのリード線である。

【００１６】上記構成のピエゾバルブ１４は、ピエゾス
タック２４に適宜の直流電圧を印加することにより、各
ピエゾ素子が歪み、この歪みによって出力端２８が弁体
２２を下方に押圧駆動し、弁体２２と弁口１９との間の
距離、つまり、弁口１９の開度調節を行うもので、流量
調整の応答性は数１０μｓｅｃ〜数ｍｓｅｃときわめて
高速である。なお、このようなピエゾバルブ１４は、例
えば実用新案登録第２５１６８２４号公報に詳しく記載
されている。

【００１７】再び、図１において、３０は上記ピエゾバ
ルブ１４を駆動する回路で、比較制御回路１３からの信
号を受け、この信号に基づいてピエゾバルブ１４におけ
る弁口１９の開度を調整する。そして、流路１のピエゾ
バルブ１４の上流側には、吸引ポンプ３１、フィルタ３
２、調圧器３３が設けられている。

【００１８】そして、図１において、３４は目標差圧演
算ユニット３４で、これには、ベンチュリ流量計３の近
傍に設けられる圧力センサ９の出力（流路１における希
釈用空気Ａの実圧力）ａと温度センサ１１の出力（流路
１における希釈用空気Ａの実温度）ｃとが入力されると
ともに、目標流量ｄが入力される。また、ベンチュリ流
量計３の近傍に設けられる差圧センサ１０の出力（ベン
チュリ流量計３の入口部における圧力とスロート部にお
ける圧力との差）ｂは、比較制御回路１３に入力され
る。

【００１９】上記構成の気体流量制御装置の動作につい
て説明すると、目標差圧演算ユニット３４は、ベンチュ
リ流量計３の近傍に設けられる圧力センサ９の出力ａと
温度センサ１１の出力ｃ、および、目標流量ｄが入力さ
れ、これらの入力信号ａ，ｃ，ｄに基づいて目標差圧ｅ
が求められる。この目標差圧ｅは、比較制御回路１３の
一方の信号として入力される。そして、この比較制御回
路１３には、差圧センサ１０の出力ｂが入力されている
ので、前記両入力信号ｂ，ｅの差分をＰＩＤ制御するこ
とにより、制御信号ｆを出力する。この制御信号ｆはバ
ルブ駆動回路３０に送られ、ピエゾバルブ１４における
弁開度が調整される。これによって、流路１を流れる希
釈用空気Ａの流量が制御される。

【００２０】上述したように、この発明の気体流量制御
装置においては、流路１を流れる希釈用空気Ａの流量が
制御するのに際して、従来のように、３つのセンサ９〜
１１の出力ａ〜ｃの全てを用いて希釈用空気Ａの実流量
を求め、これを制御するのではなく、ベンチュリ流量計
３における実差圧のみを制御するようにしているので、
即応性が大幅に向上し、流量制御に要する時間が短縮さ
れることにより、流量制御を高速で行えるようになっ
た。

【００２１】したがって、エンジン排気ガスのトランジ
ェント計測に必要な高速応答かつ高精度の希釈空気制御
システムが得られ、これにより、所望のＰＭ測定を確実
にしかも高精度行うことができる。

【００２２】なお、上記実施の形態において、ベンチュ
リ流量計３に代えて、これと同様に主として差圧センサ
によって流量検出を行うラミナー流量計を用いるように
してもよい。また、ポンプ３１に代えて、コンプレッサ
を用いてもよい。

【００２３】また、上述の実施の形態においては、ピエ
ゾバルブ１４を用いて流量制御を行うようにしていた
が、図３に示すように、流路１に流量制御機能を有する
ルーツブロアポンプ３５（前記図４におけるルーツブロ
アポンプ２と実質的に同じもの）を設け、これをインバ
ータ３６（前記図４におけるインバータ８と実質的に同
じもの）によって回転数制御して、流量制御を行うよう
にしてもよい。

【００２４】さらに、上述の実施の形態においては、気
体流量制御装置をエンジン排気ガス測定を行うためのガ
ス希釈システムにおける希釈用空気の定量供給装置とし
て用いていたが、この発明の気体流量制御装置は、これ
に限られるものではなく、空気を始めとする各種の気体
を高速応答かつ高精度に制御する場合に広く用いること
ができる。

【００２５】

【発明の効果】この発明の気体流量制御装置において
は、従来と異なり、空気など気体の流量制御を行うに際
して、気体の実流量を制御の対象とするのではなく、流
路を流れる流体の差圧そのものを制御の対象としている
ので、気体の流量制御に必要な制御量を高速で求めるこ
とができ、それだけ、空気など各種の気体を高速応答か
つ高精度に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の気体流量制御装置の全体構成を概略
的に示す図である。

【図２】前記気体流量制御装置において用いるピエゾバ
ルブの構成を概略的に示す縦断面図である。

【図３】前記気体流量制御装置の他の構成例を概略的に
示す図である。

【図４】従来の気体流量制御装置の全体構成を概略的に
示す図である。

【符号の説明】

１…流路、２…流量制御部、３…差圧流量計、Ａ…気
体、ｂ…実差圧、ｅ…目標差圧、ｆ…制御信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H307 AA11 BB02 DD01 DD03 EE02 EE22 EE36 FF03 FF12 FF13 FF15 GG01 GG11 HH04 HH08 JJ03

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体が流れる流路に流量制御部と差圧流
   量計とを互いに直列な状態になるように設け、差圧流量
   計によって検出された実差圧と目標差圧とを比較し、そ
   の比較結果に基づいて流量制御部に対して所定の制御信
   号を出力するようにしたことを特徴とする気体流量制御
   装置。