JP2009115508A - 可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】ベンチュリ管を縦方向すなわち鉛直に配置することにより排気ガスを測定部においては鉛直方向に流動させ、とくに下方から上方に流すことによって、排気ガスの流速が遅い場合も温度分布の均一化を実現でき、併せて可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の可動コァーの駆動軸を鉛直方向に近く保って、軸にかかる横方向の支持力と摺動抵抗を小さくし、さらに測定方向として水平方向の必要距離を短くすること
【解決手段】管路の流れを滑らかに絞り流路断面積が極小になるスロート部を経て緩やかに滑らかに拡大する管路をもつベンチュリ測定管路の軸に平行なスロートの中心部に断面積が滑らかに変化する形状の可動コァー7を配置して、可動コァー7の位置によりスロート部流路断面積が変化するベンチュリ式流量計において、測定管路10を鉛直もしくは鉛直に近い方向に構成して、可動コァー7を駆動する軸に軸方向の力以外の横方向にかかる力を小さくして支持できるようにした可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計1の構造。
【選択図】 図1
Description
び流速に大きな変動のある気体流量の実用的測定装置の構造・構成に係るものである。
としていた。ここに、Dmaxはコァーの最大径で、lはコァーの最大径の断面から軸方向の最大移動距離である。この形状は単純な回転放物線曲面であるが、曲面が中心軸の線となす角度が30°以上大きくなると実際のスロート部有効断面はスロート部内周とコァー直径が形成する中心軸に直角な平面との間の環状流路断面より変化するようになる。実際にはコァー表面のごく近傍では面に沿った流れとなるので、流路断面積は放物線よりもずれることになる。コァーの移動距離に対するスロート部断面積を比例的変化にするためには回転放物線曲面から修正を必要とする課題があった。
したがってこの発明の可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造は、管路の流れを絞り流路断面積が極小になるスロート部を経て拡大する管路をもつベンチュリ測定管路の軸に平行なスロートの中心部に断面積が前記軸方向の位置により変化する形状の可動コァーを配置して、可動コァーの位置によりスロート部流路断面積が変化するベンチュリ管によって入り口部の静圧、絶対圧および温度と、スロート部の静圧を測定し、流体の密度とスロート部流速及びスロート部有効断面積を当該コァーの軸方向位置から求めて流量を測定する可変断面積ベンチュリ式流量計において、ベンチュリ測定管路を水平に対して傾斜させて構成した。
またこの発明の可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造は、前記ベンチュリ測定管路におけるガスの流れを下から上になるように前記ベンチュリ測定管路を配置した。
またこの発明の可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造は、可動コァーの移動距離に対するベンチュリ・スロート部の有効断面積を直線的に変化させて流量制御を有利にできる可動コァー断面の形状として、ベンチュリ外周部のスロート部断面の軸方向位置を基準としたコアー断面とベンチュリ外周との環状断面とコァーの曲面の法線方向が形成する環状円錐面が滑らかに交差して形成する環状曲面の断面積を、コァー移動距離に対して直線的に変化させるように回転放物線曲面から補正したコァー形状をもつ。
またこの発明の可変断面積ベンチュリ式排気ガスの構造は、前記コァーの形状はコァーの軸方向の長さがコァーの最大移動距離よりも短く、かつコァーがスロート圧検出点の平面から過ぎた位置で最大有効スロート断面積に達するように構成されている。
またこの発明の可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造は、ベンチュリ測定管路の外部に配置されて測定時には常温近傍に保たれるようになっている駆動装置からコァー位置を発信する構成の場合に、測定時には300°C以上の高温に達することもある測定管路の内部に配置される可動コァーの駆動軸を熱膨張係数のきわめて小さいアンバーなど特殊合金で構成して、流量校正時の測定管路の内部温度と実際の測定時の内部温度とが異なることによるコァー位置の発信における温度影響を少なくするようにした。
またこの発明の可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造は、測定管路の入り口に流れの脈動を比較的小さな容積で大きな等価減衰容積を持つバッファー装置としてサージ・チューブ1)、2)またはバルーン・バッファー・チューブ(BBT)3)を装着して、脈動を効果的に減衰させて、脈動のある流路においても誤差を小さくしてベンチュリ管による高精度な流量測定を可能にできるようにした。
ここでサージ・チューブ1)は圧力や流速に大きな振幅の脈動のある気体の管路系の中で、適当な長さの一部の管路側壁面に気体が自由に出入りできる適切な断面積を持つ孔を1個以上設けて、当該部分の外周に適切な容積を持ちかつ適切な弾性と強度および耐熱性を有するゴム膜など伸縮性のある材質で構成したチューブまたはベローズを配置し、チューブまたはベローズの側面などが内外差圧により伸縮して容積変化する構造の管路を構成して、等価容量の大きなサージ・タンクに対応するようにし、ゴム膜などの伸縮による容積変化によって管路系の脈動を抑制・緩和するサージ・チューブ(特許文献1参照)である。
また、サージ・チューブ2)は適切な弾性と強度および耐熱性を有するゴム膜など伸縮性のある材質で構成したチューブを配置し、チューブの側面などが内外差圧により伸縮して容積変化する構造の管路を構成してゴム膜などの伸縮による容積変化によって管路系の脈動を抑制・緩和するサージ・チューブにおいて、厚さ0.5mm以下のゴム薄膜円筒状チューブの両端部についてそれぞれO・リング状で線径1mm以上の太さをもち強度と気密性の確保できる縁を構成させて、管路の両端の適切な位置に気密性を保って取り付けられたフランジの外周部の近傍に軸方向に適切な角度を有する環状のO・リング溝を設け、ゴム薄膜チューブの両端の縁にあるO・リングを嵌合させ、適切な角度の面をもつ締め付けリングで軸方向にO・リングを締め付けて、容易に気密性を確実に保ちかつ強度的にも充分にゴム膜を保持するようにした、サージ・チューブの構造(特許文献2参照)である。
また、バルーン・バッファー・チューブ(BBT)3)は管路系の中間に管路の断面積より大きい流路面積の側方管路を管路から分岐させて設けて、その先端部にシリコーンゴムなどきわめて弾性に富み耐熱性にも優れた材質で構成された平面または凹面の薄膜弾性体を周辺で気密に取り付けて側方管路内部の圧力と外部の圧力との差圧に応じて薄膜弾性体が球面状に伸縮することにより管路系内部の容積を大きく変化させて、管路の圧力あるいは流速の脈動を効果的に減衰させるバルーン・バッファーチューブ(特願2006−216435参照)である。
またこの発明の可変ベンチュリ式排気ガス流量計の構造は、排気ガス温度がほぼ300°C以上の高温度に達したときに、バッファー装置と可動コァーの駆動軸シール部を含むアクチュエーター装置および測定管路外壁を軸流ファンなどの通風装置を用いて強制冷却するようにして各部温度を概ね400°C以下の適切な温度範囲に維持できるようにした。
またこの発明の可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造は測定管路の入り口管路から排気ガスとともに流入する凝縮水などを排気導入管に接続して設けた凝縮水処理装置において、必要に応じて予熱を含めた加熱装置により早急に蒸発させて気体状態にして測定系に加えるようにするか、もしくはドレイン槽に分離して貯留して測定系外に排除するなどのドレイン対応装置を備えたことを特徴とする。
またこの発明の可変ベンチュリ式排気ガス流量計の構造は、スロート部の静圧と入り口静圧のために管路の同一軸方向位置の内周に均一にそれぞれ4ヵ所以上の壁面圧力孔を設けて圧力を平均化して圧力センサに導入し、圧力導入管路をできるだけ短く構成するとともにラインフィルター及びラインパージ用3方電磁弁を配置して、絶対圧センサ、差圧センサに連結して、必要に応じて加圧空気を利用してパージを行うなどして圧力導入管路の清浄性を保つようにした。
自動車エンジン2の排気管21からの排気ガス流20は排気導入管31から装置1内部に入り、凝縮水などは凝縮水処理装置32に分離導入される。液体を含まない排気ガスがBBT3を経由して鉛直に配置された縦置きの測定管路10に入りベンチュリ縮流部4において最小流路断面積のスロート部5まで流れを絞られ流速を増す。通常スロートの中心に可動コァー7があって流路は環状となる。ベンチュリ管路の入り口温度は熱電対などの温度センサ41で検出され、圧力は圧力導管42から絶対圧センサ51および差圧センサ52にパージ・エァー切り換え用の電磁弁46、48とフィルタ47、49を介して常時は連結されている。
の径の位置にセンサ先端を配置して平均排気ガス温度を測定する。なおベンチュリ管として圧力回復を確認するためにはベンチュリ管10の出口近くに静圧センサのための圧力測定孔44を設けて測定することがある。さらに排気ガス試料を抽出するためにはプローブ17をベンチュリ管の下流近傍に挿入するのが普通である。
2 エンジン
3 バッファー装置(BBT)
4 ベンチュリ縮流部
5 ベンチュリ・スロート部
6 ベンチュリ・拡大部
7 可動コァー
8 コァー駆動軸
9 コァー位置検出センサ
10 測定管路
11 コァー駆動軸支持軸受
12 軸受支持支柱
13 コァー駆動軸貫通部
14 軸シール部
15 軸シール冷却ファン
16 可動コァー・アクチュエータ
17 排気ガス試料抽出プローブ
18 測定管路下流ベント管
19 排出管路
20 エンジン排気ガス流
21 エンジン排気管
22 遮熱板
31 排気ガス導入管
32 凝縮水処理装置
33 BBTゴム膜保護メッシュ
34 BBTシリコーンゴム薄膜
40 ベンチュリ入り口圧力検出部
41 ベンチュリ入り口温度センサ
42 ベンチュリ入り口圧力測定孔(4ケ所)
43 ベンチュリ・スロート部圧力測定孔(4ケ所)
44 ベンチュリ・拡大部圧力回復静圧測定孔
45 平均化圧力導管系
46 3方電磁弁
47 フィルタ
48 3方電磁弁
49 フィルタ
50 パージ・エァーライン
51 差圧センサ
52 絶対圧センサ
53 凝縮水蒸発面
54 加熱ヒータ
55 温度センサ
56 凝縮水排出導管
57 電磁弁
59 凝縮水貯留ドレインタンク
Claims (8)
- 管路の流れを滑らかに絞り流路断面積が極小になるスロート部を経て緩やかに滑らかに拡大する管路をもつベンチュリ測定管路の軸に平行なスロートの中心部に断面積が滑らかに変化する形状の可動コァーを配置して、可動コァーの位置によりスロート部流路断面積が変化するベンチュリ管によって入り口部の静圧、絶対圧および温度と、スロート部の静圧を測定し、流体の密度とスロート部流速及びスロート部有効断面積を当該コァーの軸方向位置から求めて流量を測定する可変断面積ベンチュリ式流量計において、ベンチュリ測定管路を鉛直もしくは鉛直に近い方向に構成して、可動コァーを駆動する軸に軸方向の力以外の横方向にかかる力を小さくして支持できるようにした可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造。
- 請求項1の可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計において可動コァーの移動距離に対するベンチュリ・スロート部の有効断面積をほぼ直線的に変化させて流量制御を有利にできる可動コァー断面の形状として、ベンチュリ外周部のスロート部断面の軸方向位置を基準としたコアー断面とベンチュリ外周との環状断面とコァーの曲面の法線方向が形成する環状円錐面が滑らかに交差して形成する環状曲面の断面積を、コァー移動距離に対して直線的に変化させるように回転放物線曲面から補正したコァー形状をもつ可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造。
- 請求項2の可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計において、前記コァーの形状はコァーの軸方向の長さがコァーの最大移動距離よりも短く、かつコァーがスロート圧検出点の平面から過ぎた位置で最大有効スロート断面積に達するように構成されていることを特徴とする可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造。
- 請求項1から3のいずれかの可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計において、ベンチュリ測定管路の外部に配置されて測定時には常温近傍に保たれるようになっている駆動装置からコァー位置を発信する構成の場合に、測定時には300°C以上の高温に達することもある測定管路の内部に配置される可動コァーの駆動軸を熱膨張係数のきわめて小さいアンバーなど特殊合金で構成して、流量校正時の測定管路の内部温度と実際の測定時の内部温度とが異なることによるコァー位置の発信における温度影響を少なくするようにした可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造。
- 請求項1から4のいずれかの可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計において、測定管路の入り口に流れの脈動を比較的小さな容積で大きな等価減衰容積を持つバッファー装置としてサージ・チューブまたはバルーン・バッファー・チューブを装着して、脈動を効果的に減衰させて、脈動のある流路においても誤差を小さくしてベンチュリ管による高精度な流量測定を可能にできるようにした可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造。
- 請求項1から5のいずれかの可変ベンチュリ式排気ガス流量計において、排気ガス温度がほぼ300°C以上の高温度に達したときに、バッファー装置と可動コァーの駆動軸シール部を含むアクチュエーター装置および測定管路外壁を軸流ファンなどの通風装置を用いて強制冷却するようにして各部温度を概ね400°C以下の適切な温度範囲に維持できるようにした可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造。
- 請求項1から6のいずれかの可変ベンチュリ式排気ガス流量計において測定管路の入り口管路から排気ガスとともに流入する凝縮水などを排気導入管に接続して設けた凝縮水処理装置において、必要に応じて予熱を含めた加熱装置により早急に蒸発させて気体状態にして測定系に加えるようにするか、もしくはドレイン槽に分離して貯留して測定系外に排除するなどのドレイン対応装置を備えたことを特徴とする可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造。
- 請求項1から7のいずれかの可変ベンチュリ式排気ガス流量計において、スロート部の静圧と入り口静圧のために管路の同一軸方向位置の内周に均一にそれぞれ4ヵ所以上の壁面圧力孔を設けて圧力を平均化して圧力センサに導入し、圧力導入管路をできるだけ短く構成するとともにラインフィルター及びラインパージ用3方電磁弁を配置して、絶対圧センサ、差圧センサに連結して、必要に応じて加圧空気を利用してパージを行うなどして圧力導入管路の清浄性を保つようにした可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造。
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