JP3142223B2 - 自走車用エンジンの低温環境試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自走車、特に自動車用の
エンジンの低温環境下における排気ガスの分析試験を行
うための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】自動車の排気ガス規制では
排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素
（ＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯ_X ）の排出量が規制さ
れており、例えば米国のカリフォルニア規制では、エン
ジンを低温（１０℃）に冷却した状態で走行運転（ＬＡ
−４モード運転と呼ばれる）する際の排出量が規制され
ている。

【０００３】このＬＡ−４モード運転中における上記被
規制ガスの排出量は運転経過時間に対して一定ではな
く、エンジンが低温である走行初期に多量に排出され
る。これはエンジン温度や排気ガス管に設けられた触媒
コンバータの温度が上昇すると被規制ガスの排出量が少
なくなるからである。

【０００４】したがって、自動車の開発・研究、特に被
規制ガスの排出量が少ない低公害自動車（エンジン）の
開発を行うにはエンジンだけでなく、排気ガス管の触媒
コンバータも所要の温度まで冷却し、低温条件下におけ
る運転開始から数分間の排気ガス分析試験を繰り返して
実施して評価しなければならない。

【０００５】従来、低温環境下における排気ガスの分析
試験は冷却設備を備える試験室内で行っており、エンジ
ン全体を室内の冷却空気で冷却するので、エンジンおよ
び触媒コンバータを所要の試験温度に冷却するまでに時
間が掛かり、１日に行える試験回数が限られてしまうと
いう問題があった。

【０００６】また、エンジンの冷却水やオイルを直接冷
却することによりエンジンを短時間で所要の温度まで冷
却する試験装置も従来からあり、この試験装置はエンジ
ンの低温始動試験等に利用されているが、従来のものは
触媒コンバータを強制的に冷却する手段を有しておら
ず、排気ガスの分析試験を行うことができなかった。

【０００７】本発明はエンジンおよび排気ガス管の触媒
コンバータを短時間で所要の試験温度まで冷却すること
ができ、低温環境下におけるエンジンの始動初期の排気
ガス分析試験を正確に、かつ繰り返し行うことができる
ようにすることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明に係る試験装置は圧縮機からの凝縮器に
て凝縮された冷媒が膨張弁を経て供給され、被試験体た
るエンジンのエンジン冷却水、エンジンオイルおよびト
ランスミッションオイルをそれぞれ個別に冷却する各熱
交換器と、前記凝縮器からの冷媒が膨張弁を経て供給さ
れ、エンジンに送る空気を冷却する空気冷却器と、この
空気冷却器からの冷却空気が、試験準備時はエンジン周
囲に供給され、運転試験中はエンジンの給気口に供給さ
れるよう吐出口を移動可能にした可撓性のホースよりな
る通風ダクトと、前記空気冷却器からの空気を、エンジ
ンの排気ガス管に設けられた触媒コンバータに供給する
触媒コンバータ冷却用ダクトとを備え、前記触媒コンバ
ータ冷却用ダクトの先端部を分岐し、分岐された一方の
先端部を同コンバータの近傍に開口し、他方の先端部を
同コンバータ上流側直近の排気ガス管に接続し、同ダク
トの分岐部に、試験準備時は空気冷却器からの冷却空気
を排気ガス管内に吐出して触媒コンバータを内部から冷
却するように切り替えられ、運転試験中は冷却空気を同
コンバータの近傍に吐出して同コンバータを外部から冷
却するように切り替えられる切替弁を設けた構成のもの
としてある。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る自走車用エンジンの低温
環境試験装置の具体例を図１、２に基づいて詳細に説明
する。供試体たる自走車用エンジン１の動力軸２は、動
力計３に接続され、同エンジン１の排気ガス管４は排気
ガス分析装置５に接続されている。冷却ユニット６はエ
ンジン１およびエンジンまわりを冷却する機器が一つに
纏められてユニット化されたものとしてある。ここでエ
ンジンまわりとはエンジンの冷却水（不凍液）、エンジ
ンオイル、トランスミッションオイル等である。

【００１０】前記冷却ユニット６はエンジンに供給する
空気を冷却するための空気冷却器７、エンジン冷却水、
エンジンオイルおよびトランスミッションオイルをそれ
ぞれ冷却するための直接膨張式の熱交換器８、９、１０
およびこれら空気冷却器、各熱交換器に冷媒を供給する
ための冷凍機を構成する圧縮機１１、凝縮器１２および
アキュムレータ兼用の受液器１３を備えている。

【００１１】圧縮機１１の吐出管１４は凝縮器１２を介
してアキュムレータ兼用受液器１３の受液器側入口１３
ａに接続され、同受液器１３の受液器側出口１３ｂに一
端が接続された冷媒往管１５の他端が膨張弁１６、電磁
弁１７を介して空気冷却器７に接続されている。空気冷
却器７に一端が接続された冷媒復管１８の他端は前記ア
キュムレータ兼用受液器１３のアキュムレータ側入口１
３ｃに接続され、同出口１３ｄは吸入管１９を介して圧
縮機１１の吸入側に接続されている。

【００１２】前記空気冷却器７には一端が冷却ユニット
６の外部に開口する吸入ダクト２０の他端が接続され、
また空気冷却器７は吐出ダクト２１を介して送風機２２
に接続されている。送風機２２の吐出口２２ａには可撓
性のホースよりなる通風ダクト２３の一端が接続され、
この通風ダクト２３の他端（先端）は冷却ユニット６の
外部に延びて吐出口２３ａがエンジン１の近くに開口し
ている。通風ダクト２３は可撓性のホースで構成されて
いるので、吐出口２３ａの位置は任意に移動できるよう
になっており、試験準備中には冷却空気をエンジン周囲
に、運転試験中には図１中、２点鎖線で示すようにダク
トの先端部を曲げることにより冷却空気をエアクリーナ
１ａの吸気口１ｂに供給できるようになっている。

【００１３】また、通風ダクト２３の途中から触媒コン
バータ２６冷却用の枝ダクト２４が分岐しており、この
枝ダクト２４の先端部も通風ダクト２３の先端部と同様
に冷却ユニット６外部に延び、切替弁２５を介して排気
ガス管４の触媒コンバータ２６の近傍に先端部を開口さ
せて触媒コンバータ２６を外部から冷却するようになっ
ている。

【００１４】さらに、枝ダクト２４の切替弁２５に一端
が接続された分岐ダクト２７の他端を前記排気ガス管４
の触媒コンバータ２６のすぐ上流側に接続して冷却空気
を排気ガス管４から触媒コンバータ２６内に供給するよ
うになっている。

【００１５】切替弁２５は冷却空気を触媒コンバータ２
６の外部あるいは内部のいずれかに供給するように冷却
空気の流路を切り替えるものとしてあって、図２(a) に
示すように三方弁４４で構成してもよいし、図２(b) に
示すような開閉弁４５、４６をそれぞれ枝ダクト２４お
よび分岐ダクト２７に設け、どちらか一方が開の場合に
は他方が閉となるように構成してもよい。

【００１６】次に、エンジン冷却水、エンジンオイルお
よびトランスミッションオイルを冷却するための構成に
ついて説明する。アキュムレータ兼用受液器１３と空気
冷却器７間の冷媒往管１５から冷媒往枝管１５ａが分岐
し、この冷媒往枝管１５ａはさらに分岐往管２８ａ、２
８ｂ、２８ｃに分岐してエンジン冷却水用熱交換器８、
エンジンオイル用熱交換器９およびトランスミッション
オイル用熱交換器１０の各冷媒入口にそれぞれ膨張弁２
９ａ、２９ｂ、２９ｃおよび電磁弁３０ａ、３０ｂ、３
０ｃを介して接続されている。

【００１７】これら各熱交換器８、９、１０の各冷媒出
口は分岐復管３１ａ、３１ｂ、３１ｃを介して冷媒復枝
管１８ａに接続され、この冷媒復枝管１８ａは空気冷却
器７からの冷媒枝管１８に接続されている。

【００１８】エンジン冷却水用熱交換器８の冷却水出口
８ａおよび同入口８ｂにはそれぞれ可撓管よりなる冷却
水往管３２ａおよび同復管３２ｂの一端を接続してあっ
て、それぞれの他端をエンジン１の冷却水入口３３ａお
よび同出口３３ｂに接続し、冷却水復管３２ｂに設けた
ポンプ３４により冷却水を循環させてエンジンからの冷
却水を同熱交換器８で冷却するようになっている。

【００１９】また、エンジンオイル用熱交換器９のオイ
ル出口９ａおよび同入口９ｂにはそれぞれ可撓管よりな
るエンジンオイル往管３５ａおよび同復管３５ｂの一端
を接続してあって、それぞれの他端をエンジン１のエン
ジンオイル入口３６ａおよび同出口３６ｂに接続し、エ
ンジンオイル復管３５ｂに設けたポンプ３７によりエン
ジンオイルを循環させてエンジンからのエンジンオイル
を同熱交換器９で冷却するようになっている。

【００２０】同様に、トランスミッションオイル用熱交
換器１０のオイル出口１０ａおよび同入口１０ｂにはそ
れぞれ可撓管よりなるトランスミッションオイル往管３
８ａおよび同復管３８ｂの一端を接続してあって、それ
ぞれの他端をエンジン１のトランスミッションオイル入
口３９ａおよび同出口３９ｂに接続し、トランスミッシ
ョンオイル復管３８ｂに設けたポンプ４０によりトラン
スミッションオイルを循環させてエンジンからのトラン
スミッションオイルを同熱交換器１０で冷却するように
なっている。

【００２１】前記冷却水往管３２ａ、同復管３２ｂ、エ
ンジンオイル往管３５ａ、同復管３５ｂ、トランスミッ
ションオイル往管３８ａおよび同復管３８ｂにはそれぞ
れ開閉弁４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａおよ
び４３ｂをそれぞれ設けてあって、これらの開閉弁は試
験準備中には開、運転試験中には閉とされる。

【００２２】次に、上述のように構成した本発明の装置
の動作を説明する。圧縮機１１から吐出された冷媒は吐
出管１４を介して凝縮器１２で凝縮されて液冷媒にな
り、アキュムレータ兼用受液器１３の受液器側に送られ
る。液冷媒は同受液器１３から冷媒往管１５により膨張
弁１６および電磁弁を介して空気冷却器７に送られ、空
気冷却器７を流過する空気を冷却する。なお、前記膨張
弁１６の開度は通風ダクト２３を流れる冷却空気の温度
により制御される。空気冷却器７からの冷媒は冷媒復管
１８を介してアキュムレータ兼用受液器１３のアキュム
レータ側を介して圧縮機１１の吸入側へ戻される。

【００２３】空気冷却器７で冷却された空気は吐出ダク
ト２１、送風機２２を介して通風ダクト２３および触媒
コンバータ冷却用の枝ダクト２４に供給され、通風ダク
ト２３の吐出口２３ａから吐出される冷却空気は吐出口
２３ａの位置に応じてエンジン周囲あるいはエアクリー
ナ１ａの吸気口１ｂ近傍に供給され、また枝ダクト２４
からの冷却空気は切替弁２５の操作により触媒コンバー
タ２６の内部または外部のいずれかに供給される。

【００２４】また、冷媒往管１５から冷媒往枝管１５ａ
に流入した液冷媒は分岐往管２８ａ、２８ｂ、２８ｃに
よりそれぞれ膨張弁２９ａ、２９ｂ、２９ｃおよび電磁
弁３０ａ、３０ｂ、３０ｃを介してエンジン冷却水用熱
交換器８、エンジンオイル用熱交換器９およびトランス
ミッションオイル用熱交換器１０に供給される。

【００２５】各熱交換器８、９、１０においては、エン
ジン１からのエンジン冷却水、エンジンオイル、トラン
スミッションオイルが冷却され、それぞれエンジン１に
供給される。各熱交換器の膨張弁２９ａ、２９ｂ、２９
ｃの開度はそれぞれエンジン冷却水復管３２ｂの冷却水
温度、エンジンオイル復管３５ｂのエンジンオイル温
度、トランスミッションオイル復管３８ｂのトランスミ
ッションオイル温度により制御されるようになってい
る。

【００２６】次に、上述した構成の試験装置の操作を試
験準備時と運転試験中に分けて説明する。 ＜試験準備時＞可撓性のホースよりなる通風ダクト２３
の吐出口２３ａをエンジン１からある程度離して位置さ
せ、エンジンの周囲に冷却空気が供給するようにしてエ
ンジン全体を冷却し、また、枝ダクト２４の切替弁２５
を冷却空気が分岐ダクト２７側に流れるようにして冷却
空気を排気ガス管内に流し、触媒コンバータ２６を内部
から冷却する。

【００２７】また、開閉弁４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４
２ｂ、４３ａおよび４３ｂを開成して各ポンプ３４、３
７、４０を駆動し、エンジン冷却水、エンジンオイルお
よびトランスミッションオイルを循環させて、各熱交換
器８、９、１０で冷却し、エンジンまわりを冷却する。

【００２８】＜運転試験中＞エンジン各部が所要の試験
温度まで冷却されたら、ポンプ３４、３７、４０を停止
して開閉弁４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａお
よび４３ｂを閉止し、エンジン冷却水、エンジンオイル
およびトランスミッションオイルの循環を止める。

【００２９】また、通風ダクト２３の吐出口２３ａを図
１中、２点鎖線で示すようにダクトを曲げてエアクリー
ナ１ａの吸気口１ｂの近傍に位置させ、冷却空気がエン
ジンの吸入空気として吸入されるようになし、また、枝
ダクト２４の切替弁２５を切り替えて冷却空気が触媒コ
ンバータ２６の近傍に吐出されるようにして触媒コンバ
ータ２６を外部から冷却する。この状態でエンジンを始
動し、排気ガス分析装置５により排気ガス中に含まれる
被規制ガス量を測定し、また、動力計３でエンジンの出
力を計測する。

【００３０】上述の操作により１回の試験が終了した
ら、再び試験準備の状態に戻り、運転試験中に上昇した
エンジン各部および触媒コンバータを所要の試験温度ま
で冷却し、試験を繰り返す。

【００３１】なお、上述のように試験準備時と運転試験
中とで冷却空気を触媒コンバータの内部と外部へ切り替
えて供給するのは、試験準備時には触媒コンバータの内
部から冷却する方が冷却時間が短くて済むが、運転試験
中に触媒コンバータ内へ冷却空気を供給すると排気ガス
中に、冷却空気が混入して排気ガスの分析結果を左右し
てしまうからである。

【００３２】

【発明の効果】本発明の試験装置は上述した構成のもの
としてあるので、次の効果を奏し得る。空気冷却器から
の冷却空気を排気ガス管の触媒コンバータの内外に直接
供給することができるので、触媒コンバータを短時間で
所要の試験温度まで冷却することができて正確な排気ガ
ス分析試験を行うことができる。

【００３３】しかも、触媒コンバータ冷却用ダクトに設
けられた切替弁を切り替えることにより、触媒コンバー
タに供給される冷却空気は、試験準備時は排気ガス管か
らコンバータ内に供給されてコンバータを内部から短時
間で冷却することができ、運転試験中はコンバータの近
傍に供給されて排気ガス内に冷却空気を混入させること
なくコンバータを外部から冷却することができる。

【００３４】また、空気冷却器からエンジンへ冷却空気
を供給する通風ダクトを可撓性のホースで構成してある
ので、試験準備時は同ダクトの吐出口をエンジンからあ
る程度離して冷却空気がエンジン周囲に供給されるよう
にすることにより、エンジンそのものの冷却を行うこと
ができ、運転試験中は同ダクトを曲げて吐出口をエアク
リーナの吸気口近傍に移動させて冷却空気をエンジンの
吸入空気とすることができる。

【００３５】さらに、熱交換器によりエンジンのエンジ
ン冷却水、エンジンオイルおよびトランスミッションオ
イルを個別にしかも直接冷却するので、エンジンそのも
のの冷却を短時間で行うことができる。

【００３６】したがって、被試験体たるエンジンの各部
を短時間で所要の試験温度まで冷却することができ、し
かもエンジンの排気ガス管に設けられた触媒コンバータ
を直接冷却することができて正確な低温環境下における
排気ガスの分析試験を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る試験装置の実施例を示す構成図。

【図２】切替弁の具体例を示す構成図。

【符号の説明】

１ エンジン １ａ エアクリーナ １ｂ 吸気口 ２ 動力軸 ３ 動力計 ４ 排気ガス管 ５ 排気ガス分析装置 ６ 冷却ユニット ７ 空気冷却器 ８ エンジン冷却水用熱交換器 ９ エンジンオイル用熱交換器 １０ トランスミッションオイル用熱交換器 １１ 圧縮機 １２ 凝縮器 １３ アキュムレータ兼用受液器 １４ 吐出管 １５ 冷媒往管 １５ａ 冷媒往枝管 １６ 膨張弁 １７ 電磁弁 １８ 冷媒復管 １８ａ 冷媒復枝管 １９ 吸入管 ２０ 吸入ダクト ２１ 吐出ダクト ２２ 送風機 ２３ 通風ダクト ２３ａ 吐出口 ２４ 触媒コンバータ冷却用の枝ダクト ２５ 切替弁 ２６ 触媒コンバータ ２７ 分岐ダクト ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ 分岐往管 ２９ 膨張弁 ３０ 電磁弁 ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 分岐復管 ３２ａ 冷却水往管 ３２ｂ 冷却水復管 ３３ａ 冷却水入口 ３３ｂ 冷却水出口 ３４ ポンプ ３５ａ エンジンオイル往管 ３５ｂ エンジンオイル復管 ３６ａ エンジンオイル入口 ３６ｂ エンジンオイル出口 ３７ ポンプ ３８ａ トランスミッションオイル往管 ３８ｂ トランスミッションオイル復管 ３９ａ トランスミッションオイル入口 ３９ｂ トランスミッションオイル出口 ４０ ポンプ ４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ 開
閉弁 ４４ 三方弁 ４５、４６ 開閉弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 15/00 G01M 17/00 - 17/007 G01M 19/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】(a) 圧縮機からの凝縮器にて凝縮された冷
   媒が膨張弁を経て供給され、被試験体たるエンジンのエ
   ンジン冷却水、エンジンオイルおよびトランスミッショ
   ンオイルをそれぞれ個別に冷却する各熱交換器 (b) 前記凝縮器からの冷媒が膨張弁を経て供給され、エ
   ンジンに送る空気を冷却する空気冷却器 (c) この空気冷却器からの冷却空気が、試験準備時はエ
   ンジン周囲に供給され、運転試験中はエンジンの吸気口
   に供給されるよう吐出口を移動可能にした可撓性のホー
   スよりなる通風ダクト (d) 前記空気冷却器からの空気を、エンジンの排気ガス
   管に設けられた触媒コンバータに供給する触媒コンバー
   タ冷却用ダクトを備え、 (e) 前記触媒コンバータ冷却用ダクトの先端部を分岐
   し、分岐された一方の先端部を同コンバータの近傍に開
   口し、他方の先端部を同コンバータ上流側直近の排気ガ
   ス管に接続し、同ダクトの分岐部に、試験準備時は空気
   冷却器からの冷却空気を排気ガス管内に吐出して触媒コ
   ンバータを内部から冷却するように切り替えられ、運転
   試験中は冷却空気を同コンバータの近傍に吐出して同コ
   ンバータを外部から冷却するように切り替えられる切替
   弁を設けてなる自走車用エンジンの低温環境試験装置。