JP3206705B2 - 排気ガスサンプリング装置 - Google Patents

排気ガスサンプリング装置

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JP3206705B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車のエンジンか
ら排出される排気ガスを、そのまま、あるいは希釈して
サンプルガスとしてガス分析部に供給する排気ガスサン
プリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車排気ガスに含まれる成分、
例えば、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NO)、一酸
化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2 )などを定量分析
する場合、エンジンからの排気ガスをそのままサンプル
ガスとしてガス分析部に供給したり、あるいは、前記排
気ガスを希釈し、これをサンプルガスとしてガス分析部
に供給する方法がある。そして、これらいずれの場合に
おいても、ガス分析部に供給され、これを流れるサンプ
ルガスの流量を常に一定になるようにする必要がある。
すなわち、エンジンから排出される排気ガスの圧力が変
動したり、フィルタの詰まりが生じたり、ポンプの吸引
能力が変化するなどしてエンジンから吸引するサンプル
ガスの流量が変動しても、ガス分析部を流れるサンプル
ガスの流量を常に一定になるようにすることが要求され
る。
【0003】図5は、エンジンからの排気ガスをそのま
ま分析部に供給する場合の従来構成を示す図で、この図
5において、1は自動車のエンジン、2はエンジン1の
排気管に連なるサンプリング流路で、上流側にフィルタ
3、吸引ポンプ4を備えるとともに、下流側には、圧力
調整器5が設けられている。
【0004】そして、前記サンプリング流路2のポンプ
4と圧力調整器5との間には、複数のガス供給路6〜9
が互いに並列に接続されており、これらの流路6〜9に
はそれぞれガス分析部10〜13が設けられている。例
えば、10はTHC(Total Hydro−Car
bon)を定量するためのFID(Flame Ion
ization Detector)、11はNOを定
量するためのCLD(Chemical Lumine
scence Detector)、12はCOを定量
するためのNDIR(Non−Dispersive
Infrared Analyzer)、13はCO2
を定量するためのNDIRである。なお、14〜17、
18〜21は各流路6〜9に設けられるニードルバル
ブ、流量調整用のキャピラリである。
【0005】さらに、前記FID10とCLD11は、
それらの出力が、供給されるサンプルガスSGの流量と
リニアな比例関係にあるところから、それらのガス供給
路6,7に、圧力調整器22,23を有する圧力調整用
流路24,25が接続されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
排気ガスサンプリング装置においては、圧力調整器5と
しては、例えば、特公昭59−3771号公報に開示さ
れるような機械式圧力調整器を用いていた。
【0007】前記機械式圧力調整器は、図6に示すよう
に、圧力調整器本体26の内部をダイヤフラム27によ
って2つの室28,29に区画し、一方の室28に弁口
30を開設して、この弁口30を圧力制御対象であるガ
ス(この場合はサンプルガスSG)の流路に接続すると
ともに、弁口30に臨むようにして弁体32をダイヤフ
ラム27に保持させるとともに、他方の室29は例えば
大気開放するとともに、ダイヤフラム27に一端が固着
され、他端が室壁に固定されたばね33を設けてなるも
ので、制御対象のガス圧力をP、基準側圧力をP0 、ダ
イヤフラムの面積をS、ばね定数をk、ばねの変位量を
xとするとき、 PS=P0 S+kx が成立するように動作するものである。
【0008】しかしながら、上記機械式圧力調整器にお
いては、制御圧力Pが変動しやすく、圧力調整精度が悪
く、このため、FID10やCLD11のようなガス分
析計には、前記圧力調整器5と同様の機械式の圧力調整
器22,23を設ける必要があるとともに、圧力調整器
5,22,23のそれぞれの下流側には、流量計34〜
36を設けるなどして、圧力調整器5,22,23の圧
力調整精度の悪さを補う必要もあった。その結果、従来
の排気ガスサンプリング装置は、部品点数が増えて構成
が複雑にならざるを得ず、また、そのようにしても、十
分な調整精度を得ることが困難であった。
【0009】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、一つの電子制御式圧力調整器を用いるだけ
で所望の流量制御を精度よく行うことができ、しかも、
構成が簡単かつ安価な排気ガスサンプリング装置を提供
することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、自動車のエンジンから排出される排気
ガスが流れるサンプリング流路に吸引ポンプを設け、こ
の吸引ポンプの下流側のサンプリング流路に、ガス分析
部を備えた1または複数のガス供給路を接続した排気ガ
スサンプリング装置において、前記サンプリング流路の
吸引ポンプの下流 に一つの分岐流路を接続し、この分
岐流路に一つの電子制御式圧力調整器を設け、前記サン
プリング流路に一つの電子制御式圧力調整器を設けるだ
けで、前記1または複数のガス供給路に対して流量制御
されたサンプルガスを安定に供給し、前記分岐流路の電
子制御式圧力調整器の上流側であって吸引ポンプの下流
側の圧力調整したいサンプリング流路により近い位置
圧力センサを設けたことを特徴としている。
【0011】
【作用】前記電子制御式圧力調整器は、圧力センサによ
って得られるガスの圧力信号と設定信号とに基づいて前
記ガス圧力が一定になるようにバルブの開閉開度を連続
的に制御するもので、例えば、圧力調整器に流れる流量
が0.1〜10L/minまで変動しても圧力センサの
精度範囲内で常に圧力は一定となるように制御すること
ができ、制御精度が非常に優れている。したがって、こ
のような電子制御式圧力調整器を用いるだけで所望の流
量制御を行うことができ、構成が簡単かつ安価な排気ガ
スサンプリング装置が得られる。
【0012】
【実施例】以下、この発明の詳細を、図を参照しながら
詳細に説明する。図1は、この発明の排気ガスサンプリ
ング装置の構成の一例を概略的に示すもので、この図1
において、前記図5に示した符号と同一のものは同一物
であるのでその説明は省略する。
【0013】図1に示した排気ガスサンプリング装置
が、図5に示した従来の排気ガスサンプリング装置と大
きく異なるところは、自動車のエンジン1から排出され
る排気ガスをガス分析部10,11,12,13に供給
するサンプリング流路2に、一つの電子制御式圧力調整
器を設けるとともに、圧力センサを設けたことである。
すなわち、図1において、37はサンプリング流路2に
対してガス供給路6,7の接続点の中間位置で分岐した
ガス流路で、この流路37には、電子制御式圧力調整器
38が設けられるとともに、この電子制御式圧力調整器
38の上流側に例えば半導体圧力センサまたは静電容量
式圧力などの圧力センサ39が設けられている。40は
電子制御式圧力調整器38の制御部で、圧力センサ39
の検出出力aと可変設定器41によって与えられる設定
値bとが等しくなるように制御する演算増幅器42など
よりなり、制御信号cを出力する。
【0014】図2は、前記電子制御式圧力調整器38の
一例を示すもので、この図2において、43は基体であ
る。44,45はそれぞれサンプルガスSGの導入口、
導出口である。46は導入口44と導出口45との間に
形成される流路である。47は流路46の途中に形成さ
れた弁座部で、48は弁口である。49は弁口48の開
度調整を行う弁体で、ばね50によって弁口48を閉じ
る方向に常時付勢されており、その上部に設けられる弁
体駆動部としての圧電アクチュエータ51によって押圧
駆動され、弁口48の開度調整を行うものである。ここ
で、圧電アクチュエータとは、多数の圧電素子を積層し
てなるもので、これらの圧電素子に直流電圧を印加する
と、その積層方向に歪みが生じ可動部分である出力部5
1aが瞬時に下方に動くものである。
【0015】52は圧電アクチュエータ51のカバー
体、53は押え部材、54は固定用ねじ、55はカバー
体52の下部と圧電アクチュエータ48の出力部51a
との間に設けられるシール部材としてのOリングであ
る。56は基体43とカバー体52の下部との間に設け
られるOリングである。
【0016】上記構成の電子制御式圧力調整器38にお
いては、圧力センサ39によって得られるサンプルガス
Sの圧力aを制御部40bに入力し、圧力設定信号bと
等しくなるように、制御部40からの制御信号cをよっ
て圧電アクチュエータ51への供給電圧が設定され、こ
の電圧印加によって圧電アクチュエータ51の圧電素子
が所定の歪を生じるので、その変位量は出力部51aを
介して弁体49に伝えられ、これによって、弁体49が
所定量下方に変位して、弁口48が所定の開度に設定さ
れる。そして、この電子制御式圧力調整器38は、例え
ば、これに流れるガス流量が0.1〜10L/minま
で変動させても、圧力センサ39の精度範囲内で圧力は
常に一定となり、その制御精度に優れている。
【0017】したがって、例えば、エンジン1の排気ガ
スの圧力(エンジン排圧)が上昇して、エンジン1から
の吸引量が増加しても、それによる圧力上昇を圧力セン
サ39が検知し、電子制御式圧力調整器38において弁
体49が弁口48の開度を定常時より大きくなるように
動作して、圧力上昇分を逃がすようになり、ポンプ4よ
り下流側のサンプリング流路2(被圧力調整部)の圧力
は一定に保持される。その結果、キャピラリ18〜21
を通じてのガス分析部10〜13へのサンプルガスSG
の流量は変化せず、エンジン排圧の変動によって、ガス
分析部10〜13における指示変動が生ずることがな
い。
【0018】なお、前記圧力上昇を検出してから電子制
御式圧力調整器38が動作するまでに応答差があると、
前記被圧力調整部において一時的に圧力変動が起こりう
るが、数10msecオーダーの応答性があれば、その
影響をほとんど無視することができる。
【0019】そして、上記排気ガスサンプリング装置に
おいて、例えば、エンジン1からのサンプルガスSGの
吸入量を8L/min、被圧力調整部における圧力(制
御圧)を25kPaとし、電子制御式圧力調整器38を
流れるサンプルガスSGの流量を1L/min、ガス分
析部10〜13を流れるサンプルガスSGの流量をそれ
ぞれ、0.5L/min、0.5L/min、4L/m
in、2L/minと設定した場合において、電子制御
式圧力調整器38に流れる流量を0.1〜10L/mi
nまで変動させても、FID10やCLD11における
分析計指示変動は、0.5%以内であった。これと同様
のテストを、従来の機械式圧力調整器5を用いて行った
ところ、前記FID10やCLD11における分析計指
示変動は、3〜5%以上もあった。
【0020】このように、この発明の排気ガスサンプリ
ング装置においては、サンプリング流路2に一つの電子
制御式圧力調整器38を設けるだけで所望の流量制御を
精度よく行うことができるが、次のような利点もある。
すなわち、排気ガスサンプリング装置においては、サン
プリング流路2に設けられるフィルタ3によって除去し
きれないダストを除去するため、サンプリング流路2に
別途、二段目のフィルタを設けることが多いが、従来の
排気ガスサンプリング装置においては、図3(B)に示
すように、圧力調整したい部分2と圧力調整器(機械式
圧力調整器)5との間に前記フィルタ57を設けるよう
にしていた。しかし、このように、フィルタ57を、圧
力調整したい部分2と圧力調整器5との間に介装する
と、フィルタ57による圧力損失が生じ、その分、圧力
調整精度が悪くなる。
【0021】しかしながら、この発明では、図3(A)
に示すように、圧力センサ39を、フィルタ57の上流
側、すなわち、圧力調整したい部分2により近い部分に
設けることにより、リモートセンシングすることができ
るので、上記従来の排気ガスサンプリング装置における
ような問題が生ずることはない。
【0022】この発明の排気ガスサンプリング装置にお
いて、各ガス分析部10〜13に対して校正ガスを導入
するには、例えば、図4に示すように、校正ガス供給ラ
イン58〜61に接続し、電磁弁62〜65を適宜開閉
操作して、適宜の校正ガスFIDCG、CLDCG、N
DIRCGをガス分析部10〜13にそれぞれ供給する
のである。
【0023】この発明は、上述の実施例に限られるもの
ではなく、種々変形して実施することができ、例えば、
電子制御式圧力調整器38を有するガス流路37のサン
プリング流路2への接続箇所は、ポンプ4以降であれば
どこでもよい。そして、この電子制御式圧力調整器38
の弁体駆動部51は、前記圧電方式に限られるものでは
なく、サーマル駆動や電磁駆動などの方式を採用しても
よい。また、ガス分析部10〜13は、FID、CL
D、NDIR以外のガス分析計であってもよく、その個
数は任意であり、また、一つであってもよい。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、自動
車のエンジンから排出される排気ガスが流れるサンプリ
ング流路に吸引ポンプを設け、この吸引ポンプの下流側
のサンプリング流路に、ガス分析部を備えた1または複
数のガス供給路を接続した排気ガスサンプリング装置に
おいて、前記サンプリング流路の吸引ポンプの下流側
一つの分岐流路を接続し、この分岐流路に一つの電子制
御式圧力調整器を設け、前記サンプリング流路に一つの
電子制御式圧力調整器を設けるだけで、前記1または複
数のガス供給路に対して流量制御されたサンプルガスを
安定に供給し、前記分岐流路の電子制御式圧力調整器の
上流側であって吸引ポンプの下流側の圧力調整したいサ
ンプリング流路により近い位置に圧力センサを設けてい
る。前記電子制御式圧力調整器は、圧力センサによって
得られるガスの圧力信号と設定信号とに基づいて前記ガ
ス圧力が一定になるようにバルブの開閉開度を連続的に
制御するもので、圧力センサの精度範囲内で常に圧力が
一定となるように制御することができ、制御精度が非常
に優れている。したがって、このような電子制御式圧力
調整器を、前記サンプリング流路の吸引ポンプの下流側
に接続される唯一つの分岐流路に設けるだけで、当該
ンプリング流路に複数個のガス分析部が接続されていて
も、これらに対して流量制御されたサンプルガスを安定
に供給することができる。そして、特に、前記分岐流路
の電子制御式圧力調整器の上流側であって吸引ポンプの
下流側の圧力調整したいサンプリング流路により近い位
に圧力センサを設けたことにより、圧力調整したい部
分、より詳しくは、吸引ポンプより下流側のサンプリン
グ流路(被圧力調整部)をリモートセンシングすること
ができるので、圧力損失を生ずることなく、精度よく圧
力調整することができる。したがって、この発明によれ
ば、構成が簡単かつ安価でありながらも、所望の流量調
整を精度よく行うことができる排気ガスサンプリング装
置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の排気ガスサンプリング装置の一例を
概略的に示す図である。
【図2】この発明で用いる電子制御式圧力調整器の一構
成を示す図である。
【図3】(A)は前記電子制御式圧力調整器を用いたと
きの二段目のフィルタの設置箇所を概略的に示す図であ
り、(B)は機械式圧力調整器を用いたときの二段目の
フィルタの設置箇所を概略的に示す図である。
【図4】この発明の排気ガスサンプリング装置におい
て、校正ガスを導入する場合における構成例を示す図で
ある。
【図5】従来の排気ガスサンプリング装置を概略的に示
す図である。
【図6】機械式圧力調整器を概略的に示す図である。
【符号の説明】
1…エンジン、2…サンプリング流路、4…吸引ポン
プ、6〜9…ガス供給路、10〜13…ガス分析部、3
7…分岐流路、38…電子制御式圧力調整器、39…圧
力センサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−207890(JP,A) 特開 平4−86362(JP,A) 特開 昭64−38626(JP,A) 特開 平1−291142(JP,A) 特開 平5−26789(JP,A) 実開 平2−43640(JP,U) 実開 平6−84352(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 1/00 101 G01N 1/22

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自動車のエンジンから排出される排気ガ
    スが流れるサンプリング流路に吸引ポンプを設け、この
    吸引ポンプの下流側のサンプリング流路に、ガス分析部
    を備えた1または複数のガス供給路を接続した排気ガス
    サンプリング装置において、前記サンプリング流路の
    引ポンプの下流側に一つの分岐流路を接続し、この分岐
    流路に一つの電子制御式圧力調整器を設け、前記サンプ
    リング流路に一つの電子制御式圧力調整器を設けるだけ
    で、前記1または複数のガス供給路に対して流量制御さ
    れたサンプルガスを安定に供給し、前記分岐流路の電子
    制御式圧力調整器の上流側であって吸引ポンプの下流側
    の圧力調整したいサンプリング流路により近い位置に圧
    力センサを設けたことを特徴とする排気ガスサンプリン
    グ装置。
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