JP3426048B2 - 可動ベンチュリ管を用いた排気ガス分流器 - Google Patents

可動ベンチュリ管を用いた排気ガス分流器

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車排気ガスなどの計
測において、一定の比率に全排気ガスを分流してサンプ
リングして測定する場合や部分希釈トンネル装置に排気
ガスを分流する装置の改良に関するもので、燃焼排気ガ
スによる公害防止技術等の分野に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車排気の計測において、排気比例サ
ンプリング装置や排気ガスの部分希釈トンネル装置にお
いては排気ガスをその全流量から一定な比率で分流する
装置として種々な方式が用いられてきた。
【0003】その一つには、2つの固定されたベンチュ
リ管を利用して各々のベンチュリ管のスロート部の流速
を同一にするように制御して分流する技術(特開平4−
143632号公報、特開平4−27936号公報等参
照)などがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらは2つ
のベンチュリ管のスロート部断面積が一定であるため
に、分流比を運転中に変更することができなかった。ま
た、従来の技術では自動車の運転条件が大きく変化して
排気ガス流量や汚染物濃度が5倍以上にも大きく変化し
た場合に、測定濃度が精度の高い条件から逸脱して、十
分な測定精度が得難い場合も生じたりした。とくに低公
害車の排出レベルに対応するためには、例えばコールド
スタート条件とホットスタート条件とで分流比を容易に
変更できることが望まれる。本発明は自動車エンジンの
運転中においても、必要に応じて排気ガス分流器の分流
比を任意の設定値に正確に変更できるようにすることを
課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】この課題に対応して、本
発明の排気ガス分流器では2つの流路のうち、一方の流
路のベンチュリ管のスロート部断面積を運転中において
も可変できるようにする手段を用いた。スロート部の流
路断面積を変化させる方法として、環状流路の内周側、
すなわち中心部のコアの外周面を特定の回転曲面とし外
周側を可動ベンチュリ管とする構造とした。また、各ベ
ンチュリのスロート部の静圧を測定し、一定の関係に制
御する方法と、更に必要に応じて例えばトレーサガス濃
度などによる分流比の決定に応じて分流比の修正制御を
行うことも併用した。
【0006】
【作用】自動車エンジンの排気ガスは、運転条件によっ
て温度が大きく変化し、またその圧力波動も変化する。
これを分流するとき流速はその静圧と関係するが、2つ
の流路が分流直後にほぼ同じ温度・圧力条件にあってそ
れぞれのベンチュリ管で絞られて流速が増加し、静圧が
低下する場合に、同一の静圧では同一の流速になる。流
体の質量流量はそれぞれの流路の流路断面積と流速およ
び密度で定まるので、同一の流速と密度条件ではそれぞ
れのベンチュリ管のスロート部流路断面積比が流量比と
なる。一方の流路は中心部のコア内部に固定された一定
の断面積のベンチュリ管とし、他方の流路はそのコアの
外周部に環状のベンチュリ管を可動できるように構成し
て、可動ベンチュリ管の位置の変化によって環状ベンチ
ュリ管のスロート部断面積が変化・設定できる。各ベン
チュリ管のスロート部の流速を同一にすれば、2つの流
路の流量比は環状ベンチュリ管のスロート部流路断面積
によって、変化・設定できるので、可動ベンチュリ管の
位置によって流量比すなわち分流比が変化・設定でき
る。
【0007】2つのベンチュリ管のスロート部の流速を
等しくするために、一方の流路例えばコア内部のベンチ
ュリ管側流路の下流部で、吸引圧力を制御して2つのベ
ンチュリ管のスロート部の静圧力を一定な関係に保つこ
とができる。
【0008】さらに、一方の流路の排気ガスを希釈トン
ネルで希釈して定流量で吸引する排気ガスの部分希釈ト
ンネル装置では、希釈トンネル流量と希釈空気、排気ガ
ス、希釈排気ガス中のトレーサガス濃度から分流比が計
算によって求められるので、これを参照して可動ベンチ
ュリの位置制御の修正や一方の流路の吸引圧力の修正制
御を必要に応じて行うこともできる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1および図2を参
照して説明する。図1は本発明の排気ガス分流器1の構
造例を示す。排気ガス分流器1は、外管2を有し、外管
2内に排気ガスを分流させる一方の分流路3と他の一方
の流路4を包含する。一方の分流路3は固定ベンチュリ
管10を通る流路5によって形成され、他の一方の流路
4は固定ベンチュリ管10の外側で可動ベンチュリ管2
0を通る環状流路6によって形成される。外管2の中心
部に支持ステム19によって固定支持されたコア7が配
置され、そのコア7の内面が可動ベンチュリ管10を構
成する。固定ベンチュリ管10は滑らかな絞り部11と
スロート部12と緩やかに拡大する圧力回復部13とを
有する。また、コア7の外周面が滑らかに断面積が変化
する回転曲面となっており、この外周面9が可動ベンチ
ュリ管20の内周面を構成する。一方、コア7に対応す
る軸方向位置において外管2の内面に可動ベンチュリ管
部材8が取付けられている。可動ベンチュリ管部材8の
内周面が可動ベンチュリ管20を構成する。可動ベンチ
ュリ管20は絞り部21とスロート部22と緩やかに拡
大する圧力回復部23とを有し、コア7の外周面9との
間に環状流路6を形成する。可動ベンチュリ管部材8は
外管2内を軸方向に摺動変位可能である。すなわち、可
動ベンチュリ管部材8の外面には直動レバー27が取付
けられており、直動レバー27は外管2に形成されたス
リット51を貫通して外部に延出してスライダー31に
連結している。スリット51の気密は可動ベンチュリ管
部材8の外面に取り付けたシールリング24、25によ
って保持される。このような排気ガス分流器1では、流
入する排気ガス100は中心部のコア7の内部に設定さ
れた固定ベンチュリ管10を経由してサンプル流路管3
8から吸引される試料流101と、可動できる環状流路
をもつベンチュリ管20を経由してバイパス管路39か
ら排出されるバイパス流102に分流される。
【0010】固定ベンチュリ管10のスロート部の静圧
力P4 は圧力測定孔16から外部に取り出され、圧力導
管37を経て差圧計35に導かれる。
【0011】可動ベンチュリ管20のスロート部の静圧
力P2 は圧力測定孔26から直動レバー27に沿って外
部に取り出され、可撓性の圧力導管28を経て差圧計3
5に導かれる。可動ベンチュリ管20は外側に設けられ
た直動レバー27によって摺動管3の内部でシールリン
グ24、25で気密性を保持しかつ管軸に沿って滑らか
に摺動できる。直動レバー27はパルスモータ33によ
って回転する軸32に沿って動くボールねじ機構をもっ
たスライダー31によってバックラッシュなく精密に再
現性よく位置決めできる。可動ベンチュリ管の位置はパ
ルスモータのパルス数またはその回転角センサー34か
らの信号によって正確に決定できる。環状流路をもつベ
ンチュリ管20のスロート部断面積は駆動パルス数また
は回転角の信号によって再現性よく高精度に決定でき
る。
【0012】一方、固定ベンチュリ管10を経由した試
料流101の下流側の吸引圧力を何らかの方法で調節す
ることによって、可動ベンチュリ管のスロート部静圧P
2 と固定ベンチュリ管スロート部静圧P4 とを等しくま
たは一定な関係に保つことができる。2つの流路、バイ
パス流102と試料流101は各々のスロート部での流
速が等しくなるかまたは一定な関係になれば、それぞれ
の流路のスロート部流路断面積比によって、その流量比
は決定できる。
【0013】図2は本発明の可動ベンチュリ管を用いた
排気ガス分流器の各ベンチュリ管のスロート部静圧を制
御するための装置と、さらに排気ガスの部分希釈装置な
どにおけるトレーサガス濃度などによる分流比の修正制
御方式の系統の実施例を説明するものである。すなわ
ち、エンジン40からの排気ガス100の全流量は、マ
フラー41とテールパイプ42と連結管43を経由し
て、可動ベンチュリ管を用いた排気ガス分流器に流入し
て、バイパス流102と試料流101に分流される。こ
のとき、可動ベンチュリ管を用いた排気ガス分流器1の
各ベンチュリのスロート部の静圧力P2 、P4 は等しく
なるように制御される。差圧計35の出力を増幅器54
によって処理して、これによって試料流101の吸引圧
力を制御する。例えば、部分希釈の排気ミニダイリュー
ショントンネル50において、トランスファチューブ5
8を経由して試料流101がダイリューショントンネル
50に吸入されるとき、ダイリューショントンネル50
の入口側に配置した可動ベンチュリ管20の位置によっ
て、吸入点の静圧力が制御できる。このときも、この可
動ベンチュリ管20はパルスモータ55と直動レバー5
6との組合せを利用し、差圧計35の出力がゼロになる
ようなフィードバック制御ができる。この制御は圧力検
出系の応答速度などと関係するが、通常は1秒以内の応
答性でエンジンの運転条件の急速な変化に追随できる。
【0014】さらに部分希釈の排気ミニダイリューショ
ントンネルにおいては、一定な質量流量に保たれること
になっていて、CVS装置として熱交換器62を経て入
口絶対圧力計65及び入口温度計66を備えたCFV
(クリティカル・フロー・ベンチュリ、音速ノズル)に
よって定流量状態でブロワー61で吸引される。また排
気ガス中に含まれるCO2 やNOをトレーサガスとし
て、これらの濃度を利用してダイリューショントンネル
の希釈比を求めたり、エンジンの吸入空気流量や燃料消
費流量の測定値を考慮して排気ガス分流器の分流比を求
めることが行われる。CVS流量は絶対圧力計65の出
力信号と温度計66の出力信号を入力として、CFVの
校正値を基準に計算機73によって求められる。ダイリ
ューショントンネルの希釈排気ガス中のトレーサガスの
濃度はガス分析計68によって測定され、計算機72に
入力され、希釈前の排気ガス中のトレーサガス濃度はガ
ス分析計69で測定され計算機72に入力される。希釈
用空気中のトレーサガス濃度は通常は別に測定されて計
算機に記憶されている。エンジンの吸入空気流量は吸気
系に装着された空気流量計45で測定され、燃料消費流
量は燃料流量計46で測定されて、共に計算機72に入
力される。計算機72では、CVS流量と吸入空気流量
および燃料流量と、3つのトレーサガス濃度から計算方
式に従って分流比が求められる。この計算による分流比
はガス分析計の応答速度などの制約はあるが、5秒以上
の時間で積算・平均化を行うことによって精度を向上さ
せることもできる。
【0015】一方、可動ベンチュリ管を用いた排気ガス
分流器の分流比は、計算機71によって設定され、パル
スモータ33によって可動ベンチュリ管の位置が決定さ
れ、回転角センサー34の信号によって確認される。計
算機72により計算により求められた分流比と、計算機
71により設定した分流比との間に差異があるときに
は、必要に応じて計算機71の設定値の修正ができるよ
うな制御回路を計算機72に設ける。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、同一のエンジンにおい
て運転状態が変化して測定対象成分濃度が大幅に変化す
るような場合、例えばガソリンエンジンのコールドスタ
ートでHC濃度が1000ppmCを越え、ホット条件
で10ppmC以下となる場合とか、またはディーゼル
エンジンで粒状物質排出量が高負荷で50g/min 以上
にも達するような運転状態と軽負荷で0.1g/min 以
下の運転状態とを同一測定方法で正確な測定結果を得よ
うとする場合に、きわめて容易に、早い速度で正確に、
排気ガスの分流比を任意に変更・設定できる。
【0017】あるいはまた、エンジンの容量が大きく変
更された場合においても、同じ測定システムで、排気ガ
スの分流比を変更することがきわめて容易にできる。
【0018】本発明の可動ベンチュリ管を用いた排気ガ
ス分流器は、分流比の連続可変ができると共に、排気系
の抵抗が比較的小さくて正確な分流比が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】排気ガス分流の構成説明図。
【図2】部分希釈トンネル装置の構成説明図。
【符号の説明】
1 排気ガス分流器 2 外管 3 分流路 4 流路 5 流路 6 環状流路 7 コア 8 可動ベンチュリ管部材 10 固定ベンチュリ管 11 絞り部 12 スロート部 13 圧力回復部 16 圧力測定孔 20 可動ベンチュリ管 21 絞り部 22 スロート部 23 圧力回復部 24 シールリング 25 シールリング 26 圧力測定孔 27 直動レバー 28 圧力導管 31 スライダー 32 軸 33 パルスモータ 34 回転角センサー 35 差圧計 37 圧力導管 38 サンプル流路管 39 バイパス管路 40 エンジン 41 マフラー 42 テールパイプ 43 連結管 45 空気流量計 46 燃料流量計 50 排気ミニダイリューショントンネル 51 スリット 54 増幅器 55 パルスモータ 56 直動レバー 58 トランスファチューブ 61 ブロワー 62 熱交換器 65 入口絶対圧力計 66 入口温度計 68 ガス分析計 69 ガス分析計 71 計算機 72 計算機 73 計算機 100 排気ガス 101 試料流 102 バイパス流
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−143632(JP,A) 特開 平4−270936(JP,A) 特開 平8−75621(JP,A) 特開 平7−301345(JP,A) 特開 平4−248414(JP,A) 特開 昭63−219862(JP,A) 特開 平6−213783(JP,A) 特開 平6−18378(JP,A) 特開 昭61−288119(JP,A) 実開 平4−79221(JP,U) 実開 平5−77752(JP,U) 実開 平3−23339(JP,U) 実開 平3−110349(JP,U) 特公 昭60−10565(JP,B2) 実公 昭60−42332(JP,Y2) 実用新案登録2596718(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 1/00 - 1/44 G01F 1/44 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関などの燃焼排気ガスを一方の分
    流路と他の一方の分流路との2つの流路に分流する装置
    において、一方の分流路は中心部に固定されたコアの内
    周面で構成する固定ベンチュリ管として配置し、前記コ
    アの外周の断面形状を回転曲面として他の一方の分流路
    の環状流路の内周面となすと共に前記環状流路の外周を
    可動の可動ベンチュリ管によって構成し、前記可動のベ
    ンチュリ管の位置を変化させることによって前記環状流
    路のスロート部断面積を変化させて、2つの流路の流量
    比を変更および制御するようにした可動ベンチュリ管を
    用いた排気ガス分流器。
  2. 【請求項2】 請求項1の排気ガス分流器において、2
    つのベンチュリ管のスロート部の静圧を測定し、一方の
    流路の吸引圧力を制御して、可動ベンチュリ管のある位
    置における2つの流路のベンチュリ管のスロート部の流
    速を同一または一定な関係に保持して、2つの流路の流
    量比を一定な関係に制御できるようにした可動ベンチュ
    リ管を用いた排気ガス分流器。
  3. 【請求項3】 請求項1または2の排気ガス分流器を利
    用した部分希釈トンネル装置において、トレーサーガス
    濃度から分流比を決定するシステムを利用して計算によ
    って得られる分流比を基準として、排気ガス分流器の可
    動ベンチュリの位置を修正するかまたは排気ガス分流器
    の2つのベンチュリのうちの一方のスロート部静圧力の
    制御を修正するようにした可動ベンチュリ管を用いた排
    気ガス分流器。
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