JP3597991B2 - Gas mixing confirmation method in gas flow measurement using gas trace method - Google Patents

Gas mixing confirmation method in gas flow measurement using gas trace method Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車のエンジン等内燃機関から排出されるガス(以下、排ガスという)に注入された一定流量のトレースガス(ヘリウムガス)が排ガスで充分に混合されていることを確認するようにしたガストレース法を用いたガス流量計測におけるガス混合確認方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
トレースガスとしての純粋なヘリウムガスを用いたガストレース法による排ガス流量計測では、一定流量のヘリウムガスを排ガスに注入し、充分に混合したサンプルガスをトレースガス分析計を含む各種分析計にサンプリングする必要がある。具体的には、図5に示すように、ガス流量を測定する機能と制御する機能とを兼ね備えたマスフローコントローラ31(例えば、特願平9−227442号参照)を純粋なヘリウムガスを収容したガスボンベ30の下流に設け、マスフローコントローラ31を用いて流量が制御されたヘリウムガスを自動車32のエンジン33の吸入側のインテークマニホルド(図示せず)またはエンジン33に連なるテールパイプ(図示せず)に注入し、テールパイプ下流の排気管34の例えばサンプリング位置Aあるいはサンプリング位置Bから直接サンプリングされたサンプルガスSを排ガスR中の測定対象成分を計測するガス分析計およびヘリウムガスの濃度を測定するヘリウムガス分析計へ導入し、ヘリウムガスの既知の注入量QHeをヘリウムガス分析計で検出されたヘリウムガスの濃度CHeで除することにより排ガスの流量をリアルタイムで求めることができる。
【0003】
そして、ヘリウムガスをエンジン33の吸入側から注入するエンジン前注入の場合、エンジン33がヘリウムガスと排ガスRを攪拌する攪拌機として働くため、後流では両ガスの完全な混合を達成できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガストレース法を用いた排ガス流量計測では、過渡運転時の変化を見るための広いダイナミックレンジと急加減速時に反応できる応答性等が要求されるが、ヘリウムガスをエンジンに連なるテールパイプに注入するエンジン後注入の場合、両ガスの混合度合いを確認する方法はなかった。
【0005】
よって、ヘリウムガスのエンジン後注入を行って所望の排ガス流量が得られなかった場合、排ガス流量の計測精度の悪さが、
(1)例えば、図5に示すように、テールパイプ下流の排気管34におけるヘリウムガスの注入位置Pからサンプリング位置Bまでの管路容積がデッドボリュームとなり、ヘリウムガス分析計におけるヘリウムガス濃度測定結果とのタイムラグが大きくなって応答遅れが増えることに起因するヘリウムガス濃度の計測誤差によるものなのか、それとも、
(2)ヘリウムガスと排ガスRとの混合が必ずしも充分に行われず、したがって、ヘリウムガス分析計によるヘリウムガス濃度測定結果に生じた誤差によるものなのか判断ができなかった。
【0006】
例えば、図5および図6を用いて従来の問題点を更に詳しく説明する。図6(A)は、排ガスRの流量QDE(t)(ここでtは時間)の変化の仮想モデルを実線a,a,aで示したもので、このモデルでは、初め排ガス流量QDE(t)は低流量aで始まり、瞬時に高流量aに変化し、その後再び瞬時に低流量aに戻るという流量変化を示している。そして、図6(B)は、ヘリウムガスのエンジン後注入直後に排ガスRと完全に混合していると仮定した場合に、サンプリング位置Aから仮想線で示すように流れるサンプルガスS中のヘリウムガスの濃度CHe(t)の変化を実線bで示している。よって、この理想的な系では、サンプルガスSはヘリウムガス注入後、直ぐにサンプリングされ、注入位置Pからサンプリング位置Aまでの管路容積が小さくデッドタイムは無いので、この部分はヘリウムガス濃度の瞬時の変化を示すことになる。しかしながら、このような理想的な系とは異なり実際には、注入直後でヘリウムガスと排ガスRとの混合が完全にはならず、ヘリウムガスが充分混合されるまでに有限の距離が必要となる。そのため従来では、注入位置Pから有限の距離Lだけ離れた、排気管34の後部のサンプリング位置Bから実線で示すように流れるサンプルガスSをサンプリングしているが、両ガスの混合度合いを確認する方法はなかったので、サンプリング位置Bはヘリウムガスと排ガスとの混合が充分に行われている位置であるかどうかは疑問であった。しかもサンプリング位置Bでサンプリングした場合のヘリウムガスの濃度CHe(t)の変化c〔図6(C)参照〕は、排ガス流量QDE(t)が低流量aから高流量aに切り替わるときのデッドタイムTd1よりも、排ガス流量QDE(t)が高流量aから低流量aに切り替わるときのデッドタイムTd2の方が大きい値を示し、結果として、ヘリウムガスの低濃度域が実際よりも長くなり、排ガス流量QDE(t)においては、実際の前記高流量aよりも長め(長い時間)に高流量〔図6(A)において、仮想線aで示す。〕が観測され、誤差が生じることになる。
【0007】
したがって、エンジン後注入の場合、所望の排ガス流量を得るために、テールパイプ下流の排気管におけるヘリウムガスの注入位置Pからサンプリング位置までのデッドボリュームによる遅れ時間を短くしてヘリウムガス分析計におけるヘリウムガス濃度測定結果とのタイムラグをできるだけ小さくする必要から、排ガスRとヘリウムガスの混合度合いを確認する方法が望まれていた。
【0008】
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、排ガスとヘリウムガスの混合度合いを確認できるガストレース法を用いたガス流量計測におけるガス混合確認方法を提供することである。
【0009】
【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、内燃機関に連なる排気流路に、ガス分析計に対してサンプルガスを供給するためのサンプリング流路を接続し、このサンプリング流路におけるサンプリング位置よりも下流側にトレースガスの濃度を測定するトレースガス分析計を設け、内燃機関の上流側の第1注入位置と前記サンプリング位置より上流側の排気流路の第2注入位置のいずれか一方からトレースガスを注入し、トレースガス注入量とトレースガス濃度とに基づいて内燃機関の排ガスの流量を計測するようにし、前記サンプリング位置を移動可能に設定し、各位置に応じた排ガスの流量を前記第2注入位置からトレースガスを注入して定速走行モード毎に計測し、これら排ガスの流量が、前記第1注入位置からトレースガスを注入して予め計測された排ガスの流量と同一定速走行モードにおいて一致したとき前記サンプリング位置にて、トレースガスと排ガスとの実質的な混合が得られたことを確認するようにしたことを特徴とする。
【0010】
【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。
【0011】
図1、図2において、1は自動車で、シャシダイナモ16を用いて、所定の走行モード切り換えシーケンスに基づいて行われる走行シュミレーション試験に供される。2は自動車1のエンジンである。3はエンジン2に連なるテールパイプ(図示せず)に連結される排気管である。4は排気管3に接続されるサンプリング管で、排気管3において排ガスRにトレースガスとしてのヘリウムガスを注入してなるサンプルガスSを排気管3からダイレクトにサンプリングする。そして、このサンプリング管4の先端部4aには、排気管3における例えば7つのサンプリング位置A,A,A,A,A,A,Aを変更するプローブ管5がフレキシブルバイプ5cを介して設けられている。このプローブ管5は排気管3に直接挿入されており、駆動手段40にて管軸方向(M方向,M方向)に移動可能に構成されている。
【0012】
前記駆動手段40は、一対のプーリー40a,40bに架けられたベルト40cと、ベルト40cと共に前記管軸方向に移動するようベルト上面に載置固定された移動部材40dと、ベルト駆動用の図示しないモータとで構成されている。そして、プローブ管5の後端部5bが前記移動部材40dを前記管軸方向に貫通させた状態でプローブ管5が移動部材40dに固定されており、また、前記後端部5bが継手41を介してフレキシブルバイプ5cの一端に接続される一方、フレキシブルバイプ5cの他端は継手42を介してサンプリング管4の先端部4aに接続されている。
【0013】
6aは、エンジン33の吸入側のインテークマニホルド(図示せず)に接続されるエンジン前注入のためのトレースガス供給路で、6bは、ヘリウムガスをテールパイプに注入するためのトレースガス供給路である。これらトレースガス供給路6a,6bの上流側には電磁三方弁7を介してトレースガスとしての純粋なヘリウムガスを収容したガスボンベ8が設けられ、その下流側にはヘリウムガスの流量を測定する機能と制御する機能とを兼ね備えたマスフローコントローラ9が設けられている。なお、トレースガスとしてヘリウムガスを用いた理由は、ヘリウムの原子量がアルゴン等の他の不活性ガスに比して排ガス中に存在する物質の原子量とかけ離れているからである。
【0014】
前記サンプリング管4には、例えば次のような機器や装置が接続されている。すなわち、ヘリウムガスの濃度を測定するヘリウムガス分析計(トレースガス分析計)10および排ガス中の測定対象成分を計測するための複数のガス分析計11が互いに並列に設けられている。このガス分析計11は例えばCO,CO,HC,NO等排ガス中に含まれる成分を適宜測定できるようにサンプリング管4から分岐する分岐流路12を介して設けられている。13は吸引ポンプ、14はフィルタ、15は電子冷却器等の除湿装置である。
【0015】
そして、マスフローコントローラ9で流量が制御されたヘリウムガスをエンジン2の吸入側から注入するエンジン前注入を行う場合(注入位置をVで示し、第1注入位置とする)には、燃焼室以降の任意の位置から採取できるとともに、ヘリウムガスをテールパイプに注入した場合には、その注入位置(第2注入位置)Pから適当な距離をおいた前記サンプリング位置A,A,A,A,A,A,Aからサンプリングできる。
【0016】
そして、シャシダイナモ16、トレースガス分析計10、複数のガス分析計11、マスフローコントローラ9および電磁三方弁7は、入出力インターフェース17を介して演算手段を含むシステムコントローラ(CPU)18に接続され、予め設定・記憶させてある演算プログラムに従い、ヘリウムガスの既知の注入量QHeをヘリウムガス分析計10で検出されたヘリウムガスの濃度CHeで除することにより走行パターンに応じた排ガスの流量QDEをリアルタイムで求めることができる。また、サンプリング管4の先端部4aに設けたプローブ管5を前記管軸方向にに移動させることでプローブ管5のサンプル採取口5aを前記サンプリング位置A,A,A,A,A,A,Aのいずれかにもってくることができる。更に、測定対象成分ガスの排出重量をリアルタイムで求めることができる。
【0017】
而して、テールパイプから注入された一定流量のトレースガス(ヘリウムガス)が排気管3において排ガスRで充分に混合されていることを確認するにあたり、それぞれのサンプリング位置A,A,A,A,A,A,Aにおいて、まず、エンジン前注入の場合のデータを採取する。
【0018】
この場合、所定の走行モードとして例えば80(km/h),40(km/h)といった定速走行モードを採用することがシャシダイナモ16で行われる。図3に、80(km/h)定速走行による排ガスの流量QDEのデータXおよび40(km/h)定速走行による排ガスの流量QDEのデータYを示す。データX,Yにおいて、排ガスの流量QDEが変動しないのは、エンジン前注入では第1注入位置Vとして燃焼室以降の任意の位置からヘリウムガスを注入でき、エンジン2がヘリウムガスと排ガスRを攪拌する攪拌機として働くため、後流では両ガスの完全な混合を達成できるからである。
【0019】
次に、テールパイプ注入の場合のデータを定速走行モードを採用して採取する。図3に、テールパイプ注入の場合の80(km/h)定速走行による排ガスの流量QDEのデータWおよび40(km/h)定速走行による排ガスの流量QDEのデータZを示す。
【0020】
例えば、データWからは第2注入位置Pから100cm離れた位置でヘリウムガスと排ガスRが充分に混合されていることが、エンジン前注入の場合のデータXと比較することで容易に確認できる。すなわち、80(km/h)定速走行の場合、テールパイプ注入位置PよりM方向に100cm離れた位置での排ガスの流量QDEが、前記第1注入位置Vからヘリウムガスを注入して計測された排ガスの流量QDEと一致することから、両ガスの混合が100cm離れた位置で完了することが明らかになる。よって、これらデータX,Wに基づいてプローブ管5のサンプル採取口5aを第2注入位置Pから100cm離れた位置にもってくるようプローブ管5を移動させることで、ヘリウムガスと排ガスRが充分に混合されたサンプルガスSを用いて分析に供することができる。そのため、ヘリウムガスの第2注入位置Pからサンプリング位置までのデッドボリュームによる遅れ時間を短くしてヘリウムガス分析計10におけるヘリウムガス濃度測定結果とのタイムラグをできるだけ小さくでき、所望の排ガス流量を得ることができる。
【0021】
この場合、前記サンプリング位置A,A,A,A,A,A,Aのいずれかの位置にプローブ管5のサンプル採取口5aをもってくればよく、排気管3の長さに応じてプローブ管5の長さを適宜設定すればよく、また、サンプリング位置A,A,A,A,A,A,Aの間隔も適宜設定できる。
【0022】
また、40(km/h)定速走行の場合も同様で、テールパイプ注入位置PよりM方向に80cm離れた位置での排ガスの流量QDEが、前記第1注入位置Vからヘリウムガスを注入して計測された排ガスの流量QDEと一致することから、両ガスの混合が80cm離れた位置で完了することが明らかになる。
【0023】
図4は、サンプリング位置を移動可能に設定する手段として、サンプリング管4の先端部4aから分岐させた例えば7本の分岐管44〜50をサンプリング位置A,A,A,A,A,A,Aに対応するよう二方電磁弁44a〜50aを介して設けたこの発明の他の実施形態を示す。
【0024】
この場合、複数のサンプリング位置A,A,A,A,A,A,Aでサンプリングできるので、図3に示した例えばデータX,Wに基づいて第2注入位置Pから100cm離れた位置に設けた例えば分岐管47の二方電磁弁47aを開状態にし、かつ、二方電磁弁47a以外の二方電磁弁44a,45a,46a,48a,49a,50aを閉状態に設定することで、ヘリウムガスと排ガスRが充分に混合されたサンプルガスSを用いて分析に供することができる。
【0025】
なお、この発明においてサンプルガスSを定流量でサンプリングする場合は、臨界流量オリフィスを用いるとよい。
【0026】
【発明の効果】
上述のように、この発明では、内燃機関の上流側の第1注入位置からトレースガスを注入して予め計測された排ガスの流量と、サンプリング位置より上流側の排気流路の第2注入位置からトレースガスを注入して計測された排ガスの流量とが同一定速走行モードにおいて、ヘリウムガスの第2注入位置から所定距離隔てたサンプリング位置にて一致したときトレースガスと排ガスとの実質的な混合が得られたことを確認できるので、ヘリウムガスの第2注入位置からサンプリング位置までのデッドボリュームによる遅れ時間を短くしてヘリウムガス検出器におけるヘリウムガス濃度測定結果とのタイムラグをできるだけ小さくでき、所望の排ガス流量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態を用いた排ガス流量計測の状態を示す全体構成説明図である。
【図2】上記実施形態における要部構成説明図である。
【図3】上記実施形態において定速走行によるエンジン前注入とテールパイプ注入の場合の排ガス流量データを示す特性図である。
【図4】この発明の他の実施形態における要部構成説明図である。
【図5】従来の問題点を説明するための図である。
【図6】過渡運転状態において排ガス流量を計測する場合の誤差のメカニズムを説明するための図である。
【符号の説明】
1…自動車、2…エンジン、3…排気管、4…サンプリング管、5…プローブ管、5a…サンプル採取口、6a,6b…トレースガス供給路、7…電磁三方弁、9…マスフローコントローラ、10…トレースガス分析計、11…ガス分析計、16…シャシダイナモ、18…システムコントローラ、R…排ガス、S…サンプルガス、V…第1注入位置、P…第2注入位置、A,A,A,A,A,A,A…サンプリング位置。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention confirms that a trace gas (helium gas) of a constant flow rate injected into a gas (hereinafter, referred to as an exhaust gas) discharged from an internal combustion engine such as an automobile engine is sufficiently mixed with the exhaust gas. The present invention relates to a gas mixing confirmation method in gas flow measurement using a gas trace method.
[0002]
[Prior art]
In exhaust gas flow measurement by the gas trace method using pure helium gas as a trace gas, a constant flow of helium gas is injected into exhaust gas, and a sufficiently mixed sample gas is sampled by various analyzers including a trace gas analyzer. There is a need. Specifically, as shown in FIG. 5, a mass flow controller 31 (for example, see Japanese Patent Application No. 9-227442) having both a function of measuring a gas flow rate and a function of controlling a gas flow rate is provided in a gas cylinder containing pure helium gas. Helium gas whose flow rate is controlled by using a mass flow controller 31 and is provided downstream of 30 is injected into an intake manifold (not shown) on the intake side of the engine 33 of the automobile 32 or a tail pipe (not shown) connected to the engine 33. Then, a sample gas S directly sampled from, for example, the sampling position A or the sampling position B of the exhaust pipe 34 downstream of the tail pipe is converted into a gas analyzer for measuring a component to be measured in the exhaust gas R and a helium gas for measuring the concentration of helium gas. was introduced into the spectrometer, Heriumuga known injection quantity Q the He helium gas By dividing by the helium gas concentration C He detected by the gas analyzer, the flow rate of the exhaust gas can be obtained in real time.
[0003]
In the case of pre-engine injection in which helium gas is injected from the suction side of the engine 33, the engine 33 functions as a stirrer for stirring the helium gas and the exhaust gas R, so that complete mixing of both gases can be achieved in the wake.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, exhaust gas flow measurement using the gas tracing method requires a wide dynamic range to observe changes during transient operation and a responsiveness that can respond to sudden acceleration / deceleration.However, helium gas is supplied to the tail pipe connected to the engine. In the case of injection after engine injection, there was no method for confirming the degree of mixing of both gases.
[0005]
Therefore, when the desired exhaust gas flow rate was not obtained by performing post-engine injection of helium gas, poor measurement accuracy of the exhaust gas flow rate was
(1) For example, as shown in FIG. 5, the volume of the pipeline from the helium gas injection position P to the sampling position B in the exhaust pipe 34 downstream of the tail pipe becomes a dead volume, and the helium gas concentration measurement result by the helium gas analyzer is used. Is the time lag with the helium gas concentration measurement error caused by the increase in the response delay increased, or
(2) The helium gas and the exhaust gas R were not always sufficiently mixed, and it was not possible to judge whether the mixing was due to an error generated in the helium gas concentration measurement result by the helium gas analyzer.
[0006]
For example, conventional problems will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 6A shows a virtual model of a change in the flow rate Q DE (t) (where t is time) of the exhaust gas R by solid lines a 1 , a 2 , and a 3. flow rate Q DE (t) starts at a low flow rate a 1, then it changes to a high flow rate a 2 instantaneously, then shows the flow rate variation of returning to the low flow rate a 3 instantaneously again. FIG. 6B shows the helium gas in the sample gas S flowing from the sampling position A as indicated by a virtual line, assuming that the helium gas is completely mixed with the exhaust gas R immediately after the post-engine injection. shows the change in the concentration C He (t) of a solid line b. Therefore, in this ideal system, the sample gas S is sampled immediately after the injection of the helium gas, and the pipe volume from the injection position P to the sampling position A is small and there is no dead time. Changes. However, unlike such an ideal system, mixing of the helium gas and the exhaust gas R is not completely performed immediately after injection, and a finite distance is required until the helium gas is sufficiently mixed. . Therefore, conventionally, the sample gas S flowing as shown by the solid line from the sampling position B at the rear of the exhaust pipe 34, which is separated from the injection position P by a finite distance L, is sampled. Since there was no method, it was doubtful whether sampling position B was a position where helium gas and exhaust gas were sufficiently mixed. Moreover change c concentration C the He helium gas when sampled at a sampling position B (t) [see FIG. 6 (C)] of the exhaust gas flow rate Q DE (t) is switched from a low flow rate a 1 in a high flow rate a 2 The dead time T d2 when the exhaust gas flow rate Q DE (t) switches from the high flow rate a 2 to the low flow rate a 3 shows a larger value than the dead time T d1 at the time, and as a result, the helium gas has a low concentration. The region becomes longer than the actual flow rate, and the exhaust gas flow rate Q DE (t) is higher (longer time) than the actual high flow rate a 2 (higher flow rate is shown by a virtual line a 4 in FIG. 6A). ] Is observed, and an error occurs.
[0007]
Therefore, in the case of post-engine injection, in order to obtain a desired exhaust gas flow rate, the delay time due to the dead volume from the helium gas injection position P to the sampling position in the exhaust pipe downstream of the tail pipe is shortened to reduce the helium gas in the helium gas analyzer. Since it is necessary to minimize the time lag from the gas concentration measurement result, a method for confirming the degree of mixing of the exhaust gas R and the helium gas has been desired.
[0008]
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and an object of the present invention is to provide a gas mixing confirmation method in gas flow measurement using a gas tracing method capable of confirming a mixing degree of exhaust gas and helium gas. .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention relates to a method in which a sampling flow path for supplying a sample gas to a gas analyzer is connected to an exhaust flow path connected to an internal combustion engine, and a downstream of a sampling position in the sampling flow path. A trace gas analyzer for measuring the concentration of the trace gas is provided on the side, and the trace gas is supplied from one of the first injection position on the upstream side of the internal combustion engine and the second injection position on the exhaust flow path on the upstream side of the sampling position. Injecting, measuring the flow rate of the exhaust gas of the internal combustion engine based on the trace gas injection amount and the trace gas concentration, setting the sampling position to be movable, and setting the flow rate of the exhaust gas corresponding to each position to the second injection. Trace gas is injected from the position and measured for each constant speed traveling mode, and the flow rate of these exhaust gases is predicted by injecting the trace gas from the first injection position. At the sampling positions when matched in flow rate and the constant speed driving mode of the measured exhaust gas, it is characterized in that so as to verify that substantial mixing of the trace gas and the exhaust gas was obtained.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
1 and 2, reference numeral 1 denotes an automobile, which is subjected to a running simulation test performed using a chassis dynamo 16 based on a predetermined running mode switching sequence. Reference numeral 2 denotes an engine of the automobile 1. Reference numeral 3 denotes an exhaust pipe connected to a tail pipe (not shown) connected to the engine 2. Reference numeral 4 denotes a sampling pipe connected to the exhaust pipe 3. The exhaust pipe 3 directly samples a sample gas S obtained by injecting a helium gas as a trace gas into the exhaust gas R from the exhaust pipe 3. A probe pipe 5 for changing, for example, seven sampling positions A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , A 6 in the exhaust pipe 3 is flexible at the tip 4 a of the sampling pipe 4. It is provided via a pipe 5c. The probe tube 5 is inserted directly into the exhaust pipe 3, the tube-axis direction (M 1 direction, M 2 direction) by the drive means 40 is movable in the.
[0012]
The driving means 40 includes a belt 40c hung over a pair of pulleys 40a and 40b, a moving member 40d mounted and fixed on the upper surface of the belt so as to move in the tube axis direction together with the belt 40c, and a belt drive not shown. It consists of a motor. The probe tube 5 is fixed to the moving member 40d with the rear end portion 5b of the probe tube 5 penetrating the moving member 40d in the tube axis direction, and the rear end portion 5b connects the joint 41. The flexible pipe 5c is connected to one end of the flexible pipe 5c via the joint 42, while the other end of the flexible pipe 5c is connected to the tip 4a of the sampling pipe 4 via the joint 42.
[0013]
6a is a trace gas supply path for pre-engine injection connected to an intake manifold (not shown) on the intake side of the engine 33, and 6b is a trace gas supply path for injecting helium gas into the tail pipe. is there. A gas cylinder 8 containing pure helium gas as a trace gas is provided on the upstream side of the trace gas supply paths 6a and 6b via an electromagnetic three-way valve 7, and a function for measuring the flow rate of the helium gas is provided on the downstream side. And a mass flow controller 9 having a function of controlling the mass flow controller. The reason why helium gas was used as the trace gas is that the atomic weight of helium is far different from the atomic weight of the substances present in the exhaust gas as compared with other inert gases such as argon.
[0014]
The following devices and devices are connected to the sampling tube 4, for example. That is, a helium gas analyzer (trace gas analyzer) 10 for measuring the concentration of helium gas and a plurality of gas analyzers 11 for measuring components to be measured in the exhaust gas are provided in parallel with each other. The gas analyzer 11 is provided via a branch channel 12 branched from example CO, CO 2, HC, sampling tube 4 so as to be able to appropriately measure the components contained in such flue gas NO x. Reference numeral 13 denotes a suction pump, 14 denotes a filter, and 15 denotes a dehumidifier such as an electronic cooler.
[0015]
Then, when performing pre-engine injection of injecting helium gas whose flow rate is controlled by the mass flow controller 9 from the intake side of the engine 2 (injection position is indicated by V and is assumed to be a first injection position), after the combustion chamber, When helium gas is injected into the tail pipe while sampling can be performed from any position, the sampling positions A 0 , A 1 , A 2 , A at an appropriate distance from the injection position (second injection position) P. 3 , A 4 , A 5 , and A 6 can be sampled.
[0016]
Then, the chassis dynamo 16, the trace gas analyzer 10, the plurality of gas analyzers 11, the mass flow controller 9 and the electromagnetic three-way valve 7 are connected to a system controller (CPU) 18 including arithmetic means via an input / output interface 17, By dividing the known injection amount QHe of helium gas by the concentration CHe of helium gas detected by the helium gas analyzer 10 according to a previously set and stored calculation program, the flow rate Q of exhaust gas according to the traveling pattern is obtained. DE can be obtained in real time. Further, by moving the probe tube 5 provided at the distal end portion 4a of the sampling tube 4 in the tube axis direction, the sampling port 5a of the probe tube 5 is moved to the sampling positions A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , It can be brought to any of A 4 , A 5 , and A 6 . Further, the discharged weight of the component gas to be measured can be obtained in real time.
[0017]
In order to confirm that the trace gas (helium gas) at a constant flow rate injected from the tail pipe is sufficiently mixed with the exhaust gas R in the exhaust pipe 3, the respective sampling positions A 0 , A 1 , A At 2 , A 3 , A 4 , A 5 , and A 6 , first, data in the case of injection before the engine is collected.
[0018]
In this case, the chassis dynamo 16 employs a constant speed traveling mode such as 80 (km / h) or 40 (km / h) as the predetermined traveling mode. Figure 3 shows a 80 (km / h) data X and 40 of the flow rate Q DE of the exhaust gas due to constant speed running (km / h) data Y of the flow rate Q DE of the exhaust gas due to constant speed running. In the data X and Y, the reason why the exhaust gas flow rate QDE does not fluctuate is that the helium gas can be injected from the arbitrary position after the combustion chamber as the first injection position V in the pre-engine injection, and the engine 2 mixes the helium gas and the exhaust gas R. This is because both gases can be completely mixed in the downstream stream because they function as a stirrer for stirring.
[0019]
Next, data in the case of tailpipe injection is collected using the constant speed traveling mode. Figure 3 shows a 80 (km / h) data W of the flow rate Q DE of the exhaust gas due to constant speed running and 40 (km / h) data Z of the flow rate Q DE of the exhaust gas due to the constant-speed running when the tail pipe injection.
[0020]
For example, from the data W, it can be easily confirmed that the helium gas and the exhaust gas R are sufficiently mixed at a position 100 cm away from the second injection position P by comparing with the data X in the case of the injection before the engine. That, 80 (km / h) when the constant speed running, the flow rate Q DE of the exhaust gas at a distance 100cm from tail pipe injection position P in the M direction, by injecting helium gas from the first injection position V measurement since it matches the flow rate Q DE of by exhaust gas, it becomes clear to complete at a position where the mixing of both gases leaves 100 cm. Therefore, the helium gas and the exhaust gas R are sufficiently moved by moving the probe tube 5 so that the sampling port 5a of the probe tube 5 is located at a position 100 cm away from the second injection position P based on the data X and W. The analysis can be performed using the mixed sample gas S. Therefore, the delay time due to the dead volume from the second injection position P of the helium gas to the sampling position can be shortened, the time lag with the helium gas concentration measurement result in the helium gas analyzer 10 can be minimized, and a desired exhaust gas flow rate can be obtained. Can be.
[0021]
In this case, it is sufficient to bring the sampling port 5a of the probe tube 5 at any one of the sampling positions A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , A 6. The length of the probe tube 5 may be set as appropriate, and the intervals between the sampling positions A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , and A 6 may be set as appropriate.
[0022]
Further, 40 (km / h) the same when the constant speed running, the flow rate Q DE of the exhaust gas at a distance 80cm from the tail pipe injection position P in the M direction, injecting helium gas from the first injection position V Since the measured gas flow rate coincides with the measured exhaust gas flow rate QDE , it is clear that the mixing of the two gases is completed at a position separated by 80 cm.
[0023]
FIG. 4 shows, as means for setting the sampling position movably, for example, seven branch pipes 44 to 50 branched from the tip end 4a of the sampling pipe 4 at the sampling positions A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , shows another embodiment of a 4, a 5, is provided via a two-way electromagnetic valve 44a~50a to correspond to a 6 the present invention.
[0024]
In this case, since sampling can be performed at a plurality of sampling positions A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , and A 6 , the second injection position P based on, for example, data X and W shown in FIG. For example, the two-way solenoid valve 47a of the branch pipe 47 provided at a position 100 cm away from the valve is opened, and the two-way solenoid valves 44a, 45a, 46a, 48a, 49a, 50a other than the two-way solenoid valve 47a are closed. By setting to, the sample gas S in which the helium gas and the exhaust gas R are sufficiently mixed can be used for analysis.
[0025]
In the present invention, when the sample gas S is sampled at a constant flow rate, a critical flow rate orifice may be used.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the flow rate of the exhaust gas measured in advance by injecting the trace gas from the first injection position on the upstream side of the internal combustion engine and the second injection position of the exhaust flow path on the upstream side from the sampling position are determined. When the flow rate of the exhaust gas measured by injecting the trace gas coincides with the helium gas at the sampling position separated by a predetermined distance from the second injection position in the same constant speed mode, substantial mixing of the trace gas and the exhaust gas is performed. Can be confirmed, the delay time due to the dead volume from the second injection position of the helium gas to the sampling position can be shortened, and the time lag with the helium gas concentration measurement result in the helium gas detector can be reduced as much as possible. Exhaust gas flow rate can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration explanatory diagram showing a state of exhaust gas flow rate measurement using an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a main part configuration in the embodiment.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing exhaust gas flow rate data in the case of front engine injection and tail pipe injection at constant speed running in the embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a main part configuration in another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional problem.
FIG. 6 is a view for explaining a mechanism of an error when measuring an exhaust gas flow rate in a transient operation state.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Car, 2 ... Engine, 3 ... Exhaust pipe, 4 ... Sampling pipe, 5 ... Probe pipe, 5a ... Sample sampling port, 6a, 6b ... Trace gas supply path, 7 ... Electromagnetic three-way valve, 9 ... Mass flow controller, 10 ... trace gas analyzer, 11 ... gas analyzer, 16 ... chassis dynamometer, 18 ... system controller, R ... exhaust, S ... sample gas, V ... first injection position, P ... second injection position, A 0, A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , A 6 ... Sampling positions.

Claims (1)

内燃機関に連なる排気流路に、ガス分析計に対してサンプルガスを供給するためのサンプリング流路を接続し、このサンプリング流路におけるサンプリング位置よりも下流側にトレースガスの濃度を測定するトレースガス分析計を設け、内燃機関の上流側の第1注入位置と前記サンプリング位置より上流側の排気流路の第2注入位置のいずれか一方からトレースガスを注入し、トレースガス注入量とトレースガス濃度とに基づいて内燃機関の排ガスの流量を計測するようにし、前記サンプリング位置を移動可能に設定し、各位置に応じた排ガスの流量を前記第2注入位置からトレースガスを注入して定速走行モード毎に計測し、これら排ガスの流量が、前記第1注入位置からトレースガスを注入して予め計測された排ガスの流量と同一定速走行モードにおいて一致したとき前記サンプリング位置にて、トレースガスと排ガスとの実質的な混合が得られたことを確認するようにしたことを特徴とするガストレース法を用いたガス流量計測におけるガス混合確認方法。Trace gas for connecting a sampling flow path for supplying a sample gas to a gas analyzer to an exhaust flow path connected to the internal combustion engine, and measuring a concentration of the trace gas downstream of a sampling position in the sampling flow path An analyzer is provided, and a trace gas is injected from one of a first injection position on the upstream side of the internal combustion engine and a second injection position on the exhaust flow path on the upstream side of the sampling position. And the sampling position is set to be movable, and the exhaust gas flow according to each position is injected at a constant speed by injecting trace gas from the second injection position. The flow rate of the exhaust gas was measured for each mode, and the flow rate of the exhaust gas was the same as the flow rate of the exhaust gas previously measured by injecting the trace gas from the first injection position. A gas mixing check in the gas flow measurement using the gas tracing method, wherein it is confirmed that a substantial mixing of the trace gas and the exhaust gas has been obtained at the sampling position when the modes match. Method.
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