JP3708189B2 - 可変断面積ベンチュリー式排気分流器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車排気ガスの環境対策など公害防止技術の産業分野に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
自動車排気ガスの成分分析装置などにおいては、ベンチュリー式排気分流器を使用する。これまでのベンチュリー式排気分流器はスロート部断面積が一定な装置に限られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、流量が大きくなると圧力損失は二乗的に大きくなる。また流量が小さいときはスロート部での圧力降下が極めて小さくなり、脈動などによる圧力変化がある条件下では流量に応じた圧力検出の精度が不十分になることが起こり得る。
【０００４】
一方、自動車の排気ガス流量は運転条件に応じて大きく変化する。固定断面積のベンチュリー管では小さい流量のときベンチュリーの差圧力を正確に制御できる程度に大きくしたとき、大きな出力の大流量のときには差圧力が大きくなってベンチュリーによる絞り圧力損失も大きくなる。排気管系において圧力損失が大きくなるとエンジン運転状態に影響を及ぼすことも生じる。
【０００５】
このように従来のベンチュリー式排気分流器では、排気ガス流量が小さいとき圧力制御の精度が悪くなり、流量が大きくなると圧力損失が過大となるので、この点の解決が望まれている。本発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであって、排気ガスの流量の小さいときにも適当な圧力制御の精度を確保し、大流量の場合にも圧力損失を十分に小さく抑制することができるベンチュリー式排気分流器を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明では排気ガスを絞るベンチュリーのスロート部の断面積を可変とし、しかも二つのベンチュリーのスロート部断面積比を常に一定にするような形状と機構を開発し、これに適切な制御方式を加える手段をとった。
【０００７】
即ち、この発明の可変断面積ベンチュリー式排気分流器は、流路の中心軸方向に対して外周断面形状が滑らかに変化する回転曲面を設けて流路の絞り断面と拡大断面を構成して固定し、また前記中心軸上に滑らかに断面積の変化する回転曲面のコアーを固定し、前記外周と前記コアーとの間に前記中心軸に沿って移動可能でその外周と内周の形状を適当な回転曲面とした可動パイプの分流管を配置して前記外周形状と前記分流管との間に外側流路を形成し、かつ前記分流管の内側に内側流路を形成し、前記外側流路と前記内側流路とを常に同じ絞り比、即ち一定な断面積比のスロート部をもつベンチュリー管路となるようにそれぞれの回転曲面を選択して、可動パイプの移動に応じてベンチュリーの絞り比は変化するが、二つの絞り比の関係は一定となるようにし、更に前記二つのベンチュリー管路のスロート部の静圧力を測定できるようにするとともに、この二つの圧力関係を制御できるようにすることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明ベンチュリー式排気分流器の実施の形態を図１及び図２に示す例について説明する。
【０００９】
図１は、本発明のベンチュリー式排気分流器１の一例で、図２はこの排気分流器１を部分希釈トンネル２に組合わせて用いた例である。排気分流器１は外周管１０を有し、外周管１０の内面に内部空間の横断面積が中心線方向に沿って漸次減少する断面縮小部１１と内部空間の横断面積が中心方向に沿って漸次増加する緩やかな断面拡大部１２を設け、その境界にある内部空間の横断面積が最も小さい最小断面積部１３に静圧測定孔１４を開口させて設置する。外周管１０の中心部に中心線方向に沿って固定コアー３０を固定配置して、その中心線に垂直なコアー３０の断面積が最大となる最大断面積部３３に静圧測定孔３４を開口させて設置し、サンプル流路６２のスロート部圧力を外部に取り出せるようにする。
【００１０】
外周管１０と固定コアー３０との間に可動パイプ２０を配置する。可動パイプ２０は外周管１０内をバイパス流路６１とサンプル流路６２とに分岐させるためのもので、可動パイプ２０の最上流端２１の直径はバイパス流路６１とサンプル流路６２を分岐し、その上流側直管部６３の外周面２２は外周管１０に支柱１５を介して固定された摺動管１６にガイドされて中心線方向に可動に構成されている。上流直管部６３に続いて曲面部６４が形成されており、曲面部６４の外面側はバイパス流路６１の縮小曲面２３から最大径部２４を経て、適当な曲線に沿った回転曲面からなる断面形状２５を備えており、曲面部６４の内面側にはサンプル流路６２の縮小曲面２６と最小径部２７を経て、緩やかな拡大面からなる断面形状２８（例示では円錐曲面）を備える。
【００１１】
可動パイプ２０の軸方向の移動に対して、サンプル流路６２とバイパス流路６１の二つのスロート部６６、６７の断面積の比率が常に一定に保たれるように、断面形状２８とこれに対応する断面形状２５を決定する。
【００１２】
可動パイプ２０の下流部６５側は固定されたサンプル管３９に嵌合して摺動でき、かつ気密が保たれるようにする。これを動かすために可動フォーク２９がサンプル管３９に干渉されないで軸方向に動くように配置され、可動軸４１と組合わされる。
【００１３】
可動軸４１は、排気分流器１の外周管１０の壁に設置されたスリーブ４７で気密を保ち摺動可能に外部に貫通し、軸方向に可動軸４１を動かして位置制御するサーボモータ４０と連結される。
【００１４】
可動パイプ２０の軸方向の移動によって、二つの流路（バイパス流路６１及びサンプル流路６２）のスロート部６７、６６の断面積は拡大または縮小の変化をするが、その比率が一定に保たれるだけでなくスロート部の位置が変化しないような形状に設計する必要がある。ある程度の制約は生じるが、断面積比や絞り比と外周管の径などとの関係を適当に選定することによって実現可能である。
【００１５】
サンプル管３９は、外周管１０の中心軸に一致して固定されるように支柱３８，３８′によって調節可能に設置される。固定コアー３０はサンプル管３９から支柱３６、３７によって調節可能に支持され、正確に中心に設置される。
【００１６】
二つのベンチュリー流路であるバイパス流路６１とサンプル流路６２の入口３の入口圧力は同一で、導管５５によって差圧センサー９に導き、バイパス流路６６のスロート部６７のスロート部静圧は外周管１０から導管５６を経由して分岐し、一方は差圧センサー９に、もう一方は差圧センサー７に導く。
【００１７】
このように構成された排気分流器１は図２に示すように部分希釈トンネル２に組込まれる。このときバイパス流路６１は排気分流器１の出口５から排出管５２を経由して排出口７２に接続される。サンプル流路６２は排気分流器１の出口４からトランスファーチューブ４２を経由して希釈トンネル７０に接続されるが、希釈トンネル７０内の出口部４３では吸引圧力コントロールノズル４４によって吸引圧力が制御される。
【００１８】
この制御は排気分流器１のサンプル流路６２のスロート部６６の静圧をバイパス流路６１のスロート部６７の静圧に等しくするように、それぞれの静圧測定孔１４と３４からの圧力の差を差圧センサー７で検出し、差圧センサー７の信号と計算回路７１によって、吸引圧コントロールノズル４４のサーボモータ４５を駆動して行う。
【００１９】
排気分流器１の可動パイプ２０の位置制御は排気分流器１の入口３の静圧とスロート部６７の静圧の差を測定・検出する差圧センサー９と計算回路９１によって行う。この場合、例えば差圧を１００ｍｍＨ2 Ｏにすることを目標としても流量の小さい範囲では５０ｍｍＨ2 Ｏ程度になっても問題はないし、流量の多い範囲では１００ｍｍＨ2 Ｏをある程度越えても差支えは少ない。
【００２０】
更に、本装置において二つの流路６１、６２のスロート部６６と６７との静圧の関係をその部分での流速が一定比率になるように計算回路８によって求め、これに対応するような制御を行わせることによって、排気分流器１の分流比を適当に変更することも可能になる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、ベンチュリー方式の排気分流器において絞り面積比を適当に変更することができるので、流量が小さい場合には入口面積に対してスロート部の断面積を極めて小さくして差圧を検出・制御に適した程度に大きくでき、流量が大きい場合はスロート部断面積を適当に大きくしてベンチュリーの絞りによる圧力損失を小さくすることができる。特に自動車排気ガスの分流希釈による測定やサンプリングにおいて、排気管系の抵抗や圧力条件をエンジン性能に影響しない程度にして、十分な精度で分流することができる。
【００２２】
本発明の排気分流器はディーゼルエンジンの排気微粒子の測定に用いられるミニダイリューショントンネルやガソリンエンジンのミニＣＶＳ装置などに適用してエンジンの運転条件を正常に保って、排気管系の圧力条件を適切に維持しながら正確な分流比を確保し、過渡状態にも利用できる十分な応答性をもった排気分流装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のベンチュリー式排気分流器の構成説明図
【図２】本発明のベンチュリー式排気分流器を部分希釈トンネルに組合せた状態の構成説明図
【符号の説明】
１ 排気分流器
２ 部分希釈トンネル
３ 入口
４ 出口
５ 出口
７ 差圧センサ
８ 計算回路
９ 差圧センサ
１０ 外周管
１１ 断面縮小部
１２ 断面拡大部
１３ 最小断面積部
１４ 静圧測定孔
１５ 支柱
１６ 摺動管
２０ 可動パイプ
２１ 最上流端
２２ 外周面
２３ 縮小曲面
２４ 最大径部
２５ 断面形状
２６ 縮小曲面
２７ 最大径部
２８ 断面形状
２９ フォーク
３０ 固定コアー
３３ 最大断面積部
３４ 静圧測定孔
３６ 支柱
３７ 支柱
３８，３８′ 支柱
３９ サンプル管
４０ サーボモータ
４１ 可動軸
４２ トランスファーチューブ
４３ 出口部
４４ 吸引圧コントロールノズル
４５ サーボモータ
４７ スリーブ
５２ 排出管
５５ 導管
５６ 導管
６１ バイパス流路
６２ サンプル流路
６３ 上流側直管部
６４ 曲面部
６５ 下流部
６６ スロート部（サンプル管）
６７ スロート部（バイパス管）
７０ 希釈トンネル
７１ 計算回路
７２ 排出口
９１ 計算回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車排気ガスの環境対策など公害防止技術の産業分野に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
自動車排気ガスの成分分析装置などにおいては、ベンチュリー式排気分流器を使用する。これまでのベンチュリー式排気分流器はスロート部断面積が一定な装置に限られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、流量が大きくなると圧力損失は二乗的に大きくなる。また流量が小さいときはスロート部での圧力降下が極めて小さくなり、脈動などによる圧力変化がある条件下では流量に応じた圧力検出の精度が不十分になることが起こり得る。
【０００４】
一方、自動車の排気ガス流量は運転条件に応じて大きく変化する。固定断面積のベンチュリー管では小さい流量のときベンチュリーの差圧力を正確に制御できる程度に大きくしたとき、大きな出力の大流量のときには差圧力が大きくなってベンチュリーによる絞り圧力損失も大きくなる。排気管系において圧力損失が大きくなるとエンジン運転状態に影響を及ぼすことも生じる。
【０００５】
このように従来のベンチュリー式排気分流器では、排気ガス流量が小さいとき圧力制御の精度が悪くなり、流量が大きくなると圧力損失が過大となるので、この点の解決が望まれている。本発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであって、排気ガスの流量の小さいときにも適当な圧力制御の精度を確保し、大流量の場合にも圧力損失を十分に小さく抑制することができるベンチュリー式排気分流器を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明では排気ガスを絞るベンチュリーのスロート部の断面積を可変とし、しかも二つのベンチュリーのスロート部断面積比を常に一定にするような形状と機構を開発し、これに適切な制御方式を加える手段をとった。
【０００７】
即ち、この発明の可変断面積ベンチュリー式排気分流器は、流路の中心軸方向に対して外周断面形状が滑らかに変化する回転曲面を設けて流路の絞り断面と拡大断面を構成して固定し、また前記中心軸上に滑らかに断面積の変化する回転曲面のコアーを固定し、前記外周と前記コアーとの間に前記中心軸に沿って移動可能でその外周と内周の形状を適当な回転曲面とした可動パイプの分流管を配置して前記外周形状と前記分流管との間に外側流路を形成し、かつ前記分流管の内側に内側流路を形成し、前記外側流路と前記内側流路とを常に同じ絞り比、即ち一定な断面積比のスロート部をもつベンチュリー管路となるようにそれぞれの回転曲面を選択して、可動パイプの移動に応じてベンチュリーの絞り比は変化するが、二つの絞り比の関係は一定となるようにし、更に前記二つのベンチュリー管路のスロート部の静圧力を測定できるようにするとともに、この二つの圧力関係を制御できるようにすることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明ベンチュリー式排気分流器の実施の形態を図１及び図２に示す例について説明する。
【０００９】
図１は、本発明のベンチュリー式排気分流器１の一例で、図２はこの排気分流器１を部分希釈トンネル２に組合わせて用いた例である。排気分流器１は外周管１０を有し、外周管１０の内面に内部空間の横断面積が中心線方向に沿って漸次減少する断面縮小部１１と内部空間の横断面積が中心方向に沿って漸次増加する緩やかな断面拡大部１２を設け、その境界にある内部空間の横断面積が最も小さい最小断面積部１３に静圧測定孔１４を開口させて設置する。外周管１０の中心部に中心線方向に沿って固定コアー３０を固定配置して、その中心線に垂直なコアー３０の断面積が最大となる最大断面積部３３に静圧測定孔３４を開口させて設置し、サンプル流路６２のスロート部圧力を外部に取り出せるようにする。
【００１０】
外周管１０と固定コアー３０との間に可動パイプ２０を配置する。可動パイプ２０は外周管１０内をバイパス流路６１とサンプル流路６２とに分岐させるためのもので、可動パイプ２０の最上流端２１の直径はバイパス流路６１とサンプル流路６２を分岐し、その上流側直管部６３の外周面２２は外周管１０に支柱１５を介して固定された摺動管１６にガイドされて中心線方向に可動に構成されている。上流直管部６３に続いて曲面部６４が形成されており、曲面部６４の外面側はバイパス流路６１の縮小曲面２３から最大径部２４を経て、適当な曲線に沿った回転曲面からなる断面形状２５を備えており、曲面部６４の内面側にはサンプル流路６２の縮小曲面２６と最小径部２７を経て、緩やかな拡大面からなる断面形状２８（例示では円錐曲面）を備える。
【００１１】
可動パイプ２０の軸方向の移動に対して、サンプル流路６２とバイパス流路６１の二つのスロート部６６、６７の断面積の比率が常に一定に保たれるように、断面形状２８とこれに対応する断面形状２５を決定する。
【００１２】
可動パイプ２０の下流部６５側は固定されたサンプル管３９に嵌合して摺動でき、かつ気密が保たれるようにする。これを動かすために可動フォーク２９がサンプル管３９に干渉されないで軸方向に動くように配置され、可動軸４１と組合わされる。
【００１３】
可動軸４１は、排気分流器１の外周管１０の壁に設置されたスリーブ４７で気密を保ち摺動可能に外部に貫通し、軸方向に可動軸４１を動かして位置制御するサーボモータ４０と連結される。
【００１４】
可動パイプ２０の軸方向の移動によって、二つの流路（バイパス流路６１及びサンプル流路６２）のスロート部６７、６６の断面積は拡大または縮小の変化をするが、その比率が一定に保たれるだけでなくスロート部の位置が変化しないような形状に設計する必要がある。ある程度の制約は生じるが、断面積比や絞り比と外周管の径などとの関係を適当に選定することによって実現可能である。
【００１５】
サンプル管３９は、外周管１０の中心軸に一致して固定されるように支柱３８，３８′によって調節可能に設置される。固定コアー３０はサンプル管３９から支柱３６、３７によって調節可能に支持され、正確に中心に設置される。
【００１６】
二つのベンチュリー流路であるバイパス流路６１とサンプル流路６２の入口３の入口圧力は同一で、導管５５によって差圧センサー９に導き、バイパス流路６６のスロート部６７のスロート部静圧は外周管１０から導管５６を経由して分岐し、一方は差圧センサー９に、もう一方は差圧センサー７に導く。
【００１７】
このように構成された排気分流器１は図２に示すように部分希釈トンネル２に組込まれる。このときバイパス流路６１は排気分流器１の出口５から排出管５２を経由して排出口７２に接続される。サンプル流路６２は排気分流器１の出口４からトランスファーチューブ４２を経由して希釈トンネル７０に接続されるが、希釈トンネル７０内の出口部４３では吸引圧力コントロールノズル４４によって吸引圧力が制御される。
【００１８】
この制御は排気分流器１のサンプル流路６２のスロート部６６の静圧をバイパス流路６１のスロート部６７の静圧に等しくするように、それぞれの静圧測定孔１４と３４からの圧力の差を差圧センサー７で検出し、差圧センサー７の信号と計算回路７１によって、吸引圧コントロールノズル４４のサーボモータ４５を駆動して行う。
【００１９】
排気分流器１の可動パイプ２０の位置制御は排気分流器１の入口３の静圧とスロート部６７の静圧の差を測定・検出する差圧センサー９と計算回路９１によって行う。この場合、例えば差圧を１００ｍｍＨ2 Ｏにすることを目標としても流量の小さい範囲では５０ｍｍＨ2 Ｏ程度になっても問題はないし、流量の多い範囲では１００ｍｍＨ2 Ｏをある程度越えても差支えは少ない。
【００２０】
更に、本装置において二つの流路６１、６２のスロート部６６と６７との静圧の関係をその部分での流速が一定比率になるように計算回路８によって求め、これに対応するような制御を行わせることによって、排気分流器１の分流比を適当に変更することも可能になる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、ベンチュリー方式の排気分流器において絞り面積比を適当に変更することができるので、流量が小さい場合には入口面積に対してスロート部の断面積を極めて小さくして差圧を検出・制御に適した程度に大きくでき、流量が大きい場合はスロート部断面積を適当に大きくしてベンチュリーの絞りによる圧力損失を小さくすることができる。特に自動車排気ガスの分流希釈による測定やサンプリングにおいて、排気管系の抵抗や圧力条件をエンジン性能に影響しない程度にして、十分な精度で分流することができる。
【００２２】
本発明の排気分流器はディーゼルエンジンの排気微粒子の測定に用いられるミニダイリューショントンネルやガソリンエンジンのミニＣＶＳ装置などに適用してエンジンの運転条件を正常に保って、排気管系の圧力条件を適切に維持しながら正確な分流比を確保し、過渡状態にも利用できる十分な応答性をもった排気分流装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のベンチュリー式排気分流器の構成説明図
【図２】本発明のベンチュリー式排気分流器を部分希釈トンネルに組合せた状態の構成説明図
【符号の説明】
１ 排気分流器
２ 部分希釈トンネル
３ 入口
４ 出口
５ 出口
７ 差圧センサ
８ 計算回路
９ 差圧センサ
１０ 外周管
１１ 断面縮小部
１２ 断面拡大部
１３ 最小断面積部
１４ 静圧測定孔
１５ 支柱
１６ 摺動管
２０ 可動パイプ
２１ 最上流端
２２ 外周面
２３ 縮小曲面
２４ 最大径部
２５ 断面形状
２６ 縮小曲面
２７ 最大径部
２８ 断面形状
２９ フォーク
３０ 固定コアー
３３ 最大断面積部
３４ 静圧測定孔
３６ 支柱
３７ 支柱
３８，３８′ 支柱
３９ サンプル管
４０ サーボモータ
４１ 可動軸
４２ トランスファーチューブ
４３ 出口部
４４ 吸引圧コントロールノズル
４５ サーボモータ
４７ スリーブ
５２ 排出管
５５ 導管
５６ 導管
６１ バイパス流路
６２ サンプル流路
６３ 上流側直管部
６４ 曲面部
６５ 下流部
６６ スロート部（サンプル管）
６７ スロート部（バイパス管）
７０ 希釈トンネル
７１ 計算回路
７２ 排出口
９１ 計算回路
Claims (3)
- 流路の中心軸方向に対して外周断面形状が滑らかに変化する回転曲面を設けて流路の絞り断面と拡大断面を構成して固定し、また前記中心軸上に滑らかに断面積の変化する回転曲面のコアーを固定し、前記外周と前記コアーとの間に前記中心軸に沿って移動可能でその外周と内周の形状を適当な回転曲面とした可動パイプの分流管を配置して前記外周形状と前記分流管との間に外側流路を形成し、かつ前記分流管の内側に内側流路を形成し、前記外側流路と前記内側流路とを常に同じ絞り比、即ち一定な断面積比のスロート部をもつベンチュリー管路となるようにそれぞれの回転曲面を選択して、可動パイプの移動に応じてベンチュリーの絞り比は変化するが、二つの絞り比の関係は一定となるようにし、更に前記二つのベンチュリー管路のスロート部の静圧力を測定できるようにするとともに、この二つの圧力関係を制御できるようにした可変断面積ベンチュリー式排気分流器。
- 前項の排気分流器において、前記外側流路のベンチュリー管路のスロート部静圧力を入口静圧力に比較して所定の範囲になるように、ベンチュリーの絞り比を可動パイプの位置を制御することによって制御するようにした可変断面積ベンチュリー式排気分流器。
- 前項１または２の排気分流器において内側流路のベンチュリー管路のスロート部静圧力をその下流の吸引圧力を調節することによって、外側流路のベンチュリー管路のスロート部の静圧力に等しく、または一定な関係にしてそれぞれのスロート部の流速を等しく、または一定な比に保つようにして、前記二つの流路の流量比を常に等しく維持することのできる可変断面積ベンチュリー式排気分流器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29197395A JP3708189B2 (ja) | 1995-10-13 | 1995-10-13 | 可変断面積ベンチュリー式排気分流器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29197395A JP3708189B2 (ja) | 1995-10-13 | 1995-10-13 | 可変断面積ベンチュリー式排気分流器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09112261A JPH09112261A (ja) | 1997-04-28 |
| JP3708189B2 true JP3708189B2 (ja) | 2005-10-19 |
Family
ID=17775868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29197395A Expired - Fee Related JP3708189B2 (ja) | 1995-10-13 | 1995-10-13 | 可変断面積ベンチュリー式排気分流器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3708189B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003075308A (ja) * | 2001-09-06 | 2003-03-12 | Tsukasa Sokken Co Ltd | ミニ・定流量サンプリング装置 |
-
1995
- 1995-10-13 JP JP29197395A patent/JP3708189B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09112261A (ja) | 1997-04-28 |
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