JP4603207B2 - ガス希釈システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車のディーゼルエンジンなどから排出されるガス中に含まれるすすなどの微粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、ＰＭと略称する）の測定に用いられるガス希釈システムに関する。
【０００２】
前記ガス希釈システムの一つに、エンジンからの排ガスの全量を希釈するガス希釈用流路と、このガス希釈用流路において希釈された排ガスの一部を採取するとともに、前記希釈された排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタおよび前記排ガスを吸引する吸引装置を備えたガスサンプリング流路とからなるフルダイリューション方式のガス希釈システムがある。この種のガス希釈システムにおいては、フィルタを通過するガス流量をガス希釈用流路におけるガス流量ガスに対して常に一定の比例関係をもって追従させるように流量制御させる必要があり、従来においては、図３に示すように構成されていた。
【０００３】
すなわち、図３において、１は例えばディーゼルエンジンなどのエンジン２から排出されるガスＧの全量を希釈するガス希釈用流路（ガス希釈トンネル）で、その上流側には、フィルタを備えた希釈用空気Ａの導入部３が形成され、その下流側には、高い流量測定精度を有するベンチュリ流量計４および吸引装置としてのブロア５を備えた排気流路６が接続されている。
【０００４】
７は前記ガス希釈用流路１を流れる希釈された排ガスＧの一部をサンプルガスＳとして採取するガスサンプリング流路で、その上流側のサンプリングプローブ８がガス希釈用流路１の下流側に近い部分において挿入接続されている。そして、このガスサンプリング流路７の下流側は、二つの流路９，１０に分岐され、それぞれの流路９，１０には、サンプルガスＳ中に含まれるＰＭを捕集するためのフィルタ１１，１２が設けられ、一方の流路９は、ＰＭ採取時のサンプルガスＳを流すためのサンプルガス流路に、また、他方の流路１０は、ＰＭ非採取時のサンプルガスＳを流すためのバイパス流路にそれぞれ構成されている。なお、フィルタ１１，１２のうち、一方のフィルタ１１が測定用であり、他方のフィルタ１２はダミーである。
【０００５】
そして、１３はサンプルガス流路９、バイパス流路１０の下流側に設けられる流路切換え手段としての三方電磁弁で、その下流側は排気流路１４に接続され、このガス流路１４には、回転数制御によって吸引能力を変えることができる例えばルーツブロアポンプ１５およびベンチュリ流量計４と同様のベンチュリ流量計１６がこの順に設けられている。
【０００６】
上記構成のガス希釈システムにおいては、ルーツブロアポンプ１５の回転数を、例えばＰＩＤコントローラ（図示していない）によって制御することにより、フィルタ１１（または１２）を通過するガス流量を、ガス希釈用流路１におけるガス流量に対して常に一定の比例関係をもって追従させるようにしていた。つまり、前記ガスサンプリング流路７の下流側の排気流路１４に設けられる流量計１６によって測定されるガス流量が、前記ガス希釈用流路１の下流側の排気流路６に設けられるベンチュリ流量計４によって測定されるガス流量と一定の比例関係となるように流量制御されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図３に示したガス希釈システムにおいては、エンジン２からの排ガスＧの全量をガス希釈用流路１において希釈するようにしているため、前記エンジン２から排出される排ガスＧの量が急激に変化した場合には、ルーツブロアポンプ１５の回転数をこれに追従させることが困難となり、したがって、前記ベンチュリ流量計１６における流量を、前記ベンチュリ流量計４における流量に比例関係をもって追従させることが困難となることがあった。
【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、エンジンからの排ガスが急激に変化してガス希釈用流路におけるガス流量が急激に変化したような場合でも、フィルタ通過ガス流量を前記ガス流量に対して高速で追従するように制御することができるガス希釈システム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、この発明では、エンジンからの排ガスの全量を希釈するガス希釈用流路と、このガス希釈用流路において希釈された排ガスの一部を採取するとともに、前記希釈された排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタおよび前記排ガスを吸引する吸引装置を備えたガスサンプリング流路とからなり、前記フィルタを通過するガス流量を前記ガス希釈用流路におけるガス流量に対して常に一定の比例関係をもって追従させるように構成してあるガス希釈システムにおいて、
前記ガスサンプリング流路の前記フィルタと前記吸引装置との間に流量調整用流路を接続するとともに、前記流量調整用流路には、前記ガス希釈用流路内のガス流量の変化に追従して前記流量調整用流路を流れるガスの流量を変化させうる高速応答可能な流量調整装置が設けられ、前記ガス希釈用流路内においてガス流量に変化が生じた場合、前記流量調整装置によって前記流量調整用流路におけるガス流量を制御することにより前記比例関係を保持するように構成されている。
【００１０】
上記ガス希釈システムにおいては、従来のように、吸引装置の吸引量を変化させるのではなく、これの吸引量は一定にしておき、高速応答可能な流量調整装置によってガス流量を調整するようにしているので、フィルタ通過ガス流量を高速で変化させることができる。
【００１１】
【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。図１および図２は、この発明の一つの実施の形態を示すものである。そして、図１に示したガス希釈システムが、図３に示したガス希釈システムと大きく異なる点は、流路切換え手段１３の下流側の排気流路１４に対して、高速応答可能な流量調整装置を備えた流量調整用流路を接続したことである。なお、図１において、図３における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。
【００１２】
すなわち、図１において、１７は例えば空気ａを流す流量調整用流路で、その下流端が流路切換え手段としての三方電磁弁１３とルーツブロアポンプ１５との間の点１８に接続されている。そして、この流量調整用流路１７には、高速応答可能な流量調整装置１９が設けられており、この実施の形態においては、前記流量調整装置１９は、高速応答性を有するピエゾバルブ２０と高い流量測定精度を有するベンチュリ流量計２１（ベンチュリ流量計４または１６と同様のもの）とを互いに直列接続したものから構成されている。前記ピエゾバルブ２０は、弁口を開閉する弁体をピエゾスタックの歪力により押圧駆動するもので、例えば図２に示すように構成されている。
【００１３】
すなわち、図２において、２２は本体ブロック、２３，２４は本体ブロック２２に形成された流体入口、流体出口である。２５は流体入口２３と流体出口２４との間に形成される流体流路で、この流体流路２５の途中には上面に弁口２６を備えたオリフィスブロック２７が設けられている。２８は本体ブロック２２の上面に、オリフィスブロック２７の上面を覆うようにして設けられる中空の弁ブロックで、この弁ブロック２８内には、弁口２６の開度調節を行う弁体２９がオリフィスブロック２７の上面を覆うようにして設けられるダイヤフラム３０によって上下動自在に保持されている。この弁体２９は、通常時、オリフィスブロック２７の上面（弁口２６の上部周囲）との間に若干の隙間が形成されるようにしてある。
【００１４】
３１は弁体２９を下方に押圧駆動するピエゾスタックで、複数のピエゾ素子を積層して形成してあり、弁ブロック２８に螺着された筒状のバルブケース３２内に収容されている。このピエゾスタック３１は、その上端部３３がバルブケース３２の上端に螺着されるナット部材３４に固定され、下端の出力端３５が弁体２９の上端に当接するように構成されている。３６はピエゾスタック３１に給電するためのリード線である。
【００１５】
上記構成のピエゾバルブ２０は、ピエゾスタック３１に適宜の直流電圧を印加することにより、各ピエゾ素子が歪み、この歪みによって出力端３５が弁体２９を下方に押圧駆動し、弁体２９と弁口２６との間の距離、つまり、弁口２６の開度調節を行うもので、流量調整の応答性は数１０μｓ（マイクロ秒）〜数ｍｓ（ミリ秒）ときわめて高速である。なお、このようなピエゾバルブ２０は、例えば実用新案登録第２，５１６，８２４号公報に詳しく記載されている。
【００１６】
上記構成のガス希釈システムにおいては、エンジン２からの排ガスＧがガス希釈用流路１に流入する。このガス希釈用流路１には、希釈用空気Ａが供給されているので、ガス希釈用流路１に流入した前記排ガスＧは、適宜希釈される。この場合、ブロア５の吸引量は、前記排ガスＧを所定の温度になるように適宜設定される。
【００１７】
この場合、ガス希釈用流路１の下流にこれと直列な状態に設けられる流量計４は、ベンチュリ流量計であるので、これを流れるガスの温度が変化すると流量が変化する。一方、フィルタ１１（または１２）には、ガス希釈用流路１を流れるガスの一部を通過させ、これに含まれるＰＭを採取するものであるが、このとき、フィルタ１１（または１２）を通過するガスの流量（以下、フィルタ通過ガス流量という）をガス希釈用流路１におけるガスの流量（以下、ガス希釈用流路通過ガス流量という）に対して常に一定の比例関係を保持させる必要がある。
【００１８】
そこで、上記図１に示したガス希釈システムにおいては、何らかの原因でガス希釈用流路通過ガス流量が変化した場合、フィルタ通過ガス流量を、前記ガス希釈用流路通過ガス流量の変化に追従させる必要があるが、ルーツブロアポンプ１５の回転数を変化させずこれを一定に保持しておき、ピエゾバルブ２０によって流量調整用流路１７を流れる空気ａの流量変化させ、前記フィルタ通過ガス流量を高速に変化させるのである。
【００１９】
すなわち、フィルタ通過ガス流量をＱ_F 、ルーツブロアポンプ１５を流れるガスの流量をＱ₁₅、ピエゾバルブ２０を流れるガス（空気ａ）の流量をＱ₂₀とするとき、
Ｑ_F ＝Ｑ₁₅−Ｑ₂₀ ……（１）
なる関係が常に成り立つように、流量Ｑ₂₀を制御するのである。
【００２０】
前記（１）式において、流量Ｑ₁₅はルーツブロアポンプ１５を流れるガス流量であるが、これを一定にしておいても、流量Ｑ₂₀、つまり、ピエゾバルブ２０を通過するガス流量を変化させることにより、フィルタ通過ガス流量Ｑ_F を、ガス希釈用流路通過ガス流量の変化に追従して変化させることができ、これにより、フィルタ通過ガス流量Ｑ_F をガス希釈用流路通過ガス流量に対して常に一定の比例関係をもって追従させることができるのである。
【００２１】
このように、上記構成のガス希釈システムにおいては、高速応答性を有するピエゾバルブ２０と高い流量測定精度を有するベンチュリ流量計２１とを組み合わせた流量調整装置１９によってガス流量を調整するようにしているので、フィルタ通過ガス流量を高速かつ高精度に変化させることができる。
【００２２】
なお、高速応答性をそれほど要求されない場合は、前記ピエゾバルブ２０に代えてマスフローコントローラを設けてもよい。また、流量調整装置１９として、ピエゾバルブ２０と適宜の流量計とを組み合わせたピエゾ型マスフローコントローラを用いてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、エンジンからの排ガスの全量を希釈するガス希釈用流路と、このガス希釈用流路において希釈された排ガスの一部を採取するとともに、前記希釈された排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタおよび前記排ガスを吸引する吸引装置を備えたガスサンプリング流路とからなり、前記フィルタを通過するガス流量を前記ガス希釈用流路におけるガス流量に対して常に一定の比例関係をもって追従させるように構成してあるガス希釈システムにおいて、前記ガスサンプリング流路の前記フィルタと前記吸引装置との間に、高速応答可能な流量調整装置を備えた流量調整用流路を接続し、前記ガス希釈用流路内においてガス流量に変化が生じた場合、前記流量調整装置によって前記流量調整用流路における流量を制御することにより前記比例関係を保持するようにしているので、エンジンからの排ガスが急激に変化してガス希釈用流路におけるガス流量が急激に変化したような場合でも、フィルタ通過流量をガス希釈用流路通過ガス流量に対して高速で追従するように制御することができる。
【００２４】
そして、特に、流量調整装置として、ピエゾバルブとベンチュリ流量計とを組み合わせた場合、ガス希釈用流路通過ガス流量のより急激な変化に確実に追従して前記フィルタ通過流量を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のガス希釈システムの全体構成を概略的に示す図である。
【図２】前記ガス希釈システムにおいて用いるピエゾバルブの構成を概略的に示す縦断面図である。
【図３】従来のガス希釈システムの全体構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１…ガス希釈用流路、２…エンジン、７…ガスサンプリング流路、１１，１２…フィルタ、１５…吸引装置、１７…流量調整用流路、１９…流量調整装置、Ｇ…排ガス。

Claims (1)

1. エンジンからの排ガスの全量を希釈するガス希釈用流路と、このガス希釈用流路において希釈された排ガスの一部を採取するとともに、前記希釈された排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタおよび前記排ガスを吸引する吸引装置を備えたガスサンプリング流路とからなり、前記フィルタを通過するガス流量を前記ガス希釈用流路におけるガス流量に対して常に一定の比例関係をもって追従させるように構成してあるガス希釈システムにおいて、
   前記ガスサンプリング流路の前記フィルタと前記吸引装置との間に流量調整用流路を接続するとともに、
   前記流量調整用流路には、前記ガス希釈用流路内のガス流量の変化に追従して前記流量調整用流路を流れるガスの流量を変化させうる高速応答可能な流量調整装置が設けられ、
   前記ガス希釈用流路内においてガス流量に変化が生じた場合、前記流量調整装置によって前記流量調整用流路におけるガス流量を制御することにより前記比例関係を保持するように構成されていることを特徴とするガス希釈システム。

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