JP5569383B2 - Pulsating flow measurement method and gas flow measurement device - Google Patents

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本発明は、ラミナー式流量計を用いた脈動流の流量測定方法およびガス流量測定装置の技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring a pulsating flow rate using a laminar flow meter and a gas flow rate measuring device.

流体（気体）の流量測定に用いられる流量計として、ラミナー式流量計が知られている。ラミナー式流量計は、レイノルズ数が十分に小さい層流においては、流体の粘性抵抗による圧力降下（差圧）が、流体の流速（流量）に比例するというハーゲン・ポアズイユの法則を利用するものであり、微小流量を高精度に測定できるという特性を有している。
ハーゲン・ポアズイユの法則は、体積流量をＱ（ｍ3）、円管直径をｄ（ｍ）、圧力測定点間の距離をＬ（ｍ）、圧力測定点間の差圧をΔＰ（Ｐａ）、流体の粘度をμ（Ｐａ・ｓ）と規定するとき、以下に示す数式１の関係が成立するというものである。 A laminar flow meter is known as a flow meter used for measuring a flow rate of a fluid (gas). The laminar flow meter uses Hagen-Poiseuille's law in a laminar flow with a sufficiently small Reynolds number that the pressure drop (differential pressure) due to the viscous resistance of the fluid is proportional to the flow velocity (flow rate) of the fluid. Yes, it has the characteristic that a minute flow rate can be measured with high accuracy.
Hagen-Poiseuille's law is that the volume flow rate is Q (m 3 ), the diameter of the circular tube is d (m), the distance between the pressure measurement points is L (m), the differential pressure between the pressure measurement points is ΔP (Pa), When the viscosity of the fluid is defined as μ (Pa · s), the relationship of Formula 1 shown below is established.

Figure 0005569383
Figure 0005569383

このような特性を有するラミナー式流量計を用いて、自動車（エンジン）から排出される排気ガス等の脈動流の流量を測定する技術があり、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され公知となっている。
特許文献１に開示された従来技術では、排気管の直後にラミナー式流量計を配置して、該ラミナー式流量計によって、自動車（エンジン）から排出される排気ガスの全流量を測定する構成としている。 There is a technique for measuring the flow rate of a pulsating flow such as exhaust gas discharged from an automobile (engine) using a laminar flow meter having such characteristics. For example, the technique is disclosed in Patent Document 1 shown below. It is well known.
In the prior art disclosed in Patent Document 1, a laminar flow meter is arranged immediately after the exhaust pipe, and the total flow rate of exhaust gas discharged from the automobile (engine) is measured by the laminar flow meter. Yes.

特開２００７−２４７３０号公報JP 2007-24730 A

ラミナー式流量計は、測定対象たる流体の流れが、レイノルズ数の十分に小さい層流である場合には、図８に示すグラフ（１）のように、測定結果（即ち、差圧と流量の関係）が線形となるが、流れ場がレイノルズ数の十分に小さい層流でない場合には、図８に示すグラフ（２）のように、測定した差圧と流量の線形性が崩れ（即ち、非線形になり）、既知の流量（真の流量）である基準流量と測定流量が一致しない（即ち、測定誤差が生じる）ことが判明している。   When the fluid flow to be measured is a laminar flow with a sufficiently small Reynolds number, the laminar flow meter can measure the measurement results (ie, the differential pressure and the flow rate) as shown in the graph (1) in FIG. Relationship) is linear, but if the flow field is not a laminar flow with a sufficiently small Reynolds number, the linearity of the measured differential pressure and flow rate collapses as shown in graph (2) in FIG. It has been found that the reference flow rate, which is a known flow rate (true flow rate), does not match the measured flow rate (that is, a measurement error occurs).

一般的に脈動流の流量を測定する場合には、流量計の上流側にサージタンク等のバッファを設けて、脈動を機械的にカットして測定誤差を抑制する対策がとられるが、例えば、ラミナー式流量計をエンジンにおけるＥＧＲガスラインに実装し、ＥＧＲガスの流量測定に用いるような場合には、エンジン性能に影響を与えるため、バッファを設けることができない。   Generally, when measuring the flow rate of a pulsating flow, a buffer such as a surge tank is provided on the upstream side of the flow meter, and measures are taken to suppress measurement errors by mechanically cutting the pulsation. When a laminar type flow meter is mounted on an EGR gas line in an engine and used for measuring the flow rate of EGR gas, the engine performance is affected, so that a buffer cannot be provided.

また、排気管から出た（開放された）後に排気ガスの流量を測定する場合には、ラミナー式流量計の圧力損失や大きさはあまり問題とはならないが、ラミナー式流量計をエンジンに実装する場合には、ＥＧＲガスの流れを可能な限り阻害しないように、ラミナー式流量計を低圧損化することが必要になり、また、エンジン回りのスペースに実装するためには、ラミナー式流量計を小型化することが必要になる。
そして、ラミナー式流量計を低圧損化および小型化した場合には、低圧損化および小型化をしない場合に比して、ラミナー式流量計を通過する流体の流速が増大する。
このため、ラミナー式流量計の低圧損化および小型化を図ってエンジンに実装をした場合には、ラミナー式流量計の測定対象たるＥＧＲガスの流れが、レイノルズ数の十分に小さい層流ではなくなってしまうため、ラミナー式流量計によって、ＥＧＲガスの流量を正確に測定することが困難になるという問題があった。 Also, when measuring the exhaust gas flow rate after exiting (opening) the exhaust pipe, the pressure loss and size of the laminar flow meter are not a problem, but the laminar flow meter is mounted on the engine. In order to prevent the flow of EGR gas from being disturbed as much as possible, it is necessary to reduce the laminar flow meter at a low pressure, and in order to mount it in the space around the engine, the laminar flow meter It is necessary to reduce the size.
When the laminar flow meter is reduced in pressure and reduced in size, the flow velocity of the fluid passing through the laminar flow meter increases as compared to the case where the low pressure loss and downsizing are not performed.
For this reason, when the laminar flow meter is mounted on an engine with low pressure loss and downsizing, the flow of the EGR gas that is the measurement target of the laminar flow meter is not a laminar flow with a sufficiently small Reynolds number. Therefore, there has been a problem that it is difficult to accurately measure the flow rate of EGR gas with a laminar flow meter.

また、ラミナー式流量計を用いた脈動流の流量測定においては、図９（ａ）に示すように、流量が既知である基準流量を測定した場合に、真の流量Ｚに対して測定流量が少ない値として測定される傾向にあることが判明している。
ラミナー式流量計では、上流側と下流側に一定の距離（距離Ｌ、数式１参照）だけ離間した位置で測定した各圧力の差圧に基づいて流量を算出するようにしている。この上流側と下流側の各圧力は、厳密には同じ時刻における同じガスの流れの圧力ではなく、上流側と下流側の各圧力には位相差が存在している。
定常流の流量測定においては、この位相差は測定誤差を生じさせる要因とはならないが、脈動流の流量測定においては、この位相差に起因して測定誤差が生じるものと考察できる。 Further, in the flow rate measurement of the pulsating flow using the laminar flow meter, when the reference flow rate with the known flow rate is measured as shown in FIG. It has been found that it tends to be measured as a low value.
In the laminar flow meter, the flow rate is calculated based on the differential pressure of each pressure measured at a position separated from the upstream side and the downstream side by a certain distance (distance L, see Formula 1). Strictly speaking, the pressures on the upstream side and the downstream side are not the pressures of the same gas flow at the same time, but there is a phase difference between the pressures on the upstream side and the downstream side.
In steady flow rate measurement, this phase difference does not cause a measurement error, but in pulsating flow rate measurement, it can be considered that a measurement error occurs due to this phase difference.

ここで、上流側と下流側の各圧力の位相差に起因して測定誤差が生じるものとした考察について、さらに検討をする。
上流側と下流側の各圧力の位相差を考慮して、差圧ΔＰを机上においてシミュレーションすると、差圧ΔＰは以下に示す数式２のように表すことができる。
尚、以下に示す数式２では、上流側の圧力測定部における圧力をＰ1、下流側の圧力測定部における圧力をＰ2、位相差をα、脈動周波数をｆ、脈動振幅をＡ・Ｂ、差圧ΔＰのＤＣ成分（オフセット値）をΔＰDCと規定している。 Here, further discussion will be made on the consideration that a measurement error occurs due to the phase difference between the upstream and downstream pressures.
When the differential pressure ΔP is simulated on the desk in consideration of the phase difference between the upstream and downstream pressures, the differential pressure ΔP can be expressed as Equation 2 below.
In Equation 2, the pressure in the upstream pressure measurement unit is P 1 , the pressure in the downstream pressure measurement unit is P 2 , the phase difference is α, the pulsation frequency is f, the pulsation amplitude is A · B, The DC component (offset value) of the differential pressure ΔP is defined as ΔP DC .

Figure 0005569383
Figure 0005569383

そして、この数式２を用いたシミュレーションにより算出した差圧ΔＰから、流量を算出すると、差圧と流量の関係は図９（ｂ）に示すようなグラフとして表される。
この図９（ｂ）では、真の流量Ｚに対して、算出した流量が少ない値として算出される傾向が示されており、この傾向は、図９（ａ）に示すラミナー式流量計により脈動流を実際に測定した場合の測定結果における傾向と良く一致している。 Then, when the flow rate is calculated from the differential pressure ΔP calculated by the simulation using Formula 2, the relationship between the differential pressure and the flow rate is represented as a graph as shown in FIG. 9B.
FIG. 9B shows a tendency that the calculated flow rate is a small value with respect to the true flow rate Z, and this tendency is pulsated by a laminar flow meter shown in FIG. 9A. It is in good agreement with the trend in the measurement results when the flow is actually measured.

さらに、差圧の各平均値（即ち、ΔＰDC）ｐ1・ｐ2が同じ（ｐ1＝ｐ2）であり、また各脈動周波数ｆ1・ｆ2も同じ（ｆ1＝ｆ2）であって、各脈動振幅Ａ1・Ａ2のみが異なっている（Ａ1＜Ａ2）条件とした図１０（ａ）（ｂ）に示すような二つのモデル波形Ｗ1・Ｗ2を用いて、机上のシミュレーションを行う。 Further, each average value of differential pressure (ie, ΔP DC ) p 1 · p 2 is the same (p 1 = p 2 ), and each pulsation frequency f 1 · f 2 is also the same (f 1 = f 2 ). Then, using two model waveforms W 1 and W 2 as shown in FIGS. 10A and 10B under the condition that only the pulsation amplitudes A 1 and A 2 are different (A 1 <A 2 ). , Do a desktop simulation.

そして、このような各モデル波形Ｗ1・Ｗ2に基づいて算出した各平均流量ｑ1・ｑ2を比較すると、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、各平均流量ｑ1・ｑ2は、ｑ1＞ｑ2となり、脈動振幅がより大きいモデル波形Ｗ2の場合に、平均流量の値がより小さくなっている。
さらに、脈動振幅の大きさを種々変更してシミュレーションを行った場合にも、脈動振幅がより大きいモデル波形の場合に、平均流量の値がより小さくなることが確認された。 When comparing the respective average flow rate q 1 · q 2 calculated based such each model waveform W 1 · W 2, as shown in FIG. 10 (a) (b), the mean flow rate q 1 · q 2 is q 1 > q 2 , and in the case of the model waveform W 2 having a larger pulsation amplitude, the value of the average flow rate is smaller.
Furthermore, even when simulation was performed with various changes in the magnitude of the pulsation amplitude, it was confirmed that the average flow rate was smaller in the case of a model waveform with a larger pulsation amplitude.

このようなシミュレーション結果から、ラミナー式流量計を用いて脈動流を測定した場合の流量は脈動振幅と相関しており、脈動振幅が大きくなるに従って測定誤差が大きくなり、また、脈動振幅が小さくなる（即ち、定常流に近づく）に従って測定誤差が小さくなることが判明した。
即ち、ラミナー式流量計による脈動流の流量測定において生じる測定誤差は、脈動振幅の大きさに影響を受けているものと考察される。 From such simulation results, the flow rate when pulsating flow is measured using a laminar flow meter correlates with the pulsation amplitude, and the measurement error increases as the pulsation amplitude increases, and the pulsation amplitude decreases. It was found that the measurement error becomes smaller as it approaches the steady flow.
That is, it is considered that the measurement error generated in the flow rate measurement of the pulsating flow by the laminar flow meter is influenced by the magnitude of the pulsation amplitude.

このように、ラミナー式流量計は、測定結果が脈動振幅による影響を受けるという特性を有しているため、ラミナー式流量計の低圧損化および小型化を図った場合であって、さらに、測定対象たる流体の流れが脈動流である場合には、流体の流量を正確に測定することが困難であるという問題があった。   As described above, the laminar flow meter has a characteristic that the measurement result is influenced by the pulsation amplitude. Therefore, the laminar flow meter is a case where the laminar flow meter is reduced in pressure and reduced in size. When the flow of the target fluid is a pulsating flow, there is a problem that it is difficult to accurately measure the flow rate of the fluid.

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、ラミナー式流量計の測定対象たるガスの流れが、レイノルズ数が十分に小さい層流でない脈動流であっても、ガスの流量を正確に測定することができる脈動流の流量測定方法およびガス流量測定装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such a current problem, and even if the gas flow to be measured by the laminar flow meter is a pulsating flow that is not a laminar flow having a sufficiently small Reynolds number, the gas flow rate is It is an object of the present invention to provide a pulsating flow rate measuring method and a gas flow rate measuring apparatus capable of accurately measuring the flow rate.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、請求項１においては、ラミナー式流量計を用いた脈動流の流量測定方法であって、測定前の準備において、測定の対象とする脈動周波数を複数設定するとともに、流量が一定であり、かつ、既知である複数の基準流量を設定し、設定した各脈動周波数と設定した各基準流量とを組み合わせた各測定パターンのガスの流れを、脈動振幅を変化させながら、前記ラミナー式流量計によって流量を測定し、前記各測定パターンにおける測定結果を多項式近似して、前記ラミナー式流量計による測定流量と脈動振幅との関係を表す多項式関数を測定パターンごとに算出しておき、測定において、当該測定の測定条件に最も近似する測定パターンを前記各測定パターンから選択するとともに、選択した測定パターンにおいて算出された前記多項式関数を用いて、前記多項式関数に、脈動振幅を０として代入したときの値に基づいて、前記ラミナー式流量計により測定したガスの流量を補正するものである。 That is, in claim 1, a method for measuring the flow rate of a pulsating flow using a laminar flow meter, in the preparation before measurement, while setting a plurality of pulsation frequencies to be measured, the flow rate is constant, And, by setting a plurality of known reference flow rates, the laminar flow meter changes the pulsation amplitude of the gas flow of each measurement pattern that combines each set pulsation frequency and each set reference flow rate. the flow rate is measured, the by polynomial approximation the definitive measurement results for each measurement pattern in advance to calculate the polynomial function representing the relationship between the measured flow and the pulsation amplitude by the laminar flow meter for each measurement pattern, in the measurement, as well as select the measurement pattern most approximate to the measurement conditions of the measurement from the respective measurement pattern, said polynomial calculated in the measurement pattern selected With several, the polynomial function, based on the value when substituted pulsation amplitude as 0, and corrects the flow rate of the measurement gas by the laminar flow meter.

請求項２においては、ガス流量の測定を行うラミナー式流量計と、測定の対象とする脈動周波数が複数設定されるとともに、流量が一定であり、かつ、既知である複数の基準流量が設定され、設定された各脈動周波数と設定された各基準流量とを組み合わせた各測定パターンのガスの流れを、脈動振幅を変化させながら、前記ラミナー式流量計によって測定した結果を多項式近似して、前記各測定パターンにおいて、前記ラミナー式流量計による測定流量と脈動振幅との関係を表す多項式関数を算出し、測定時における測定条件に最も近似する測定パターンを前記各測定パターンから選択するとともに、選択した測定パターンにおいて算出された前記多項式関数を用いて、前記ラミナー式流量計により測定したガスの流量を、前記多項式関数に、脈動振幅を０として代入したときの値に基づいて補正するコントローラと、を備えるものである。 In claim 2, a laminar type flow meter for measuring a gas flow rate and a plurality of pulsation frequencies to be measured are set, a plurality of reference flow rates having a constant flow rate and known are set. The gas flow of each measurement pattern combining each set pulsation frequency and each set reference flow rate is obtained by approximating a result obtained by measuring the laminar flow meter while changing the pulsation amplitude with a polynomial approximation , In each measurement pattern, a polynomial function representing the relationship between the measurement flow rate by the laminar flow meter and the pulsation amplitude is calculated, and the measurement pattern that most closely approximates the measurement conditions at the time of measurement is selected from each measurement pattern and selected. using the polynomial function calculated in the measurement pattern, the flow rate of the gas as measured by the laminar flow meter, the polynomial function , In which and a controller for correcting, based on the value when substituted pulsation amplitude as 0.

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。   As effects of the present invention, the following effects can be obtained.

請求項１においては、ラミナー式流量計により、レイノルズ数が十分に小さい状態ではない脈動流の流量を精度良く測定することができるとともに、ラミナー式流量計による測定流量の補正値を、精度良く真の流量に近づけることができる。 In claim 1, the laminar flow meter can accurately measure the flow rate of the pulsating flow whose Reynolds number is not sufficiently small, and the correction value of the measured flow rate by the laminar flow meter can be accurately obtained. The flow rate can be approached.

請求項２においては、ラミナー式流量計において、レイノルズ数が十分に小さい状態ではない脈動流の流量を精度良く測定することができるとともに、測定流量の補正値を、精度良く真の流量に近づけることができる。 In claim 2, Oite the laminar flow meter, it is possible to accurately measure the flow rate of the pulsation flow is not a Reynolds number is sufficiently small state, the correction value of the measured flow rate, the accuracy true flow rate You can get closer.

本発明の一実施形態に係るガス流量測定装置の全体構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the whole structure of the gas flow rate measuring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガス流量測定装置と共に用いる検定装置を示す模式図。The schematic diagram which shows the verification apparatus used with the gas flow rate measuring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 基準流量（１０００ｒｐｍ時）における脈動振幅の関係を示す図。The figure which shows the relationship of the pulsation amplitude in a reference | standard flow volume (at the time of 1000 rpm). 本発明の一実施形態に係るガス流量測定装置における図３に基づく補正方法を示す図。The figure which shows the correction method based on FIG. 3 in the gas flow measuring device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガス流量測定装置のＥＧＲガスラインへの配置状況を示す模式図。The schematic diagram which shows the arrangement | positioning condition to the EGR gas line of the gas flow rate measuring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガス流量測定装置における補正の流れを示す図。The figure which shows the flow of correction | amendment in the gas flow measuring device which concerns on one Embodiment of this invention. 補正後の流量測定結果を示す模式図。The schematic diagram which shows the flow measurement result after correction | amendment. ラミナー式流量計による差圧（流量）の測定結果を示す図。The figure which shows the measurement result of the differential pressure | voltage (flow rate) by a laminar type flow meter. 流量の算出結果を示す図、（ａ）ラミナー式流量計による実測値（レイノルズ数が十分に小さい状態ではない脈動流を測定した場合）を示す図、（ｂ）モデル波形に基づく机上シミュレーションにより算出した値を示す図。The figure which shows the calculation result of the flow, (a) The figure which shows the actual value (when the pulsating flow which is not the state where Reynolds number is not small enough) measured with the laminar type flow meter, (b) It calculates by the desktop simulation based on the model waveform FIG. モデル波形を用いた場合の流量の算出結果を示す模式図、（ａ）脈動振幅が小さい場合を示す図、（ｂ）脈動振幅が大きい場合を示す図。The schematic diagram which shows the calculation result of the flow volume at the time of using a model waveform, (a) The figure which shows the case where pulsation amplitude is small, (b) The figure which shows the case where pulsation amplitude is large.

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係るガス流量測定装置の全体構成について、図１を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係るガス流量測定装置１は、管内を流れるガスの流量を測定するための装置であって、ラミナー式流量計２、差圧検出部３、コントローラ４等を備えている。 Next, embodiments of the invention will be described.
First, the overall configuration of a gas flow rate measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, a gas flow rate measuring device 1 according to an embodiment of the present invention is a device for measuring the flow rate of a gas flowing in a pipe, and is a laminar flow meter 2, a differential pressure detecting unit 3, a controller. 4 etc.

ラミナー式流量計２は、フランジ等の接続手段により測定対象たる流れ場を形成する配管部材５・５の中途部に気密的に接続されている。
さらにラミナー式流量計２について詳述すると、ラミナー式流量計２は、その内部にエレメント２ａを備えている。また、ラミナー式流量計２は、エレメント２ａを通過するガスのエレメント２ａの上流側における圧力Ｐ1を検出するための部位である上流側圧力検出部２ｂと、該圧力検出部２ｂから軸心方向に距離Ｌだけ離間した位置においてエレメント２ａの下流側における圧力Ｐ2を検出するための部位である下流側圧力検出部２ｃを備えている。 The laminar flow meter 2 is hermetically connected to a middle portion of the piping members 5 and 5 forming a flow field to be measured by a connecting means such as a flange.
Further, the laminar flow meter 2 will be described in detail. The laminar flow meter 2 includes an element 2a therein. The laminar flow meter 2 includes an upstream pressure detector 2b that is a part for detecting the pressure P 1 upstream of the element 2a of the gas passing through the element 2a, and an axial direction from the pressure detector 2b. and a downstream pressure detection portion 2c is a part for detecting the pressure P 2 on the downstream side of the element 2a in a position separated by a distance L in.

各圧力検出部２ｂ・２ｃは、それぞれ導管６・７によって差圧検出部３に接続されており、該差圧検出部３によって、圧力Ｐ1と圧力Ｐ2の差圧ΔＰ（即ち、ΔＰ＝Ｐ1−Ｐ2）を検出する構成としている。
また、エレメント２ａの内部には、温度センサ８・９が挿入されており、エレメント２ａを通過するガスの温度Ｔを検出する構成としている。 The pressure detection units 2b and 2c are connected to the differential pressure detection unit 3 by conduits 6 and 7, respectively. The differential pressure detection unit 3 uses the differential pressure ΔP between the pressure P 1 and the pressure P 2 (that is, ΔP = P 1 −P 2 ) is detected.
Further, temperature sensors 8 and 9 are inserted inside the element 2a to detect the temperature T of the gas passing through the element 2a.

コントローラ４は、ラミナー式流量計２および差圧検出部３により検出した差圧ΔＰと、各温度センサ８・９により検出した温度Ｔおよびラミナー式流量計２の入口におけるガスの絶対圧力Ｐinの各情報に基づいて、ガスの質量流量Ｇｅを演算するための装置であり、差圧検出部３および各温度センサ８・９に接続されている。
そして、コントローラ４には、差圧検出部３から差圧ΔＰに係る信号と、各温度センサ８・９からは、各温度Ｔ1・Ｔ2に係る信号が入力される。また、コントローラ４には、ラミナー式流量計２の入口において検出した絶対圧力Ｐinも入力される。 The controller 4 compares the differential pressure ΔP detected by the laminar flow meter 2 and the differential pressure detector 3, the temperature T detected by the temperature sensors 8 and 9, and the absolute pressure P in of the gas at the inlet of the laminar flow meter 2. This is a device for calculating the mass flow rate Ge of the gas based on each information, and is connected to the differential pressure detector 3 and the temperature sensors 8 and 9.
The controller 4 receives a signal related to the differential pressure ΔP from the differential pressure detector 3 and a signal related to the temperatures T 1 and T 2 from the temperature sensors 8 and 9. Further, the controller 4, an absolute pressure P in detected in laminar flowmeter second inlet is also input.

尚、本実施形態では、コントローラ４に入力される絶対圧力Ｐinとしては、上流側の圧力Ｐ1を採用している。また、本実施形態では、コントローラ４によって、上流側の温度センサ８により検出した温度Ｔ1と下流側の温度センサ９により検出した温度Ｔ2の平均値（即ち、（Ｔ1＋Ｔ2）／２）を算出し、この平均値をエレメント２ａ内部におけるガスの温度Ｔとして採用している。 In the present embodiment, the absolute pressure P in input to the controller 4 employs the pressure P 1 on the upstream side. In this embodiment, the controller 4 averages the temperature T 1 detected by the upstream temperature sensor 8 and the temperature T 2 detected by the downstream temperature sensor 9 (that is, (T 1 + T 2 ) / 2. ) And the average value is adopted as the gas temperature T inside the element 2a.

また、コントローラ４は、検出した差圧ΔＰから、その差圧ΔＰを検出したときの脈動振幅を算出することもできる。   The controller 4 can also calculate the pulsation amplitude when the differential pressure ΔP is detected from the detected differential pressure ΔP.

そして、コントローラ４は、以下の数式３〜数式７に基づいて、ガス質量流量Ｇｅを算出する。
尚、以下に示す数式３〜数式７においては、ガス質量流量をＧｅ（ｇ／Ｌ）、ガス温度をＴ（Ｋ）、ガス密度をρEX（ｇ／Ｌ）、実体積流量をＱope（ｇ／Ｌ）、２０℃・１ａｔｍの状態に換算した標準換算体積流量をＱstp、２０℃における空気の粘性係数をμ20(Air)、Ｔ（Ｋ）におけるガスの粘性係数をμT(EX)、２０℃における流量係数をＫ20、ラミナー式流量計２の入口におけるガスの絶対圧力をＰin（ｋＰａ）、と規定している。
また、数式４中に示すａおよびｂは、各ラミナー式流量計２に固有の定数であり、ラミナー式流量計２の校正により求められる値である。 Then, the controller 4 calculates the gas mass flow rate Ge based on the following formulas 3 to 7.
In the following formulas 3 to 7, the gas mass flow rate is Ge (g / L), the gas temperature is T (K), the gas density is ρ EX (g / L), and the actual volume flow rate is Q ope ( g / L), standard converted volumetric flow rate converted to a state of 20 ° C./1 atm, Q stp , air viscosity coefficient at 20 ° C. μ 20 (Air) , gas viscosity coefficient at T (K) μ T (EX ) , The flow coefficient at 20 ° C. is defined as K 20 , and the absolute pressure of the gas at the inlet of the laminar flow meter 2 is defined as P in (kPa).
Further, a and b shown in Equation 4 are constants specific to each laminar flow meter 2 and are values obtained by calibration of the laminar flow meter 2.

Figure 0005569383
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次に、本実施形態に係るガス流量測定装置１における流量の補正方法について、図２〜図４を用いて説明をする。
本発明の一実施形態に係るガス流量測定装置１は、ラミナー式流量計２を用いて測定した流量が脈動振幅と相関関係にあるという考察結果に着目し、この相関関係を利用して測定流量を補正するものであり、これによって、ガスの流れがレイノルズ数の十分に小さい層流ではなく、かつ脈動流であっても、精度良く流量の測定を行うことを可能にするものである。
尚、本実施形態では、図２に示すような検定装置２０を用いる場合を例示して説明をする。 Next, a flow rate correction method in the gas flow rate measuring apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
The gas flow rate measuring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention pays attention to the consideration result that the flow rate measured using the laminar flow meter 2 is correlated with the pulsation amplitude, and uses this correlation to measure the flow rate. Thus, even if the gas flow is not a laminar flow having a sufficiently small Reynolds number and is a pulsating flow, it is possible to accurately measure the flow rate.
In the present embodiment, the case where the test apparatus 20 as shown in FIG. 2 is used will be described as an example.

図２に示す如く、検定装置２０は、ラミナー式流量計２の検定を行ったり（即ち、数式４における各定数ａ・ｂを算出したり）、後述する学習運転を行ったりするための装置であり、基準流量計２１、ブロア２２、回転バルブ２３、絞りバルブ２４およびこれらの各部を連通する風管２５・２５・・・等を備えている。   As shown in FIG. 2, the verification device 20 is a device for performing verification of the laminar flow meter 2 (that is, calculating each constant a · b in Formula 4) or performing learning operation described later. And the like, and a reference flow meter 21, a blower 22, a rotary valve 23, a throttle valve 24, and wind pipes 25, 25,.

基準流量計２１は、既に検定等がなされ、測定対象たるガスの流れに対して流量の測定精度が確保されている流量計である。検定装置２０では、基準流量計２１による流量の測定値を真の流量として採用する。
ブロア２２は、例えば、回転数をインバータ制御等することにより送風量を変更することができる送風機である。
回転バルブ２３は、弁体を回転させることによって、流路の開状態と閉状態を周期的に切り換えることができる弁装置であり、弁体の回転数を変更することによって、ガスの流れの脈動周波数を調整することができる。
絞りバルブ２４は、測定対象たるガスの流路における管内抵抗を調整するための弁装置であり、絞りバルブ２４の開度を変更することによって、ガスの流れの脈動振幅を調整することができる。
さらに、検定装置２０は、ラミナー式流量計２による測定対象たる流れ場の温度条件を整えるためのヒータ２６等も備えている。
そして、検定装置２０は、測定対象たるガスの平均流量、脈動周波数、脈動振幅等の各条件を変化させることができ、測定対象たるガスの真の流量を把握しつつ、脈動周波数や脈動振幅が異なる種々のパターンのガスの流れを再現することができる。 The reference flow meter 21 is a flow meter that has already been verified and the flow rate measurement accuracy is ensured with respect to the gas flow to be measured. The verification device 20 employs the flow rate measured by the reference flow meter 21 as the true flow rate.
The blower 22 is a blower that can change the amount of blown air by, for example, inverter-controlling the rotation speed.
The rotary valve 23 is a valve device that can periodically switch between an open state and a closed state of the flow path by rotating the valve body. By changing the number of rotations of the valve body, the pulsation of the gas flow The frequency can be adjusted.
The throttle valve 24 is a valve device for adjusting the in-pipe resistance in the gas flow path to be measured, and the pulsation amplitude of the gas flow can be adjusted by changing the opening of the throttle valve 24.
Furthermore, the verification device 20 includes a heater 26 for adjusting the temperature condition of the flow field to be measured by the laminar flow meter 2.
The verification device 20 can change each condition such as the average flow rate, pulsation frequency, and pulsation amplitude of the gas to be measured, and the pulsation frequency and pulsation amplitude can be determined while grasping the true flow rate of the gas to be measured. Various different patterns of gas flow can be reproduced.

ここで、図２に示す検定装置２０の使用方法の一例を、説明をする。
まず、回転バルブ２３の回転数（即ち、脈動周波数Ｒ）を、一定とする。例えば、図３では、回転数を１０００（ｒｐｍ）（即ち、脈動周波数Ｒ＝６６．６７（Ｈｚ））に固定した場合を例示している。
ここでは、絞りバルブ２４の設定により、ガスの流れを定常流（即ち、脈動振幅が「０」）としておく。
そして、基準流量計２１の測定値により流量を確認しながら、ブロア２２の送風量を変更する。
この状態で、ラミナー式流量計２による測定を行い、差圧ΔＰと測定流量ｙとの関係を得ておく。
そして、この測定結果から、ラミナー式流量計２に固有の各定数ａ・ｂ（数式４参照）が得られる。例えば、本実施形態において各係数ａ、ｂは、ａ＝１８．５３、ｂ＝−０．２４１１として導出される。 Here, an example of the usage method of the test | inspection apparatus 20 shown in FIG. 2 is demonstrated.
First, the rotational speed (that is, pulsation frequency R) of the rotary valve 23 is made constant. For example, FIG. 3 illustrates a case where the rotational speed is fixed at 1000 (rpm) (that is, pulsation frequency R = 66.67 (Hz)).
Here, the gas flow is set to a steady flow (that is, the pulsation amplitude is “0”) by setting the throttle valve 24.
Then, the air flow rate of the blower 22 is changed while checking the flow rate from the measured value of the reference flow meter 21.
In this state, measurement is performed with the laminar flow meter 2 to obtain a relationship between the differential pressure ΔP and the measured flow rate y.
Then, from this measurement result, constants a and b (see Formula 4) specific to the laminar flow meter 2 are obtained. For example, in the present embodiment, the coefficients a and b are derived as a = 18.53 and b = −0.2411.

次に、同じく回転バルブ２３の回転数回転数を１０００（ｒｐｍ）（即ち、脈動周波数Ｒ＝６６．６７（Ｈｚ））に固定した状態で、基準流量計２１の測定値を、１〜１０（Ｌ／Ｓ）の範囲で、１（Ｌ／Ｓ）ずつステップ状に変化させた各測定パターンを設定する。
尚、以下では、基準流量計２１の測定値を基準流量Ｑaと呼ぶ。
また、基準流量Ｑaのステップ幅をどの程度に設定するかは、ラミナー式流量計２の使用条件や使用目的等に応じて適宜設定する。 Next, in the same manner, the measured value of the reference flow meter 21 is 1 to 10 (with the pulsation frequency R = 66.67 (Hz)) fixed at 1000 (rpm). Each measurement pattern is set in steps of 1 (L / S) within a range of (L / S).
In the following, the measurement value of the reference flow meter 21 is referred to as a reference flow rate Qa.
In addition, how much the step width of the reference flow rate Q a is set is appropriately set according to the use conditions, the purpose of use, etc. of the laminar flow meter 2.

次に、例えば基準流量Ｑaを、１（Ｌ／Ｓ）に設定した測定パターンにおいて、絞りバルブ２４の開度を変更して、脈動振幅ｘを変化させる。
本実施形態では、脈動振幅ｘを、１〜３（ｋＰａ）の範囲で、０．５（ｋＰａ）ずつステップ状に変化させるようにしている。
また、脈動振幅の変更（ステップ）幅をどの程度に設定するかは、ラミナー式流量計２の使用条件や使用目的等に応じて適宜設定する。 Next, for example, in the measurement pattern in which the reference flow rate Q a is set to 1 (L / S), the opening degree of the throttle valve 24 is changed to change the pulsation amplitude x.
In this embodiment, the pulsation amplitude x is changed in steps of 0.5 (kPa) in the range of 1 to 3 (kPa).
In addition, how much the change (step) width of the pulsation amplitude is set is appropriately set according to the use conditions, the purpose of use, and the like of the laminar flow meter 2.

そして、１〜３（ｋＰａ）の脈動振幅である各状態において、ラミナー式流量計２によって流量の測定を行い、ラミナー式流量計２により検出した差圧ΔＰや温度Ｔ等から、測定流量ｙを算出する。
これにより、脈動周波数Ｒが６６．６７（Ｈｚ）で、かつ、基準流量Ｑaが、１（Ｌ／Ｓ）であって、脈動振幅が異なる各状態におけるラミナー式流量計２の測定流量が得られ、図３中に示す基準流量Ｑaが１（Ｌ／Ｓ）である場合のグラフを生成することができる。 Then, in each state having a pulsation amplitude of 1 to 3 (kPa), the flow rate is measured by the laminar flow meter 2, and the measured flow rate y is calculated from the differential pressure ΔP and the temperature T detected by the laminar flow meter 2. calculate.
As a result, the measured flow rate of the laminar flow meter 2 in each state where the pulsation frequency R is 66.67 (Hz), the reference flow rate Q a is 1 (L / S), and the pulsation amplitude is different is obtained. Thus, it is possible to generate a graph when the reference flow rate Q a shown in FIG. 3 is 1 (L / S).

同様にして、さらに基準流量Ｑaが、２〜１０（Ｌ／Ｓ）の各パターンで、脈動振幅を変化させた各状態において、ラミナー式流量計２による測定流量を得ることによって、図３に示す回転バルブ２３の回転数を１０００（ｒｐｍ）（即ち、脈動周波数Ｒ＝６６．６７（Ｈｚ））に固定した場合のグラフ全体が生成される。 Similarly, by obtaining the measured flow rate by the laminar flow meter 2 in each state where the reference flow rate Q a is changed in the pulsation amplitude in each pattern of 2 to 10 (L / S), FIG. The entire graph is generated when the rotation speed of the rotary valve 23 shown is fixed to 1000 (rpm) (that is, the pulsation frequency R = 66.67 (Hz)).

さらに、回転バルブ２３の回転数（即ち、脈動周波数Ｒ）が異なる条件（例えば、回転数が、１１００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍ、・・・）で、同様の測定を行うことによって、図３と同様のグラフが脈動周波数Ｒごとに生成される。
尚、脈動周波数の変更範囲や変更単位をどの程度に設定するかは、ラミナー式流量計２の使用条件や使用目的等に応じて適宜設定する。 Furthermore, the same graph as FIG. 3 is obtained by performing the same measurement under the condition that the rotational speed (that is, the pulsation frequency R) of the rotary valve 23 is different (for example, the rotational speed is 1100 rpm, 1200 rpm,...). It is generated for each pulsation frequency R.
The extent to which the pulsation frequency change range and the change unit are set is appropriately set according to the use conditions and purpose of use of the laminar flow meter 2.

次に、生成した各グラフに基づいて、測定流量ｙと脈動振幅ｘとの相関を表す関数を算出する。
具体的には、図４に示す如く、例えば基準流量Ｑaが、９（Ｌ／Ｓ）であるグラフの各測定点を通過する近似曲線Ｋ9を求める。この近似曲線Ｋ9は、脈動振幅が「０」であるときには、流量が９（Ｌ／Ｓ）になるという条件の元で、例えば、多項式近似を行うことによって算出できる。
そして、近似曲線Ｋ9は、例えば、次数を４次として求めた場合には、数式８のように表される。
このようにして、脈動周波数Ｒが６６．６７（Ｈｚ）であって、かつ、基準流量Ｑaが９（Ｌ／Ｓ）である場合の、測定流量ｙと脈動振幅ｘの相関を表す関数が算出できる。 Next, a function representing a correlation between the measured flow rate y and the pulsation amplitude x is calculated based on each generated graph.
Specifically, as shown in FIG. 4, for example, an approximate curve K 9 that passes through each measurement point of a graph in which the reference flow rate Q a is 9 (L / S) is obtained. The approximate curve K 9 can be calculated by performing polynomial approximation, for example, under the condition that the flow rate is 9 (L / S) when the pulsation amplitude is “0”.
The approximate curve K 9 is expressed as Equation 8, for example, when the degree is obtained as the fourth order.
Thus, when the pulsation frequency R is 66.67 (Hz) and the reference flow rate Q a is 9 (L / S), a function representing the correlation between the measured flow rate y and the pulsation amplitude x is obtained. It can be calculated.

Figure 0005569383
Figure 0005569383

同様にして、各測定パターンにおける基準流量Ｑaごとに、測定流量ｙと脈動振幅ｘの相関を表す関数が算出できる。
そして、本発明の一実施形態に係る脈動流の流量測定方法では、このようにして算出した、測定流量ｙと脈動振幅ｘの相関を表す各関数を用いて、ラミナー式流量計２の測定流量ｙを補正する。
また、測定流量ｙと脈動振幅ｘの相関を表す各関数を算出するために、測定条件を変更しつつ行うこのような運転を学習運転と呼ぶ。
尚、近似曲線を表す近似式を算出する際には、必ずしも一旦グラフ化をする必要はなく、各測定パターンにおける基準流量Ｑaごとの一群の測定データから、直接近似式を算出することも可能である。 Similarly, for each reference flow Q a in each measurement pattern, function can be calculated which represents the correlation of the measured flow rate y pulsation amplitude x.
In the pulsating flow rate measuring method according to the embodiment of the present invention, the measured flow rate of the laminar flow meter 2 is calculated using each function representing the correlation between the measured flow rate y and the pulsating amplitude x calculated in this way. Correct y.
Further, such an operation performed while changing the measurement conditions in order to calculate each function representing the correlation between the measured flow rate y and the pulsation amplitude x is referred to as a learning operation.
Note that when calculating an approximate expression representing an approximate curve, it is not always necessary to make a graph once, and it is also possible to directly calculate an approximate expression from a group of measurement data for each reference flow rate Q a in each measurement pattern. It is.

次に、測定流量ｙと脈動振幅ｘの相関を表す関数を用いた補正方法について、説明をする。
脈動周波数Ｒが６６．６７（Ｈｚ）である（図３が適用できる）測定パターンで、例えば、ラミナー式流量計２による流量の測定値が、５．０（Ｌ／Ｓ）であって、そのときの脈動振幅が、３．０（ｋＰａ）である場合を例示して説明をする。 Next, a correction method using a function representing the correlation between the measured flow rate y and the pulsation amplitude x will be described.
In the measurement pattern in which the pulsation frequency R is 66.67 (Hz) (applicable to FIG. 3), for example, the measurement value of the flow rate by the laminar flow meter 2 is 5.0 (L / S), An example in which the pulsation amplitude is 3.0 (kPa) will be described.

図４に示す如く、この場合の測定値は、基準流量Ｑa＝９（Ｌ／Ｓ）の場合に最も近いため、基準流量Ｑa＝９（Ｌ／Ｓ）の場合の関数（即ち、数式８）を補正式として採用する。
数式８に、脈動振幅ｘ＝３（ｋＰａ）を代入したときの値は、約４．８（Ｌ／Ｓ）であり、測定値との誤差ｄが、およそ０．２（Ｌ／Ｓ）存在している。 As shown in FIG. 4, the measured value in this case, since the nearest in the case of the reference flow Q a = 9 (L / S ) , the reference flow rate Q a = 9 (L / S ) function in the case of (i.e., Formula 8) is adopted as a correction formula.
The value when substituting the pulsation amplitude x = 3 (kPa) into Equation 8 is about 4.8 (L / S), and there is an error d of about 0.2 (L / S) with the measured value. doing.

測定値が近似曲線Ｋ9上に位置する場合には、真の流量は、数式８に脈動振幅ｘ＝０（ｋＰａ）を代入したときの値（即ち、ｙ切片）として算出され、９（Ｌ／Ｓ）となる。
この場合の測定値は、近似曲線Ｋ9上に位置していないため、数式８に脈動振幅ｘ＝０（ｋＰａ）を代入したときの値を基準値として、さらにその基準値に誤差ｄを加算して、ラミナー式流量計２の測定流量を補正するようにしている。
具体的には、数式８に脈動振幅ｘ＝０（ｋＰａ）を代入したときの基準値（９（Ｌ／Ｓ））に、誤差ｄ（０．２（Ｌ／Ｓ））を加算して、補正値を９．２（Ｌ／Ｓ）を算出する。 When the measured value is located on the approximate curve K 9 , the true flow rate is calculated as a value when the pulsation amplitude x = 0 (kPa) is substituted into Equation 8 (ie, y intercept), and 9 (L / S).
Since the measured value in this case is not located on the approximate curve K 9 , the value obtained by substituting the pulsation amplitude x = 0 (kPa) into Equation 8 is used as a reference value, and an error d is added to the reference value. Thus, the measured flow rate of the laminar flow meter 2 is corrected.
Specifically, the error d (0.2 (L / S)) is added to the reference value (9 (L / S)) when the pulsation amplitude x = 0 (kPa) is substituted into Formula 8. A correction value of 9.2 (L / S) is calculated.

次に、本発明の一実施形態に係るガス流量測定装置１を用いたガス流量の測定状況について、図５〜図７を用いて説明をする。
本実施形態では、図５に示すように、エンジン１０が備えるＥＧＲライン１１においてＥＧＲガスのガス質量流量Ｇｅを測定する用途にガス流量測定装置１を使用する場合を例示して説明をする。 Next, the measurement state of the gas flow rate using the gas flow rate measuring device 1 according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the case where the gas flow rate measuring device 1 is used for the purpose of measuring the gas mass flow rate Ge of the EGR gas in the EGR line 11 provided in the engine 10 will be described as an example.

エンジン１０は、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３を備えており、シリンダヘッド１３には、排気ポート１３ａと吸気ポート１３ｂが形成されている。ＥＧＲライン１１により、排気ポート１３ａと吸気ポート１３ｂを連通させることによって、排気ガスの一部を吸気ポート１３ｂ側に還流させる構成としている。
また、ＥＧＲライン１１は配管部材５・５によってＥＧＲガスの流路を形成しており、該配管部材５・５の中途部にはＥＧＲバルブ１５およびＥＧＲクーラー１６を備えている。そして、ＥＧＲバルブ１５の開度を変更することによって、排気ポート１３ａから吸気ポート１３ｂに還流させる排気ガス（ＥＧＲガス）の流量を調整する構成としている。 The engine 10 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13, and an exhaust port 13 a and an intake port 13 b are formed in the cylinder head 13. By connecting the exhaust port 13a and the intake port 13b through the EGR line 11, a part of the exhaust gas is recirculated to the intake port 13b side.
Further, the EGR line 11 forms a flow path of EGR gas by the piping members 5 and 5, and includes an EGR valve 15 and an EGR cooler 16 in the middle of the piping members 5 and 5. The flow rate of the exhaust gas (EGR gas) recirculated from the exhaust port 13a to the intake port 13b is adjusted by changing the opening degree of the EGR valve 15.

ＥＧＲライン１１におけるＥＧＲガスの流量を測定するためには、ラミナー式流量計２を配管部材５・５の中途部に配設する必要がある。このため、ラミナー式流量計２は、エンジン１０に実装できる大きさにすべく小型化を図る必要があり、また、ＥＧＲライン１１における圧力損失を極力抑える必要がある。   In order to measure the flow rate of the EGR gas in the EGR line 11, the laminar flow meter 2 needs to be disposed in the middle of the piping members 5 and 5. For this reason, the laminar flow meter 2 needs to be miniaturized so that it can be mounted on the engine 10, and it is necessary to suppress the pressure loss in the EGR line 11 as much as possible.

この場合、ラミナー式流量計２における流れ場は、小型化に伴って流速が増大するため、レイノルズ数が十分に小さい層流の状態ではなくなっている。このため、ガス流量測定装置１によりＥＧＲライン１１の流量測定を行う場合には、ラミナー式流量計２による測定結果においては、差圧と流量の関係が非線形になる。   In this case, the flow field in the laminar flow meter 2 is not in a laminar flow state in which the Reynolds number is sufficiently small because the flow velocity increases with miniaturization. For this reason, when the flow rate measurement of the EGR line 11 is performed by the gas flow rate measuring device 1, in the measurement result by the laminar flow meter 2, the relationship between the differential pressure and the flow rate becomes nonlinear.

また、ＥＧＲライン１１は、エンジン１０の排気ポート１３ａと直結されているため、ＥＧＲライン１１における排気ガスの流れは脈動流となっている。
ＥＧＲバルブ１５の開度は、エンジン１０の回転数および負荷に応じて制御されているため、ＥＧＲライン１１における排気ガスの流れは、エンジン１０の回転数（即ち、脈動周波数）および負荷の変化に応じて、流量が変化している。さらにエンジン１０から排出される排気ガスのような脈動流では、脈動振幅が成り行きで変化している。 Further, since the EGR line 11 is directly connected to the exhaust port 13a of the engine 10, the exhaust gas flow in the EGR line 11 is a pulsating flow.
Since the opening degree of the EGR valve 15 is controlled in accordance with the rotation speed and load of the engine 10, the flow of exhaust gas in the EGR line 11 depends on changes in the rotation speed (that is, pulsation frequency) of the engine 10 and the load. Accordingly, the flow rate is changing. Further, in the pulsating flow such as the exhaust gas discharged from the engine 10, the pulsation amplitude changes with the course.

図６に示す如く、まず始めに、排気ガスの流れを定常流（即ち、脈動振幅が「０」）とした状態において、ラミナー式流量計２の検定を行う（ＳＴＥＰ−１）。
ガス流量測定装置１をエンジン１０に実装した状態で検定を行う場合には、ＥＧＲバルブ１５の開度を調整して、排気ガスの流れを定常流としておく。
また、エンジン１０の回転数（即ち、脈動周波数）を一定に保持するとともに、エンジン１０に対する負荷を調整して、基準流量Ｑaである排気ガスを流通させる。
そして、このような運転状態において、ラミナー式流量計２による測定を行い、図３に示すものと同様の流量と差圧の関係を得る。そして、このようにして得た流量と差圧の関係から各係数ａ、ｂを導出しておく。 As shown in FIG. 6, first, the laminar flow meter 2 is tested in a state where the exhaust gas flow is a steady flow (that is, the pulsation amplitude is “0”) (STEP-1).
When the verification is performed in a state where the gas flow rate measuring device 1 is mounted on the engine 10, the opening of the EGR valve 15 is adjusted to keep the exhaust gas flow a steady flow.
Further, while maintaining the rotation speed (that is, pulsation frequency) of the engine 10 constant, the load on the engine 10 is adjusted, and the exhaust gas having the reference flow rate Q a is circulated.
And in such an operation state, the measurement by the laminar type flow meter 2 is performed, and the relationship between the flow rate and the differential pressure similar to that shown in FIG. 3 is obtained. Then, the coefficients a and b are derived from the relationship between the flow rate and the differential pressure obtained in this way.

また、ガス流量測定装置１をエンジン１０に実装した状態においては、基準流量計２１を用いなくとも、ＥＧＲ率から基準流量Ｑaを算出することができる。
ＥＧＲ率は、例えば、以下の数式９により算出することができる。
尚、数式９では、ＥＧＲガス質量流量をＧｅ、吸入空気質量流量をＧａと規定している Further, the gas flow measuring device 1 in a state mounted on the engine 10, without using a reference meter 21, it is possible to calculate the reference flow rate Q a of the EGR rate.
The EGR rate can be calculated by, for example, Equation 9 below.
In Equation 9, the EGR gas mass flow rate is defined as Ge, and the intake air mass flow rate is defined as Ga.

Figure 0005569383
Figure 0005569383

また、ＥＧＲ率は、代用特性を用いて算出することもできる。
例えば、ＥＧＲライン１１の各部においてＣＯ2濃度を測定すれば、以下の数式１０に基づいてＥＧＲ率を算出することができる。
尚、以下の数式１０においては、ＥＧＲがＯＮ時の吸気ポート１３ｂにおけるＣＯ2濃度を［ＣＯ2］ｍ、ＥＧＲがＯＦＦ時の吸気ポート１３ｂにおけるＣＯ2濃度を［ＣＯ2］ｂ、吸気ＯＦＦ時の排気ポート１３ａにおけるＣＯ2濃度を［ＣＯ2］ｅと規定している。 The EGR rate can also be calculated using the substitute characteristics.
For example, if the CO 2 concentration is measured in each part of the EGR line 11, the EGR rate can be calculated based on the following formula 10.
In Equation 10 below, the CO 2 concentration at the intake port 13b when EGR is ON is [CO 2 ] m, the CO 2 concentration at the intake port 13b when EGR is OFF is [CO 2 ] b, and when the intake air is OFF. The CO 2 concentration at the exhaust port 13a is defined as [CO 2 ] e.

Figure 0005569383
Figure 0005569383

あるいは、空燃比に基づいて、以下の数式１１からＥＧＲ率を算出することもできる。
尚、以下の数式１１においては、ＥＧＲがＯＮ時の空燃比を［Ａ／Ｆ］ｗ／ＥＧＲ、ＥＧＲがＯＦＦ時の空燃比を［Ａ／Ｆ］ｗ／ｏＥＧＲ、ＥＧＲがＯＮ時の吸気ポート１３ｂにおける圧力を［Ｐ］ ｗ／ＥＧＲ、ＥＧＲがＯＦＦ時の吸気ポート１３ｂにおける圧力を［Ｐ］ ｗ／ｏＥＧＲ、ＥＧＲがＯＮ時の吸気ポート１３ｂにおけるガス温度を［Ｔ］ ｗ／ＥＧＲ、ＥＧＲがＯＦＦ時の吸気ポート１３ｂにおけるガス温度を［Ｔ］ ｗ／ｏＥＧＲ、と規定している。 Alternatively, the EGR rate can be calculated from the following formula 11 based on the air-fuel ratio.
In the following expression 11, the air-fuel ratio when EGR is ON is [A / F] w / EGR, the air-fuel ratio when EGR is OFF is [A / F] w / oEGR, and the intake port when EGR is ON The pressure at 13b is [P] w / EGR, the pressure at the intake port 13b when EGR is OFF [P] The gas temperature at the intake port 13b when EGR is ON, and the gas temperature at the intake port 13b when EGR is ON is [T] w / EGR, EGR The gas temperature at the intake port 13b when OFF is defined as [T] w / oEGR.

Figure 0005569383
Figure 0005569383

そして、この数式１０あるいは数式１１によって算出したＥＧＲ率と、測定した吸入空気質量流量Ｇａを数式９に代入して、ＥＧＲガス質量流量Ｇｅを算出することができる。
このようにして算出したＥＧＲガス質量流量Ｇｅを、検定に用いる基準流量Ｑa（真の流量）として採用する。 Then, the EGR gas mass flow rate Ge can be calculated by substituting the EGR rate calculated by the mathematical formula 10 or the mathematical formula 11 and the measured intake air mass flow rate Ga into the mathematical formula 9.
The EGR gas mass flow rate Ge calculated in this way is adopted as the reference flow rate Q a (true flow rate) used for verification.

即ち、ガス流量測定装置１をエンジン１０に実装している状態では、ブロア２２および回転バルブ２３の役割をエンジン１０が果たし、絞りバルブ２４の役割をＥＧＲバルブ１５が果たし、さらに、前述した数式９〜数式１１に基づいて基準流量を算出すれば基準流量計２１を設ける必要もないため、検定装置２０を別途準備しなくても学習運転を行うことができる。   That is, in a state where the gas flow rate measuring device 1 is mounted on the engine 10, the engine 10 plays the role of the blower 22 and the rotary valve 23, the EGR valve 15 plays the role of the throttle valve 24, If the reference flow rate is calculated based on Formula 11, it is not necessary to provide the reference flow meter 21, so that the learning operation can be performed without preparing the verification device 20 separately.

次に、各測定パターンで、脈動振幅ｘを変化させつつ、ラミナー式流量計２によって、排気ガスの測定流量ｙを算出する（ＳＴＥＰ−２）。
具体的には、エンジン１０の回転数（即ち、脈動周波数）を一定に保持した状態で、エンジン１０に所定の負荷を与えた状態（各基準流量Ｑa）において、ＥＧＲバルブ１５の開度（脈動振幅ｘ）を変更しながら、ラミナー式流量計２によって流量測定を行う。 Next, the measured flow rate y of the exhaust gas is calculated by the laminar flow meter 2 while changing the pulsation amplitude x in each measurement pattern (STEP-2).
Specifically, in a state where a predetermined load is applied to the engine 10 (each reference flow rate Q a ) with the rotation speed (ie, pulsation frequency) of the engine 10 kept constant, the opening degree of the EGR valve 15 ( The flow rate is measured by the laminar flow meter 2 while changing the pulsation amplitude x).

より詳しくは、ラミナー式流量計２によって、エレメント２ａの上流側における圧力Ｐ1とエレメント２ａの下流側における圧力Ｐ2を測定するとともに、差圧検出部３により差圧ΔＰを算出し、また、温度センサ８・９によって、エレメント２ａにおける排気ガスの温度Ｔ1・Ｔ2を測定し、これらの測定結果および検定により導出した各係数ａ、ｂに基づき、コントローラ４により前述した数式２〜数式６に基づく演算を行うことによって、排気ガス質量流量Ｇｅを算出する。 More specifically, the pressure P 1 on the upstream side of the element 2 a and the pressure P 2 on the downstream side of the element 2 a are measured by the laminar flow meter 2, and the differential pressure ΔP is calculated by the differential pressure detection unit 3. The temperature sensors 8 and 9 measure the temperatures T 1 and T 2 of the exhaust gas in the element 2a. Based on these measurement results and the coefficients a and b derived from the test, the controller 4 calculates the above-described equations 2 to 6. The exhaust gas mass flow rate Ge is calculated by performing a calculation based on the above.

そして、エンジン１０の回転数を種々変更しつつ、同様の測定を複数回行って、エンジン１０の回転数ごとに、図３と同様のグラフを生成しておく。
そして、生成した（図３と同様の）各グラフから、排気ガスの測定流量ｙと脈動振幅ｘの相関を表す関数を算出する（ＳＴＥＰ−３）。 And the same measurement is performed in multiple times, changing the rotation speed of the engine 10 variously, and the graph similar to FIG. 3 is produced | generated for every rotation speed of the engine 10. FIG.
Then, a function representing the correlation between the measured flow rate y of exhaust gas and the pulsation amplitude x is calculated from each generated graph (similar to FIG. 3) (STEP-3).

次に、所定の測定パターンにおいて、脈動振幅ｘを成り行きとした状態で、排気ガスの流量測定を行う（ＳＴＥＰ−４）。
補正前における測定流量ｙは、図９（ａ）に示すグラフと同様のものとなり、誤差が生じている。 Next, in a predetermined measurement pattern, the flow rate of the exhaust gas is measured in a state where the pulsation amplitude x is in order (STEP-4).
The measured flow rate y before correction is the same as the graph shown in FIG. 9A, and an error has occurred.

次に、生成した（図３と同様の）各グラフから、測定時におけるエンジン１０の回転数に対応したグラフを選択する。さらに、差圧ΔＰの測定値から、測定時における脈動振幅ｘを算出する。
そして、選択したグラフから、測定流量ｙおよび脈動振幅ｘの値が、どの基準流量Ｑaのグラフに最も近いかを判断する。
そして、選択した基準流量Ｑaに対応する補正式を用いて、測定流量ｙの補正を行う（ＳＴＥＰ−５）。
このようにして各測定流量ｙを補正した場合の測定結果は、図７のように示される。 Next, a graph corresponding to the rotation speed of the engine 10 at the time of measurement is selected from the generated graphs (similar to FIG. 3). Further, the pulsation amplitude x at the time of measurement is calculated from the measured value of the differential pressure ΔP.
From the selected graph, it is determined which reference flow rate Q a is closest to the measured flow rate y and the pulsation amplitude x.
Then, by using the correction equation corresponding to the reference flow rate Q a selected, correct the measured flow rate y (STEP-5).
The measurement result when each measured flow rate y is corrected in this way is shown in FIG.

この図７に示される補正後の測定結果は、図９（ａ）に示される測定結果に比して測定誤差が低減されており、ラミナー式流量計２を測定対象たる流体（本実施形態では排気ガス）が、レイノルズ数が十分に小さい層流でない場合であって、かつ、脈動流である場合でも、精度の良い流量測定を実現している。   The measurement result after correction shown in FIG. 7 has a measurement error reduced as compared with the measurement result shown in FIG. 9A, and the fluid to be measured by the laminar flow meter 2 (in this embodiment, Even when the exhaust gas) is not a laminar flow with a sufficiently small Reynolds number and is a pulsating flow, an accurate flow rate measurement is realized.

即ち、本発明の一実施形態に係る脈動流の流量測定方法は、ラミナー式流量計２を用いた流量測定方法であって、測定前の準備において、測定の対象とする脈動周波数を複数設定するとともに、流量が一定であり、かつ、既知である複数の基準流量Ｑaを設定し、設定した各脈動周波数と設定した各基準流量Ｑaとを組み合わせた各測定パターンのガスの流れを、脈動振幅ｘを変化させながら、ラミナー式流量計２によって流量を測定（測定流量ｙを取得）し、各測定パターンにおいて、ラミナー式流量計２による測定流量ｙと脈動振幅ｘとの関係を表す関数を算出しておき、測定において、当該測定の測定条件に最も近似する測定パターンを各測定パターンから選択するとともに、選択した測定パターンにおいて算出された関数を用いて、ラミナー式流量計２により測定したガスの流量（測定流量ｙ）を補正するものである。 That is, the pulsating flow measurement method according to an embodiment of the present invention is a flow measurement method using the laminar flow meter 2, and sets a plurality of pulsation frequencies to be measured in preparation before measurement. In addition, a plurality of reference flow rates Q a having a constant flow rate and known are set, and the gas flow of each measurement pattern in which each set pulsation frequency and each set reference flow rate Q a are combined is pulsated. While changing the amplitude x, the flow rate is measured by the laminar flow meter 2 (measured flow rate y is acquired), and a function representing the relationship between the measured flow rate y by the laminar flow meter 2 and the pulsation amplitude x in each measurement pattern. In measurement, the measurement pattern that most closely approximates the measurement conditions of the measurement is selected from each measurement pattern, and the function calculated in the selected measurement pattern is used to The gas flow rate (measured flow rate y) measured by the minor flow meter 2 is corrected.

また、本発明の一実施形態に係るガス流量測定装置１は、ガス流量の測定を行うラミナー式流量計２と、測定の対象とする脈動周波数が複数設定されるとともに、流量が一定であり、かつ、既知である複数の基準流量Ｑaが設定され、設定された各脈動周波数と設定された各基準流量Ｑaとを組み合わせた各測定パターンのガスの流れを、脈動振幅ｘを変化させながら、ラミナー式流量計２によって測定した結果（測定流量ｙ）に基づいて、各測定パターンにおいて、前記ラミナー式流量計による測定流量ｙと脈動振幅ｘとの関係を表す関数を算出し、測定時における測定条件に最も近似する測定パターンを前記各測定パターンから選択するとともに、選択した測定パターンにおいて算出された前記関数を用いて、ラミナー式流量計２により測定したガスの流量を補正するコントローラ４と、を備えるものである。
このような構成により、ラミナー式流量計２により、レイノルズ数が十分に小さい状態ではない脈動流の流量を精度良く測定することができる。 Moreover, the gas flow rate measuring apparatus 1 according to the embodiment of the present invention has a laminar flow meter 2 that measures a gas flow rate, a plurality of pulsation frequencies to be measured, and a constant flow rate. A plurality of known reference flow rates Q a are set, and the gas flow of each measurement pattern in which each set pulsation frequency and each set reference flow rate Q a are combined while changing the pulsation amplitude x. Based on the result measured by the laminar flow meter 2 (measured flow rate y), in each measurement pattern, a function representing the relationship between the measured flow rate y by the laminar flow meter and the pulsation amplitude x is calculated. A measurement pattern that most closely approximates the measurement conditions is selected from each measurement pattern, and measured by the laminar flow meter 2 using the function calculated in the selected measurement pattern. And a controller 4 for correcting the determined gas flow rate.
With such a configuration, the laminar flow meter 2 can accurately measure the flow rate of the pulsating flow whose Reynolds number is not sufficiently small.

また、本発明の一実施形態に係る脈動流の流量測定方法では、測定において、ラミナー式流量計２により測定したガスの流量（測定流量ｙ）は、前記関数に、脈動振幅ｘを０として代入したときの値に基づいて補正するものである。
このような構成により、ラミナー式流量計２による測定流量ｙの補正値を、精度良く真の流量に近づけることができる。 In the pulsating flow rate measuring method according to an embodiment of the present invention, the gas flow rate (measured flow rate y) measured by the laminar flow meter 2 is substituted in the function with the pulsation amplitude x being 0. Corrections are made based on the values obtained at the time.
With such a configuration, the correction value of the measured flow rate y by the laminar flow meter 2 can be accurately approximated to the true flow rate.

１ ガス流量測定装置
２ ラミナー式流量計
２ａ エレメント
２ｂ 圧力検出部（上流側）
２ｃ 圧力検出部（下流側）
３ 差圧検出部
４ コントローラ
５ 配管部材
1 Gas flow measuring device 2 Laminar flow meter 2a Element 2b Pressure detector (upstream side)
2c Pressure detector (downstream)
3 Differential pressure detector 4 Controller 5 Piping member

Claims (2)

ラミナー式流量計を用いた脈動流の流量測定方法であって、
測定前の準備において、
測定の対象とする脈動周波数を複数設定するとともに、
流量が一定であり、かつ、既知である複数の基準流量を設定し、
設定した各脈動周波数と設定した各基準流量とを組み合わせた各測定パターンのガスの流れを、脈動振幅を変化させながら、前記ラミナー式流量計によって流量を測定し、
前記各測定パターンにおける測定結果を多項式近似して、前記ラミナー式流量計による測定流量と脈動振幅との関係を表す多項式関数を測定パターンごとに算出しておき、
測定において、
当該測定の測定条件に最も近似する測定パターンを前記各測定パターンから選択するとともに、
選択した測定パターンにおいて算出された前記多項式関数を用いて、
前記多項式関数に、脈動振幅を０として代入したときの値に基づいて、
前記ラミナー式流量計により測定したガスの流量を補正する、
ことを特徴とする脈動流の流量測定方法。 A method for measuring the flow rate of a pulsating flow using a laminar flow meter,
In preparation before measurement,
While setting multiple pulsation frequencies to be measured,
Set multiple reference flow rates where the flow rate is constant and known,
Measure the flow rate with the laminar flow meter while changing the pulsation amplitude of the gas flow of each measurement pattern that combines each set pulsation frequency and each set reference flow rate,
Said polynomial approximating the definitive measurement results for each measurement pattern in advance to calculate the polynomial function representing the relationship between the measured flow and the pulsation amplitude by the laminar flow meter for each measurement pattern,
In measurement,
While selecting the measurement pattern that most closely approximates the measurement conditions of the measurement from each measurement pattern,
Using the polynomial function calculated in the selected measurement pattern,
Based on the value when the pulsation amplitude is substituted into the polynomial function as 0,
Correct the gas flow rate measured by the laminar flow meter,
A method for measuring the flow rate of a pulsating flow. ガス流量の測定を行うラミナー式流量計と、
測定の対象とする脈動周波数が複数設定されるとともに、流量が一定であり、かつ、既知である複数の基準流量が設定され、
設定された各脈動周波数と設定された各基準流量とを組み合わせた各測定パターンのガスの流れを、脈動振幅を変化させながら、前記ラミナー式流量計によって測定した結果を多項式近似して、前記各測定パターンにおいて、前記ラミナー式流量計による測定流量と脈動振幅との関係を表す多項式関数を算出し、
測定時における測定条件に最も近似する測定パターンを前記各測定パターンから選択するとともに、選択した測定パターンにおいて算出された前記多項式関数を用いて、前記ラミナー式流量計により測定したガスの流量を、前記多項式関数に、脈動振幅を０として代入したときの値に基づいて補正するコントローラと、
を備える、
ことを特徴とするガス流量測定装置。 A laminar flow meter for measuring gas flow rate,
A plurality of pulsation frequencies to be measured are set, a flow rate is constant, and a plurality of known reference flow rates are set,
The gas flow of each measurement pattern in which each set pulsation frequency and each set reference flow rate are combined is measured by the above-mentioned laminar flow meter while changing the pulsation amplitude, and a polynomial approximation is performed. In the measurement pattern, calculate a polynomial function representing the relationship between the measured flow rate by the laminar flow meter and the pulsation amplitude,
With a measurement pattern most approximate to the measurement conditions at the time of measurement is selected from the respective measuring patterns, by using the polynomial function calculated in the measurement pattern selected, the flow rate of the gas as measured by the laminar flow meter, the A controller that corrects the polynomial function based on a value obtained by substituting the pulsation amplitude as 0 ;
Comprising
A gas flow rate measuring device.
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