JPH09145562A - 排気ガス測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ミニダイリューショントンネル内における排気
ガスの分割比の制御を迅速に行ない得るようにした排気
ガス測定装置を提供することを目的とする。 【解決手段】流量に基く分割比の計算を行なうととも
に、このようにして得られた分割比が目標値とずれてい
る場合には空気ポンプ２４転数を制御してミニダイリュ
ーショントンネル２２の圧力の調整を行ない、安定時間
を経過した後に濃度に基く分割比の計算を行なうととも
に、目標値とずれている場合には再度空気ポンプ２４の
回転数制御によってミニダイリューショントンネル２２
内の圧力の調整を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は排気ガス測定装置に
係り、とくにエンジンの排気ガスの一部を排気管から抽
出してミニダイリューショントンネルに導き、このミニ
ダイリューショントンネルで排気ガスを空気で希釈して
窒素酸化物等の測定を行なうようにした排気ガス測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジン、とくにディーゼルエンジンの
排気ガスの測定のために、ミニダイリューショントンネ
ルが用いられている。ミニダイリューショントンネルを
用いた排気ガス測定装置は、排気ガスの一部をサンプリ
ング管によって抽出し、抽出された一部の排気ガスをミ
ニダイリューショントンネルで空気によって希釈し、大
気中に排気ガスが放出された場合と同じような状態を現
出させて窒素酸化物等の測定を行なうようにしたもので
ある。

【０００３】このようなミニダイリューショントンネル
方式の排気ガス測定装置は、排気ガスの全量を希釈する
必要がなくなるために、ダイリューショントンネルが小
型になり、これによって排気ガス測定装置の全体の大き
さをもコンパクトに構成することが可能になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなミニダイリ
ューショントンネル方式の排気ガス測定装置において、
サンプリングされた排気ガスの分割比は、ミニダイリュ
ーショントンネルに導かれる排気ガスの量と排気ガスの
全量の比率によって決定される。そしてこのような分割
比を安定させるために、従来はミニダイリューショント
ンネルの入口であって希釈用空気導入口の部分に手動操
作型のバルブを設け、このようなバルブをオペレータが
調整するようにしていた。

【０００５】ところがエンジンの状態がアイドリング状
態等のように排気ガスの流量が少ない条件においては、
上記のような方法では安定した分割比が得られなかっ
た。エンジンの運転条件や外乱等によって分割比が安定
しない場合には、さらにオペレータが希釈空気の調整バ
ルブの開閉を行なうようにしていたが、調整が微妙であ
るとともに、運転中においてはこの調整がさらに困難に
なる等の問題があった。

【０００６】そこで本願発明者等は、特願平７−８４９
００号によって、ミニダイリューショントンネル内に供
給する空気を圧送するポンプの回転数を分割比が目標値
と一致するようにフィードバック制御するようにしたミ
ニダイリューショントンネル式の排気ガス測定装置を提
案している。ところがこの装置における分割比の制御
は、エンジンの排気ガスの流量とこのガス中の窒素酸化
物の濃度とミニダイリューショントンネル内の希釈ガス
の流量と希釈ガス中の窒素酸化物の濃度とを測定し、こ
れ等に基いて排気ガス中の窒素酸化物の総量とミニダイ
リューショントンネル内の窒素酸化物の総量とから分割
比を求め、この分割比が目標値と一致するように制御す
るようにしている。

【０００７】このような制御によると、トレーサガスと
なる窒素酸化物の濃度の測定のための安定時間が数十秒
を要し、安定時間が長く、制御の応答に要する時間が長
くなってしまい、これによって測定の効率が悪化する問
題がある。

【０００８】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、設定された回転数および負荷に応じて
直ちに目標となる分割比で測定が行ない得るようにした
排気ガス測定装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの排
気ガスの一部を排気管から抽出してミニダイリューショ
ントンネルに導き、該ミニダイリューショントンネルで
排気ガスを空気で希釈して窒素酸化物等の測定を行なう
ようにした排気ガス測定装置において、ミニダイリュー
ショントンネル内に供給する空気を圧送し、これによっ
てミニダイリューショントンネル内の圧力を調整するポ
ンプと、前記エンジンの排気ガスの流量または抽出され
た後の残りの排気ガスの流量を測定する排気ガス流量測
定手段と、前記排気管から抽出された排気ガスの流量を
測定する抽出ガス流量測定手段と、前記エンジンの排気
ガス中の特定のガスの濃度を測定する排気ガス濃度測定
手段と、前記ミニダイリューショントンネルで希釈され
たガス中の特定のガスの濃度を測定する希釈ガス濃度測
定手段と、前記排気ガス流量測定手段と前記抽出ガス流
量測定手段とを基にして計算された分割比が目標値と一
致するように前記ポンプの回転数を制御する第１の制御
手段と、前記第１の制御手段による制御の後に、前記排
気ガス濃度測定手段と前記希釈ガス濃度測定手段を基に
して計算された分割比が目標値と一致するように前記ポ
ンプの回転数を制御する第２の制御手段と、をそれぞれ
具備する排気ガス測定装置に関するものである。

【００１０】よって流量比に基く分割比を計算し、計算
された分割比が目標値とずれている場合には第１の制御
手段によってポンプの回転数の制御を行なうとともに、
その後に濃度比に基く分割比の計算を行ない、計算され
た分割比が目標値とずれている場合にはさらにポンプの
回転数の制御を第２の制御手段によって行なうことによ
り、目標値と速やかに一致させる。

【００１１】測定する回転数および負荷で予めエンジン
のダミー運転を行なうようにしてよい。このようなダミ
ー運転は、とくに応答性が悪い場合に極めて効果的であ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態に係
る排気ガス測定装置の全体の構成を示すものであって、
ディーゼルエンジン１０の側面側に取付けられている排
気マニホールド１１には排気管１２が接続されている。
そしてこの排気管１２には排圧調整用バタフライバルブ
１３とマフラ１４とが接続されるようになっている。

【００１３】マフラ１４の出口側は別の排気管１５に接
続されるようになっている。そしてこの排気管１５に脈
動防止用のレゾネータ１６が分岐するように接続されて
いる。また排気管１５はその上端側が大気開放されると
ともに、大気開放された部分が煙道１７の入口部分に臨
んでいる。なおこの煙道１７の先端側には排気ブロア１
８が接続されるようになっている。

【００１４】上記エンジン１０の反対側の部分には吸気
マニホールドが取付けられるとともに、この吸気マニホ
ールドの先端側に吸気管１９が接続されている。そして
吸気管１９にはさらに流量計２０が接続されるようにな
っている。

【００１５】またこの排気ガス測定装置はミニダイリュ
ーショントンネル２２を備えている。このミニダイリュ
ーショントンネル２２はその入口側の部分が空気導入管
２３に接続されている。そして空気導入管２３の先端側
には希釈空気を導入するための空気ポンプ２４が設けら
れている。このような空気ポンプ２４が設けられている
空気導入管２３の先端側は希釈空気供給管２５の端部に
開放状態で対向している。また空気導入管２３には、そ
の中間位置に希釈空気圧力調整バルブ２６が接続されて
いる。

【００１６】これに対してミニダイリューショントンネ
ル２２の下流側には熱交換器２７が接続されるととも
に、熱交換器２７の下流側にはブロア２８が接続される
ようになっている。なおブロア２８は一定の回転数で回
転するブロアである。

【００１７】マフラ１４の下流側に接続されている排気
管１５の直立する部分にはバイパスオリフィス２９が取
付けられるとともに、このオリフィス２９よりも下側の
部分にはサンプリング管３０の一端が挿入され、このサ
ンプリング管３０によって排気ガスを抽出し、ミニダイ
リューショントンネル２２に導入するようにしている。
そしてサンプリング管３０にはサンプリングオリフィス
３１が取付けられている。

【００１８】排気管１５のオリフィス２９とサンプリン
グ管３０のオリフィス３１はそれぞれ絞りの役割をして
おり、これら２つのオリフィス２９、３１の空気抵抗の
比率に応じて各々へ流れる排気ガスの流量が分配され
る。各オリフィス２９、３１の入力圧力はサンプル点が
同じで一定なので、出力圧力を制御することにより、排
気ガスの分配率が変化することになる。

【００１９】ミニダイリューショントンネル２２で希釈
された排気ガスの一部をサンプリングするためのサンプ
リングポンプ３２を有する小径の細管がミニダイリュー
ショントンネル２２に挿入されている。そしてこのサン
プリングポンプ３２の下流側にはＮＯｘ計３３が接続さ
れている。ＮＯｘ計３３はさらに制御用コンピュータ４
４と接続されている。

【００２０】さらにミニダイリューショントンネル２２
に挿入されている別の細管にはパティキュレートフィル
タ３４とサンプリングポンプ３５と、そして流量計３６
とがそれぞれ接続されている。

【００２１】上記マフラ１４の出口側であって直立する
排気管１５よりも下側の部分に挿入されている細管には
前処理装置３７が接続されるようになっている。そして
この前処理装置３７の下流側にはＮＯｘ計３８が接続さ
れている。ＮＯｘ計３８は制御用コンピュータ４４と接
続されている。

【００２２】上記排気管１５の直立部分に設けられてい
るバイパスオリフィス２９の両側の圧力差を検出するた
めに差圧計３９が設けられている。また排気ガスの抽出
を行なうサンプリング管３０にはその途中にサンプリン
グオリフィス３１の両側の圧力差を検出する差圧計４０
が設けられている。これらの差圧計３９、４０の検出出
力はともに制御用コンピュータ４４に入力されるように
なっている。

【００２３】また上記吸気管１９の流量計２０とエンジ
ン１０へ供給される燃料の量を測定する燃料計４１とが
制御用コンピュータ４４に接続されている。なお流量計
２０と燃料計４１の測定値に基いてコンピュータ４４が
エンジン１０の排気ガスの総排出量、すなわち排気ガス
流量を演算して求めるようにしている。またブロア２８
の回転計がコンピュータ４４に接続されている。コンピ
ュータ４４は上記ブロア２８の回転数からダイリューシ
ョントンネル２２の流量を演算して求めるようにしてい
る。

【００２４】以上のような構成において、図１に示すエ
ンジン１０の運転によって生じた排気ガスは排気マニホ
ールド１１および排気管１２を通して取出される。なお
このときに排圧が排圧調整用バタフライバルブ１３によ
って調整されるとともに、マフラ１４によって排気脈動
が低減される。そして排気管１５を通過する排気ガスの
一部がサンプリング管３０によって抽出されるととも
に、ミニダイリューショントンネル２２に導かれる。

【００２５】ミニダイリューショントンネル２２内にお
いて、空気導入管２３を通して導入された大気によって
排気ガスの希釈がなされる。このような希釈のための大
気は希釈空気供給管２５によって供給され、この供給管
２５から供給される空気を空気ポンプ２４によって空気
導入管２３で吸込むようにしている。

【００２６】希釈された排気ガスはサンプリングポンプ
３２によってサンプリングされてＮＯｘ計３３に導か
れ、ここで窒素酸化物の量の測定が行なわれる。さらに
希釈された排気ガスはサンプリングポンプ３５によって
吸引されてパティキュレートフィルタ３４内を通過し、
このときにフィルタ３４によって捕捉されたパティキュ
レートの量が計測される。

【００２７】また希釈される前のエンジン１０の排気ガ
スの状態は、マフラ１４の出口側において排気管１５か
ら直接抽出されるとともに、この排気ガスを前処理装置
３７によって前処理した後に、ＮＯｘ計３８によって測
定するようにしている。

【００２８】次に空気導入管２３を通してミニダイリュ
ーショントンネル２２に吸引される空気の量を調整する
ための構成について説明すると、空気導入管２３に接続
されている空気ポンプ２４がモータ４２によって回転駆
動されるようになっている。そしてこのモータ４２がイ
ンバータ４３によって回転数制御されるようになってい
る。しかもインバータ４３はコンピュータ４４からの信
号に基いて調整されるようになっている。

【００２９】コンピュータ４４にはミニダイリューショ
ントンネル２２内の流量、排気ガスの流量、ミニダイリ
ューショントンネル２２内のＮＯｘ濃度、希釈する前の
排気ガスのＮＯｘ濃度がそれぞれ入力されるようになっ
ている。なおミニダイリューショントンネル２２内の流
量はダイリューショントンネルの流量測定法に準拠した
方法によって測定される。排気ガスの流量は吸入空気量
と燃料流量の和として測定される。ミニダイリューショ
ントンネル２２内のＮＯｘの濃度はＮＯｘ計３３によっ
て測定される。また希釈する前の排気ガス中のＮＯｘ濃
度はＮＯｘ計３８によって測定される。

【００３０】図１に示す排気ガス測定装置のミニダイリ
ューショントンネル２２内の排気ガスの分割比は、トレ
ーサガスを窒素酸化物とすると、エンジン１０が排出す
る排気ガス中の窒素酸化物の全量と、ミニダイリューシ
ョントンネル２２内の希釈ガス中の窒素酸化物の全量の
比から計算され、次の式で表わされる。

【００３１】

【数１】 ・・・・（１） またダイリューショントンネル内における分割比は次の
ような計算式によっても求められる。

【００３２】

【数２】 ・・・・（２） 上記（１）式を基に、制御用コンピュータ４４によって
求めた分割比が目標値と一致するようにコンピュータ４
４によってインバータ４３を介してモータ４２の回転数
を制御し、これによって空気ポンプ２４の回転数を制御
することにより、希釈トンネル２２内の分割比のフィー
ドバック制御が可能になる。

【００３３】空気ポンプ２４の回転数を変更すると、ダ
イリューショントンネル２２内の圧力が変更され、これ
によって排気ガスの希釈率を変えることができる。すな
わちポンプ２４の回転数を高くしてミニダイリューショ
ントンネル２２内の圧力を高くすると、抽出管３０を通
って排気ガスがミニダイリューショントンネル２２に入
り難くなり、これによって希釈率（分割比）が増大す
る。これに対してポンプ２４の回転数を下げてミニダイ
リューショントンネル２２の圧力を低くすると、抽出管
３０を通して排気ガスがミニダイリューショントンネル
２２内により多く導入され、希釈率（分割比）が低下す
る。

【００３４】このように（１）式を用いて制御用コンピ
ュータ４４によって分割比の調整を行なうことができる
が、この方法はトレーサガス（一般には窒素酸化物また
は炭酸ガス）の濃度の安定に数十秒を要し、安定時間が
長く、このために制御の応答時間が非常に長くなる欠点
がある。

【００３５】これに対して（２）式に基く分割比の計算
は、排気管１５のオリフィス２９の両側の差圧計３９と
抽出管３０のオリフィス３１の両側の差圧計４０とを用
いるものであって、応答性が非常に早いために、（２）
式を用いた分割比が目標値に一致するような制御は応答
時間が短く、迅速に目標とする分割比に制御することが
可能になる。従ってまず（２）式に基いた分割比の制御
を行ない、この後にガス濃度の測定に基いたトレーサガ
スの量を用いる（１）式による分割比の制御を行なう。

【００３６】このような方法でも十分な応答性が得られ
ない場合には、予め事前に測定したいエンジン回転数お
よび負荷のダミー運転を行ない、自動調整運転を行なっ
た後に、目標値に合う点の制御値をコンピュータ４４の
メモリに記憶させる。この装置においては、記憶された
制御値で予めコントロールすることにより、精度よく応
答性のよい分割比の制御が可能になっている。

【００３７】図３は定常測定を行なう前におけるコンピ
ュータ４４による制御のフローチャートを示している。
すなわちトレーサガスである窒素酸化物の濃度が低く安
定するまでに時間がかかり、応答性が悪い場合には本運
転の前に予めダミー運転を行ない、各運転モードの時間
を分割比が収束するように十分に長く設定する。そして
この後に流量比に基く分割比の計算を行ない、計算され
た分割比が目標値とずれている場合には、インバータ４
３およびモータ４２を介してポンプ２４の回転数の制御
を行なう。そして安定時間を経過した後に、濃度比に基
く分割比の計算を行ない、目標値とずれている場合に
は、再び制御用コンピュータ４４によってインバータ４
３およびモータ４２を介してポンプ２４の回転数の調整
を行ない、これによって（１）式によって得られる分割
比を目標値と一致させ、この後に定常測定を行なうよう
にしている。

【００３８】従ってこのような排気ガス測定装置によれ
ば、分割比をエンジンの回転数および負荷条件等にかか
わらず、常に一定の範囲となるように速かにかつ高精度
に調整することが可能になり、これによってミニダイリ
ューショントンネルを応用した高精度な排気ガスの測定
が行なわれることになる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明は、排気ガスの流量
と抽出ガスの流量とを基にして計算された分割比が目標
値と一致するようにポンプの回転数を制御し、その後に
排気ガス濃度と希釈ガス濃度とを基にして計算された分
割比が目標となるようにポンプの回転数を制御するよう
にしたものである。従って分割比の調整のための応答時
間を短縮し、迅速な測定が可能な排気ガス測定装置を提
供することが可能になる。

【００４０】測定する回転数および負荷で予めエンジン
のダミー運転を行なった後に上記の測定を行なうことに
より、さらに分割比制御の応答性を高めることが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】排気ガス測定装置の全体の構成を示す配管図で
ある。

【図２】差圧計の取付けを示す要部拡大配管図である。

【図３】分割比の制御を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ エンジン １１ 排気マニホールド １２ 排気管 １３ 排圧調整用バタフライバルブ １４ マフラ １５ 排気管 １６ レゾネータ １７ 煙道 １８ 排気ブロア １９ 吸気管 ２０ 流量計 ２２ ミニダイリューショントンネル ２３ 空気導入管 ２４ 空気ポンプ ２５ 希釈空気供給管 ２６ 希釈空気圧力調整バルブ ２７ 熱交換器 ２８ ブロア ２９ バイパスオリフィス ３０ サンプリング管 ３１ サンプリングオリフィス ３２ サンプリングポンプ ３３ ＮＯｘ計 ３４ パティキュレートフィルタ ３５ サンプリングポンプ ３６ 流量計 ３７ 前処理装置 ３８ ＮＯｘ計 ３９、４０ 差圧計 ４１ 燃料計 ４２ モータ ４３ インバータ ４４ コンピュータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気ガスの一部を排気管から抽
   出してミニダイリューショントンネルに導き、該ミニダ
   イリューショントンネルで排気ガスを空気で希釈して窒
   素酸化物等の測定を行なうようにした排気ガス測定装置
   において、 ミニダイリューショントンネル内に供給する空気を圧送
   し、これによってミニダイリューショントンネル内の圧
   力を調整するポンプと、 前記エンジンの排気ガスの流量または抽出された後の残
   りの排気ガスの流量を測定する排気ガス流量測定手段
   と、 前記排気管から抽出された排気ガスの流量を測定する抽
   出ガス流量測定手段と、 前記エンジンの排気ガス中の特定のガスの濃度を測定す
   る排気ガス濃度測定手段と、 前記ミニダイリューショントンネルで希釈されたガス中
   の特定のガスの濃度を測定する希釈ガス濃度測定手段
   と、 前記排気ガス流量測定手段と前記抽出ガス流量測定手段
   とを基にして計算された分割比が目標値と一致するよう
   に前記ポンプの回転数を制御する第１の制御手段と、 前記第１の制御手段による制御の後に、前記排気ガス濃
   度測定手段と前記希釈ガス濃度測定手段を基にして計算
   された分割比が目標値と一致するように前記ポンプの回
   転数を制御する第２の制御手段と、 をそれぞれ具備する排気ガス測定装置。
2. 【請求項２】測定する回転数および負荷で予めエンジン
   のダミー運転を行なう手段を設けたことを特徴とする請
   求項１に記載の排気ガス測定装置。