JPH10221212A - 内燃機関の排ガス流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガスをトレースガスに対して確実に混合さ
せることができるようにして、排ガス流量を精度よく測
定することができる内燃機関の排ガス流量測定装置を提
供すること。 【解決手段】 内燃機関２に連なる排気管３にトレース
ガスＴＧを導入し、このトレースガスの導入点よりも下
流側においてトレースガスの濃度を測定し、前記トレー
スガスの導入量とトレースガスの測定濃度とに基づいて
内燃機関の排ガスの流量を測定するようにした装置にお
いて、前記トレースガスＴＧを導入する管４の下流側端
部に臨界流ノズル１５を設け、この臨界流ノズル１５を
前記排気管３に接続している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の排ガ
ス流量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のエンジンなど内燃機関から排出
されたガス（以下、排ガスという）の過渡的な特性化を
行うには、排ガス流量をリアルタイムで測定する必要が
ある。そして、この排ガス流量を連続的に測定する手法
の一つにトレース法がある。このトレース法は、エンジ
ンに連なる排気管に対して、排ガス中の成分と反応を起
こさない不活性ガス、例えばヘリウムガスを導入し、こ
のヘリウムガスの濃度を、排気管に接続されたガスサン
プリング流路に接続されたトレースガス分析計によって
測定し、ヘリウムガスの導入量をヘリウムガスの濃度で
除することにより、排ガス流量をリアルタイムに求める
ようにしたものである。

【０００３】上述の測定原理で排ガスの流量を測定する
場合、エンジンに連なる排気管に対してトレースガスと
して例えばヘリウムガスを導入する必要があるが、この
導入を、従来は、図６に示すように、排ガスＧが流れる
排気管６１に対して、例えば排ガスＧに強くかつ比較的
高温にも耐えうる、例えば四フッ化エチレン樹脂よりな
るパイプ６２を、排ガスＧが流れる方向とほぼ直交する
ように挿入接続し、このパイプ６２を介してトレースガ
スとしてのヘリウムガスＴＧを導入していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、排気管６１の内径が１００ｍｍ程度
もあるのに対し、ヘリウムガス導入用のパイプ６２のそ
れは４ｍｍ程度であることおよびこのパイプ６２が単に
排気管６１に対して排ガスＧの流れる方向に直交するよ
うに挿入したものであるため、エンジンからの排ガスＧ
とヘリウムガスＴＧとの混合が必ずしも十分に行われ
ず、したがって、前記トレースガス分析計によるヘリウ
ムガス濃度測定結果に誤差が生じ、このため、排ガス流
量の測定精度が必ずしも十分なものではないといった不
都合があった。

【０００５】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、排ガスをトレースガスに対して
確実に混合させることができるようにして、排ガス流量
を精度よく測定することができる内燃機関の排ガス流量
測定装置を提供することである。

【０００６】

【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、内燃機関に連なる排気管にトレース
ガスを導入し、このトレースガスの導入点よりも下流側
においてトレースガスの濃度を測定し、前記トレースガ
スの導入量とトレースガスの測定濃度とに基づいて内燃
機関排ガスの流量を測定するようにした装置において、
前記トレースガスを導入する管の下流側端部に臨界流ノ
ズルを設け、この臨界流ノズルを前記排気管に接続して
いる。

【０００７】上記構成の内燃機関の排ガス流量測定装置
においては、トレースガスが音速で一定流量排気管に導
入され、その導入点より下流側において適当な乱流が生
じ、排ガスとトレースガスとが確実にしかも十分混合さ
れるので、排ガス流量を精度よく測定することができ
る。

【０００８】そして、上記内燃機関の排ガス流量測定装
置において、排気管の臨界流ノズルの接続点より下流側
の内壁にフィンを突設した場合、前記乱流がより確実に
生ずるため、排ガスとトレースガスとの混合がより確実
に行われる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施例
を、図を参照しながら説明する。

【００１０】図１および図２は、この発明の一実施例を
示す。まず、図１において、１は自動車、２はそのエン
ジンである。３はエンジン２に連なるテールパイプに連
結された排気管である。４は排気管３に接続されるトレ
ースガス導入管で、このトレースガス導入管４の上流側
にはトレースガスとしての純粋なヘリウムガスＴＧを収
容したガスボンベ５が設けられ、その下流側には、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６が設けられている。ここで、ト
レースガスとしてのヘリウムガスを用いるのは、ヘリウ
ムの原子量が排ガス中に存在する物質の原子量と掛け離
れているからである。

【００１１】７は排気管３に接続されるガスサンプリン
グ流路で、空気など希釈用ガスで希釈しない状態の排ガ
スをダイレクトにサンプリングするものであり、このガ
スサンプリング流路７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、８はフィルタ、９は電
子冷却器などの除湿装置、１０は吸引ポンプである。そ
して、この吸引ポンプ１０の下流側のガスサンプリング
流路７には、複数のガス分析計１１が互いに並列な分岐
流路１２を介して設けられており、ＣＯ、ＣＯ₂ 、ＮＯ
_X やＨＣなど排ガス中に含まれる成分を適宜測定できる
ように構成されているとともに、トレースガス分析計１
３がキャピラリ１４を介してガスサンプリング流路７に
接続されている。このトレースガス分析計１３は、例え
ばセクターフィールド質量分析計が用いられ、ヘリウム
ガスＴＧの濃度を測定するものである。

【００１２】図２は、前記排気管３とトレースガス導入
管４との接続点近傍を示すもので、この図２において、
１５はベンチュリ管などの臨界流ノズルで、トレースガ
ス導入管４の下流側に設けられている。そして、この臨
界流ノズル１５は、その下流側の開口部１５ａの軸線
が、排気管３の中心軸と直交する方向、つまり、排ガス
Ｇの流れる方向と直交するようにして排気管３に連通接
続されている。そして、この臨界流ノズル１５は、図示
してないヒータにより加熱され、排気管３および排ガス
Ｇとの温度差が所定の範囲内になるように温調される。

【００１３】なお、マスフローコントローラ６、ガス分
析計１１、トレースガス分析計１３からの出力信号は、
図示してないマイクロコンピュータなどの演算制御部に
入力されるようにしてある。

【００１４】上記構成の排ガス分析装置８においては、
自動車１のエンジン２からの排ガスは排気管３に至る。
そして、この排ガスに対して、排気管３の上流側におい
て、マスフローコントローラ６によって流量調整された
ヘリウムガスＴＧがトレースガス導入管４および臨界流
ノズル１５を経て排気管３に導入される。なお、このと
きの導入量は、演算制御部に入力される。

【００１５】前記ヘリウムガスＴＧは、臨界流ノズル１
５の下流側の開口１５ａを経て勢いよく音速で排気管３
に吹き出され、排気管３を上流側から流れてくる排ガス
Ｇ中にヘリウムガスＴＧによる噴流が生じ、これによっ
て、排ガスＧとヘリウムガスＴＧとがよく混合される。
そして、この場合、ヘリウムガスＴＧの吹き出しによる
圧損が少なく、ヘリウムガスＴＧの流量変動が少なく流
量の制御を容易に行うことができる。

【００１６】上述のようにしてヘリウムガスＴＧと十分
混合された排ガスＧの一部は、サンプルガスＳとしてガ
スサンプリング流路７に取り込まれる。ガスサンプリン
グ流路７に取り込まれたサンプルガスＳは、フィルタ８
を経て除湿装置９に至り、適宜除湿される。この除湿処
理後のサンプルガスＳは、吸引ポンプ１０を経て互いに
並列な分岐流路１２にそれぞれ設けられたガス分析計１
１に供給されるとともに、キャピラリ１４を経てトレー
スガス分析計１３に供給される。

【００１７】そして、ガス分析計１１においては、サン
プルガスＳ中に含まれる各種の成分がそれぞれ分析さ
れ、その結果は演算制御部に送られる。また、トレース
ガス分析計１４においては、ヘリウムガスの濃度が求め
られ、この濃度値も演算制御部に送られる。

【００１８】一方、マスフローコントローラ６において
は、トレースガスとしてのヘリウムガスの導入量が得ら
れ、これが演算制御部に送られているので、このヘリウ
ムガス導入量をヘリウムガス濃度で除することにより排
ガス流量をリアルタイムで得ることができる。

【００１９】図３は、この発明の第２実施例を示すもの
で、この実施例においては、排気管３の臨界流ノズル１
５の接続点より下流側の内壁にフィン１６を突設して、
ヘリウムガスＴＧの吹き出し点より下流側において、ガ
スの乱流がより生じやすくしている。図３に示したもの
では、臨界流ノズル１５が接続された側とは対向する壁
面に設けているが、排気管３の内壁に周設してもよい。

【００２０】図４および図５は、この発明の第３、第４
実施例をそれぞれ示すもので、これらの実施例において
は、臨界流ノズル１５を排ガスＧの流れる方向と直交す
るように排気管３に接続するのではなく、斜め方向に接
続している。そして、図４に示したものにおいては、臨
界流ノズル１５の中心線１５ｂと排ガスＧの流れる方向
とがなす角度θを鋭角（９０°未満）としており、図５
に示したものでは、θを鈍角（９０°を超え、１８０°
未満）としている。これらの実施例に示すように、臨界
流ノズル１５と排気管３とがなす角度θは必ずしも９０
°にする必要がなく、任意に設定できる。

【００２１】そして、これらの第３、第４実施例におい
ても、第２実施例のように、ヘリウムガスＴＧの導入点
より下流側にフィン１６を突設してもよい。

【００２２】なお、この発明は上述した各実施例に限ら
れるものではなく、例えば、トレースガスとしては、ヘ
リウムガス以外の他の不活性ガスを用いてもよく、トレ
ースガス分析計１３としてはセクターフィールド質量分
析計以外に、四重極子形質量分析計など種々の質量分析
計を用いることができる。また、自動車のエンジン以外
の発動機やボイラーなどの内燃機関からの排ガスの流量
測定に適用してもよいことはいうまでもない。

【００２３】

【発明の効果】この発明は、以上のような形態で実施さ
れ、以下のような効果を奏する。

【００２４】この発明の内燃機関の排ガス流量測定装置
においては、トレースガスを臨界流ノズルを介して排ガ
スに導入するようにしているので、トレースガスの排気
管への導入点より下流側において適当な乱流が生じ、排
ガスとトレースガスとが確実にしかも十分混合されるの
で、排ガス流量を精度よく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例に係る内燃機関の排ガス
流量測定装置の全体構成を概略的に示す図である。

【図２】前記内燃機関の排ガス流量測定装置におけるト
レースガス導入部分を拡大して示した断面図である。

【図３】第２実施例を示す要部断面図である。

【図４】第３実施例を示す要部断面図である。

【図５】第４実施例を示す要部断面図である。

【図６】従来技術を説明するための図である。

【符号の説明】

２…エンジン、３…排気管、４…トレースガス導入管、
１３…トレースガス分析計、１５…臨界流ノズル、１６
…フィン、Ｇ…排ガス、ＴＧ…トレースガス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関に連なる排気管にトレースガス
   を導入し、このトレースガスの導入点よりも下流側にお
   いてトレースガスの濃度を測定し、前記トレースガスの
   導入量とトレースガスの測定濃度とに基づいて内燃機関
   の排ガスの流量を測定するようにした装置において、前
   記トレースガスを導入する管の下流側端部に臨界流ノズ
   ルを設け、この臨界流ノズルを前記排気管に接続したこ
   とを特徴とする内燃機関の排ガス流量測定装置。
2. 【請求項２】 排気管の臨界流ノズルの接続点より下流
   側の内壁にフィンを突設してなる請求項１に記載の内燃
   機関の排ガス流量測定装置。