JPH11264788A - 希釈ガス流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価で嵩張るコントロールバルブを用いなく
ても、流路の切換えを確実に行うことができる希釈ガス
流量制御装置を提供すること。 【解決手段】 互いに並列的に設けられたサンプルガス
流路７，８の下流側に吸引ポンプ１５を設けるととも
に、前記サンプルガス流路７，８に択一的にガスを流す
ようにした希釈ガス流量制御装置において、サンプルガ
ス流路７，８の切換え時に、切換え前の圧損に応じたイ
ンバータ２０への指令値を記憶しておき、次回のサンプ
ルガス流路の切換え時には、一旦、ＰＩＤコントローラ
２２からインバータ２０に対して供給される制御値をリ
セットし、前記記憶した指令値をフィードフォワード値
としてインバータ２０に与えて吸引ポンプ１５を制御す
るようにした。

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、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ＰＭ
（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、すすなどの
微粒子状物質）を定量分析する場合などに用いられる希
釈ガス流量制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】前記排ガス中のＰＭを測定する手法の一
つに、フィルタ重量法に則ったものがある。この種の測
定装置においては、エンジンの回転数が一定である定常
状態における排ガス中のＰＭを採取するため、サンプル
ガスを希釈するトンネルから分岐採取したサンプルガス
中に含まれるＰＭを捕集するためのフィルタを設けたサ
ンプルガス流路に並列に、エンジンの回転数が不安定で
ある非定常状態のときにおける排ガスを流すためのバイ
パス用流路を設けた希釈ガス流量制御装置が用いられる
が、この場合、サンプルガス流量の変動を最小（設定値
の５％以内）に抑えつつ、フィルタを設けたサンプルガ
ス流路を切換える必要がある。

【０００３】図４は、従来の希釈ガス流量制御装置の構
成を概略的に示すもので、この図において、１は例えば
自動車に搭載されるディーゼルエンジン、２はこれに連
なる排気管である。３は排気管２に挿入接続され、排気
管２中を流れる排ガスＧをサンプリングするためのプロ
ーブで、その下流側はサンリングされた排ガスＧを希釈
する希釈トンネル４に接続されている。５はこの希釈ト
ンネル４の上流側に接続される希釈用空気の供給管であ
る。

【０００４】６は希釈トンネル４の下流側に接続され、
希釈されたサンプルガスＳが流れるガス流路で、この流
路６の下流側は二つの流路７，８に分岐し、それぞれの
流路７，８にサンプルガス中に含まれるＰＭを捕集する
ためのフィルタ９，１０および絞り量（圧損）を可変で
きるコントロールバルブ１１，１２を設けて、一方の流
路７は定常時の排ガスを流すためのサンプルガス流路
に、また、他方の流路８は非定常時の排ガスを流すため
のバイパス流路にそれぞれ構成されている。

【０００５】１３は前記サンプルガス流路７、バイパス
流路８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、そのポート１３ａがサンプルガス流路７
に、ポート１３ｂがバイパス流路８にそれぞれ接続され
るとともに、ポート１３ｃは三方電磁弁１３の下流側の
ガス流路１４に接続されている。

【０００６】前記ガス流路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吸引ポンプ、例えばル
ーツブロアポンプ１５と、測定精度の高い流量計、例え
ばベンチュリ計１６とがこの順に設けられている。そし
て、１７はガス流路１４を流れるガスの圧力を検出する
圧力センサ、１８は差圧センサ、１９は温度センサであ
る。

【０００７】また、２０はルーツブロアポンプ１５を制
御するインバータ（周波数変換器）であり、２１は装置
全体を制御する流量制御ユニットである。この流量制御
ユニット２１は、コントロールバルブ１１，１２やイン
バータ２０に指令を出力したり、前記センサ１７〜１９
からの検出出力が入力される。

【０００８】而して、上記従来の希釈ガス流量制御装置
において、流量制御ユニット２１に設けたＰＩＤコント
ローラ（図示してない）によって出力される指令値をイ
ンバータ２０に出力し、この指令に基づいてインバータ
２０から出力される指令値に基づいてルーツブロアポン
プ１５が制御され、ガス流路６、１４を流れるサンプル
ガス流量は常に一定に制御される。

【０００９】そして、例えば、サンプルガス流路７に流
れているサンプルガスＳをバイパス流路８に流れるよう
にする場合には、三方電磁弁１３を切換え制御しなけれ
ばならないが、この場合、流路切換え前のサンプルガス
流路７の圧損と同じ量になるように、予めバイパス流路
８におけるコントロールバルブ１２の絞り量を設定し、
その後、三方電磁弁１３を制御し、これによって、流路
切換え時における圧損の変動に起因する流量変動を抑制
するようにしていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の希釈ガス流量制御装置においては、高価でスペース
的に嵩張るコントロールバルブが二つ１１，１２も必要
であり、バイパスライン８を増設するような場合にはさ
らにコストアップや装置の大型化を招来するといった問
題があるとともに、応答性に欠けるといった問題があっ
た。

【００１１】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、高価で嵩張るコントロールバル
ブなどの機械的な制御手段を用いず、電子的な手段によ
って流量変動を抑制した上で、流路の切換えを確実に行
うことができる希釈ガス流量制御装置を提供することで
ある。

【００１２】

【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、サンプルガスを希釈するトンネルか
ら分岐採取したサンプルガス中に含まれるＰＭを捕集す
るためのフィルタをそれぞれ有し、互いに並列に接続さ
れた複数のサンプルガス流路と、これらのサンプルガス
流路のうちの一つに前記サンプルガスが流れるようにサ
ンプルガス流路の切換えを行う流路切換え手段と、ＰＩ
コントローラまたはＰＩＤコントローラからの制御値が
入力されるインバータからの指令によって、前記サンプ
ルガスが一定流量となるように回転数制御される吸引ポ
ンプとを備えた希釈ガス流量制御装置において、サンプ
ルガス流路の切換え時に、切換え前の圧損に応じたイン
バータへの指令値を記憶しておき、次回のサンプルガス
流路の切換え時には、一旦、ＰＩコントローラまたはＰ
ＩＤコントローラからインバータに対して供給される制
御値をリセットし、前記記憶した指令値をフィードフォ
ワード値としてインバータに与えて前記吸引ポンプを制
御するようにしている。

【００１３】上記希釈ガス流量制御装置においては、高
価で占有面積の大きなコントロールバルブを使用しなく
てもよく、装置全体を安価かつコンパクトに構成するこ
とができる。また、流量制御の自由度が増え、トランジ
ェント計測（流量可変）にも好適に対応することができ
る。

【００１４】

【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、これらの図において、図４に
おける符号と同じものは同一部材を示している。

【００１５】まず、図１はこの発明の希釈ガス流量制御
装置の全体構成を概略的に示すもので、この図におい
て、２２はＰＩＤコントローラで、インバータ２０に指
令を出力する。このＰＩＤコントローラ２２における定
数（Ｐ，Ｉ，Ｄ）は、ガス流量や、吸引ポンプ１５の能
力に応じるように設定されている。２３はインタフェー
スユニットで、センサ１７〜１９などの出力や後述する
マイクロコンピュータ２４からの指令が入力され、流量
演算など一部の演算を行うことができるとともに、ＰＩ
Ｄコントローラ２２に対して指令を出力するものであ
る。２４は装置全体を制御する演算制御部としてのマイ
クロコンピュータである。

【００１６】図２は、上記希釈ガス流量制御装置におけ
る吸引ポンプ１５の制御系統を概略的に示すもので、こ
の図において、Ｅ_INV はインバータ２０への電圧、Ｅ_FF
はフィードフォワード電圧、Ｅ_PID はＰＩＤ制御電圧、
Ｑ_act は流路１４におけるガスの実際の流量（実流
量）、Ｑ_tgt は目標流量、Ｒはインタフェースユニット
２３からＰＩＤコントローラ２２に対して出力される積
算リセット信号で、このリセット信号は、流路切換え信
号に基づいて形成される。なお、Ｔ，Ｐ，ｄＰはセンサ
１７〜１９による検出出力である。

【００１７】上記構成の希釈ガス流量制御装置の動作に
ついて説明すると、定常状態においては、サンプルガス
流路７にサンプルガスＳが流れるように三方電磁弁１３
の開閉状態が設定されるが、この状態において、インタ
フェースユニット２３から目標流量Ｑ_tgt と実流量Ｑ
_act とをＰＩＤコントローラ２２に与えると、これらの
差に基づいてＰＩＤコントローラ２２から出力Ｅ_PID が
インバータ２０に対して指令値_INV として出力される。
この指令値Ｅ_INV を受けたインバータ２０は、吸引ポン
プ１５に指令を出力する。これによって、吸引ポンプ１
５が所定の回転数で動作し、流路７、１４を流れるサン
プルガス流量が常に一定に制御される。

【００１８】そして、上記の状態から流路切換えを行
い、バイパス流路８にサンプルガスＳを流すようにする
ときは、まず、流路切換え前の圧損に応じたインバータ
２０への指令値Ｅ_INV を記憶する。

【００１９】次いで、流路切換え信号に基づく積算リセ
ット信号Ｒを、流路切換え信号と同時またはこれより少
し遅れてインタフェースユニット２３からＰＩＤコント
ローラ２２に入力する。これにより、ＰＩＤコントロー
ラ２２からインバータ２０に対する出力Ｅ_PID がなくな
る。これと同時に、前記記憶した指令値Ｅ_INV をＰＩＤ
コントローラ２２を介さず、フィードフォワード信号Ｅ
_FFとしてインバータ２０に与える。

【００２０】上述のようにすることにより、二つの流路
７，８の切換えと同時に、サンプルガス流路７における
圧損に応じて適切な吸引ポンプ１５の回転数をインバー
タ２０を介して制御することができ、切換え時の流量変
動を最小に抑えることができる。その後、センサ１７か
ら得られる流量を実流量Ｑ_act としてＰＩＤコントロー
ラ２２に与えることによって、ＰＩＤコントローラ２２
から適切な指令値をインバータ２０に対して出力するこ
とができる。

【００２１】上述のように、この発明の希釈ガス流量制
御装置においては、従来とは異なり、高価で嵩張るコン
トロールバルブなどの機械的な制御手段を用いなくて
も、流路の切換えを確実に行うことができる。したがっ
て、装置の全体構成がコンパクトになるとともに、コス
トダウンが図れる。また、流量制御における自由度が増
えるので、トランジェント計測にも対応することが可能
になる。

【００２２】上述の実施の形態においては、希釈トンネ
ル４の下流側に接続されるガス流路６がその下流におい
て二つの流路７，８に分岐するものであったが、３以上
の流路に分岐するものであってもよい。図３は分岐流路
が４である例を示しており、この図において、３１〜３
４は互いに並列接続された分岐流路で、各流路３１〜３
４には、フィルタ３５〜３８、エアーバルブ３９〜４
２、流路切換え用の電磁弁４３〜４６が設けられてい
る。

【００２３】また、上述の実施の形態においては、ＰＩ
Ｄコントローラ２２を用いていたが、これに代えて、Ｐ
Ｉコントローラを用いてもよい。

【００２４】

【発明の効果】この発明の希釈ガス流量制御装置におい
ては、高価で嵩張るコントロールバルブを用いてないの
で、装置全体を安価かつコンパクトとなる。また、この
発明によれば、流量制御における自由度が増えるので、
トランジェント計測にも対応することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の希釈ガス流量制御装置の構成の一例
を概略的に示す図である。

【図２】前記希釈ガス流量制御装置における吸引ポンプ
の制御系統を概略的に示す図である。

【図３】分岐流路の他の実施の形態を示す図である。

【図４】従来の希釈ガス流量制御装置の構成を概略的に
示す図である。

【符号の説明】

２…希釈トンネル、７，８…分岐流路、９，１０…フィ
ルタ、１３…流路切換え手段、１５…吸引ポンプ、２０
…インバータ、２２…ＰＩＤコントローラ、３１〜３４
…分岐流路、３５〜３８…フィルタ、４３〜４６…流路
切換え手段、Ｓ…サンプルガス、Ｅ_FF…フィードフォワ
ード値、Ｅ_INV …インバータへの指令値。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サンプルガスを希釈するトンネルから分
   岐採取したサンプルガス中に含まれるＰＭを捕集するた
   めのフィルタをそれぞれ有し、互いに並列に接続された
   複数のサンプルガス流路と、これらのサンプルガス流路
   のうちの一つに前記サンプルガスが流れるようにサンプ
   ルガス流路の切換えを行う流路切換え手段と、ＰＩコン
   トローラまたはＰＩＤコントローラからの制御値が入力
   されるインバータからの指令によって、前記サンプルガ
   スが一定流量となるように回転数制御される吸引ポンプ
   とを備えた希釈ガス流量制御装置において、サンプルガ
   ス流路の切換え時に、切換え前の圧損に応じたインバー
   タへの指令値を記憶しておき、次回のサンプルガス流路
   の切換え時には、一旦、ＰＩコントローラまたはＰＩＤ
   コントローラからインバータに対して供給される制御値
   をリセットし、前記記憶した指令値をフィードフォワー
   ド値としてインバータに与えて前記吸引ポンプを制御す
   るようにしたことを特徴とする希釈ガス流量制御装置。