JPS61124849A

JPS61124849A - エンジンの排気ガス測定装置

Info

Publication number: JPS61124849A
Application number: JP24739684A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Funao; 船尾　清
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-11-21
Filing date: 1984-11-21
Publication date: 1986-06-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、エンジンの排気ガス中に含まれるＣＯ，Ｈｃ
、ＮＯｘ等の成分の重量を測定する排気ガス測定装置に
関する。

（従　　来　　技　　術）一般に、自動車のエンジンから排出される排気ガス中に
はＣｏ、ＨＣ，ＮＯｘ等の有害成分が含まれているが、
これらの排出量を低減させるには、先ず排気ガス中にこ
れらの成分ガスが夫々どの位含まれているかを知る必要
がある。そこで、エンジンの設計段階や自動車の整備時
等に該エンジンないし自動車を種々の条件下で運転して
、単位時間当りに排出される排気ガス中に含まれる各成
分ガスの重量の測定が行われる。この排気ガス測定方法
としては、ダイリュート法やｃ０２トレーサ法等が知ら
れており、また特公昭５７−５２９７９号公報によれば
、稀釈空気流量法が提案されている。これらの方法にお
いては、いずれも第３図に示すようなＣｖＳ装置Ａが使
用され、シャシダイナモＢの上に設置された自動車Ｃの
排気管Ｃ１と該ＣｖＳ装置Ａの排気ガス導入部りとを排
気ガス導入管Ｅ及び蛇腹状のフレキシブルパイプＦを介
して接続した上で、自動車Ｃを所定の走行モードで運転
する。そして、上記排気管Ｃ１より排出された排気ガス
をＣＶＳ装置Ａにおけるミキシング部Ｇにおいてエア供
給通路Ｈから導入された空気によって稀釈すると共に、
この排気ガスと空気とが混合されてなるサンプルガスを
熱交換器Ｉにより冷却し、且つベンチュリ一部Ｊ及びポ
ンプにの作用によって流量を一定としてサンプルガス通
路り内を通過させる。

そして、上記ダイリュート法によれば、ＣＶＳ装置Ａの
サンプルガス通路り内において測定されるサンプルガス
中の各成分ガスの濃度と、該通路り内を通過するサンプ
ルガスの流量とに基づいて排気ガス中の各成分ガスの重
量が夫々算出されるが、この場合には各成分ガスの濃度
をサンプルガス通路りにおるミキシング部Ｇないし熱交
換器Ｉより下流側で測定するため、特にフレキシブルパ
イプＦや熱交換器■内の流動抵抗のために、自動車Ｃの
排気管Ｃ１から排出された排気ガスが上記測定点に達す
るまでに相当の時間遅れが生じる。

そのため、自動車の加減速時等の過渡状態においては、
測定結果が実際の運転状態に時間的に対応せず、各運転
状態に対する測定結果が誤差を有するものとなる。

また、Ｃｏ２トレーサ法によれば、先ず排気ガス導入管
Ｅに接続された第３図に鎖線で示す分析部Ｍにおいて測
定された排気ガス中のＣＯ２の濃度と、サンプルガス通
路り内で測定されたサンプルガス中のＣＯ２の濃度とに
より稀釈率を求め、この稀釈率と、サンプルガス通路り
内を通過するサンプルガスの流量と、上記分析部Ｍで測
定された各成分ガスの濃度とに基づいて排気ガス中の各
成分ガスの重量が夫々算出される。更に、上記稀釈空気
流量法によれば、ＣＶＳ装置八にへけるエア供給通路Ｈ
に第３図に鎖線で示す流量計Ｎを設置し、この流量計Ｎ
によって測定される稀釈空気のＷＬｆｆｉとサンプルガ
ス通路り内を通過するサンプルガスの流量とにより該サ
ンプルガス中の排気ガスの流量を求めると共に、上記分
析部Ｍによって排気ガス中に含まれている各成分ガスの
濃度を求め、この濃度と上記排気ガスの流量とに基づい
て排気ガス中に含まれている各成分ガスの重量を夫々算
出する。このＣＯ２トレーサ法及び稀釈空気流量法によ
ると、各成分ガスの濃度の測定が排気管Ｃ１の近傍で行
われるため、自動車Ｃの運転状態の変化に比較的精度良
く追従した測定結果が得られることになる。しかし、こ
れらの方法によっても、排気ガスが排気ガス導入管Ｅ及
びフレキシブルパイプＦを経てＣＶＳ装置Ａに導入され
て始めて稀釈率又は排気ガスの流量が検出されるので、
この稀釈率ないし排気ガスの流量に基づく各成分ガスの
重量の測定結果も多少の時間遅れを伴ったものとなる。

また、このＣ０２トレーサ法及び稀釈空気流ｍ法や上記
のダイリュート法において使用されるＣｖＳ装置Δは稀
釈空気を含む大發のガスを通過させるものであって著し
く六層りな装置であるため、大きな設置スペースを要し
、且つコストが高く付く難点がある。

（発　　明　　の　　目　　的）本発明は、エンジンの排気ガスに含まれるＣ０１ＨＣ，
ＮＯｘ等の成分ガスの重量を測定する排気ガス測定装置
に関する上記のような問題に鑑みてなされたもので、上
記の如き各成分ガスの重量をエンジンの運転状態に対し
て時間遅れを生じることなく測定することを可能として
、自動車の加減速時等の過渡状態における排気ガスの測
定精度を向上させると共に、従来用いていた六層りなＣ
ＶＳ装置を不要として、測定装置の小型化やコストの低
廉化を図ることを目的とする。

（発　　明　　の　　構　　成）本発明は上記目的達成のため次のように構成したことを
特徴とする。

即ち、排気ガス中の特定成分ガスの濃度を検出する分析
部と、排気ガスの一部をポンプによりエンジンの排気管
から上記分析部に導くサンプル排気ガス通路と、該サン
プル排気ガス通路に導かれるサンプル排気ガスの流量を
一定に保つ絞部と、エンジンの吸気流量を検出するエア
７０−メータと、第１．第２演算手段とを設ける。第１
演算手段は、上記絞部によって一定とされたサンプル排
気ガスの流量と、上記分析部によって検出されたサンプ
ル排気ガス中の特定成分ガスの濃度と、当該特定成分ガ
スの密度（既知）とに基づいて一定流量のサンプル排気
ガス中における特定成分ガスの重量を算出する。また、
第２演算手段は、上記エアフローメータで検出される吸
気流量（全排気ガス流量に略等しい）の上記サンプル排
気ガス流量に対する倍率を求め、この倍率と第１演算手
段で算出されたサンプル排気ガス中の特定成分ガスの重
量とを積算する。これにより、エンジンから排出される
全排気ガス中の特定成分ガスの重量が算出されることに
なる。

（発　　明　　の　　効　　果）以上のような構成によれば、排気ガスの一部をサンプル
リングするだけで、また稀釈空気を用いることなく排気
ガスの測定が可能となるので、測定装置が従来のＣＶＳ
装置に比較して著しく小型化される。これにより、この
種の装置に要する設備費や設置スペースが大幅に低減さ
れることになる。また、小型化されることに伴って、装
置を流動抵抗の大きいフレキシブルパルプ等を介在させ
ずに直接エンジンの排気管に接続することが可能となり
、しかも排気ガスを直接分析するので、エンジンの運転
状態に対する時間遅れを生じることなく測定結果が得ら
れることになる。従って、エンジンの過渡的な運転状態
に対しても排気ガス中の特定成分ガスの重量が高精度に
測定されることになる。

（実　　施　　例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

排気ガス測定装置Ｉ１１は一端がエンジン２の排気管３
に接続され且つ他端が大気に開放されたサンプル排気ガ
ス通路４を有する。このサンプル排気ガス通路４には、
排気管３内から排気ガスの一部を該通路４内に吸入する
。ポンプ５が備えられていると共に、該ポンプ５の上流
側には該通路４内に吸入されるサシプル排気ガスの流量
を一定に保つためのベンチュリー６が設けられている。

また、該通路４におけるベンチュリー６の直上流側には
、該ベンチュリー６の入口近傍におけるサンプル排気ガ
スの圧力及び温度を検出する排気ガス圧力センサ７及び
排気ガス温度センサ８が夫々配設されていると共に、上
記ポンプ５の下流側には、該通路４に導入されたサンプ
ル排気ガス中の特定成分ガス（Ｇｏ、ＣＯ２、ＨＣ，Ｎ
Ｏｘの４成分）の濃度を測定する分析部９が備えられて
いる。ここで、該サンプル排気ガス通路４における分析
部９とポンプ５との間からは大気に通じるバイパス通路
１０が分岐されており、また該通路４における排気管３
側の端部には、該通路４内に導入されるサンプル排気ガ
ス中のオイル等を捕集するためのフィルター１１が備え
られている。

一方、エンジン２の吸気通路２ａに備えられたエアクリ
ーナ１２には、該エンジン２に吸入される空気の流量を
測定するエアフローセンサ１３と、該吸入空気の温度を
検出する吸気温度センサ１４とが設けられている。

そして、以上の構成に加えて、この測定装Ｍ１には排気
ガス中の特定成分の重量を演算する演算装置１５が備え
られ、この演算装置１５に上記排気ガス圧力センサ７か
らの排気ガス圧力信号ａと、排気ガス温度センサ８から
の排気ガスＳ度信号もと、分析部９からの特定成分ガス
濃度信。号Ｃと、エアフローセンサ１３からの吸気ａｍ
信号ｄと、吸気温度センサ１４からの吸気温度信号ｅと
が入力されるようになっている。また、この演算装置１
５には、上記排気ガス圧力信号ａと、排気ガス温度信号
すと特定成分ガス濃度信号Ｃとに基づいてサンプル排気
ガス中の特定成分ガスの重量を算出する第１演算部１５
ａと、該第１演算部で算出された演算値と、吸気流量信
号ｄと、吸気温度信号ｅとに基づいて排気管３より排出
される全排気ガス中の特定成分ガスの重器を算出する第
２演算部１５ｂとが設けられている。

次に上記実施例の作用を説明する。

先ず、排気ガス測定装置１を第１図に示すようにエンジ
ン２に取付けて、該エンジン２を作動させると、エアク
リーナ１２より吸入される空気の流量と温度とがエアフ
ローセンサ１３及び吸気温度センサ１４により夫々検出
され、吸気流量信号ｄ及び吸気温度信号ｅとして演算装
置１５における第２演算部１５ｂに入力される。

一方、排気管３内を通過する排気ガスは、その一部がサ
ンプル排気ガスとしてポンプ５によりサンプル排気ガス
通路４に導入される。その場合に該サンプル排気ガスの
流量は上記通路４に設けられたベンチュリー６の流路面
積とポンプ５の吸引力とによって定まる一定量とされ、
フィルター１１によりオイル等を捕集された上で上記ベ
ンチュリー６及びポンプ５を通過すると共に、更にその
一部が分析部９に供給され、他の一部は上記ポンプ５を
通過した後、バイパス通路１０から大気に放出される。

そして、このようにしてサンプル排気ガスがサンプル排
気ガス通路４を通過する際に、該サンプル排気ガスの圧
力と温度がベンチュリー６の上流側において排気ガス圧
力センサ７及び排気ガス温度センサ８により検出され、
これらのセンサ７．８から出力される排気ガス圧力信号
ａ及び排気ガス温度信号わが演算装置１５の第１演算部
１５ａに入力される。また、分析部９においては、該分
析部９に供給されたサンプル排気ガス中＋７）Ｃｏ、Ｃ
Ｏ２、ＨＣ，ＮＯｘ　等（Ｄ特定成分カスの濃度が夫々
検出されると共に、その濃度が各特定成分ガス濃度信号
Ｃとして上記第１演算部１５ａに入力される。そして、
該演算部［１５が上記各信号ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｓに基づ
いて全排気ガス中の各特定成分ガスの単位時間当りの排
出重量を算出するのであるが、この算出動作は第２図に
示すフローチャートに従って行われる。

即ち８、演算装置１５は、先ず、ステップ×１で以下の
演算に必要な大気圧の値を入力した後、ステップ×２で
測定開始指令が入力されたか否かを判定し、該指令が入
力されておればステップ×３で各、種アナログデータの
読込みを行う。ここで、読込まれるアナログデータは、
上記分析部９からの各特定成分ガス（Ｃｏ、ＣＯ２、Ｈ
Ｃ，ＮＯｘ　）の濃度信号Ｃ１排気ガス圧力センサ７及
び排気ガス温度センサ８からの排気ガス圧力信号ａ及び
排気ガス温度信号ｂ、エアフローセンサ１３及び吸気温
度センサ１４からの吸気流量信号ｄ及び吸気温度信号ｅ
である。これらのデータの読込みが完了すると演算部１
５は、ステップ×４で物理量変換の計算を行う。つまり
、上記ステップ×３で読込まれた各種アナログデータは
電圧信号であるので、このステップｘ４でこれらの電圧
信号を、濃度信号Ｃについては（＋）Ｅ）Ｉｌｌ）単位
に、排気ガス圧力信＠ａについては（＋＋＋ｍＨｉｌｌ
）単位に、排気ガス温度信号す及び吸気温度信号ｅにつ
いては（Ｃｏ）単位に、そして吸気８１量信号ｊについ
ては（１）単位に夫々変換する。

次に、演算部１５は、ステップ×５で単位時間当りにサ
ンプル排気ガス通路４を通過するサンプル排気ガスの標
準状Ｂ（７６０ＩＩＩＩＩＨｇ、２０℃）における流量
Ｑ１を求める。この場合において、ベンチュリー６の流
路面積とポンプ５の吸引力とによって定まるベンチュリ
ー係数をＢ、大気圧をｐｏ　　（ＩＩＨｇ）　、サンプ
ル排気ガスの圧力をＰｌ（ＩＩＩＩＩＩＨＯ）、サンプ
ル排気ガスの温度をＴｔ（’Ｃ，）とすれば、中上記サ
ンプル排気ガスの標準状態における単位時間当り流量Ｑ
１は、次式０式％（）で算出されることになる。

そして、演算部１５は、ステップ×６で単位時間当りに
サンプル排気ガス通路２を通過するサンプル排気ガス中
の特定成分ガスＧｏ、ＣＯ２；　ＨＣ，ＮＯｘの重ＩＧ
１．Ｇ２　、Ｇ３　、Ｇ４を次式０式％（に従って夫々求める。ここで、ρ１．ρ２．ρ３゜Ｃ４
は予め設定されているＧｏ、ＣＯ２、ＨＣ。

ＮＯＸの密度、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は夫々分析部９
により検出されたサンプル排気ガス中のＣＯ，ＣＯ２、
ＨＣ，ＮＯｘの濃度であり、またＱｌは上記（ｉ）式で
求められたサンプル排気ガスの標準状態における流量で
ある。

更に、演算装置１５は、ステップ×７で単位時問当りに
排気管３より排出される全排気ガス中のＣｏ、ＣＯ２，
ＨＣ，ＮＯＸの重量Ｗ１．Ｗ２　。

Ｗ３　、Ｗａを夫々求める。この場合においては、先ず
吸気流量を０２、吸気温度をＴ２として、単位時間当り
にエアクリーナ１２より吸入される吸気の標準状態にお
ける流量Ｑ２’を次式％式％に従って算出すると共に、この流量Ｑ２’の上記サンプ
ル排気ガスの標準状態における流量Ｑ１に対する倍率α
を次式％式％（）に従って算出する。ここで、上記吸気流量Ｑ２’は、単
位時間当りに排気管３より排出される排気ガスの全流量
と赦すことができるため、この倍率αは、全排気ガス流
量の上記サンプル排気ガス流ＩＩＩＱ１に対する倍率と
なる。従って、単位時間当りに排気管３より排出される
全排気ガス中のＣ０９ＣＯ２、ＨＣ，ＮＯｘの重量Ｗ１
．Ｗ２　、Ｗ３　。

Ｗ４は、上記（ｉｉ１式で求めたサンプル排気ガス中の
ＣＯ，ＣＯ２、ＨＣ，ＮＯＸの夫々の重量Ｇｔ。

Ｇ２．Ｇ３．Ｇ４と上記倍率αとの積、つまり次式％式％で算出されることになる。そして、演算部［１５は、こ
の値Ｗ１．Ｗｚ　、Ｗ３　、Ｗ４をステップＸ８でレコ
ーダ又は上位ＣＰＵに出力した後、再びステップ×２に
戻り、このステップｘ２で排気ガスの測定停止の判断が
なされるまで、各特定成分ガス毎にステップ×３〜×８
の処理を繰り返す。

このようにして、排気ガス中に含まれてい−る各特定成
分ガスの単位時間当りの排出重量が算出されることにな
るが、この演算結果は、エンジンの運転状態に対して時
間遅れを生じることはない。

つまり、上記演算に使用された８値のうち、全排気ガス
の流量は吸気の流量に基づいて求められる□。

ため時間遅れを生ぜず・・、また各特定成分ガスの濃度
は、排気管３に直接接続されたサンプル排気ガス通路４
に設けた分析部９内で検出されるため殆ど時間遅れを生
じることがない。従って、これらの値に基づいて算出さ
れる各特定成分ガスの排出重量も時間遅れを生じないの
である。また、この測定装置１は、一部の排気ガスを取
扱うだけなので、ＣＶＳ装置に比較して著しく装置自体
が小型化されると共に設備費が低廉化されることになる
。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明の実施例を示すもので、第１図は排
気ガス測定装置の構成を示す概略システム図、第２図は
排気ガス測定装置を構成している演算部の処理手順を示
すフローチャート図、第３図は従来例を示す排気ガス測
定装置の概略構成図である。１・・・排気ガス測定装置、２・・・エンジン、３・・
・排気管、４・・・サンプル排気ガス通路、５・・・ポ
ンプ、６・・・綾部（ベンチュリー）、１３・・・エア
フローメータ（エアフローセンサ）、１５ａ・・・第１
演算部、１５ｂ・・・第２演算部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）排気ガスの一部をポンプにより分析部に導くサン
プル排気ガス通路と、該サンプル排気ガス通路に設けら
れてサンプル排気ガス流量を一定にする絞部と、エンジ
ンの吸気流量を検出するエアフローメータと、上記絞部
により一定とされたサンプル排気ガス流量と上記分析部
により検出されたサンプル排気ガス中の特定成分ガスの
濃度と該特定成分ガスの密度とによりサンプル排気ガス
中の当該特定成分ガスの重量を算出する第１演算手段と
、上記エアフローメータによって検出された吸気流量の
上記サンプル排気ガス流量に対する比と上記サンプル排
気ガス中の特定成分ガスの重量とによりエンジンから排
出される全排気ガス中の当該特定成分ガスの重量を算出
する第２演算手段とを有することを特徴とするエンジン
の排気ガス測定装置。