JPH0810180B2 - 内燃機関の排気物の微粒子含有量測定装置 - Google Patents

内燃機関の排気物の微粒子含有量測定装置

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JPH0810180B2
JPH0810180B2 JP60054098A JP5409885A JPH0810180B2 JP H0810180 B2 JPH0810180 B2 JP H0810180B2 JP 60054098 A JP60054098 A JP 60054098A JP 5409885 A JP5409885 A JP 5409885A JP H0810180 B2 JPH0810180 B2 JP H0810180B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般的には内燃機関の排気物を測定する装置
に係り、特に臨界流れベンチユリ計算装置を利用して排
気物中の微粒子又は気体の含有量を測定する装置に関す
る。
〔従来技術〕
現在の米国連邦政府規則では、自動車輛からの排気物
は、いくつかの汚染物については規定値をこえることが
許されない。1971年７月２日、金曜日付の連邦政府登録
簿、第36巻第128号の12652ページ以下に掲載された第45
類の連邦政府規則、第XII章、第1201節（Section1201,C
hapter XII,Title 45 of the code of Federal Regulat
ions,as Published in the Federal Register,Vol.36,N
o128,Friday,July2,1971,at pages12652et seq）を参照
されたい。またカウフマン（Kaufman）に与えられた米
国特許第3,699,814号も参照されたい。
このような標準が存在するので、自動車輛からの排気
物を試験し分析してその中の不純物の相対的な量を決定
することが絶対的に必要となった。この排気物サンプリ
ングの分野で使用する機器を開発するのに多大な努力が
払われてきた。現在では、不純物の相対的な量を決定し
分析するための試験装置によつて正確に制御された流量
で内燃機関から排気ガスを排出させることが知られてい
る。そのような試験の一般的な方法は、排気ガスに希簿
用空気を注意深く制御された量だけ加えることである。
希簿用空気を混入すると、サンプルは冷却するので、サ
ンプルについての作業を容易にする。希簿にされたサン
プルは、その後種々のサンプル貯蔵装置に分配されてそ
の後の化学分析をうける。もちろん、試験結果が反覆可
能で意義あるものであるためには、希簿用空気の混入
は、注意深く制御された量でなければならない。
これらの一般的要件を満足する装置は、連邦政府登録
簿のさきに引用した部分に記載されてある。しかしなが
ら、連邦政府登録簿に記載されている装置は、多くの難
点と欠点があり、これらについては、1972年10月24日付
でカウフマンに与えられた米国特許第3,699,814号、名
称“ガスサンプル装置”に述べられている。この特許は
現在本発明の譲受人に譲渡されている。カウフマンの特
許は、その開示をこゝに引用して記載に組入れるが、一
定容積の流れにおいて希簿にされた排気物を計量する臨
界流れベンチユリを使用する従来装置で故障しやすい一
定変位ポンプを非常に改良した気体状排気物サンプル装
置に取替えることを教示している。
当初、自動車輛排気物の分析は、一酸化炭素や窒素酸
化物のような気体成分に焦点があてられた。しかしなが
ら、デイーゼルエンジンの使用が増大した現在では、排
気物分析装置としては、排気物の炭化水素微粒子の測定
も可能なものでなければならない。通常、この分析は、
微粒子を含むサンプルをろ紙のようなフイルタ装置を所
定長さの時間中通過させた後、ろ紙を秤量することによ
つて蓄積した微粒子物体の含有量を測定して行う。
使用度の低いデイーゼルエンジンでは、微粒子を含む
サンプルは、主な流れ（Mainstream）を希簿にした排気
の流れから直接抽出してフイルタ装置に蓄積させること
ができる。しかしながらこの方法は使用度の高いデイー
ゼルエンジンでは、比較的高い排出温度（通常177℃（3
50゜Ｆ）又はそれ以上）のため、そう簡単なものではな
い。そこで現在の排気物測定装置は、混合ダクトを使用
し、このダクトで試験中の内燃機関からの排気物をフイ
ルタを通した希簿用空気と混合させる。この方法は希簿
にしたサンプルの温度は低下させる。希簿にしたサンプ
ルはそれから熱交換器を通すが熱交換器はサンプルをさ
らに冷却し、また温度の変動を平滑化する。平滑にしな
いと温度の変動がサンプルの容積の流れを変化させて測
定確度をそこなう。高い使用度のデイーゼルエンジンと
そのようなエンジンによつて発生する高い排気温度に適
用可能とするためには、前述した装置は、十分な量の希
簿用空気を取入れるためにかなり大型にしなければなら
ず、また極めて大きい熱交換器とその熱交換器を冷却す
るための大容量チラー（冷却器）を必要とする。例え
ば、8,194cm3（500立方イオン）のデイーゼルエンジン
で、１分間85m3（3,000立方フイート）流量の主な流れ
の排気を分析するための現在の代表的測値と考えられる
ものは、直径約46cm（約18インチ）で長さ約1.52m（約
５フイート）の３トンの熱交換器を必要とする。このほ
かに、連邦登録簿の仕様書による温度要件を維持するた
めには、熱交換器は50トン程度の冷凍水チラーを必要と
する。もちろん、このような装置は極めて高価でかつ保
守がむずかしい。
高温度のデイーゼルエンジン排気に関する問題を克服
する一つの方法は、二重希簿方式を使用することであ
る。二重希簿方式として知られているものは、試験中の
内燃機関からの排気は、一次室すなわち一次トンネルの
中で希簿用空気と混合されたのち、一次トンネルからの
サンプルが抽出されて二次トンネルに導かれて、その中
で別の希簿用空気を加えられる。二重希簿方式によつ
て、冷却され２回希簿にされたサンプルが得られるが、
そのサンプルを汚染物について分析することができる。
もちろん、希簿用空気の２回の取り入れは注意深く計量
して、汚染物含有量測定を反覆可能でかつ有意義なもの
としなければならない。
希簿用空気の取り入れを計量する通常の方法は、一次
トンネル内の主な流れ及び二次トンネル内のサンプルの
流れの双方の流量を正確な許容範囲内に維持する一定の
流れ装置を使用する方法である。
一定の流れ状態を維持することは、その達成が必ずしも
容易ではない。温度の変動が、装置内の気体成分の圧力
と容積との積に直接影響することは、物理学気体法則に
定められている通りである。従つて、温度の変動はま
た、気体成分その他の浮遊微粒子の質量流量にも影響す
る。従つて、質量流量を一定に維持するためには、熱交
換器を使用して、装置内の気体及び微粒子の成分の一定
温度を維持することが必要となつた。前述したように、
これらの熱交換器は極めて大きくまた適正な動作のため
には、大容量の（かつ高価な）チラーを必要とする。従
つて、高温度の排気ガスを発生する高使用度のデイーゼ
ルエンジンは、大容量の熱交換器及びチラーを必要とす
るので、希簿にした排気試験サンプルを計量するための
一定流量技術は、極めて高価になるか、さもなければ試
験装置として好ましくないものとなる。
上述した一定の流れ技術に代るものとして、比例サン
プリング技術を使用することによつて、大容量の熱交換
器とチラーは大部分省略できることが認められた。比例
サンプリング技術を使用するときは、装置内の流れを監
視して流れの制御を実行して流れを調整するか、又は、
汚染物の百分率が算出できるように少くも測定を行う。
高価な熱交換器及びチラー装置を省略できるというかな
りの利点はあるが、従来技術と比例制御装置は、高価な
ポンプを必要とし、比較的高い動作圧力を必要とするた
め、空気の洩れが問題であり、また10秒より短い時間内
の流量変動に対して比較的反応が乏しいか又は反応しな
い。
従来技術の一つの比例サンプリング装置はサンプルの
流れを発生させるために可変速度ポンプを使用する。ポ
ンプの速度は、流量測定から得られるアナログ電子信号
に従つて制御される。従来技術の別の装置では、装置内
の流れを調整するために組込み型質量計と共に制御弁を
使用する。そのような流れ制御弁は流れに対して抵抗を
与えるので、所望の流量を得るためには比較的高い圧力
で動作させる必要がある。そのように比較的高い圧力で
は、市販されているポンプは極めて洩れを生じ易い。さ
らに比較的高い圧力での動作が必要なとき、ポンプは真
空を発生する構成では使用できない。真空動作は、大気
圧に対して1.05kg/cm2（15psi）以下の真空圧力に限定
されるからである。必要とされる流量では、1.05kg/cm2
（15psi）の真空圧力は不十分である。従つて、測定装
置の影響を及ぼさない流体回路内に、洩れやすいポンプ
を配置する方法はなかつた。
〔発明の目的と要約〕
本発明は、排気源からの微粒子及び気体の含有量を測
定する装置で、低使用度及び高使用度のデイーゼルエン
ジンを含む内燃機関からの排気物を評価するために使用
できる装置を提供する。本発明は、また、従来技術によ
る測定装置の問題を克服するもので、最適動作範囲の近
くで、通常は大気圧の近くで動作する流体回路内に配置
する１個又は数個の質量流量計を使用する装置を提供す
る。
質量流量計は、電子補償回路及び差動増幅回路によつて
処理される電気信号を供給し、離れている流れ制御弁を
制御する。質量流量計を流れ制御弁から分離することに
よつて、各構成部分の動作を最適にすることができ、ま
た補償回路が速い応答時間で動作するように容易に同調
ができるので、従来技術の流れ調整デバイスを使用して
も、より高い確度を得ることができる。さらに本発明に
よつて得られる流体回路では、質量流量計と制御弁より
下流の流体回路内に配置するポンプによつて流体回路内
にサンプルの流れが発生される。ポンプの洩れがあつて
も質量流量計の確度に影響を与えない回路内の位置にポ
ンプは配置される。ポンプの洩れが確度に影響を及ぼさ
ないので、費用のかからないポンプを、装置の性能を低
下させることなく本発明に使用することができる。
本発明は、また試験用サンプルを希簿にするための清
浄乾燥空気の取り入れを行う。乾燥空気を使用するとサ
ンプルの露点を低下させて、質量流量測定変換器の湿気
に関する問題を除くことができる利点がある。
さらに本発明によると、流体回路は通るサンプルの流
れは、少くとも２つの代替機構のうちの１つによつて設
定される設定点において発生される。設定点は、アナロ
グ基準電圧源を使用して定めることができ、アナログ基
準電圧源は、差動増幅回路に結合されて、測定した流量
（質量流量計によつて測定した）は所望の設定点と比較
される。その比較によつて誤差信号を発生して、流体回
路内の流れ制御弁を制御する。この機構によつて温度安
定化のために熱交換器を使用したのと同様な、固定し
た、すなわち一定の希簿流量を発生する。これに代る別
の機構として、本発明では、サンプル比に線形希簿を与
えるための可変割合すなわち比例割合にもとずく設定点
流量を発生する第２機構も提供する。比例装置では大部
の流れ（bulkstream）の流量は測定するか、又は、測定
した大部の流れの温度及び前に校正した臨界流れベンチ
ユリに関する校正係数を基礎にして計算する。その計算
は、差動増幅回路に適当に結合したデイジタル又はアナ
ログのコンピユータを使用して行い、測定したサンプル
の流量と比較して誤差信号を発生して流れ制御弁を制御
する。大部の流れの流量は装置の動作中に測定するか又
は計算するかして、サンプルの流量の計量を制御するの
に使用される。大部の流れは、綿密に温度制御する必要
はないので、熱交換器及びチラーは省略することができ
る。本発明には、また、一定流量機構か比例流量機構か
のいずれかを選択するための切替装置を含む。これら２
つの機構を容易に切替えられる能力は、既存設備が熱交
換器をもつているが、比例サンプリング能力を備えるよ
うに改良しようとする場合の適用には、特に有利であ
る。
要約すると、本発明は、微粒子を含むサンプルを得る
ためのサンプリング装置を備える装置に使用するための
排出源の微粒子及び気体の含有量を測定する装置を提供
する。その装置はサンプリング装置を含む流れ限定通路
すなわち流体回路を画定する装置を含み、また流れ限定
通路に流れを発生させる装置も含む。特に、流れ制御機
構及び流れ測定機構の下流に配置するポンプを使用し
て、流れを発生する。本発明では、さらに、流れ限定通
路に配置する流れ制御装置を備えて、制御された圧力降
下を得ることによつて、第１圧力側と比較的低い第２圧
力側とを画定する。質量流量測定装置は、第２圧力側に
応答するように結合されて、流れ制御装置を制御する信
号を発生する。
本発明は、また微粒子を含むサンプルを得るためのサ
ンプリング装置及び前記サンプルの流れを生じさせるた
めにサンプリング装置と連絡する流体回路を備える装置
で使用する排出源の微粒子含有量を測定する装置を提供
する。本発明は、また流体回路に結合された流れ制御装
置を備えて、流体回路内のサンプルの流れを制御する。
流体回路に結合するセンサ装置は、流体回路内のサンプ
ルの流れを表わす第１電気信号を発生する。変換器は、
第１電気信号に応答して、流れ制御装置を制御するため
の流体信号を供給する。流体回路には、サンプリング装
置から流出する少くとも一部を導く第１脚部とサンプリ
ング装置に流入する少くも一部を導く第２脚部とを備え
る。各脚部には本発明による流れ制御装置が取付けてあ
る。特に、第１流れ制御装置は第１脚部に結合し、第１
脚部に結合している第１センサ装置に応答して第１脚部
内のサンプルの流れを表わす信号を発生する。第２脚部
には第２流れ制御装置が取付けてあり、第２流れ制御装
置は、第２脚部に結合している第２センサ装置に応答し
て、第２脚部内の流れを表わす信号を発生する。第２脚
部は清浄乾燥希簿用空気を導いて、サンプリング装置内
に放出することが好ましく、一方第１脚部はろ紙のよう
なサンプリング装置を通してサンプリングを導いて、測
定すべき微粒子を抽出する。
さらに本発明によつて、サンプリング装置に結合し、
サンプルを受け取つてその微粒子含有量を測定する微粒
子測定装置が得られる。微粒子測定装置に結合する流れ
制御装置は、微粒子測定装置によつてサンプルの受け取
りを制御する。ポンプが流れ制御装置に結合されてサン
プリング装置からのサンプルの流れを発生する。サンプ
リング装置、微粒子測定装置、流れ制御装置、及びポン
プが流体回路の少くも一部を構成する。流れ制御装置は
サンプリング装置とポンプとの間の流体回路内に配置さ
れる。
本発明は、本発明の目的及び利点をさらに詳しく理解
するには、以下の詳細な説明及び添付図面を参照された
い。
〔実施例〕
第１図に、排出源からの微粒子含有量を測定する装置
全体を参照符号10で示した。この装置は、内燃機関の排
気尾部気筒14に結合する尾部気筒結合装置12を具備す
る。尾部気筒14からの排気は排気吸入パイプ16を通つて
混合ダクト18に導かれる。混合ダクト18は、フイルタ22
を通して周囲空気を吸入する気筒20に連結する。フイル
タ22は、前置フイルタ24、木炭フイルタ26及び絶対フイ
ルタ28のような一連の積み重ねフイルタを使用して構成
できる。フイルタ22は全体で比較的汚染物の無い吸込み
空気を供給するものであって、吸込まれた空気は、排気
吸入パイプ16に結合する排気源からの排気と混合ダクト
18で混合される。
混合ダクト18は、全体を参照符号30で示した一次流体
回路に連結する。この一次流体回路30を通つて排気／希
簿空気混合物の主な流れが流れる。遠心送風機32は一次
流体回路に結合して、真空圧力を発生して、主な流れを
発生させる。送風機32は、吐出し口34を通して大気に通
じる。
流体回路30に連結して、微粒子を含む大部の流れをサ
ンプリングする装置があり、それをここではサンプリン
グダクト40と呼ぶ。サンプリングダクト40は一次流体回
路30からサンプルを抽出する気体サンプルプローブ（探
触子）として動作し、またそのサンプリングを二次流体
回路42に供給する。以下に詳細説明するが、二次流体回
路42もまた吐出し口44で大気に通じる。サンプリングダ
クト40には、また、温度及び静圧プローブ（示してな
い）を含む。
臨界流れベンチユリ46は一次回路30が流れる大部の流
れの一次計量を行う。前述したカウフマンの特許に詳細
説明されているように、臨界流れベンチユリ46は、流体
回路30を流れる大部分の流れを制御して安定化するため
に使用し、またそののど部の超音波の流れによつて下流
の真空とは無関係に流体回路30内の流れを制限する。超
音波すなわち臨界流れは、遠心送風機32によつて、ベン
チユリ出口に十分な真空を発生することによつて維持さ
れる。ベンチユリ46を通つて流れる気体の温度が既知で
あるときは、臨界流れベンチユリは既知流量を発生させ
るために使用できる。温度プローブ48は、臨界流れベン
チユリ46に入る直前の気体の温度を測定するために取付
けてある。ほかに、チラー52に結合した熱交換器50によ
つて臨界流れベンチユリに入る気体の温度の調整、すな
わち気体の温度を一定範囲内に維持することができる。
臨界流れベンチユリは、一定の温度における臨界流量を
測定することによつて、校正することができる。この測
定した流量から他の流量を校正し、外挿法により求め、
又は温度プローブ48における気体温度によつて索引表か
ら導くことができる。コンピユータ54のようなデイジタ
ル又はアナログのコンピユータを使用して、臨界流れベ
ンチユリ校正係数及び測定温度を基礎にして大部の流れ
の流量を決定することができる。臨界流れベンチユリ
は、こゝでは、連続してよく調整された大部の流れを得
るのに好適ではあるが、本発明は必ずしも臨界流れベン
チユリ装置に限定されるものではなく、他の型式の制御
される流れ装置を使用する装置にも同じく利用可能であ
る。
サンプリングダクト40によつて得られる微粒子を含む
サンプルは、二次流体回路42を経由して、二次トンネル
56の第１入口55に送られる。二次トンネル56の第２入口
57には希簿用空気が供給される。一度希簿にされたサン
プルが、サンプリングダクト40によつて抽出され、二次
トンネル56の中で、第２入口57から取り入れられる清
浄、乾燥空気によつて二回目の希簿を受ける。従つて、
第１図は二重希簿方式を示す。しかしながら、本発明は
単一希簿方式にも使用可能であつて、二次希簿用空気を
取り入れる二次トンネルを使用することは、本発明の範
囲に対する制限と考えてはならない。二次トンネル56に
は、また、流体回路42の一部であるフイルタ装置60に連
結する出口58が設けてある。フイルタ装置60はろ紙を使
用して構成でき、所定の試験期間中に微粒子を捕獲し、
後で秤量して微粒子含有量を決定する。別の方法とし
て、リアルタイム微粒子測定装置を使用して二次流体回
路を通過する微粒子含有量を、より即刻又は直接に表示
することができる。ほかに、気体成分は適当な導管を通
過させて、袋又は容器に収集して、後の研究室分析用と
する。
本発明によると、希簿用空気は、希簿用空気計量装置
62によつて、第２入口57から導入される。希簿用空気計
量装置62は、清浄乾燥空気源64からの清浄乾燥空気を取
り入れる。また、本発明によつて、サンプル計量装置66
をフイルタ装置60に連結させて、出口58から吐出口44ま
で希簿になつたサンプルの流れを発生させかつ計量を行
う。計量装置62及び66は、ともに電子微粒子制御装置68
との間で電気信号の供給及び電気信号の受信を行う。電
子微粒子制御装置68は、コンピユータ54を利用するとき
は、コンピユータ54からの電気信号も受信する。計量装
置62及び66のより詳細を第２図に示し、また電子微粒子
制御装置68のより詳細を第３図に示した。
第２図を参照して、希簿用空気計量装置62及びサンプ
ル計量装置66について説明する。
第２図には、二次流体回路42、二次トンネル56、フイ
ルタ装置60、電子微粒子制御装置68及び清浄乾燥空気源
64を示した。希簿用空気計量装置62は、参照符号62の破
線区画内に全体を示し、また、サンプル計量装置66は、
参照符号66の破線区画内に全体を示した。先ず希簿用空
気計量装置62は、二次流体回路42の入口脚部70をたどり
ながら説明する。入口脚部70は、その一端が清浄乾燥空
気源64に連結し、その他端が二次トンネル56の入口57に
連結する。入口脚部70は清浄乾燥空気源64から始まつ
て、継手72を経て第１電磁弁74に進む。
第１電磁弁74は本発明の装置を使用しないときに、入口
脚部70をしや断して清浄乾燥空気を保存するのに使用す
る。本発明の装置を使用するとき、第１電磁弁74は開放
になる。次に入力脚部回路に流れ制御弁76があつて、こ
の弁は入口脚部70を通過する清浄乾燥空気の流れを調整
又は計量するために制御される。流れ制御弁76は、その
入口側77とその出力側78との間に圧力差を発生させる。
一般に、出口側は入口側よりも低い圧力となるので、流
れは入口脚部70に矢印で示したように清浄乾燥空気源64
から二次トンネル56へと進む。流れ制御弁76は、電流圧
力変換器80によつて動作される。電流圧力変換器80は、
微粒子制御装置68から電気導体82を経由して電気信号を
受信し、また流体信号、すなわち、圧力信号を発生して
流れ制御弁を制御する。電流圧力変換器80は圧力調整器
84から制御空気を受け取る。圧力調整器84は、流れ制御
弁76の上流側すなわち入口側で入口脚部70に結合され
る。圧力調整器84は清浄乾燥空気を受け入れて、調整し
たのち、電流圧力変換器80に供給するが、それが電流圧
力変換器80で電気的に変調されて流れ制御弁76を制御す
る。圧力調整器84は、また、装置内の他の電流圧力変換
器に対する制御空気源でもあるがこれについては後で説
明する。
流れ制御弁の下流に、質量流量計装置86がある。この
質量流量計は、流体回路42の脚部70を通過する質量流量
を測定して、導体88に電気信号を発生して電子微粒子制
御装置68に加える。導体88に加わる電気信号は、脚部70
を通過する質量流量を表わすものであつて、電子微粒子
制御装置68に対する帰還信号として供給される。電子微
粒子制御装置68では、前記信号が処理されて、導体82を
経由して流れ制御弁76を制御するために供給される。後
で詳細説明するが、電子微粒子制御装置68は、流体／電
気複合装置の応答時間を非常に改善するための補償信号
を供給することができる。
流体回路は次に入口脚部70内の流れを可視表示する流
れ表示器90が経由して進む。その後入口脚部70は、継手
92を経由して、二次トンネル56の入口57に連結する。
実際的には、流れ制御弁76は、通常2.1kg/cm2（30ポ
ンド毎平方インチ）の圧力の、毎分0.11m3（４立方フイ
ート毎分）の流量で、−34.4℃（マイナス30゜Ｆ）の露
点をもつ清浄乾燥空気を受け入れる。流れ制御弁76は、
その出口側すなわち下流側78の圧力を約0.07から0.15kg
/cm2（1psiから2psi）まで降下させる。従つて、質量流
量計86は、大気圧よりもわずか高い圧力で流体回路に結
合される。これは質量流量計の確度を非常に向上させる
ことになる。市販の質量流量計は大気圧付近で最も確度
が高く、圧力が増加するに従つて、確度は低下するから
である。また、質量流量計に使用するので、流れの測定
は、圧力及び温度に比較的無関係となる。大気圧状態又
は大気圧に近い状態で動作させると、圧力と温度に対す
る感度は無視してもよい。
流体回路42は、二次トンネル56の出口58と吐出し口44
との間の全体を連結する出口脚部94を含む。出口脚部94
は、二次トンネル56から始まつて、前述したフイルタ装
置60を経て、クイック継手96を経て、電磁弁98に進む。
場合によつては、温度センサ100を出口58の近くに結合
して希簿にした排気サンプルの温度を測定する。温度19
0.5℃（375゜Ｆ）で入口55を通して微粒子サンプルを吸
入し、また清浄乾燥空気はサンプルとの比が３対１の割
合の清浄空気を吸入する装置では、出口の希簿になつた
サンプルの温度は通常51.7℃（125゜Ｆ）以下である。
流体回路はＴ型継手102から予防フイルタ104に進む。予
防フイルタ104は、装置のオペレータが万一フイルタ装
置60を取付けるるのを忘れたときでも、敏感な下流の装
置が破損されないように保護する。Ｔ型継手102は更に
常開ソレノイド弁である電磁弁106に結合され、電磁弁1
06は更にクイック継手108を介して、第１図に示した一
次流体回路30の気筒20のような室内空気源に結合され
る。電磁弁106は、校正試験の際に解放されて気筒20か
らの室内空気を出口脚部94に導入し、室内空気に含まれ
る汚染物含有量を測定する。即ち、一次流体回路30でサ
ンプルを希簿化するために使用される気筒20からの室内
空気に含まれる汚染物含量を測定する。従って、サンプ
ルの汚染物質を測定する際に、このようにして測定され
た室内空気中の汚染物質の考慮するによりサンプルの汚
染物質を正確に測定でき、微粒子測定の確度を向上でき
る。
流体回路42の出口脚部94には、予防フイルタ104の次
に、質量流量計110が設けてある。
質量流量計110は通常、質量流量計86と同じ型式のもの
である。質量流量計110は二次トンネル56に結合されて
いるのでおおむね大気圧に極めて近いか、又はわずかに
大気圧より低い圧力で動作する。従つて、質量流量計11
0は圧力及び温度の変化に比較的影響されないので、極
めて正確である。質量流量計110は、電気導体112を経由
して電子微粒子制御装置68に結合されており、電気信号
を電子微粒子制御装置68に送り、こゝで電気信号は処理
されて導体114に送出されて流れ制御弁116を制御する。
特に導体114は、電流圧力変換器118に結合され、電流圧
力変換器118が電子微粒子制御装置68からの電気信号を
流体信号に変換して、流れ制御弁116を制御する。出口
脚部94は最後にポンプ120に連結されるが、このポンプ1
20は真空圧力を生じて、出口脚部94を通過する流れを発
生させる。ポンプ120は流れを可視表示させる流量計122
に連結する。流量計122は、流体回路42の出口脚部94は
完成する吐出し口44に結合する。ポンプ120は質量流量
計110、流れ制御弁116及びフイルタ装置60の下流に取付
けてあることに留意されたい。そのため、ポンプ120か
ら洩れがあつても出口脚部94を通過する流量又は質量流
量計110による測定又はフイルタ装置60に影響を与えな
い。これにより比較的低価格の圧力により洩れを生じる
ポンプでも使用可能となるので、これは決定的な利点で
ある。ポンプ120は、流れ制御弁116が適正に調整された
流れを維持できるように、十分な真空圧力を供給するこ
とだけが必要である。ポンプ120は十分な真空圧力を供
給することが可能であれば、ポンプの確度は問題でな
い。1.05kg/cm2（15psi）真空が適当である。入口脚部7
0及び出口脚部94のいずれにおいても、質量流量計86及
び110は、それぞれの制御弁76及び116によつて、それぞ
れの流れ発生圧力源から分離されるようにそれぞれの流
体回路内に配置されていることにも留意ありたい。例え
ば入口脚部70にあつては、清浄乾燥空気源64は流れを発
生するために加圧されるので、質量流量計86は流れ制御
弁76の下流に配置してある。従つて、質量流量計86は流
れ制御弁76によつて加圧空気源64から分離されている。
同様に、出口脚部94にあつては、ポンプ120が真空圧力
原動力を与えるので、質量流量計110は流れ制御弁116に
よつてポンプ120から分離される。
次に第３図を参照して、電子微粒子制御装置68を詳細
説明する。制御装置68は第１差動増幅器124及び第２差
動増幅器126を備える。第１差動増幅器124は、電流圧力
変換器118を制御するための電気信号を発生し、一方第
２差動増幅器126は電流圧力変換器80を制御するための
電気信号を発生する。従つて差動増幅器124は出口脚部9
4における流れを調整するための帰還信号を発生し、ま
た差動増幅器126は入口脚部70における流れを調整する
ために同様な帰還信号を発生する。差動増幅器124には
第１入力128と第２入力130とがある。第１入力128は以
下に説明する基準信号源に結合され、また第２入力130
は質量流量計110に結合される。質量流量計110は測定し
た質量の流れを表わす電気信号を発生する。差動増幅器
124は第１入力128に加わる基準信号と第２入力130に加
わる測定した流れ信号とを比較して、実際に測定した流
量と基準流量すなわち設定点流量との偏差すなわち差異
を表わす誤差信号を発生する。この誤差信号は電流圧力
変換器118に加えられる。
同様に、差動増幅器126は一対の入力端子132及び134
を備える。端子132は後で述べる基準源からの基準信号
を受信するように結合され、また端子134は、測定した
質量流量を表さす信号を発生する質量計量計86に結合さ
れる。差動増幅器126は、入力端子132と134とに加わる
信号を比較して、二つの入力信号の偏差すわなち差異を
表わす誤差信号を発生する。この誤差信号は電流圧力変
換器80に加えられる、この電流圧力変換器80が流れ制御
弁76を制御する。
入力端子の128と132とに結合される基準信号は、電圧
分割ポテンシオメータの136及び138から導かれるアナロ
グ信号である。ポテンシオメータの136と138とは10回巻
きポテンシオメータが好ましい。ポテンシオメータ136
は基準信号を差動増幅器124に加え、またポテンシオメ
ータ138は基準信号を差動増幅器126に加える。ポテンシ
オメータの136と138とは共に、第１端子の140と141とを
それぞれ接地線に接続し、また、第２端子の142と143と
をそれぞれ、単極双投スイツチ144又はそれと同様な電
子スイツチに接続するのが好ましい。スイツチ144の第
１端子146は、アナログ基準電圧源148に接続される。基
準電圧源148は、電池又は直流電源を使用して構成でき
る。スイツチ144の第２端子150は適当な結合回路によつ
てコンピユータ54に接続される。コンピユータ54は一次
回路の温度に応答して、大部の流れの質量流量を表わす
信号を発生する。スイツチ144がＡ位置（第３図に示し
たような）にあるとき、両方の差動増幅器124及び126に
一定のアナログ基準電圧が加えられる。従つてこれら増
幅器の出力誤差信号によつて二次回路に一定流量を発生
する。スイツチ144をＢ位置に切替えるときは、差動増
幅器124及び126は、コンピユータ54から比例基準信号を
受信する。このようにして、これらの増幅器によつて発
生される誤差信号が二次回路に比例的な流れを発生させ
る。比例的な流れ動作の一つの利点は、装置が温度変化
を自動的に補償することを可能とするので、熱交換器の
必要をなくすことである。従つてスイツチ144は一定流
量構成から比例的流量構成に切替えるのに便利な装置で
ある。この極めて好ましい特徴があるために、既に熱交
換器を備えている現存装置で、これらの熱交換器をある
種の測定には使用を継続することを欲している装置に本
発明の装置を取付けることが可能である。
こゝに開示した本発明の好適実施例は前述した目的を
達成するために、よく計算されたものではあるが特許請
求の範囲に示したような、本発明の適正な範囲又は公正
な意義を逸脱することなく、本発明は修正、変形変化を
受けるものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を利用する排気サンプリング装置を示す
線図、第２図は本発明を示す流れ系統略図及び第３図は
本発明の電気制御装置の詳細を示す電気系統略図であ
る。 〔符号の説明〕 10……内燃機関の排気物含有量測定装置 12……尾部気筒結合装置 14……尾部気筒 16……排気吸入パイプ 18……混合ダクト 20……気筒 22……フイルタ 34,44……吐出し口 40……サンプリングダクト 46……臨界流れベンチユリ 48……温度プローブ 50……熱交換器 52……チラー 54……コンピユータ 55……二次トンネル第１入口 56……二次トンネル 57……二次トンネルの第２入口 58……二次トンネルの出口 60……フイルタ装置 62……希簿用空気計量装置 64……清浄乾燥空気源 66……サンプル計量装置 68……電子微粒子制御装置 70……入口脚部 72,92……継手 74,98……電磁弁 76,116……流れ制御弁 80,118……電流圧力変換器 84……圧力調整器 86,110……質量計量計 120……ポンプ 124,126……差動増幅器 136,138……電圧分割ポテンシオメータ 144……単極双投スイツチ 148……基準電圧源

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】放出物を含むサンプルを得るための、サン
    プリング手段（40）を備える装置に使用するための、内
    燃機関の排気物の微粒子含有量を測定する装置におい
    て、 前記サンプリング手段に接続され該サンプリング手段か
    らのサンプルを導く２次流体回路（42）と、 該２次流体回路の入り口（57）に接続され、流れを前記
    ２次流体回路に導く第２の脚部（70）と、 前記２次流体回路の出口（58）に接続され、該２次流体
    回路からの流れを導く第１の脚部（94）と、 それぞれ前記第１と第２の脚部内に設けられ、前記第１
    と第２の脚部内に流れを発生させる第１と第２の流れを
    発生する装置（64、120）と、 前記第１の脚部（94）内に配置され、流れを制御して圧
    力降下を発生させ、これにより比較的高い圧力側と比較
    的低い圧力側とを生じさせる第１の流れ制御装置（11
    6）と、 前記第２の脚部（70）内に配置され、流れを制御して圧
    力降下を発生させ、これにより比較的高い圧力側と比較
    的低い圧力側とを生じさせる第２の流れ制御装置（76）
    と、 前記第１の脚部（94）内において、前記第１の流れ制御
    装置（116）に対して前記第１の流れを発生する装置（1
    20）と反対側に設けられ、前記第１の脚部内の流れに応
    答して前記第１の流れ制御装置（116）を制御する第１
    の質量流量測定装置（110）と、 前記第２の脚部（70）内において、前記第２の流れ制御
    装置（76）に対して前記第２の流れを発生する装置（6
    4）と反対側に設けられ、前記第２の脚部内の流れに応
    答して前記第２の流れ制御装置（76）を制御する第２の
    質量流量測定装置（86）と、を備えることを特徴とする
    微粒子含有測定装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項の装置において、前
    記第１の脚部（94）は前記２次流体回路（42）から出る
    前記流れを導き、前記第１脚部に配置された前記第１の
    質量流量測定装置は前記サンプルの排気物含有量を測定
    することを特徴とする微粒子含有測定装置。
  3. 【請求項３】放出物をサンプルを得るための、サンプリ
    ング手段（40）を備える装置に使用するための、内燃機
    関の排気物の微粒子含有量を測定する装置において、 前記サンプリング手段に接続され該サンプリング手段か
    らのサンプルを導く２次流体回路（42）と、 該２次流体回路の入り口（57）に接続され、流れを前記
    第２次流体回路に導く第２の脚部（70）と、 前記２次流体回路の出口（58）に接続され、該２次流体
    回路からの流れを導く第１の脚部（94）と、 前記第１の脚部（94）内に設けられ、該第１の脚部内の
    サンプルの流れを制御する第１の流れ制御装置（116）
    と、 前記第１の脚部（94）内に設けられ、該第１の脚部内の
    サンプルの流れを表す第１の電気信号（112）を出力す
    る第１の質量流量測定装置（110）と、 前記第１の電気信号に応答して前記第１の流れ制御装置
    （116）を制御するための第１の流体信号を出力する第
    １の変換装置（118）と、 前記第２の脚部（70）内に設けられ、該第２の脚部内の
    サンプルの流れを制御する第２の流れ制御装置（76）
    と、 前記第２の脚部（70）内に設けられ、該第２の脚部内の
    サンプルの流れを表す第２の電気信号（88）を出力する
    第２の質量流量測定装置（86）と、 前記第２の電気信号に応答して前記第２の流れ制御装置
    （76）を制御するための第２の流体信号を出力する第２
    の変換装置（80）と、 を備えることを特徴とする微粒子含有量測定装置。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項の装置において、更
    に、前記第１の電気信号（112）に応答して前記第１の
    変換装置（118）へ電気制御信号（114）を供給する電気
    制御回路（68）を備え、前記電気制御回路（68）は基準
    信号を入力し、該基準信号と前記第１の電気信号（11
    2）に応答して前記電気制御信号（114）を発生する装置
    （124）を含むことを特徴とする微粒子含有測定装置。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項の装置において、前
    記電気制御回路（68）の前記電気制御信号（114）を発
    生する装置（124）は、前記基準信号と前記第１の電気
    信号（112）との偏差を求め、該偏差を示す前記制御信
    号（114）を発生することを特徴とする微粒子含有量測
    定装置。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第４項の装置において、前
    記電気制御回路（68）は、前記第１の電気信号（112）
    に対する前記第１の変換装置（118）の応答を変更する
    ための電気補償装置（54、144）を有することを特徴と
    する微粒子含有測定装置。
  7. 【請求項７】放出物をサンプルを得るための、サンプリ
    ング手段（40）を備える装置に使用するための、内燃機
    関の排気物の微粒子含有量を測定する装置において、 前記サンプリング手段に接続され該サンプリング手段か
    らのサンプルを導く２次流体回路（42）と、 該２次流体回路の入り口（57）に接続され、流れを前記
    第２次流体回路に導く第２の脚部（70）と、 前記２次流体回路の出口（58）に接続され、該２次流体
    回路からの流れを導く第１の脚部（94）と、 前記第１の脚部（94）内に配置され、流れを制御する第
    １の流れ制御装置（116）と、 前記第１の脚部（94）内に配置され、前記第１の脚部内
    の流れに応答して前記第１の流れ制御装置（116）を制
    御する質量流量測定装置（110）と、 前記第１の脚部（94）内に配置されて、前記第１の流れ
    制御装置（116）に結合され、前記２次流体回路からの
    前記サンプルの流れを発生させるポンプ装置（120）
    と、 前記第２の脚部（70）内に設けられ、希簿用流体を前記
    ２次流体回路の前記サンプルに加える空気源（64）と、 前記第２の脚部（70）内に設けられ、前記空気源から前
    記サンプルに加えられる前記希簿流体の流れを制御する
    第２の流れ制御装置（76）と、を備えることを特徴とす
    る微粒子含有測定装置。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第７項の装置において、前
    記２次流体回路（42）は直列流体回路であることを特徴
    とする微粒子含有量測定装置。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第７項の装置において、更
    に、前記ポンプ装置（120）を大気に結合するための通
    気装置（44）を備えることを特徴とする微粒子含有量測
    定装置。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第７項の装置において、
    更に、前記第１の脚部（94）内に設けられ、前記サンプ
    ルから前記微粒子を分離するためのフィルタ装置（60）
    を備えることを特徴とする微粒子含有量測定装置。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第７項の装置において、
    更に、前記質量流量測定装置（110）により検出された
    前記サンプルの前記流れに応答して前記第１の流れ制御
    装置（116）を制御する電気制御回路（68）を備えるこ
    とを特徴とする微粒子含有量測定装置。
  12. 【請求項１２】特許請求の範囲第７項の装置において、
    前記空気源（64）は前記希簿用流体として清浄乾燥空気
    を前記サンプルに加えることを特徴とする微粒子含有量
    測定装置。
JP60054098A 1984-03-19 1985-03-18 内燃機関の排気物の微粒子含有量測定装置 Expired - Lifetime JPH0810180B2 (ja)

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