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JP3968085B2 - Partial dilution type gas dilution system for measuring exhaust gas and partial dilution type gas dilution system for measuring particulate matter in exhaust gas - Google Patents
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JP3968085B2 - Partial dilution type gas dilution system for measuring exhaust gas and partial dilution type gas dilution system for measuring particulate matter in exhaust gas - Google Patents

Partial dilution type gas dilution system for measuring exhaust gas and partial dilution type gas dilution system for measuring particulate matter in exhaust gas Download PDF

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Description

この発明は、例えばエンジンなどからの排気ガスの一部を例えば空気などの希釈用ガスによって希釈するようにした部分希釈方式の排気ガス測定用ガス希釈システムおよび部分希釈方式の排気ガス中の微粒子状物質測定用ガス希釈システムに関する。   The present invention relates to a partial dilution type exhaust gas measurement gas dilution system in which a part of exhaust gas from an engine or the like is diluted with a dilution gas such as air, and particulates in the partial dilution type exhaust gas. The present invention relates to a gas dilution system for measuring substances.

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すすなどの微粒子状物質(Particulate Matter、PMと略称する)の測定に必要なガス希釈システムとして、近年、排気ガスを全量採取しこれを全量希釈する従来からのフルダイリューションシステムに代わって、流量制御および排ガスの部分採取を行うところの部分希釈方式の小規模な希釈システムが採用されてきている。この部分採取による部分希釈方式のガス希釈システムは、希釈後の排気ガスを一定流量に維持しながら、排気ガスを希釈するための希釈用ガス(例えば空気)の流量を制御することにより、これらの流量の差として得られる排気ガスの採取流量を制御するシステムである。   As a gas dilution system necessary for the measurement of particulate matter (abbreviated as PM) contained in gas discharged from automobile diesel engines, etc., in recent years, all exhaust gas has been collected and used as a whole. In place of the conventional full dilution system for dilution, a small dilution system of a partial dilution system that performs flow rate control and partial sampling of exhaust gas has been adopted. This partial dilution type gas dilution system by partial sampling controls the flow rate of the dilution gas (for example, air) for diluting the exhaust gas while maintaining the exhaust gas after dilution at a constant flow rate. This is a system for controlling the sampling flow rate of exhaust gas obtained as the difference in flow rate.

図5は、上記部分採取による部分希釈方式のガス希釈システムの一例を示すもので、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中を流れる排気ガス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気ガス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Aの供給路で、図6に示すような希釈用ガス流量制御装置6が設けられている。   FIG. 5 shows an example of a partial dilution type gas dilution system by partial sampling. In this figure, 1 is a diesel engine mounted on an automobile, for example, and 2 is an exhaust pipe connected thereto. A probe 3 is inserted and connected to the exhaust pipe 2 for sampling the exhaust gas G flowing through the exhaust pipe 2, and its downstream side is connected to a dilution tunnel 4 for diluting the exhaust gas G that has been sampled. Reference numeral 5 denotes a supply path for dilution air A connected to the upstream side of the dilution tunnel 4, and a dilution gas flow rate control device 6 as shown in FIG. 6 is provided.

すなわち、図6において、7は流路8に設けられる例えば回転数制御によって吸引能力を変えることができるルーツブロアポンプで、インバータ(周波数変換器)9によって制御される。10は測定精度の高い差圧流量計としてのベンチュリ流量計で、その近傍には流路8を流れる空気の圧力を検出する圧力センサ11、差圧センサ12および温度センサ13が設けられている。14は前記センサ10〜13の検出出力に基づいて流路8を流れる空気Aの流量(実流量)を演算する流量演算ユニットである。15は流量演算ユニットにおいて得られた空気の実流量と予め設定される流量とを比較し、所定の制御信号をインバータ9に出力する比較制御回路である。   That is, in FIG. 6, reference numeral 7 denotes a roots blower pump provided in the flow path 8 and capable of changing the suction capacity by, for example, rotational speed control, and is controlled by the inverter (frequency converter) 9. Reference numeral 10 denotes a venturi flow meter as a differential pressure flow meter with high measurement accuracy. A pressure sensor 11, a differential pressure sensor 12 and a temperature sensor 13 for detecting the pressure of air flowing through the flow path 8 are provided in the vicinity thereof. Reference numeral 14 denotes a flow rate calculation unit that calculates the flow rate (actual flow rate) of the air A flowing through the flow path 8 based on the detection outputs of the sensors 10 to 13. A comparison control circuit 15 compares the actual flow rate of air obtained in the flow rate calculation unit with a preset flow rate and outputs a predetermined control signal to the inverter 9.

16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16の下流側は二つの流路17,18に分岐し、それぞれの流路17,18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19,20および絞り量(圧損)を可変できるコントロールバルブ21,22を設けて、一方の流路17は定常時の排気ガスを流すためのサンプルガス流路に、また、他方の流路18は非定常時の排気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。   Reference numeral 16 denotes a gas flow path that is connected to the downstream side of the dilution tunnel 4 and through which the diluted sample gas S flows. The downstream side of the flow path 16 branches into two flow paths 17 and 18. 18 are provided with filters 19 and 20 for collecting PM contained in the sample gas, and control valves 21 and 22 that can change the throttle amount (pressure loss). The other gas flow path 18 is configured as a bypass gas flow path for flowing the exhaust gas at the time of non-steady state.

23は前記サンプルガス流路17、バイパス流路18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23aがサンプルガス流路17に、ポート23bがバイパス流路18にそれぞれ接続されるとともに、ポート23cは三方電磁弁23の下流側のガス流路24に接続されている。   Reference numeral 23 denotes a three-way solenoid valve as a flow path switching means provided on the downstream side of the sample gas flow path 17 and the bypass flow path 18. The port 23a is connected to the sample gas flow path 17 and the port 23b is connected to the bypass flow path 18. In addition to being connected, the port 23 c is connected to a gas flow path 24 on the downstream side of the three-way solenoid valve 23.

そして、前記ガス流路24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25と、測定精度の高い差圧流量計、例えばベンチュリ流量計26とがこの順に設けられている。そして、27はガス流路24を流れるガスの圧力を検出する圧力センサ、28は差圧センサ、29は温度センサである。   The gas flow path 24 is provided with a suction pump capable of changing the suction capacity by controlling the rotation speed, for example, a roots blower pump 25, and a differential pressure flow meter with high measurement accuracy, for example, a venturi flow meter 26, in this order. ing. Reference numeral 27 denotes a pressure sensor for detecting the pressure of the gas flowing through the gas flow path 24, reference numeral 28 denotes a differential pressure sensor, and reference numeral 29 denotes a temperature sensor.

また、30はルーツブロアポンプ25を制御するインバータ(周波数変換器)であり、31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31は、コントロールバルブ21,22やインバータ30に指令を出力したり、前記センサ27〜29からの検出出力が入力される。   Reference numeral 30 denotes an inverter (frequency converter) that controls the Roots blower pump 25, and reference numeral 31 denotes a flow rate control unit that controls the entire apparatus. The flow rate control unit 31 outputs commands to the control valves 21 and 22 and the inverter 30 and receives detection outputs from the sensors 27 to 29.

而して、上記ガスサンプルシステムにおいて、希釈用ガス流量制御装置6における比較制御回路15からインバータ9に指令値が出力され、この指令値に基づいて流路8に設けたルーツブロアポンプ7が制御されることにより、希釈トンネル4に対して所定流量の希釈用空気が供給される一方、流量制御ユニット31に設けたPIDコントローラ(図示していない)によって出力される指令値をインバータ30に出力し、この指令に基づいてインバータ30から出力される指令値に基づいてルーツブロアポンプ25が制御されることにより、ガス流路16、18、24を流れるサンプルガス流量Sが常に所定の流量になるように制御され、これによって、排気ガスの採取流量が制御される。   Thus, in the gas sample system, a command value is output to the inverter 9 from the comparison control circuit 15 in the dilution gas flow control device 6, and the roots blower pump 7 provided in the flow path 8 is controlled based on this command value. As a result, dilution air having a predetermined flow rate is supplied to the dilution tunnel 4, while a command value output by a PID controller (not shown) provided in the flow rate control unit 31 is output to the inverter 30. Based on the command value output from the inverter 30 based on this command, the Roots blower pump 25 is controlled so that the sample gas flow rate S flowing through the gas flow paths 16, 18, and 24 is always controlled to a predetermined flow rate. Thereby, the sampling flow rate of the exhaust gas is controlled.

しかしながら、上記構成の従来の希釈用ガス流量制御装置6においては、ポンプ7とベンチュリ流量計10とを互いに直列にして設けていたため、次のような不都合があった。すなわち、空気流量の計測手段としてのベンチュリ流量計10は、そのフルスケール近傍の流量域においては、約±0.1〜0.2%といった高い流量測定精度を有しているが、空気流量の制御手段としてのポンプ7は、その回転によって流量を変化させるものであり、ポンプ固有の慣性のために、流量制御応答速度は、0.5秒〜1秒程度が限界であった。   However, in the conventional dilution gas flow rate control device 6 having the above-described configuration, the pump 7 and the venturi flow meter 10 are provided in series with each other. In other words, the venturi flow meter 10 as the air flow rate measuring means has a high flow rate measurement accuracy of about ± 0.1 to 0.2% in the flow rate region near the full scale. The pump 7 as the control means changes the flow rate by its rotation, and the flow control response speed has a limit of about 0.5 seconds to 1 second due to the inertia inherent in the pump.

ところが、上記希釈用ガス流量制御装置6においては、仮りにポンプ7を、ピエゾバルブとその上流側の加圧空気源とに置き換え、ピエゾバルブの高速応答特性を用いることを狙ったとしても、比較的大流量を制御するため、ピエゾバルブが大型になるか、あるいは、ピエゾバルブの内部オリフィスが大径となるため、応答に遅れが生じてしまい、上記ベンチュリ流量計10とポンプとの組合せの場合のいずれの場合も制御遅れが生じてしまう。このため、エンジン排気ガスのトランジェント計測に必要な流量制御の高速応答性および高精度性に欠ける憾みがあった。   However, in the above-described dilution gas flow rate control device 6, even if the pump 7 is replaced with a piezo valve and a pressurized air source on the upstream side, and the high-speed response characteristic of the piezo valve is used, it is relatively large. In order to control the flow rate, the piezo valve becomes large, or the internal orifice of the piezo valve becomes large in diameter, resulting in a delay in response, and in any case of the combination of the venturi flow meter 10 and the pump. Control delay will occur. For this reason, there was a stagnation lacking in high-speed response and high accuracy of flow rate control necessary for transient measurement of engine exhaust gas.

また、上記希釈用ガス流量制御装置6においては、次のような問題点もあった。すなわち、エンジン1からの排気ガスGの採取流量を制御するには、希釈用空気Aの流量を制御する必要があるが、この場合、希釈用空気Aの流量ゼロから最大流量まで制御するのではなく、実際には、希釈用空気Aの最大流量の約70%〜100%の流量領域において流量制御すればよい。つまり、希釈用空気Aの最大流量からその70%程度までは常に一定となるようにしておき、最大流量の70%〜最大流量までの範囲の変動する部分を制御すればよいが、上記希釈用ガス流量制御装置6においては、希釈用空気Aの流量ゼロから最大流量まで制御していたため、高速応答性に欠けていた。   In addition, the dilution gas flow rate control device 6 has the following problems. That is, in order to control the sampling flow rate of the exhaust gas G from the engine 1, it is necessary to control the flow rate of the dilution air A. In this case, however, the flow rate of the dilution air A is controlled from zero to the maximum flow rate. In practice, the flow rate may be controlled in a flow rate region of about 70% to 100% of the maximum flow rate of the dilution air A. That is, the maximum flow rate of the dilution air A from the maximum flow rate to about 70% is always constant, and the variable portion in the range from 70% to the maximum flow rate may be controlled. In the gas flow rate control device 6, since the flow rate of the dilution air A was controlled from zero to the maximum flow rate, the high-speed response was lacking.

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、エンジンからの排気ガスの一部を空気など希釈用ガスによって希釈するようにしたいわゆる部分採取による部分希釈方式において用いる希釈用ガスを、比較的大流量でありながらも、高速応答かつ高精度に制御することができる希釈用ガス流量制御装置を提供することである。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and the purpose thereof is a dilution used in a partial dilution method by so-called partial sampling in which a part of exhaust gas from an engine is diluted with a dilution gas such as air. An object of the present invention is to provide a dilution gas flow rate control device capable of controlling a working gas at a high speed response and high accuracy while having a relatively large flow rate.

上記目的を達成するため、この発明の部分希釈方式の排気ガス測定用ガス希釈システムは、部分採取された排気ガスを希釈する希釈トンネルと、該希釈トンネルの上流側に接続される希釈用ガス供給路と、前記希釈トンネルの下流側に接続され、希釈されたサンプルガスが流れるガス流路とを備え、前記希釈用ガス供給路および前記ガス流路は、それぞれ差圧流量計を含むとともに、前記希釈用ガス供給路は、一定流量の希釈用ガスを流す第1の流路と、希釈用ガスの流量を制御するためのピエゾバルブを備えた第2の流路とを並列に設けるとともに、前記希釈用ガス供給路に含まれる差圧流量計が、前記第1の流路と第2の流路との合流点より下流側に設けられる第3の流路に設けられ、前記ピエゾバルブは、前記希釈用ガス供給路に含まれる差圧流量計によって検出された希釈用ガスの実流量に基づいて開度調整が行われるものである。   In order to achieve the above object, a gas dilution system for exhaust gas measurement of a partial dilution system according to the present invention comprises a dilution tunnel for diluting a partially collected exhaust gas, and a dilution gas supply connected to the upstream side of the dilution tunnel. A gas flow path connected to the downstream side of the dilution tunnel and through which the diluted sample gas flows, the dilution gas supply path and the gas flow path each including a differential pressure flow meter, and The dilution gas supply path is provided with a first flow path for flowing a constant flow of dilution gas and a second flow path provided with a piezo valve for controlling the flow of the dilution gas in parallel. A differential pressure flow meter included in the working gas supply path is provided in a third flow path provided downstream from a confluence of the first flow path and the second flow path, and the piezo valve Included in gas supply path In which opening adjustment is performed based on the actual flow rate of the diluent gas detected by that differential pressure flow meter.

また、別の観点からこの発明は、エンジンなどから排出される排気ガス中に含まれる微粒子状物質の測定用ガス希釈システムであって、部分採取された排気ガスを希釈する希釈トンネルと、該希釈トンネルの上流側に接続される希釈用ガス供給路と、前記希釈トンネルの下流側に接続され、希釈されたサンプルガスが流れるガス流路と、前記サンプルガス中に含まれる微粒子状物質を捕集するためフィルタを前記ガス流路に備え、更に、前記希釈用ガス供給路および前記ガス流路に設けられたフィルタの下流側に、それぞれ差圧流量計を含むとともに、前記希釈用ガス供給路は、一定流量の希釈用ガスを流す第1の流路と、希釈用ガスの流量を制御するためのピエゾバルブを備えた第2の流路とが並列に設けられるとともに、前記希釈用ガス供給路に含まれる差圧流量計が、前記第1の流路と第2の流路との合流点より下流側に設けられる第3の流路に設けられ、前記ピエゾバルブは、前記希釈用ガス供給路に含まれる差圧流量計によって検出された希釈用ガスの実流量に基づいて開度調整が行われるものであることを特徴とする部分希釈方式の排気ガス中の微粒子状物質測定用ガス希釈システムを提供する。   In another aspect, the present invention provides a gas dilution system for measuring particulate matter contained in exhaust gas discharged from an engine or the like, the dilution tunnel for diluting a partially collected exhaust gas, and the dilution tunnel A dilution gas supply path connected to the upstream side of the tunnel, a gas flow path connected to the downstream side of the dilution tunnel and through which the diluted sample gas flows, and particulate matter contained in the sample gas are collected A filter is provided in the gas flow path, and further includes a differential pressure flowmeter on the downstream side of the dilution gas supply path and the filter provided in the gas flow path, and the dilution gas supply path includes A first flow path for flowing a dilution gas at a constant flow rate and a second flow path having a piezo valve for controlling the flow rate of the dilution gas are provided in parallel, and the dilution gas A differential pressure flow meter included in the supply path is provided in a third flow path provided on the downstream side from a confluence of the first flow path and the second flow path, and the piezo valve is provided with the dilution gas Gas for measuring particulate matter in exhaust gas of partial dilution type, characterized in that the opening is adjusted based on the actual flow rate of the dilution gas detected by the differential pressure flow meter included in the supply path Provide a dilution system.

上記ピエゾバルブは、流量制御範囲がそれほど大きくない領域においては、0.2〜0.5秒程度の高速応答性があり、したがって、このような高速応答性を備えたピエゾバルブと高い流量測定精度を有する差圧流量計とを組合せるとともに、排気ガスの流量変動に関係なく一定流量の希釈用ガスを流す第1の流路と、前記排気ガスの流量変動に応じて流量を調整して流す第2の流路とを並列に設け、差圧流量計によって検出された前流量を基にしてピエゾバルブを制御し、可変する流量範囲のみを制御するようにしているので、希釈に用いるガスの流量が比較的大流量であるにもかかわらず、その流量計測を高精度に行うことができるとともに、流量制御を高速応答性をもって行うことができる。   The piezo valve has a high speed response of about 0.2 to 0.5 seconds in a region where the flow rate control range is not so large. Therefore, the piezo valve has a high flow rate measurement accuracy with a piezo valve having such a high speed response. A second flow path that is combined with a differential pressure flow meter, and that allows a dilution gas at a constant flow rate to flow regardless of fluctuations in the flow rate of the exhaust gas, and a second flow that adjusts the flow rate according to the flow rate fluctuation of the exhaust gas. The flow rate of the gas used for dilution is compared because the piezo valve is controlled based on the previous flow rate detected by the differential pressure flow meter, and only the variable flow rate range is controlled. The flow rate can be measured with high accuracy and the flow rate can be controlled with high-speed responsiveness even though the flow rate is large.

この発明の気体流量制御装置においては、高速応答性を備えたピエゾバルブと高い流量測定精度を有する差圧流量計とを組合せるとともに、排気ガスの流量変動に関係なく一定流量の希釈用ガスを流す第1の流路と、前記排気ガスの流量変動に応じて流量を調整して流す第2の流路とを並列に設け、差圧流量計によって検出された前流量を基にしてピエゾバルブを制御し、可変する流量範囲のみを制御するようにしているので、希釈に用いるガスの流量が比較的大流量であるにもかかわらず、その流量計測を高精度に行うことができるとともに、流量制御を高速応答性をもって行うことができる。したがって、この発明によれば、エンジン排気ガスのトランジェント計測に対応した流量制御及び部分採取を用いたガス希釈システムを実現することができる。   In the gas flow rate control device according to the present invention, a piezo valve having high-speed response and a differential pressure flow meter having high flow rate measurement accuracy are combined, and a constant flow of dilution gas is allowed to flow regardless of exhaust gas flow rate fluctuations. A first flow path and a second flow path that adjusts the flow according to the flow rate fluctuation of the exhaust gas are provided in parallel, and the piezo valve is controlled based on the previous flow detected by the differential pressure flow meter. In addition, since only the variable flow range is controlled, the flow rate of the gas used for dilution can be measured with high accuracy even though the flow rate of the gas used for dilution is relatively large. It can be performed with high-speed response. Therefore, according to the present invention, a gas dilution system using flow control and partial sampling corresponding to transient measurement of engine exhaust gas can be realized.

発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1〜図3はこの発明の一つの実施の形態を示すもので、図1において、図5および図6における符号と同じものは同一部材を示している。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 show an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same reference numerals as those in FIGS. 5 and 6 denote the same members.

図1は、この発明の希釈用ガス流量制御装置の要部の構成を概略的に示すもので、この図において、32は希釈用ガス流量制御装置で、排気管2を流れる排気ガスGの一部がプローブ3によって導入される希釈トンネル4の上流端に接続されている。この希釈用ガス流量制御装置32は、次のように構成されている。   FIG. 1 schematically shows a configuration of a main part of a dilution gas flow control device according to the present invention. In this figure, reference numeral 32 denotes a dilution gas flow control device, which is an exhaust gas G flowing through an exhaust pipe 2. The part is connected to the upstream end of the dilution tunnel 4 introduced by the probe 3. The dilution gas flow control device 32 is configured as follows.

すなわち、図1において、33,34は互いに並列的な流路(以下、第1の流路33、第2の流路34という)で、それらの下流側において合流し、その合流点35よりも下流側の流路36(以下、第3の流路という)は、その下流側が前記希釈トンネル4に連なっている。   That is, in FIG. 1, 33 and 34 are flow paths parallel to each other (hereinafter referred to as the first flow path 33 and the second flow path 34). A downstream flow path 36 (hereinafter referred to as a third flow path) is connected to the dilution tunnel 4 on the downstream side.

そして、前記第1の流路33は、排気ガスGの流量変動に関係なく、希釈に用いるガス(この実施の形態においては、空気)の最大流量の70%程度に設定した希釈用空気Aを流すもので、この第1の流路33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37とエアフィルタ38がこの順に設けられている。39はルーツブロアポンプ37を回転数制御するインバータである。このインバータ39には、後述する第1比較制御回路66からの制御信号が入力される。   The first flow path 33 uses the dilution air A set to about 70% of the maximum flow rate of the gas used for dilution (air in this embodiment) regardless of the flow rate variation of the exhaust gas G. The first flow path 33 is provided with a suction pump, for example, a roots blower pump 37 and an air filter 38, in this order, whose suction capacity can be changed by controlling the rotational speed. Reference numeral 39 denotes an inverter that controls the rotational speed of the Roots blower pump 37. The inverter 39 receives a control signal from a first comparison control circuit 66 described later.

また、前記第2の流路34は、排気ガスGの流量変動に応じて流量を調整して流すものであって、希釈用空気Aのゼロから最大流量の30%程度の範囲で流量を調整する。この第2の流路34には、吸引ポンプ40、エアフィルタ41、調圧器42および流量制御用のピエゾバルブ43がこの順に設けられ、ピエゾバルブ43の下流側とエアフィルタ38の下流側とが合流している。ピエゾバルブ43は、弁口を開閉する弁体をピエゾスタックの歪力により押圧駆動するもので、例えば図2に示すように構成されている。   Further, the second flow path 34 adjusts the flow rate according to the flow rate fluctuation of the exhaust gas G, and adjusts the flow rate in the range from zero of the dilution air A to about 30% of the maximum flow rate. To do. The second flow path 34 is provided with a suction pump 40, an air filter 41, a pressure regulator 42, and a flow rate control piezo valve 43 in this order, and the downstream side of the piezo valve 43 and the downstream side of the air filter 38 join together. ing. The piezo valve 43 is configured to press and drive the valve body that opens and closes the valve opening by the distortion force of the piezo stack, and is configured as shown in FIG. 2, for example.

すなわち、図2において、44は本体ブロック、45,46は本体ブロック44に形成された流体入口、流体出口である。47は流体入口45と流体出口46との間に形成される流体流路で、この流体流路47の途中には上面に弁口48を備えたオリフィスブロック49が設けられている。50は本体ブロック44の上面に、オリフィスブロック49の上面を覆うようにして設けられる中空の弁ブロックで、この弁ブロック50内には、弁口48の開度調節を行う弁体51がオリフィスブロック49の上面を覆うようにして設けられるダイヤフラム52によって上下動自在に保持されている。この弁体51は、通常時、オリフィスブロック49の上面(弁口48の上部周囲)との間に若干の隙間が形成されるようにしてある。   That is, in FIG. 2, 44 is a main body block, and 45 and 46 are fluid inlets and fluid outlets formed in the main body block 44. 47 is a fluid flow path formed between the fluid inlet 45 and the fluid outlet 46, and an orifice block 49 having a valve port 48 on the upper surface is provided in the middle of the fluid flow path 47. A hollow valve block 50 is provided on the upper surface of the main body block 44 so as to cover the upper surface of the orifice block 49. Inside the valve block 50, a valve body 51 for adjusting the opening degree of the valve port 48 is provided. 49 is held by a diaphragm 52 provided so as to cover the upper surface of 49. The valve body 51 is normally formed with a slight gap between the upper surface of the orifice block 49 (around the upper part of the valve port 48).

53は弁体41を下方に押圧駆動するピエゾスタックで、複数のピエゾ素子を積層して形成してあり、弁ブロック50に螺着された筒状のバルブケース54内に収容されている。このピエゾスタック53は、その上端部55がバルブケース54の上端に螺着されるナット部材56に固定され、下端の出力端57が弁体51の上端に当接するように構成されている。58はピエゾスタック53に給電するためのリード線である。   A piezo stack 53 that presses and drives the valve body 41 downward is formed by laminating a plurality of piezo elements, and is housed in a cylindrical valve case 54 that is screwed to the valve block 50. The piezo stack 53 is configured such that an upper end portion 55 thereof is fixed to a nut member 56 screwed to the upper end of the valve case 54, and a lower end output end 57 is brought into contact with the upper end of the valve body 51. Reference numeral 58 denotes a lead wire for supplying power to the piezo stack 53.

上記構成のピエゾバルブ43は、後述する第2比較制御回路67によって制御されるバルブ駆動回路59(図1参照)によって適宜の直流電圧を印加することにより、各ピエゾ素子が歪み、この歪みによって出力端57が弁体51を下方に押圧駆動し、弁体51と弁口48との間の距離、つまり、弁口48の開度調節を行うもので、流量調整の応答性は数10μsec〜数msecときわめて高速である。なお、このようなピエゾバルブ43は、例えば実用新案登録第2516824号公報に詳しく記載されている。   The piezoelectric valve 43 configured as described above is distorted by applying an appropriate DC voltage by a valve driving circuit 59 (see FIG. 1) controlled by a second comparison control circuit 67 to be described later. 57 presses and drives the valve body 51 downward to adjust the distance between the valve body 51 and the valve port 48, that is, the opening degree of the valve port 48, and the flow rate adjustment response is several tens of μsec to several msec. And very fast. Such a piezo valve 43 is described in detail in, for example, Utility Model Registration No. 2516824.

再び、図1に戻って、前記第3の流路36は、前記第1の流路33および第2の流路34を流れる希釈用空気Aの総量を測定するものであって、測定精度の高い差圧流量計としてのベンチュリ流量計60が設けられ、その下流側は希釈トンネル4の上流側に接続されている。そして、このベンチュリ流量計60の近傍には、第3の流路36を流れる空気の圧力を検出する圧力センサ61、差圧センサ62および温度センサ63が設けられている。   Referring back to FIG. 1, the third flow path 36 measures the total amount of dilution air A flowing through the first flow path 33 and the second flow path 34, and has a measurement accuracy. A venturi flow meter 60 as a high differential pressure flow meter is provided, and its downstream side is connected to the upstream side of the dilution tunnel 4. In the vicinity of the venturi flow meter 60, a pressure sensor 61, a differential pressure sensor 62, and a temperature sensor 63 for detecting the pressure of the air flowing through the third flow path 36 are provided.

64は前記センサ61〜63の検出出力に基づいて第3の流路36を流れる希釈用空気Aの流量(実流量)を演算する流量演算ユニットである。65はこの流量演算ユニット64において求められた実流量qを、二つの信号量q1 ,q2 (q1 :q2 =70:30)に分割して、それぞれを第1,第2比較制御回路66,67に出力する信号配分器で、各比較制御回路66,67においては、信号配分器65によって与えられる信号量q1 ,q2 を、それぞれ入力される流量設定値r1 ,r2 と比較して、その比較に基づく所定の制御信号をインバータ39、バルブ駆動回路67にそれぞれ送出する。 Reference numeral 64 denotes a flow rate calculation unit that calculates the flow rate (actual flow rate) of the dilution air A flowing through the third flow path 36 based on the detection outputs of the sensors 61 to 63. 65 divides the actual flow rate q obtained in the flow rate calculation unit 64 into two signal amounts q 1 and q 2 (q 1 : q 2 = 70: 30), and the first and second comparison controls respectively. The signal distributors output to the circuits 66 and 67. In each of the comparison control circuits 66 and 67, the signal amounts q 1 and q 2 given by the signal distributor 65 are respectively inputted to the flow rate setting values r 1 and r 2. And a predetermined control signal based on the comparison is sent to the inverter 39 and the valve drive circuit 67, respectively.

上記構成の希釈用ガス流量制御装置においては、第3の流路36に設けられたベンチュリ流量計60の近傍に設けられたセンサ61〜63の出力が流量演算ユニット64に入力され、この流量演算ユニット64において希釈トンネル4に対して供給される希釈用空気Aの総流量が求められる。そして、この流量演算ユニット64において求められた希釈用空気Aの総流量(実流量)は、信号配分器65によって、q1 :q2 =7:3となるように配分され、第1、第2の比較制御回路66,67に供給される。 In the dilution gas flow control device having the above configuration, the outputs of the sensors 61 to 63 provided in the vicinity of the venturi flow meter 60 provided in the third flow path 36 are input to the flow rate calculation unit 64, and this flow rate calculation is performed. The total flow rate of the dilution air A supplied to the dilution tunnel 4 in the unit 64 is obtained. Then, the total flow rate (actual flow rate) of the dilution air A obtained by the flow rate calculation unit 64 is distributed by the signal distributor 65 so that q 1 : q 2 = 7: 3. 2 is supplied to two comparison control circuits 66 and 67.

そして、第1の流路33においては、比較制御回路66において前記信号量q1 と設定流量r1 とが比較され、この比較に基づいてインバータ39に所定の制御信号が送られる。そして、このインバータ39からは所定の制御信号が出力され、これによってルーツブロアポンプ37が周波数制御され、第1の流路33を流れる希釈用空気Aの流量は、常に希釈用空気Aの総流量の70%となるように維持される。 In the first flow path 33, the signal amount q 1 is compared with the set flow rate r 1 in the comparison control circuit 66, and a predetermined control signal is sent to the inverter 39 based on this comparison. A predetermined control signal is output from the inverter 39, whereby the Roots blower pump 37 is frequency controlled, and the flow rate of the dilution air A flowing through the first flow path 33 is always the total flow rate of the dilution air A. 70% is maintained.

一方、第2の流路34においては、比較制御回路67において前記信号量q2 と設定流量r2 とが比較され、この比較に基づいてバルブ駆動回路59に所定の制御信号が送られる。そして、このバルブ駆動回路59からは所定の制御信号が出力され、これによってピエゾバルブ43における弁口48の開度が調整され、流量制御が行われる。つまり、第3の流路36において検出された希釈用空気Aの変動分に応じてたフィードバック制御が行われ、第2の流路34を流れる希釈用空気Aの流量が制御される。 On the other hand, in the second flow path 34, is compared with the signal quantity q 2 in the comparison control circuit 67 and the set flow rate r 2 are predetermined control signal is sent to the valve drive circuit 59 based on the comparison. Then, a predetermined control signal is output from the valve drive circuit 59, whereby the opening degree of the valve port 48 in the piezo valve 43 is adjusted, and the flow rate control is performed. That is, feedback control is performed according to the amount of fluctuation of the dilution air A detected in the third flow path 36, and the flow rate of the dilution air A flowing through the second flow path 34 is controlled.

図3は、上記の3つの流路33,34および36における流量の時間的変化を示すもので、図中の符号a,b,cは、それぞれ流路33,34および36を流れる希釈用空気Aの流量(図1参照)に対応している。この図3に示すように、第1の流路33における希釈用空気Aの流量は、常に一定(変動がない)であり、第2、第3の流路34,36における希釈用空気Aの流量は、高速に変化している。そして、大流量領域の全ての範囲で、第3の流路36における希釈用空気Aの流量cの変化が無いため、第2の流路34における希釈用空気Aの流量bの変動範囲は少なくて済み、したがって、ポンプ40としてはその能力がちいさいものでよく、コストダウンとなる。   FIG. 3 shows temporal changes in the flow rates in the three flow paths 33, 34, and 36. Reference numerals a, b, and c in the figure indicate dilution air flowing in the flow paths 33, 34, and 36, respectively. This corresponds to the flow rate of A (see FIG. 1). As shown in FIG. 3, the flow rate of the dilution air A in the first flow path 33 is always constant (no fluctuation), and the dilution air A in the second and third flow paths 34 and 36 is constant. The flow rate is changing at high speed. Since there is no change in the flow rate c of the dilution air A in the third flow path 36 in the entire range of the large flow rate region, the fluctuation range of the flow rate b of the dilution air A in the second flow path 34 is small. Therefore, the capacity of the pump 40 may be small, and the cost is reduced.

上述のように、この発明の希釈用ガス流量制御装置においては、部分採取による部分希釈方式に必要な希釈用空気Aとして比較的大流量であるにもかかわらず、その流量計測を高速に行うないながら、可変する流量範囲のみを高速応答で流量制御することができるので、比較的大流量の希釈用空気A全量をその最大流量からその70%の範囲において高速応答かつ高精度に制御することができる。   As described above, in the dilution gas flow rate control device of the present invention, the flow rate is not measured at high speed even though the dilution air A required for the partial dilution method by partial sampling is relatively large. However, since only the variable flow rate range can be controlled with high-speed response, the entire amount of dilution air A having a relatively large flow rate can be controlled with high-speed response and high accuracy within the range of 70% from the maximum flow rate. it can.

この発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、種々に変形して実施することができる。第1の流路33を、図4(A),(B)に示すように構成してもよい。すなわち、同図(A)に示すように、ルーツブロアポンプ37およびフィルタ38の下流側に、調圧器68および臨界流量オリフィス(Critical Flow Orifice)69を設けるようにしてもよい。また、同図(B)に示すように、ルーツブロアポンプ37およびフィルタ38の下流側に、調圧器68およびキャピラリなどの流量抵抗70を設けるようにしてもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications. You may comprise the 1st flow path 33 as shown to FIG. 4 (A) and (B). That is, as shown in FIG. 5A, a pressure regulator 68 and a critical flow orifice 69 may be provided on the downstream side of the Roots blower pump 37 and the filter 38. Further, as shown in FIG. 5B, a flow resistance 70 such as a pressure regulator 68 and a capillary may be provided downstream of the Roots blower pump 37 and the filter 38.

そして、第2の流路34に設けられるルーツブロアポンプ40に代えて、コンプレッサを設けてもよい。また、第3の流路36に設けられるベンチュリ流量計60に代えて、ラミナー流量計を用いてもよい。   In place of the roots blower pump 40 provided in the second flow path 34, a compressor may be provided. Further, a laminar flow meter may be used in place of the venturi flow meter 60 provided in the third flow path 36.

さらに、希釈用空気に代えて、窒素ガスなど適宜の不活性ガスを用いてもよい。   Furthermore, instead of dilution air, an appropriate inert gas such as nitrogen gas may be used.

この発明の希釈用ガス流量制御装置の要部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the principal part of the gas flow control apparatus for dilution of this invention. 前記希釈用ガス流量制御装置において用いるピエゾバルブの構成を概略的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows roughly the structure of the piezo valve used in the said gas flow control apparatus for dilution. 前記希釈用ガス流量制御装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the said gas flow control apparatus for dilution. 前記希釈用ガス流量制御装置における第1の流路の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of the 1st flow path in the said gas flow control apparatus for dilution. 部分採取による部分希釈方式のガス希釈システムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the gas dilution system of the partial dilution system by partial extraction. 従来の希釈用ガス流量制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional gas flow control apparatus for dilution.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
2 希釈トンネル
5 希釈用ガス供給路
16,24 ガス流路
26,60 差圧流量計
33 第1の流路
34 第2の流路
35 合流点
36 第3の流路
43 ピエゾバルブ
A 希釈用ガス
G 排気ガス
S サンプルガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Dilution tunnel 5 Dilution gas supply path 16, 24 Gas flow path 26, 60 Differential pressure flow meter 33 1st flow path 34 2nd flow path 35 Junction point 36 3rd flow path 43 Piezo valve A For dilution Gas G Exhaust gas S Sample gas

Claims (2)

部分採取された排気ガスを希釈する希釈トンネルと、該希釈トンネルの上流側に接続される希釈用ガス供給路と、前記希釈トンネルの下流側に接続され、希釈されたサンプルガスが流れるガス流路とを備え、前記希釈用ガス供給路および前記ガス流路は、それぞれ差圧流量計を含むとともに、前記希釈用ガス供給路は、一定流量の希釈用ガスを流す第1の流路と、希釈用ガスの流量を制御するためのピエゾバルブを備えた第2の流路とを並列に設けるとともに、前記希釈用ガス供給路に含まれる差圧流量計が、前記第1の流路と第2の流路との合流点より下流側に設けられる第3の流路に設けられ、前記ピエゾバルブは、前記希釈用ガス供給路に含まれる差圧流量計によって検出された希釈用ガスの実流量に基づいて開度調整が行われるものであることを特徴とする部分希釈方式の排気ガス測定用ガス希釈システム。   A dilution tunnel for diluting the partially collected exhaust gas, a dilution gas supply path connected to the upstream side of the dilution tunnel, and a gas flow path connected to the downstream side of the dilution tunnel and through which the diluted sample gas flows Each of the dilution gas supply path and the gas flow path includes a differential pressure flow meter, and the dilution gas supply path includes a first flow path for flowing a constant flow of dilution gas, and dilution. A second flow path having a piezo valve for controlling the flow rate of the working gas is provided in parallel, and a differential pressure flow meter included in the dilution gas supply path includes the first flow path and the second flow path. The piezo valve is provided in a third flow path provided downstream from the junction with the flow path, and the piezo valve is based on the actual flow rate of the dilution gas detected by the differential pressure flow meter included in the dilution gas supply path. To adjust the opening Exhaust gas measurement gas dilution system of partial dilution type which is characterized in that. エンジンなどから排出される排気ガス中に含まれる微粒子状物質の測定用ガス希釈システムであって、部分採取された排気ガスを希釈する希釈トンネルと、該希釈トンネルの上流側に接続される希釈用ガス供給路と、前記希釈トンネルの下流側に接続され、希釈されたサンプルガスが流れるガス流路と、前記サンプルガス中に含まれる微粒子状物質を捕集するためフィルタを前記ガス流路に備え、更に、前記希釈用ガス供給路および前記ガス流路に設けられたフィルタの下流側に、それぞれ差圧流量計を含むとともに、前記希釈用ガス供給路は、一定流量の希釈用ガスを流す第1の流路と、希釈用ガスの流量を制御するためのピエゾバルブを備えた第2の流路とが並列に設けられるとともに、前記希釈用ガス供給路に含まれる差圧流量計が、前記第1の流路と第2の流路との合流点より下流側に設けられる第3の流路に設けられ、前記ピエゾバルブは、前記希釈用ガス供給路に含まれる差圧流量計によって検出された希釈用ガスの実流量に基づいて開度調整が行われるものであることを特徴とする部分希釈方式の排気ガス中の微粒子状物質測定用ガス希釈システム。   A gas dilution system for measuring particulate matter contained in exhaust gas discharged from an engine or the like, comprising a dilution tunnel for diluting a partially collected exhaust gas and a dilution connected to the upstream side of the dilution tunnel A gas supply path, a gas flow path connected to the downstream side of the dilution tunnel, through which the diluted sample gas flows, and a filter for collecting particulate matter contained in the sample gas are provided in the gas flow path. Further, a differential pressure flow meter is included on the downstream side of the filter provided in the dilution gas supply path and the gas flow path, respectively, and the dilution gas supply path is configured to flow a dilution gas at a constant flow rate. 1 flow path and a second flow path provided with a piezo valve for controlling the flow rate of the dilution gas are provided in parallel, and a differential pressure flow meter included in the dilution gas supply path includes: The piezo valve is detected by a differential pressure flow meter included in the dilution gas supply path, provided in a third flow path provided downstream from the confluence of the first flow path and the second flow path. A gas dilution system for measuring particulate matter in exhaust gas of partial dilution type, characterized in that the opening degree is adjusted based on the actual flow rate of the diluted gas.
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