(57)【要約】      （修正有）【課題】取付配管内を流れる排ガスの流速分布の乱れを解消して、正確に排ガス流量を測定する。【解決手段】車両に搭載されて、車両の排気管ＥＨから排出される排ガスの流量を測定する排ガス流量測定ユニット２であって、排気管ＥＨに接続されるとともに、排ガスが流れる流路Ｒを形成する取付配管３と、流路Ｒに設けられて、流路Ｒを流れる排ガスの流量を測定する流量計と、流路Ｒにおいて流量計の上流側に設けられた整流機構５とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されて、車両の排気管から排出される排ガスの流量を測定する排ガス流量測定ユニットであって、
前記排気管に接続されるとともに、前記排ガスが流れる流路を形成する取付配管と、
前記流路に設けられて、前記流路を流れる前記排ガスの流量を測定する流量計と、
前記流路において前記流量計の上流側に設けられた整流機構とを備える排ガス流量測定ユニット。
【請求項２】
前記取付配管が、直管部を有しており、
前記流量計及び前記整流機構が、前記直管部に設けられている、請求項１記載の排ガス流量測定ユニット。
【請求項３】
前記取付配管は、前記直管部の上流側に曲管部又は合流部を有する、請求項２記載の排ガス流量測定ユニット
【請求項４】
前記車両の実路走行試験に用いられる、請求項１乃至３の何れか一項に記載の排ガス流量測定ユニット。
【請求項５】
前記流量計が、ピトー管式流量計である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の排ガス流量測定ユニット。
【請求項６】
前記車両が、複数の排気管を有するものであり、
前記取付配管が、前記複数の排気管に接続される複数の枝管と、当該複数の枝管が合流する合流管とを有しており、
前記流量計及び前記整流機構が、前記合流管に設けられている、請求項１乃至５の何れか一項に記載の排ガス流量測定ユニット。
【請求項７】
前記流路に設けられ、前記排ガスをサンプリングする排ガスサンプリング部をさらに備える、請求項１乃至６の何れか一項に記載の排ガス流量測定ユニット。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の排ガス流量測定ユニットと、
前記排ガスに含まれる所定成分の濃度を測定する排ガス分析計とを備え、
前記取付配管には、前記排ガスをサンプリングして前記排ガス分析計に導く排ガスサンプリング部が設けられている、排ガス分析装置。
【請求項９】
車両搭載型のものである請求項８記載の排ガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されて、車両の排気管（テールパイプ）から排出される排ガスの流量を測定する排ガス流量測定ユニット、及びこの排ガス流量測定ユニットを用いた排ガス分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動車排ガス試験としては、シャシダイナモ上で車両を模擬走行させて行う台上試験が行われている。この台上試験では、模擬走行時に車両の排気管から排出される排ガスをＣＶＳ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｌｕｍｅ  Ｓａｍｐｌｅｒ）を用いて希釈し、その希釈排ガスをバッグに採取し、その採取された希釈排ガスに含まれる各成分濃度を分析することによって、排ガスに含まれる各成分の排出質量を算出している。
【０００３】
近年では、上記の台上試験の他に、ＲＤＥ（Ｒｅａｌ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）試験が行われつつある。ＲＤＥ試験では、特許文献１に示すように、車両に車載型分析計を搭載して実際に路上走行し、その際に排気管から排出される排ガスをサンプリングして、当該排ガスに含まれる各成分濃度を分析している。また、排気管には、排ガス流量を測定するための例えばピトー管式流量計が設置されており、当該流量計により得られた排ガス流量と、前記車載型分析計により得られた各成分濃度とから、各成分の排出質量を算出している。このとき、流量計は、排気管に装着されるとともに排気管から排出される排ガスの流路を形成する取付配管に設けられている。
【０００４】
また、このＲＤＥ試験における各成分の排出質量の測定結果の信頼性を高めるために、車載型分析計を用いた排出質量とＣＶＳ及びバッグを用いた排出質量との相関試験が行われている。この相関試験は、車載型分析計を搭載した車両をシャシダイナモ上で模擬走行させて、その際に得られた車載型分析計を用いた排出質量とＣＶＳ及びバッグを用いた排出質量とを比較する。そして、車載型分析計を用いた排出質量がＣＶＳ及びバッグを用いた排出質量に対して所定の誤差範囲内（例えば±１０％以内）であるか否かを判断し、所定の誤差範囲内であれば、その車載型分析計を搭載した車両に対してＲＤＥ試験を行うようにしている。
【０００５】
しかしながら、車載型分析計及び流量計それぞれが正常であるにも関わらず、車両に搭載して相関試験を行った場合に、車載型分析計を用いた排出質量がＣＶＳ及びバッグを用いた排出質量に対して所定の誤差範囲外となってしまう場合がある。これは、図５に示すように、取付配管の流路を流れる排ガスの流速分布が流路の中心から片寄るなどの乱れによって、流量計により得られる排ガス流量に測定誤差が生じていることが主な原因であると考えられる。図５は、複数の排気管それぞれに接続された複数の枝管とこれら複数の枝管が合流する合流管とを有する取付配管において、合流管の流路における排ガスの流速分布（流速のベクトル分布）を示すシミュレーション結果である。なお、流速分布の片寄りなどの乱れは、流速によっても異なる。この測定誤差の結果、各成分の排出質量にも測定誤差が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４４５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、車両の排気管に接続される取付配管の流路を流れる排ガスの流速分布の乱れを低減することによって、排ガスの流量の測定精度を向上させることをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係る排ガス流量測定ユニットは、車両に搭載されて、車両の排気管から排出される排ガスの流量を測定する排ガス流量測定ユニットであって、前記排気管に接続されるとともに、前記排ガスが流れる流路を形成する取付配管と、前記流路に設けられて、前記流路を流れる前記排ガスの流量を測定する流量計と、前記流路において前記流量計の上流側に設けられた整流機構とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このような排ガス流量測定ユニットであれば、取付配管の流路において流量計の上流側に整流機構が設けられているので、流量計に流入する排ガスの流速分布が片寄る等の流速分布の乱れを低減して、流量計の測定誤差を低減することができる。したがって、車両の排気管から排出される排ガス流量を精度良く測定することができる。
【００１０】
流量計がピトー管式流量計の場合には、本発明の効果を一層顕著にすることができる。ピトー管式流量計は、排ガスの全圧と静圧との差圧ΔＰを検出するものであり、全圧を検出するための全圧孔と静圧を検出するための静圧孔とを備えるピトー管を有している。全圧孔及び静圧孔の位置は、流路内で固定されているため、排ガスの流速分布が乱れた場合には、その影響を受け易く、差圧ΔＰが変化してしまい、正確に差圧を検出することができない。
ここで、本発明のように、ピトー管式流量計の上流側に整流機構を設けて排ガスの流路分布の乱れを解消することによって、排ガスの流速分布の影響を受け易いピトー管式流量計であっても、排ガス流量を精度良く測定することができる。
【００１１】
前記取付配管が、直管部を有しており、前記流量計及び前記整流機構が、前記直管部に設けられていることが望ましい。
この構成であれば、整流機構により整流された排ガスがその状態を維持したまま流量計に流入することになり、排ガス流量の測定精度を一層向上させることができる。
また、前記取付配管が、前記直管部の上流側に曲管部又は合流部を有する場合に、整流機構を設けた効果を顕著にすることができる。
【００１２】
前記車両が、複数の排気管を有するものの場合には、前記取付配管が、前記複数の排気管に接続される複数の枝管と、当該複数の枝管が合流する合流管とを有しており、前記流量計及び前記整流機構が、前記合流管に設けられていることが望ましい。
この構成であれば、複数の排気管から排出される排ガスの合計流量を一挙に測定することができる。また、合流管には複数の枝管からの排ガスが流入するため、合流管の流路において排ガスの流速分布の乱れや排ガスの旋回流が生じやすいが、合流管における流量計の上流側に整流機構を設けているので、流量計により得られる排ガス流量の測定精度を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の排ガス流量測定ユニットを車載型排ガス分析システムに好適に用いるためには、前記流路に設けられ、前記排ガスをサンプリングする排ガスサンプリング部をさらに備えることが望ましい。
【００１４】
さらに、本発明に係る排ガス分析装置は、上述した排ガス流量測定ユニットと、前記排ガスに含まれる所定成分の濃度を測定する排ガス分析計とを備え、前記取付配管には、前記排ガスをサンプリングして前記排ガス分析計に導く排ガスサンプリング部が設けられていることが望ましい。
この排ガス分析装置であれば、排ガス流量測定ユニットにおける排ガス流量の測定精度を向上させることができるので、排ガス分析装置により得られる各排ガス成分の排出質量を高精度に得ることができ、ＲＤＥ試験の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
このように構成した本発明によれば、取付配管の流路において流量計の上流側に整流機構が設けられているので、流量計に流入する排ガスの流速分布の乱れを解消して、流量計の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る排ガス分析装置の構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態の排ガス流量測定ユニットの構成を示す模式図である。
【図３】流量計及び整流機構の位置関係を示す模式図である。
【図４】整流機構の一例を示す正面図及び側面図である。
【図５】整流機構がない場合の取付配管内の排ガスの流速分布のシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る排ガス流量測定ユニットを用いた排ガス分析装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
＜装置構成＞
本実施形態の排ガス分析装置１００は、例えば車両Ｖに搭載されて、当該車両Ｖが路上を走行する際に車両Ｖの内燃機関Ｅから排出される排ガスを路上走行中にリアルタイムに分析する車両搭載型のものである。この排ガス分析装置１００は、採取した排ガスを希釈せずに、そのまま濃度測定する直接サンプリング方式のものである。なお、排ガス分析装置１００は、シャシダイナモ上で模擬走行される車両の内燃機関Ｅから排出される排ガスを模擬走行中にリアルタイムに分析することもできる。
【００１９】
具体的にこの排ガス分析装置１００は、図１に示すように、内燃機関Ｅに接続された排気管ＥＨの開口部ＥＨ１に取り付けられて、当該排気管ＥＨから排出される排ガスの流量を測定する排ガス流量測定ユニット２と、排気管ＥＨから排出される排ガスに含まれる測定対象成分の濃度を測定するためのガス分析計７とを備えている。
【００２０】
排ガス流量測定ユニット２は、図２に示すように、排気管ＥＨに接続されるとともに、排ガスが流れる流路Ｒを形成する取付配管３と、流路Ｒに設けられて、流路Ｒを流れる前記排ガスの流量を測定する流量計４と、流路Ｒにおいて流量計４の上流側に設けられた整流機構５とを備えている。
【００２１】
取付配管３は、排気管ＥＨから排出される排ガスの全量を流量計４に導くものであり、排気管ＥＨの開口部ＥＨ１の外側周面を覆うように取り付けられる。
【００２２】
具体的に取付配管３は、車両Ｖに設けられた複数の排気管ＥＨ（本実施形態では４気筒）に接続される複数の枝管３１と、当該複数の枝管３１が合流する合流管３２とを有している。合流管３２は、複数の枝管３１を流れた排ガスの全てが合流するものであり、直管形状をなす直管部３２ｘを有している。そして、複数の枝管３１の上流開口部が排気管ＥＨの開口部ＥＨ１に装着されるとともに、合流管３２の下流開口部は開放されており、合流管３２の下流側開口部から排ガスが外部に排出される。
【００２３】
流量計４は、複数の排気管ＥＨから排出される排ガス全体の流量を測定するものであり、本実施形態では差圧式（ピトー管式）のものを用いている。また、流量計４は、取付配管３の合流管３２における直管部３２ｘに設けられている。なお、取付配管３には、流量計４の他に、排ガスの温度を検出する排ガス温度計（不図示）と、排ガス圧力を測定する絶対圧計（不図示）とが設けられている。取付配管３に流量計４を設けることには、本実施形態のように流量計４のセンサ部などの一部を設けることの他に、流量計４の流量演算部を含む全体を設けることも含む。
【００２４】
具体的に流量計４は、排ガスの全圧と静圧との差圧ΔＰを検出して、排ガスの流量を算出するものであり、全圧を検出するための全圧孔と静圧を検出するための静圧孔とを備えるピトー管４１と、当該ピトー管４１を介して排ガスの全圧と静圧との差圧ΔＰを検出する差圧伝送器等の差圧センサ４２と、差圧センサ４２により得られた差圧ΔＰを用いて排ガスの流量を算出する流量演算部４３とを備えている。なお、ピトー管４１は、その全圧孔及び静圧孔が流路Ｒの中心に対して対称位置又はその近傍の位置となるように設けられている。
【００２５】
整流機構５は、流量計４の設置個所に流入する排ガスを整流して、排ガスの流速分布の乱れ及び／又は旋回流を解消して、排ガスの流速分布が流路Ｒの中心に対して対称となるようにするものである。なお、整流機構５は、排ガスの脈動を解消することもできる。この整流機構５は、流量計４と同様に合流管３２の直管部３２ｘに設けられている。具体的に整流機構５は、図４に示すように、合流管３２の流路径（内径）をＤとしたときに、流量計４からの距離が４Ｄ以上となるように、流量計４の上流側に設けられている。このように配置することで、整流機構５による整流効果を十分に発揮させることができる。なお、同様の理由から、流量計４と整流機構５との距離を１５０ｍｍ以上とすることも考えられる。
【００２６】
整流機構５の具体例としては、合流管３２の流路Ｒをその流路方向に沿った複数の分割流路に分割するものである。例えば、整流機構５は、図４に示すように、流路Ｒを周方向に沿って複数に分割する複数の羽根５１１を有する本体５１と、当該本体５１の両端面にそれぞれ設けられた端面板５２とを備えている。なお、各羽根５１１は、概略矩形状をなすものであり、複数の貫通孔５１１ｈが形成されている。また、端面板５２は、概略円形状をなすものであり、その周縁部に周方向に沿って規則的に凹凸形状が形成されている。その他、整流機構５として、複数のキャピラリーを有するものであっても良い。
【００２７】
また、流量計４の下流側においても、上記と同様の整流機構６を設けても良い。このように流量計４の下流側に整流機構６を設けることにより圧損が大きくなるが、流量計４の上流側が負圧になり排ガスが逆流する場合においても、その排ガスを整流することができる。
【００２８】
また、ガス分析計７は、排ガスに含まれる測定対象成分（例えばＣＯ、ＣＯ２、ＮＯＸ、ＴＨＣ、ＣＨ４、等）の濃度を連続測定したり、ＰＮ（粒子数）、ＰＭ（粒子状物質）を測定するものである。なお、ガス分析計７は、ＣＯ、ＣＯ２の濃度を測定するものの場合には、非分散型赤外吸収法（ＮＤＩＲ法）を用いたＮＤＩＲ検出器を用いることができ、ＮＯＸの濃度を測定するものの場合には、化学発光分析法（ＣＬＤ）を用いたＣＬＤ検出器を用いることができ、ＴＨＣ、ＣＨ４の濃度を測定するものの場合には、水素炎イオン化分析法（ＦＩＤ）を用いたＦＩＤ検出器を用いることができる。ガス分析計７は、これらの何れかの検出器を有するものであっても良いし、上記のうち複数種の検出器を有するものであっても良い。また、ガス分析計７がＰＮ（粒子数）を測定するものの場合には、ＣＰＣ（粒子数カウンタ）であり、ＰＭ（粒子状物質）を測定するものの場合には、捕集フィルタを用いたものである。その他、ガス分析計７は、測定対象成分に応じて種々の分析法を用いた検出器とすることができる。
【００２９】
そして、このガス分析計７には、サンプリングした排ガスを導入するための導入配管８が接続されている。導入配管８の一端部はガス分析計７に接続されており、導入配管８の他端部には、排ガスをサンプリングする排ガスサンプリング部９が設けられている。排ガスサンプリング部９は、上述した取付配管３に設けられている。この排ガスサンプリング部９は、取付配管３を流れる排ガスの一部を採取するサンプリング管により構成されている。なお、排ガスサンプリング部９は、取付配管３において、ピトー管４１よりも下流側に設けられており、ピトー管４１による差圧検出に圧力変動などの影響を与えないようにしている。
【００３０】
このガス分析計７により得られた各成分の濃度信号は、上位の演算装置１０に送られて、前記流量計４の流量演算部４３から出力される流量信号とともに、各成分の排出質量の演算に用いられる。
【００３１】
＜本実施形態の効果＞
このように構成された本実施形態に排ガス分析装置１００によれば、取付配管３の流路Ｒにおいて流量計４の上流側に整流機構５が設けられているので、流量計４に流入する排ガスの流速分布が片寄る等の流速分布の乱れを低減して、流量計４の測定誤差を低減することができる。特にＲＤＥ試験においては、取付配管３の直管部の長さを十分に確保することが難しいので、整流機構５を設けることが有効である。したがって、車両Ｖの排気管ＥＨから排出される排ガス流量を精度良く測定することができる。これにより、排ガス分析装置１００により得られる各排ガス成分の排出質量を高精度に得ることができ、ＲＤＥ試験の信頼性を向上させることができる。
【００３２】
また、ＲＤＥ試験の前に行われるＣＶＳを用いたバッグ計測との相関試験において、車載型分析計（排ガス分析装置１００）を用いた排出質量を高精度に得ることができるので、ＣＶＳ及びバッグを用いた排出質量に対して所定の誤差範囲内（例えば±１０％以内）であるか否かを的確に判断することができる。
【００３３】
さらに、取付配管３の合流管３２に流量計４が設けられているので、複数の排気管ＥＨから排出される排ガスの合計流量を１つの流量計４により一挙に測定することができる。また、合流管３２には複数の枝管３１からの排ガスが流入するため、合流管３２の流路において排ガスの流速分布の乱れや排ガスの旋回流が生じやすいが、合流管３２における流量計４の上流側に整流機構５を設けているので、流量計４により得られる排ガス流量の測定精度を向上させることができる。
【００３４】
＜その他の実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３５】
例えば、前記実施形態の取付配管は、複数の排気管に接続されるものであったが、単一の排気管に接続されるものであっても良い。
【００３６】
また、流量計には、ピトー管式流量計の他に、フローノズル（flow nozzle）等の差圧流量計、超音波流量計、渦流量計等のその他の測定原理の流量計を用いても良い。
【００３７】
さらに、取付配管に複数の流量計を設けても良い。この場合、複数の流量計によって得られた排ガス流量の合計や平均を取るなどによって、排気管から排出される排ガスの流量を算出する。
【００３８】
その上、前記実施形態の排ガス流量測定ユニットは、ＲＤＥ試験の他、ラボ等の車両等の開発試験に用いることもできる。
【００３９】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１００・・・排ガス分析装置
Ｖ    ・・・車両
ＥＨ  ・・・排気管
２    ・・・排ガス流量測定ユニット
３    ・・・取付配管
３１  ・・・複数の枝管
３２  ・・・合流管
３２ｘ・・・直管部
４    ・・・流量計
５    ・・・整流機構（上流側）
６    ・・・整流機構（下流側）
７    ・・・排ガス分析計
８    ・・・導入配管
９  ・・・排ガスサンプリング部
【図１】
2018115997.tif 000003
【図２】
2018115997.tif 000004
【図３】
2018115997.tif 000005
【図４】
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【図５】
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