(57)【要約】      （修正有）【課題】広範囲な流量において高精度に流量測定を行うことのできる差圧式排ガス流量計を提供する。【解決手段】流路を流れる流体の差圧を検出し、その差圧から流体の流量を算出する差圧式流量計であって、測定レンジが互いに異なる少なくとも２つの差圧検出部２２、２３を有し、第１の差圧検出部を用いて得られた流体の流量が所定値以上の場合には、第２の差圧検出部で得られた流体の流量を測定値として出力する流量演算部を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を流れる流体の差圧を検出し、その差圧から前記流体の流量を算出する差圧式流量計であって、
測定レンジが互いに異なる少なくとも２つの差圧検出部を有する差圧式流量計。
【請求項２】
前記少なくとも２つの差圧検出部は、第１の差圧検出部と第２の差圧検出部とを備え、
前記第１の差圧検出部は、前記第２の差圧検出部よりも低差圧側の測定レンジを有する、請求項１に記載の差圧式流量計。
【請求項３】
前記第１の差圧検出部及び前記第２の差圧検出部は、前記流体の全圧と静圧との差圧を検出するものであって、前記全圧を検出するための全圧孔と前記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、
前記第１の差圧検出部の前記全圧孔及び前記静圧孔は、前記第２の差圧検出部の前記全圧孔及び前記静圧孔よりも大きい、請求項２に記載の差圧式流量計。
【請求項４】
前記第１の差圧検出部又は前記第２の差圧検出部を用いて得られた前記流体の流量が所定値未満の場合に、前記第１の差圧検出部により得られた前記流体の流量を測定値として出力し、前記第１の差圧検出部又は前記第２の差圧検出部を用いて得られた前記流体の流量が所定値以上の場合に、前記第２の差圧検出部により得られた前記流体の流量を測定値として出力する流量演算部を有する、請求項２又は３に記載の差圧式流量計。
【請求項５】
前記第１の差圧検出部が流路上流側に設けられ、前記第２の差圧検出部が流路下流側に設けられている、請求項２、３又は４に記載の差圧式流量計。
【請求項６】
排気管の開口部に取り付けられて、当該排気管から出る排ガスが流れる流路を形成する取付配管を備え、
前記取付配管に前記少なくとも２つの差圧検出部が設けられている、請求項１、２、３、４又は５に記載の差圧式流量計。
【請求項７】
請求項６に記載の差圧式流量計と、
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８】
車両搭載型のものである請求項７記載の排ガス分析装置。
【請求項９】
流路を流れる流体の差圧を検出し、その差圧から前記流体の流量を算出するものであって、測定レンジが互いに異なる第１の差圧検出部及び第２の差圧検出部を有し、前記第１の差圧検出部は、前記第２の差圧検出部よりも低流量側の測定レンジを有する差圧式流量計を用いた流量測定方法であって、
前記第１の差圧検出部又は前記第２の差圧検出部を用いて得られた前記流体の流量が所定値未満の場合に、前記第１の差圧検出部により得られた前記流体の流量を測定値として出力し、前記第１の差圧検出部又は前記第２の差圧検出部を用いて得られた前記流体の流量が所定値以上の場合に、前記第２の差圧検出部により得られた前記流体の流量を測定値として出力することを特徴とする流量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差圧式流量計、この差圧式流量計を用いた排ガス分析装置、及び前記差圧式流量計を用いた流量測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両試験には、路上走行時に車両のテールパイプから排出される排ガスを計測する路上走行試験がある。
【０００３】
この路上走行試験では、特許文献１に示すように、車両に各種の排ガス分析計を搭載し、テールパイプ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を分析している。また、テールパイプには、排ガスの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、前記排ガス分析計により得られた各成分の濃度とから、各成分の排出質量を算出している。
【０００４】
ここで、ピトー管式流量計は、テールパイプに装着される取付配管（アタッチメント）に一体的に設けられており、取付配管の配管径が大きいものに対しては、流量の測定レンジが大きいものが設けられている。そして、このピトー管流量計は、テールパイプ径や実排ガス流量に合わせて取り付けられる。
【０００５】
しかしながら、取付配管には１つのピトー管式流量計しか設けられていないため、例えば路上走行試験中にピトー管式流量計を変更することができない。
【０００６】
また、例えばアイドリング時などの低排気時の排ガス流量と、例えば急加速時や高速運転時などの高排気時の排ガス流量との差が大きい車両の場合には、１つのピトー管式流量計では、どっちつかずになってしまい、低排気時の排ガス流量又は高排気時の排ガス流量の少なくとも一方において流量レンジが合致しない場合がある。
【０００７】
さらに、近年の車両は見栄えを良くする等から、テールパイプ径が実際の排ガス流量よりも大きいものが存在している。このような場合にテールパイプ径に合わせて取付配管を取り付けると、排ガス流量に対して過度に広い測定レンジを有するピトー管式流量計を使用することになってしまう。
【０００８】
これらのことから、排ガス流量の測定精度が悪くなってしまい、その結果、排ガスに含まれる各成分の排出質量の測定結果の測定誤差も大きくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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】
【００１０】
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、広範囲の流量において高精度に流量測定を行う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】
【００１１】
すなわち本発明に係る差圧式流量計は、流路を流れる流体の差圧を検出し、その差圧から前記流体の流量を算出する差圧式流量計であって、測定レンジが互いに異なる少なくとも２つの差圧検出部を有することを特徴とする。なお、測定レンジが互いに異なることには、両者の測定レンジが重複しないように異なることだけでなく、両者の測定レンジが一部重複することも含む。
【００１２】
このようなものであれば、測定レンジが互いに異なる少なくとも２つの差圧検出部を有するので、広範囲の流量レンジにおいて高精度に流量測定を行うことができる。
【００１３】
前記少なくとも２つの差圧検出部は、第１の差圧検出部と第２の差圧検出部とを備え、前記第１の差圧検出部は、前記第２の差圧検出部よりも低流量側の測定レンジを有することが望ましい。
この構成であれば、低流量側の測定を第１の差圧検出部を用いて行い、高流量側の測定を第２の差圧検出部を用いて行うことにより、広範囲にわたって高精度に流量測定を行うことができる。
【００１４】
第１差圧検出部及び第２差圧検出部の具体的な構成としては、前記流体の全圧と静圧との差圧を検出するものであって、前記全圧を検出するための全圧孔と前記静圧を検出するための静圧孔とを備えるピトー管を有する構成とすることが考えられる。この構成において、第１の差圧検出部の測定レンジを低流量側にするためには、前記第１の差圧検出部の前記全圧孔及び前記静圧孔は、前記第２の差圧検出部の前記全圧孔及び前記静圧孔よりも大きいことが望ましい。
【００１５】
第１の差圧検出部が低流量側の測定レンジにおいて高精度の流量測定を行うことができ、第２の差圧検出部において高流量側の測定レンジにおいて高精度の流量測定を行うことができることから、前記第１の差圧検出部又は前記第２の差圧検出部を用いて得られた前記流体の流量が所定値未満の場合に、前記第１の差圧検出部により得られた前記流体の流量を測定値として出力し、前記第１の差圧検出部又は前記第２の差圧検出部を用いて得られた前記流体の流量が所定値以上の場合に、前記第２の差圧検出部により得られた前記流体の流量を測定値として出力する流量演算部を有することが望ましい。
【００１６】
低流量側の測定レンジにおいては、上流側に障害物を置くことにより圧力変動の影響を受けやすい。このため、前記第１の差圧検出部が流路上流側に設けられ、前記第２の差圧検出部が流路下流側に設けられていることが望ましい。
この構成であれば、低流量側の測定レンジを有する第１の差圧検出部の上流側に別の差圧検出部が配置される構成ではないので、別の差圧検出部により生じる圧力変動の影響を受けることなく、例えばアイドリング時等の低流量時の流量を精度よく測定することができる。
【００１７】
前記差圧式流量計は、排気管の開口部に取り付けられて、当該排気管から出る排ガスが流れる流路を形成する取付配管を備えており、前記取付配管に前記少なくとも２つの差圧検出部が設けられていることが望ましい。
この構成であれば、単一の取付配管を排気管に取り付けるだけで、２つ以上の差圧検出部を用いた流量測定を行うことができる。
【００１８】
本発明の差圧式流量計を排ガス分析装置に組み込むこともできる。この場合、排ガス分析装置は、上述した差圧式流量計と、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、差圧式流量計の取付配管には、前記排ガスをサンプリングして前記排ガス分析部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。
【００１９】
また、本発明に係る流量測定方法は、流路を流れる流体の差圧を検出し、その差圧から前記流体の流量を算出するものであって、測定レンジが互いに異なる第１の差圧検出部及び第２の差圧検出部を有し、前記第１の差圧検出部は、前記第２の差圧検出部よりも低流量側の測定レンジを有する差圧式流量計を用いた流量測定方法であって、前記第１の差圧検出部又は前記第２の差圧検出部を用いて得られた前記流体の流量が所定値未満の場合に、前記第１の差圧検出部により得られた前記流体の流量を測定値として出力し、前記第１の差圧検出部又は前記第２の差圧検出部を用いて得られた前記流体の流量が所定値以上の場合に、前記第２の差圧検出部により得られた前記流体の流量を測定値として出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
このように構成した本発明によれば、測定レンジが互いに異なる少なくとも２つの差圧検出部を有するので、広範囲の流量レンジにおいて高精度に流量測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】同実施形態のテールパイプアタッチメント部分を主として示す拡大断面図である。
【図３】同実施形態の差圧式流量計の位置関係を示す流路方向上流側から見た配置図である。
【図４】同実施形態の流量測定方法を示すフローチャートである。
【図５】変形実施形態の差圧式流量計の位置関係を示す流路方向上流側から見た配置図である。
【図６】変形実施形態の差圧式流量計の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明に係る差圧式流量計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。
【００２３】
＜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、シャシダイナモ上で模擬走行される車両の内燃機関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ものであっても良い。
【００２４】
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差圧式流量計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３とを備えている。
【００２５】
差圧式流量計２は、流路を流れる排ガスの差圧を検出し、その差圧から排ガスの流量を算出するものであって、排気管ＥＨの開口部ＥＨ１に外付けされる取付配管２１と、当該取付配管２１を流れる排ガスの差圧を検出するための第１の差圧検出部２２及び第２の差圧検出部２３とを備えている。
【００２６】
取付配管２１は、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直管形状をなすものである。本実施形態では、断面円形状をなす円管である。そして、取付配管２１の一端開口部が排気管ＥＨの開口部ＥＨ１に装着されるとともに、他端開口部は開放されており、当該他端開口部から排ガスが外部に排出される。
【００２７】
また、取付配管２１には、第１の差圧検出部２２及び第２の差圧検出部２３の他に、排ガスの温度Ｔｅｘｈ（ｔ）を検出する排ガス温度計４と、排ガス圧力Ｐｅｘｈ（ｔ）を測定する絶対圧計５とが設けられている。
【００２８】
第１の差圧検出部２２及び第２の差圧検出部２３は、排ガスの全圧と静圧との差圧ΔＰを検出するものであって、全圧を検出するための全圧孔２ｈ１と静圧を検出するための静圧孔２ｈ２とを備えるピトー管２Ｐと、当該ピトー管２Ｐ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２Ｓとを有している。
【００２９】
ピトー管２Ｐは、全圧孔ｈ１が形成されて、全圧を差圧センサ２Ｓに導入する全圧導管部２Ｐ１と、静圧孔２ｈ２が形成されて、静圧を差圧センサ２Ｓに導入する静圧導管部２Ｐ２とを有している。この例では、全圧孔２ｈ１は、流路上流側を向いて開口しており、静圧孔２ｈ２は、全圧孔２ｈ１とは反対側の流路下流側を向いて開口している。なお、本実施形態では、第１の差圧検出部２２と第２の差圧検出部２３とで１つの差圧センサ２Ｓを共有する構成であるが、それぞれ別個の差圧センサ２Ｓを有する構成であっても良い。
【００３０】
然して、本実施形態の第１の差圧検出部２２及び第２の差圧検出部２３は、流量測定レンジが互いに異なるものであり、具体的には、図２に示すように、第１の差圧検出部２２は、第２の差圧検出部２３よりも低流量側の測定レンジを有するものである。より詳細には、第１の差圧検出部２２の全圧孔２ｈ１及び静圧孔２ｈ２は、第２の差圧検出部２３の全圧孔２ｈ１及び静圧孔２ｈ２よりも大きい。このように、第１の差圧検出部２２の全圧孔２ｈ１及び静圧孔２ｈ２を大きくすることによって、第１の差圧検出部２２において低圧側での圧力を受けやすくして、低差圧を精度よく検出できるように構成している。なお、第１の差圧検出部２２の流量測定レンジは、例えば０〜３ｍ３／ｍｉｎであり、第２の差圧検出部２３の流量測定レンジは、例えば０〜１０ｍ３／ｍｉｎであり、本実施形態では、一方の流量測定レンジが他方の測定レンジに含まれる場合を示している。
【００３１】
また、本実施形態では、第１の差圧検出部２２が流路上流側に設けられ、第２の差圧検出部２３が流路下流側に設けられている（図２参照）。具体的には第１の差圧検出部２２のピトー管２Ｐの取付配管２１への差し込み位置は、第２の差圧検出部２３のピトー管２Ｐの取付配管２１への差し込み位置よりも上流側となるようにされている。このとき、第１の差圧検出部２２の全圧孔２ｈ１及び静圧孔２ｈ２と、第２の差圧検出部２３の全圧孔２ｈ１及び静圧孔２ｈ２とは、流路方向から見て互いに重ならないように配置することが望ましく、例えば、図３に示すように、第１の差圧検出部２２のピトー管２Ｐと第２の差圧検出部２３のピトー管２Ｐとが直交するように配置することによって、それらの全圧孔２ｈ１及び静圧孔２ｈ２が互いに重ならないようにすることが考えられる。
【００３２】
そして、この第１の差圧検出部２２及び第２の差圧検出部２３により得られた差圧ΔＰを用いて、差圧式流量計２の流量演算部２４は、排ガスの流量を算出する。
【００３３】
具体的に流量演算部２４は、第１の差圧検出部２２又は第２の差圧検出部２３の少なくとも一方から得らえた差圧センサ２Ｓからの差圧ΔＰと、排ガス温度計４からの排ガス温度Ｔｅｘｈ（ｔ）［Ｋ］と、絶対圧計５からの排ガス圧力Ｐｅｘｈ（ｔ）［ｋＰａ］とから、以下の式により、標準状態における排ガスの体積流量Ｑｅｘｈ（ｔ）［ｍ３／ｍｉｎ］を算出する。
【００３４】
【数１】
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ここで、ｋ：比例係数
Ｐ０：標準圧力（１０１．３［ｋＰａ］）
Ｔ０：標準温度（２９３．１５［Ｋ］）
ρｅｘｈ：標準状態における排ガス密度［ｇ／ｍ３］
なお、比例係数Ｋ、標準圧力Ｐ０、標準温度Ｔ０、排ガス密度ρｅｘｈは、予め入力されている。
【００３５】
ここで、流量演算部２４は、図４に示すように、例えば以下の手順により排ガスの流量を出力する。
流量演算部２４は、第１の差圧検出部２２又は第２の差圧検出部２３を用いて得られた排ガスの流量Ｑｅｘｈ（ｔ）が所定値未満か否かを判断して（ステップＳ１）、所定値未満の場合には、第１の差圧検出部２２により得られた排ガスの流量Ｑｅｘｈ（ｔ）を測定値として出力する（ステップＳ２）。一方、流量演算部２４は、上記ステップＳ１での判断の結果、所定値以上の場合には、第２の差圧検出部２３により得られた排ガスの流量Ｑｅｘｈ（ｔ）を測定値として出力する（ステップＳ３）。流量演算部２４は、このシーケンスを流量測定終了時まで定期的又は連続的に行う（ステップＳ４）。
なお、排ガスの流量Ｑｅｘｈ（ｔ）と流量測定レンジとの比較によって用いる差圧検出部２２を切り替えるようにしても良い。つまり、例えば、排ガスの流量Ｑｅｘｈ（ｔ）と第１の差圧検出部２２の流量測定レンジとを比較して、当該流量Ｑｅｘｈ（ｔ）が流量測定レンジの上限値又は上限値近傍の設定値以上であれば、第２の差圧検出部２３に切り替えるようにしても良い。また、排ガスの流量Ｑｅｘｈ（ｔ）と第２の差圧検出部２３の流量測定レンジとを比較して、当該流量Ｑｅｘｈ（ｔ）が流量測定レンジの下限値又は下限値近傍の第２の設定値以下であれば、第１の差圧検出部２２に切り替えるようにしても良い。前記上限値近傍の設定値及び前記下限値近傍の設定値は、ユーザが任意に設定できる値である。
【００３６】
また、ガス分析計３は、排ガスに含まれる測定対象成分（例えばＣＯ、ＣＯ２、ＮＯＸ、ＴＨＣ等）の濃度を連続測定するものである。なお、ガス分析計３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３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。その他、ガス分析計３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。
【００３７】
そして、このガス分析計３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６が接続されている。導入配管６の一端部はガス分析計３に接続されており、導入配管６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７が設けられている。排ガスサンプリング部７は、上述した差圧式流量計の取付配管２１に設けられている。この排ガスサンプリング部７は、取付配管２１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７は、取付配管２１において、第１、第２の差圧検出部２２、２３よりも下流側に設けられており、第１、第２の差圧検出部２２、２３の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。
【００３８】
このガス分析計３により得られた各成分の濃度信号は、上位の演算装置８に送られて、前記差圧式流量計２の流量演算部２４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。
【００３９】
＜本実施形態の効果＞
このように構成された本実施形態に係る排ガス分析装置１００によれば、流量測定レンジが互いに異なる２つの差圧検出部２２、２３を有するので、広範囲の流量レンジにおいて高精度に流量測定を行うことができる。特に低流量側の測定を第１の差圧検出部２２を用いて行い、高流量側の測定を第２の差圧検出部２３を用いて行うことで、広範囲にわたって高精度に流量測定を行うことができる。
また、低流量側の測定レンジを有する第１の差圧検出部２２の上流側に別の差圧検出部２３が配置される構成ではないので、別の差圧検出部２３により生じる圧力変動の影響を受けることなく、例えばアイドリング時等の低流量時の流量を精度よく測定することができる。
さらに、単一の取付配管２１に２つの差圧検出部２２、２３が設けられているので、当該取付配管２１を排気管ＥＨに取り付けるだけで、２つ以上の差圧検出部２２、２３を用いた流量測定を行うことができる。ここで、取付配管２１に排ガスサンプリング部７が設けられているので、排ガスサンプリング部７の取り付けも容易にすることができる。
【００４０】
＜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。
【００４１】
例えば、前記実施形態では、２つの差圧検出部２２、２３が、流路方向から見て交差するように配置されているが、図５に示すように、流路方向から見て両者が交わらないように例えば並列に配置しても良い。この場合、第１の差圧検出部２２及び第２の差圧検出部２３の流路方向に沿った位置は特に限定されず、２つの差圧検出部２２、２３が横並びであっても良いし、第１の差圧検出部が第２の差圧検出部２３よりも下流側に位置しても良い。
【００４２】
また、前記実施形態では、２つの差圧検出部２２、２３を有する構成について説明したが、３つ以上の差圧検出部を有するものであっても良い。
【００４３】
さらに、前記実施形態では、２つの差圧検出部２２、２３が異なるピトー管を有する構成であったが、図６に示すように、１つのピトー管２Ｐに、第１の差圧検出部２２の全圧導管部２Ｐ１及び静圧導管部２Ｐ２並びに第２の差圧検出部２３の全圧導管部２Ｐ１及び静圧導管部２Ｐ２を設けても良い。これにより、取付配管２１の内部構成を簡単にすることができ、圧力変動を抑えて、測定精度を向上させることができる。
【００４４】
その上、前記実施形態では、差圧式流量計を排ガス分析装置に適用した場合を説明したが、その他の分析装置に適用しても良いし、差圧式流量計単体で使用するものであっても良い。
【００４５】
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】
【００４６】
１００・・・排ガス分析装置
２・・・差圧式流量計
２１・・・取付配管
２２・・・第１の差圧検出部
２３・・・第２の差圧検出部
２Ｐ・・・ピトー管
２ｈ１・・・全圧孔
２ｈ２・・・静圧孔
２４・・・流量演算部
３・・・排ガス分析計
６・・・導入配管
７・・・排ガスサンプリング部
８・・・演算装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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