(57)【要約】  排ガスサンプリングシステムが、主搬送管路（１８）と、主搬送管路（１８）内でサンプルガスを搬送可能な主貫流ポンプ（２４）と、少なくとも１つの第１のベンチュリノズル（３０）および第２のベンチュリノズル（３２）であって、第１のベンチュリノズル（３０）と第２のベンチュリノズル（３２）とは並列に接続されていて、主貫流ポンプ（２４）に対して上流側で主搬送管路（１８）内に配置されており、第１のベンチュリノズル（３０）には第１の調整弁（３１）が配設されており、第２のベンチュリノズル（３２）には第２の調整弁（３３）が配設されている、第１のベンチュリノズル（３０）および第２のベンチュリノズル（３２）と、を有している。このような形式の排ガスサンプリングシステムにおける欠点は、調整弁（３１，３３）の構成に手間がかかり、コストがかかることにより、排ガスサンプリングシステムの製造コストが高いことにある。さらに、このように構成された調整弁（３１，３３）は、大きな構成スペースを有する。したがって、本発明によれば、調整弁（３１，３３）がピンチ弁（４０）として構成されており、各調整弁（３１，３３）は、フレキシブルなホース状の調整エレメント（４４）と、調整エレメント（４４）を取り囲む圧力室（４６）とを有しており、圧力室（４６）には流体が充填可能であることが提案される。
2021500557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスサンプリングシステムであって、
主搬送管路（１８）と、
前記主搬送管路（１８）内でサンプルガスを搬送可能な主貫流ポンプ（２４）と、
少なくとも１つの第１のベンチュリノズル（３０）および第２のベンチュリノズル（３２）であって、前記第１のベンチュリノズル（３０）と前記第２のベンチュリノズル（３２）とは並列に接続されていて、前記主貫流ポンプ（２４）に対して上流側で前記主搬送管路（１８）内に配置されており、前記第１のベンチュリノズル（３０）には第１の調整弁（３１）が配設されており、前記第２のベンチュリノズル（３２）には第２の調整弁（３３）が配設されている、第１のベンチュリノズル（３０）および第２のベンチュリノズル（３２）と、
を有する排ガスサンプリングシステムにおいて、
前記調整弁（３１，３３）はピンチ弁（４０）として構成されており、各調整弁（３１，３３）は、フレキシブルなホース状の調整エレメント（４４）と、前記調整エレメント（４４）を取り囲む圧力室（４６）とを有しており、前記圧力室（４６）には流体が充填可能であることを特徴とする、排ガスサンプリングシステム。
【請求項２】
前記調整弁（３１，３３）は、ニューマチック式ピンチ弁（４０）として構成されており、前記各調整弁（３１，３３）の前記圧力室（４６）には、圧縮空気管路（４８）が流体接続されている、請求項１記載の排ガスサンプリングシステム。
【請求項３】
前記圧縮空気管路（４８）は圧力スイッチ（５１）を有している、請求項２記載の排ガスサンプリングシステム。
【請求項４】
前記圧力室（４６）は、前記圧縮空気管路（４８）を介して選択的に、圧力チャンバ（５２）に、または真空チャンバ（５４）に接続可能である、請求項２または３記載の排ガスサンプリングシステム。
【請求項５】
前記調整弁（３１，３３）は、液圧式ピンチ弁（４０）として構成されており、前記圧力室には液体が充填可能である、請求項１記載の排ガスサンプリングシステム。
【請求項６】
前記第１のベンチュリノズル（３０）の貫流横断面が、前記第２のベンチュリノズル（３２）の貫流横断面よりも大きく形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の排ガスサンプリングシステム。
【請求項７】
前記ホース状の調整エレメント（４４）は、前記調整弁（３１，３３）の開放位置では、前記調整エレメントに接続されている管路部分と面一を成して接続している、請求項１から６までのいずれか１項記載の排ガスサンプリングシステム。
【請求項８】
前記調整エレメント（４４）の内径は、前記調整弁（３１，３３）の前記開放位置では、前記調整エレメントに接続されている前記管路部分の内径に相当する、請求項１から７までのいずれか１項記載の排ガスサンプリングシステム。
【請求項９】
並列に接続された４つのベンチュリノズル（３０，３２，３４，３６）に、それぞれ１つの調整弁（３１，３３，３５，３７）が設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の排ガスサンプリングシステム。
【請求項１０】
前記並列に接続された４つのベンチュリノズル（３０，３２，３４，３６）は、異なる直径を有している、請求項９記載の排ガスサンプリングシステム。
【請求項１１】
前記調整弁（３１，３３）は、前記ベンチュリノズル（３０，３２）の下流側に配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の排ガスサンプリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスサンプリングシステムであって、主搬送管路と、主搬送管路内でサンプルガスを搬送可能な主貫流ポンプと、少なくとも１つの第１のベンチュリノズルおよび第２のベンチュリノズルであって、第１のベンチュリノズルと第２のベンチュリノズルとは並列に接続されていて、主貫流ポンプに対して上流側で主搬送管路内に配置されており、第１のベンチュリノズルには第１の調整弁が配設されており、第２のベンチュリノズルには第２の調整弁が配設されている、第１のベンチュリノズルおよび第２のベンチュリノズルと、を有している、排ガスサンプリングシステムに関する。
【０００２】
多くの国では、自動車の販売前に、型式認証が行われなければならないことを規定した排ガス規制が存在する。型式認証では、汚染物質放出量に関して内燃機関または自動車の型式がチェックされ、認証される。排ガス規制においてはとりわけ、排ガス測定の方式が規定されている。この場合、基本的に２つの異なる測定法が存在しており、第１の測定法では、内燃機関によって放出される希釈されてない排ガスが分析され、既知の排ガス体積流量により汚染物質の質量が検出される。第２の測定法では、内燃機関から放出された排ガスを、いわゆるＣＶＳ（定容量サンプリング）装置へと導入することにより、空気で希釈する。ＣＶＳ装置では、希釈された排ガスの体積流量は、ベンチュリノズルによって一定に維持され、この場合、ＣＶＳ装置内へと導入される可変の排ガス体積流量と、希釈された排ガスの一定の体積流量との間の差により、多かれ少なかれ空気がＣＶＳ装置内へと吸い込まれ、これにより排ガスは、排ガス体積流量に応じて、多かれ少なかれ希釈される。この場合、排ガス体積流量が僅かである場合には、より希釈され、排ガス体積流量が多い場合には希釈は比較的僅かとなる。このようにして、希釈された排ガスの汚染物質濃度と、希釈されていない排ガス濃度および全排ガス体積流量の積との比例関係が達成される。この場合、運転サイクル全体にわたって、希釈された排ガスの僅かな量が排ガスバッグ内へと案内され、この排ガスバッグ内に捕集される。排ガスバッグ内に捕集された希釈された排ガスは分析され、希釈された排ガスの汚染物質濃度が算出され、排ガス体積流量全体が既知である場合には、排ガス内に含まれる様々な汚染物質、例えば、二酸化炭素、一酸化炭素、炭化水素、または窒素酸化物の排ガスエミッション質量が検出される。
【０００３】
欧州特許出願公開第２８１１２８０号明細書には、例えば、このような形式のＣＶＳ装置が開示されており、このＣＶＳ装置は、排ガス入口と空気入口を有した希釈トンネルを備えている。希釈トンネル内に突入するサンプリングプローブにより、希釈された排ガスのサンプルが採取され、サンプリング管路を介して排ガスバッグ内へと導入される。希釈トンネルの下流には、互いに分離され、並列に接続された４つの排ガス管路が延在している。各排ガス管路内には、それぞれ１つのベンチュリノズルと調整弁とが配置されており、それぞれ１つの調整弁は１つのベンチュリノズルに割り当てられている。試験すべき内燃機関に応じて、必要な希釈は変化する。調整弁により、個々の排ガス管路を停止するまたは作動させることができ、これにより、希釈される排ガスの体積流量を、試験すべき内燃機関に合わせて適合させることができる。
【０００４】
調整弁としては、通常、ニューマチック式に操作されるフラップ弁が使用される。このような形式の調整弁を備えた排ガスサンプリングシステムにおける欠点は、このような形式の調整弁の構成に手間がかかり、コストがかかることにより、排ガスサンプリングシステムの製造コストが高いことにある。さらに、このように構成された調整弁は、大きな構成スペースを有する。
【０００５】
そこで本発明の課題は、排ガスサンプリングシステムもしくは調整弁を改良して、調整弁の、ひいては排ガスサンプリングシステムの構成スペースならびに重量を低減させ、調整弁もしくは排ガスサンプリングシステムを簡単かつ安価に製造可能であるようにすることである。
【０００６】
この課題は、請求項１に記載の本発明による排ガスサンプリングシステムにより解決される。
【０００７】
調整弁がピンチ弁として構成されており、各調整弁は、フレキシブルなホース状の調整エレメントと、調整エレメントを取り囲む圧力室とを有しており、圧力室には流体が充填可能であることにより、減じられた構成スペースおよび減じられた重量を有する、簡単に構成されかつ簡単に機能する調整弁が提供される。このようにして、排ガスサンプリングシステムの構成スペース、重量、ならびに製造コストは減じられる。
【０００８】
調整エレメントは、弁ケーシングの真ん中に配置され、両端部でそれぞれ１つのフランジまたはスリーブを介して弁ケーシングに取り付けられている高弾性エラストマから製造されている。弁ケーシングと調整エレメントの外周面とは圧力室を画定している。圧力室内に流体を供給することにより調整エレメントは変形して、これにより、変形していない調整エレメントによって形成される貫流開口が遮断され、調整弁の貫流横断面は閉じられる。調整弁を開くためには、圧力室が排気されもしくは空にされ、この際に、調整エレメントはその弾性に基づき、貫流開口が開放されている変形されていない基本状態へと完全に戻るように変形する。
【０００９】
好適には、調整弁は、ニューマチック式ピンチ弁として構成されており、各調整弁の圧力室には、圧縮空気管路が流体接続されている。これにより調整弁を簡単かつ安価に操作することができる。
【００１０】
好適な構成では、圧縮空気管路は圧力スイッチを有している。これにより、安価な方法で、調整弁の切替状態を検出することができ、この場合、圧力スイッチは単に、圧力室に流体が充填されているか、または排気されているかを検出する。これにより例えば、圧縮空気源の故障が検知される。
【００１１】
好適には、圧力室は、圧縮空気管路を介して選択的に、圧力チャンバに、または真空チャンバに接続可能である。圧力室が真空チャンバに接続された状態で、圧力室と主搬送管路との間には、調整エレメントが半径方向外側に向かって負荷され、ピンチ弁の確実な開放が保証されるような差圧が生じる。
【００１２】
好適には、調整弁は、液圧式ピンチ弁として構成されており、圧力室には液体が充填可能である。これにより、調整弁の閉鎖状態で改善されたシールが得られる。
【００１３】
好適には、第１のベンチュリノズルの貫流横断面は、第２のベンチュリノズルの貫流横断面よりも大きく形成されていて、これにより簡単に、第１の調整弁を開放して第２の調整弁を閉鎖する、または第２の調整弁を開放して第１の調整弁を閉鎖する、または両調整弁を開放することにより、希釈された排ガスの２種以上の一定の体積流量を調節することができる。
【００１４】
好適な構成では、ホース状の調整エレメントは、調整弁の開放位置では、調整エレメントに接続されている管路部分と面一を成して接続している。これにより流れは円滑となり流れ損失は阻止される。
【００１５】
好適には、調整エレメントの内径は、調整弁の開放位置では、調整エレメントに接続されている管路部分の内径に相当する。これにより、調整弁の開放位置における流れ損失は阻止される。
【００１６】
好適には、並列に接続された４つのベンチュリノズルに、それぞれ１つの調整弁が設けられている。好適には、並列に接続された４つのベンチュリノズルは、異なる直径を有している。
【００１７】
これにより、希釈された排ガスの１５種の異なる一定の体積流量を調節することができる。このようにして、このような形式の排ガスサンプリングシステムは、異なる多数の内燃機関の排ガス測定のために使用することができる。
【００１８】
好適な構成では、調整弁は、ベンチュリノズルの下流側に配置されており、これにより、サンプルガス採取部近傍における希釈された排ガスへの流れに対する不都合な影響が阻止される。
【００１９】
したがって、僅かな構成スペースならびに減じられた重量を有する簡単かつ安価に製造可能な調整弁を有する排ガスサンプリングシステムが提供される。
【００２０】
以下に本発明を、好適な構成について添付の図面を参照して詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】略系統図の形式で、本発明による排ガスサンプリングシステムを概略的に示す図である。
【図２】図１に示した排ガスサンプリングシステムの調整弁を概略的に示す図である。
【００２２】
本発明による排ガスサンプリングシステム２は、空気入口１０から成っており、この空気入口には空気フィルタ１２が配置されている。空気は空気通路１４内に到り、この空気通路内には空気サンプリングプローブ１５が突入していて、このプローブを介して測定中継続的に空気サンプルが採取される。空気通路１４は混合ゾーン１６に開口しており、ここで空気は、排ガス通路２２に開口する排ガス入口２１に接続されている排ガス源２０からの排ガスと均一に混合される。混合ゾーン１６は、空気と排ガスとから成るサンプルガスが流れる主搬送管路１８の第１の区分である。主搬送管路１８には、サンプルガスを調整するための手段を、例えば、サンプルガスの一定の温度を調節するための熱交換器を配置することができる。付加的に、主搬送管路１８には、主搬送管路１８内の温度および圧力を測定するために働く、したがって主搬送管路１８内の体積流量を測定するために働く測定手段２３が配置されている。サンプルガスの搬送は、主貫流ポンプ２４を介して行われる。
【００２３】
主搬送管路１８内には、１つ以上のサンプリングプローブ２７が突入していて、このサンプリングプローブを介して、サンプルガスの代表的なサンプルを採取することができる。主貫流ポンプ２４は、主搬送管路１８内における十分な流量を保証する。主貫流ポンプ２４の直前には圧力測定器２８が配置されていて、この圧力測定器を介して、主貫流ポンプ２４の手前の圧力が測定される。
【００２４】
流れ方向で、サンプリングプローブ２７と主貫流ポンプ２４との間には、主搬送管路１８内に４つのベンチュリノズル３０，３２，３４，３６が配置されている。ベンチュリノズル３０，３２，３４，３６は、超臨界範囲において作動させられるようになっており、この場合、超臨界範囲は、主貫流ポンプ２４によって保証される。ベンチュリノズル３０，３２，３４，３６の貫流は、流体力学の法則に基づき行われ、したがって、ベンチュリノズル３０，３２，３４，３６によって、十分な搬送圧のもとで、サンプルガスの一定の体積流量が設定される。
【００２５】
様々な内燃機関を試験する際、内燃機関のサイズが異なることにより、排ガス源２０から放出され主搬送管路１８内に導入される排ガス体積流量は変動する。この場合、僅かな排ガス体積流量のもとではサンプルガス中の排ガスの割合が下がり、この場合、サンプルガス中の汚染物質濃度は、臨界値を下回る恐れがあるので、確実な汚染物質測定はもはや不可能である。逆の場合には、サンプルガス中の排ガスの割合が上昇し、これにより排ガス中に希釈された水蒸気の凝縮が生じ、これにより測定結果に誤差が生じる。
【００２６】
サンプルガス中の排ガス量と空気量との最適な比率を得るために、主搬送管路１８内には、互いに並列に接続された４つのベンチュリノズル３０，３２，３４，３６が配置されており、各ベンチュリノズル３０，３２，３４，３６にはそれぞれ１つの調整弁３１，３３，３５，３７が配設されている。
【００２７】
各調整弁３１，３３，３５，３７は、開放位置と閉鎖位置との間で調節することができ、これにより必要に応じて、排ガス測定のために、サンプルガスの一定の体積流量を設定することができる。付加的に、４つのベンチュリノズル３０，３２，３４，３６は、異なる貫流横断面を有しているので、ベンチュリノズル３０，３２，３４，３６の異なる貫流横断面と組み合わせて、相応の調整弁３１，３３，３５，３７を閉鎖もしくは開放することにより、サンプルガスの様々な体積流量を調節することができる。
【００２８】
本発明によれば、調整弁３１，３３，３５，３７はピンチ弁４０として構成されている。このような形式のピンチ弁４０は、図２に概略的に示されており、この図では、開放位置は実線で示されており、閉鎖位置は破線で示されている。ピンチ弁４０は、ニューマチック式ピンチ弁４０として構成されていて、弁ケーシング４２を有しており、この弁ケーシング内には、ホース状に、かつ例えば高弾性エラストマから高弾性的に形成されている調整エレメント４４が配置されている。さらに、弁ケーシング４２内には、調整エレメント４４と弁ケーシング４２とによって画定される圧力室４６が形成されている。圧力室４６は、圧縮空気管路４８と、圧縮空気管路４８内に配置された調整弁５０と、を介して、圧力チャンバ５２または真空チャンバ５４に選択的に流体接続可能である。さらに、圧縮空気管路４８は、圧力スイッチ５１を有しており、この圧力スイッチによって、ピンチ弁４０の切替状態を検出することができる。
【００２９】
ニューマチック式ピンチ弁４０の閉鎖位置では、圧力室４６には、圧縮空気が充填されており、高弾性的な調整エレメント４４は、半径方向内側に向かって均一に変形しており、ピンチ弁４０の貫流横断面は閉じられている。ピンチ弁４０を閉鎖位置から開放位置へと切り替える際には、圧力室４６が排気され、真空チャンバ５４に流体接続され、この場合、高弾性的な調整エレメント４４は、その弾性により、初期状態へと変形する。圧力室４６が真空チャンバ５４に流体接続されることにより、圧力室４６内には、主搬送管路１８内よりも低い圧力が形成され、これにより、その差圧によって、調整エレメント４４は半径方向外側に向かって拡開され、ピンチ弁４０の確実な開放が保証される。
【００３０】
少なくとも１つのサンプリングプローブ２７を介して、もしくはサンプルガス採取管路２６を介して、サンプルガスは、サンプルガスフィードポンプ６８によってサンプルガス採取管路６６を通って、１つ以上のサンプルガスバッグ７０内へと搬送される。
【００３１】
サンプルガスバッグ７０はさらに、サンプルガス搬送手段７４を備えているサンプルガス分析管路７２を介して、１つ以上の分析器７６に接続されている。この分析器７６では、排ガス中の汚染物質、特に炭化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、および窒素酸化物の割合が検出される。
【００３２】
空気サンプリングプローブ１５を介して採取された空気は、空気サンプル管路５６を介して、空気フィードポンプ５８によって空気バッグ６２内へと搬送される。この空気流を、一定かつ清浄に取り出すことができるように、空気サンプル管路５６内には、貫流測定器６４に接続された貫流調整手段６０が配置されている。空気バッグ６２内に捕集された空気は、汚染物質濃度について分析され、空気の汚染物質濃度のこのように算出された値によって、サンプルガスの汚染物質濃度を修正する。
【００３３】
排ガスサンプリングシステム２は、排ガス源２０をオンにすることによって試験サイクルが運転開始される。この時点では、主貫流ポンプ２４は、主搬送管路１８を通してサンプルガスを搬送しており、十分な搬送圧のもとで、ベンチュリノズル３０，３２，３４，３６によって、一定の体積流量が調節される。個々のベンチュリノズル３０，３２，３４，３６は、必要に応じて、各調整弁３１，３３，３５，３７によって作動および停止され、これにより、測定に必要な体積流量が調節される。この場合、ニューマチック式ピンチ弁４０として構成された調整弁３１，３３，３５，３７は、閉鎖位置ではそれぞれ、圧縮空気管路４８を介して圧力チャンバ５２と流体接続されており、これにより圧力室４６には圧縮空気が充填され、高弾性的な調整エレメント４４は半径方向内側に向かって変形し、ピンチ弁４０の貫流横断面は閉じられることになる。個々の調整弁３１，３３，３５，３７の開放位置では、各ピンチ弁４０の圧力室４６は排気され、真空チャンバ５４に接続され、これにより、圧力室４６内には、主搬送管路１８内よりも低い圧力が形成されるので、高弾性的な調整エレメント４４は、調整エレメント４４の弾性と、圧力室４６内に形成されている圧力とに基づき変形し、ピンチ弁４０の貫流横断面は開放される。調整弁３１，３３，３５，３７の切替位置は、それぞれ１つの圧力スイッチ５１によって求められる。
【００３４】
空気サンプリングプローブ１５を介して、空気通路１４から、サンプル空気流は、空気サンプル管路５６を介して、空気フィードポンプ５８によって空気バッグ６２へと搬送される。同時に、サンプルガスは、１つ以上のサンプリングプローブ２７を介して、サンプルガスフィードポンプ６８によってサンプルガス採取管路６６を通って、１つ以上のサンプルガスバッグ７０へと搬送される。試験サイクルの終了と同時に、サンプルガスフィードポンプ６８はオフにされる。付加的に、この第２のステップで、サンプルガス搬送手段７４がオンにされ、これにより捕集されたサンプルガスがサンプルガスバッグ７０から、サンプルガス分析管路７２を通って分析器７６へと搬送される。この過程中、主搬送管路１８内に存在する残留ガスを吸い出すために、主貫流ポンプ２４は動作し続ける。
【００３５】
したがって、僅かな構成スペースならびに減じられた重量を有する簡単かつ安価に製造可能な調整弁を有する排ガスサンプリングシステムが提供される。
【００３６】
本発明の独立請求項の保護範囲は、装置の上述した実施例に限定されるものではないことは明らかである。
【図１】
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【図２】
2021500557.tif 000004
【国際調査報告】
2021500557.tif 000005
2021500557.tif 000006
2021500557.tif 000007
2021500557.tif 000008