(57)【要約】【課題】希釈装置を提供する。【解決手段】希釈装置は入口ポートと出口ポートとを含む。希釈装置は、内部流路を画成する第１の多孔管も含む。第１の多孔管は、第１の多孔管の外側の外側領域と内部流路との間に連通する複数の細孔を有する。希釈装置は、第１の多孔管の周囲に配置された第２の多孔管も含む。第２の多孔管は、第１の多孔管を中心としてその周囲に第１の室を画成する。第２の多孔管は、第２の多孔管の外側の外側領域と第１の室との間に連通する複数の細孔を有する。希釈装置は、第２の多孔管の周囲に配置されたハウジングをさらに含む。ハウジングは、第２の多孔管を中心としてその周囲に第２の室を画成する。ハウジングは、第２の室に連通する入口ポートを有する。第１の多孔管は、第２の室に連通する第１の多孔管の第１の端部にポートを含む。【選択図】図１
2008164609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希釈装置であって、
第１の流体入口ポートおよび混合流体出口ポートと、
内部流路を画成する第１の多孔管であって、第１の多孔管の外側の外側領域と内部流路との間に連通する複数の細孔を有する第１の多孔管と、
第１の多孔管の周囲に配置された第２の多孔管であって、第２の多孔管と第１の多孔管との間に第１の室が配置され、第２の多孔管が、第２の多孔管の外側の外側領域と第１の室との間に連通する複数の細孔を有する第２の多孔管と、
第１および第２の多孔管を囲むハウジングであって、第２の多孔管の周囲に第２の室を少なくとも部分的に画成し、第２の室に連通する第２の流体入口ポートを有するハウジングと
を備え、
第１の多孔管が、第２の室に連通する第１の多孔管の第１の端部にポートを含む、希釈装置。
【請求項２】
第１の室と流体連通する第２の出口をさらに含む請求項１に記載の希釈装置。
【請求項３】
希釈装置の第１の流体入口ポートに結合されているトンネルをさらに含み、トンネルが、多孔壁によって画成された内部流路と、多孔壁の周囲に形成され多孔壁の周囲にトンネル室を少なくとも部分的に画成するハウジングとを含み、トンネルのハウジングが、トンネル室に連通する入口を有する請求項１に記載の希釈装置。
【請求項４】
排気サンプリングシステムであって、
圧縮空気源に流体接続されかつ希釈流の特性を検出するように構成された第１の流量センサと、
第１の流量センサに流体接続されかつ希釈流を希釈装置の希釈流入口ポートに制御可能に導くように構成された流量制御弁と、
希釈装置の出口ポートに流体接続されかつ混合流の特性を検出するように構成された第２の流量センサと、
希釈流の検出された特性と混合流の検出された特性との差に基づき、希釈装置の抽出部材によって抽出されるエンジン排気ガスの流れの質量流量を制御するように構成された制御装置と
を備え、
希釈装置が、
内部流路を有する第１の多孔管であって、第１の多孔管が、第１の多孔管の外側に配置された第１の室と内部流路との間に連通する複数の細孔を有し、第１の室が、外壁の外側に配置された第２の室との間を連通する複数の細孔を有する外壁を有し、第２の室が希釈流入口ポートに連通し、第１の多孔管が、第２の室に連通する第１の多孔管の第１の端部にポートを含む第１の多孔管を含む、排気サンプリングシステム。
【請求項５】
動力源に接続された流体サンプリングシステムによって流体の流れを制御する方法であって、
動力源からの流体の一部を抽出するステップと、
流体の一部を希釈装置の室内に導くステップと、
室の周囲の多孔壁を通して希釈ガスを室内に導くステップと、
希釈ガスを室の中央領域の多孔管を通して室内に導くステップと、
室に連通する出口ポートを通して、流体の一部と希釈ガスとの混合流を希釈装置の外へ導くステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エンジンまたは他の排出源からのガス、例えば排気ガスをサンプリングするための、より詳しくは、これらのガスをサンプリングして、そのガス内に含まれている粒子を分析するための希釈装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境保護に対する重要性が高まっているので、業界および政府は、固定されたおよび固定されていない既存の排出源を監視および規制するために、また固定されたおよび固定されていない、環境に優しい新たな排出源を開発するために、より優れた方法を見出すことに労力を割いている。
【０００３】
例えば、モータ付き車両からの排気ガスまたはエミッションは、一定の最大汚染物質レベルを超えないように米国連邦政府によって規制されている。これらの規制により、このような基準に適合させるために、エンジンを試験および分析するためのますます複雑な試験機器が開発されてきた。一例として、米国環境保護庁（ＥＰＡ）によって定められている規則は、ディーゼルトラックのエンジン等の種々の種類のエンジンに関する微粒子制限基準を含む。規制される粒子は、凝縮水の他に、希釈後に捕集され得る排気ガスストリーム中の物質である。これらの微粒子は、凝集炭素粒子、吸収された炭化水素、および硫酸塩を含むことがある。
【０００４】
このような規制に従うために、排出源の製造または使用に関わる業界、およびこのような規制を執行する義務がある政府機関は、排気ガスの希釈工程のシミュレートを行うシステムに依存している。既知の方法は、ダイリューショントンネルを有する制御サンプリングシステムによって希釈用空気を排気ガスに添加するステップを含む。上記方法に関する大きな問題は、希釈される排気ガスストリームと希釈用空気ストリームとから得られた測定の誤差が除去されることと、それらのストリームの個々の流量を正確に制御する必要があることである。
【０００５】
排出源のサイズ、より詳しくは、排出源からの排気ガスの質量流量が可能であった場合、フルサンプリング希釈システムを使用することが可能であり、このフルサンプリング希釈システムにおいて、排出源からの全ての排気ガスの流れが、ある量の希釈用空気と混合される。しかし、対応するダイリューショントンネルに必要なサイズが大きいことにより、フルサンプリング希釈システムによる試験が実用的でない程度に、排出源のサイズが大きかった場合、比例サンプリング希釈システムを使用することが可能であり、この比例サンプリング希釈システムにおいては、排気ガスの流れの一部のみがサンプリングされ、低減される希釈用空気および排気質量流量の要求に加えて、より小さなダイリューショントンネルが必要となる。
【０００６】
今日使用されている全種類の希釈システムの性能調査は、政府機関と試験研究所と排出源の製造業者との間に大きな相違があることを示し続けている。この相違は、否定的な結果をもたらすことがある。一方では、試験研究所間の格差が、成果の小さい試験研究所に対して競合上の優位性をもたらす可能性がある。他方では、試験毎の相違を観察することにより、試験費用の増加が生じるが、この理由は、統計的に大きな結果を得るために、多数の試験が必要となるからである。試験毎の相違に影響を与える複数の粒子メカニズムが存在するが、それらで最も重要なことは、熱伝達による、拡散、重力沈降および乱流等の機械的工程による、ならびに堆積された粒子の再飛沫同伴、および壁部に堆積して付着した粒子に関する排気粒子の溶解可能な部分の炭化水素ガス相交換によるダイリューショントンネルおよび排気管の壁部への粒子堆積である。したがって、堆積メカニズムを除去することが極めて望ましい。
【０００７】
（特許文献１）は、サンプリング装置の壁部への粒子の熱伝達堆積と、壁部に付着したこれらの粒子に対する炭化水素ガス相成分交換とを部分的に除去することによって、試験結果の相違を低減することを目的とするダイリューショントンネルと、ダイリューショントンネルを小型化して、大型の試験研究所のサンプリングシステムと同等の結果を得ることができる完全に携帯型のサンプリングシステムを製造することと、可変エンジン作動パラメータを監視でき、排気ガスの引き出し量を自動制御でき、また予め選択されたガイドライン内において、正常範囲の作動温度および作動圧力内で希釈用空気量を変更できるサンプリングシステムとを開示している。
【０００８】
特に、（特許文献１）は、エンジンの排気ガスストリームに配置されたサンプリングプローブと清浄希釈用空気源とフィルタアセンブリとを含むダイリューショントンネルを使用するガスサンプリングシステムを開示している。このダイリューショントンネルは、空気分配管または拡散管を貫通する複数の分配孔を有する空気分配管または拡散管と、ミクロンサイズの複数の細孔を有しかつ空気分配管内に第１の室を画成する中央多孔管と、空気分配管を中心として第２の室を形成するハウジングとを含む。第２の室は希釈用空気源に接続され、また中央管は排気ガスの流れのサンプリングプローブとフィルタアセンブリとの間に接続される。
【０００９】
しかし、既知のガスサンプリングシステムでは、種々の希釈工程の正確なシミュレーションが不可能である。特に、粒子の形成および増大に対する追加の滞留時間を有することが望ましい。従来の滞留室がトンネルに取り付けられている場合、適切な希釈比率が増加することなく、滞留時間が増加されるという不自然な状態が存在する。このことにより、大気処理と比較して、粒度の不自然な構成変化および増大が生じる。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，０５８，４４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記課題の１つ以上を克服することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一形態では、本開示は希釈装置に関する。希釈装置は入口ポートと出口ポートとを含み得る。希釈装置は、内部流路を画成する第１の多孔管も含み得る。第１の多孔管は、第１の多孔管の外側の外側領域と内部流路との間に連通する複数の細孔を有することが可能である。希釈装置は、第１の多孔管の周囲に配置された第２の多孔管も含み得る。第２の多孔管は、第１の多孔管を中心としてその周囲に第１の室を画成することが可能である。第２の多孔管は、第２の多孔管の外側の外側領域と第１の室との間に連通する複数の細孔を有し得る。希釈装置は、第２の多孔管の周囲に配置されたハウジングをさらに含むことが可能である。ハウジングは、第２の多孔管を中心としてその周囲に第２の室を画成し得る。ハウジングは、第２の室に連通する入口ポートを有することが可能である。第１の多孔管は、第２の室に連通する第１の多孔管の第１の端部にポートを含み得る。
【００１３】
他の形態では、本開示は、動力源に接続された排気サンプリングシステムによって流体の流れを制御する方法に関する。本方法は、動力源の排気流の一部を抽出するステップと、その一部を希釈装置の滞留室内に導くステップとを含み得る。さらに、本方法は、滞留室の周囲の多孔壁を通して希釈ガスを滞留室内に導くステップを含み得る。その上、本方法は、滞留室の中央領域の多孔管を通して希釈ガスを滞留室内に導くステップと、滞留室に連通する出口ポートを通して、排気流の一部と希釈ガスとの混合流を希釈装置の外へ導くステップとを含み得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、例えば、エンジン排気から採取されたサンプルガスの粒子を分析するためにガスサンプリングシステムで使用するための希釈装置に関する。ダイリューショントンネルは、清浄空気等の希釈ガスをサンプルガスに導入することによってサンプルガスを希釈するように構成される。次に、希釈されたサンプルガスを分析して、ガスの粒子の量および性質等の特性を決定することができる。固定されているかまたは固定されていない源から大気中への排気ガスのシミュレーションを含むが、それらに限定されない多くの用途に、希釈工程を用いることができる。
【００１５】
図１は、本開示の例示的な実施形態による試験セル１００を示している。試験セル１００は、機械的および電気的に接続され、および／またはさもなければダイナモメータ１４に接続された動力源１０を含む。空気フィルタ４、温度・湿度制御装置６、および流量制御装置８を、例えば動力源１０の吸気マニホールドに流体接続することも可能である。さらに、動力源１０の排気マニホールドまたは他の排気放出装置を試験セル１００の排気システム１８に流体接続し得る。例えば、排気システム１８は、例えば微粒子および／または他の有害汚染物質を抽出するように構成された排気ファンおよび／または１つ以上のフィルタを含んでもよい。さらに、排気システム１８は、例えば、動力源１０および／または排気サンプリングシステム２０からの排気ガスに作用するように構成された真空源または他の装置を含んでもよい。排気ガスを環境に放出するように、排気システム１８を構成し得る。
【００１６】
図１に示されているように、排気サンプリングシステム２０は流体式でありおよび／またはさもなければ動力源１０に接続することが可能であり、また排気サンプリングシステム２０の抽出管５６は、動力源１０の排気流の一部を抽出するように構成することが可能である。排気サンプリングシステム２０は、試験セル１００内に配置されかつ排気サンプリングシステム２０および／または試験セル１００の構成部材に電気的に接続された排気サンプリングシステム制御装置２２を含み得る。例えば、流量制御装置８および／または試験セル制御装置２４に電気的に通信するように、排気サンプリングシステム制御装置２２を構成してもよい。図１に示されているように、動力源１０に燃料を供給すべく構成された燃料システム１６に動力源１０を流体接続することも可能である。図１には示されていないが、燃料システム１６が、例えば、燃料ポンプ、燃料タンク、流量計、複数の弁、および／または調整された燃料流を動力源１０に供給するように構成された他の従来の構成部材を含み得ることが理解される。これらの構成部材は、例えば、動力源１０に供給される燃料流の量、流量および／または他の特性を測定するように構成することも可能である。
【００１７】
上記の１つ以上の構成部材は、流れライン２６を介して互いに接続することが可能である。例えば、流れライン２６を介して、空気フィルタ４を温度・湿度制御装置６に接続してもよく、また流れライン２６を介して、温度・湿度制御装置６を流量制御装置８に接続してもよい。燃料ライン３０を介して、燃料システム１６を動力源１０に接続することが可能であり、また排気ライン５８を介して、動力源１０を排気システム１８に接続することが可能である（図２に図示）。例示的な実施形態では、燃料ライン３０および排気ライン５８は流れライン２６であり得る。排気サンプリングシステム２０の抽出管５６は排気ライン５８に接続することが可能であり、また抽出管５６は、排気ライン５８を通過する動力源１０の排気流３４の一部９８を抽出するように構成することが可能である。排気サンプリングシステム２０は、流れライン２６を介して排気システム１８に接続することも可能であり、また排気サンプリングシステム２０は、サンプリングサイクル中におよび／またはその後に、流体の流れを排気システム１８に導くように構成することが可能である。機械的なおよび／または他の従来のリンク２８を介して、動力源１０をダイナモメータ１４に接続することも可能である。
【００１８】
図１に示されているように、制御線３２を介して、温度・湿度制御装置６、流量制御装置８、動力源１０、ダイナモメータ１４、燃料システム１６、および／または排気サンプリングシステム制御装置２２を試験セル制御装置２４に電気的に接続することが可能である。さらに、制御線３２を介して、流量制御装置８を排気サンプリングシステム制御装置２２に電気的に接続することが可能である。制御線３２によって、上記構成部材のそれぞれが、検出情報、制御信号、および／または他の電気信号を試験セル制御装置２４および／または排気サンプリングシステム制御装置２２に伝達しおよび／またはさもなければ送信することが可能になり得る。さらに、制御線３２によって、試験セル制御装置２４および／または排気サンプリングシステム制御装置２２が、接続された構成部材のそれぞれに制御信号を送信することが可能になり得る。
【００１９】
図１に示されている動力源１０は、例えば、任意の火花点火エンジン、ディーゼルエンジン、および／または公知の他の機械的または電気的動力源であり得る。ダイナモメータ１４は、例えば、ｒｐｍ、トルク、および／または動力源によって発生した出力パワーを算出できる他の動力源作動特性を測定するために使用される任意の従来の装置であり得る。空気フィルタ４は、例えば、汚れおよび他の浮遊粒子が動力源１０を通過する前に、このような粒子を捕獲および／またはさもなければ捕捉するように構成された任意の従来のフィルタ装置であり得る。このような粒子によって、例えば、動力源のシリンダ、壁部、ピストンおよびピストンリングに対して損傷が生じる可能性がある。空気フィルタ４は、例えば、浮遊粒子の捕獲および／または除去を補助するように構成された交換可能なフィルタ要素を含んでもよい。
【００２０】
排気サンプリングシステム制御装置２２および／または試験セル制御装置２４は、例えば、中央処理装置、電子制御モジュール、コンピュータ、無線送信機、または公知の他の任意の種類の制御装置であってもよい。制御装置２２、２４は、例えば、キーボード、モニタ、プリンタ、タッチスクリーン、制御パネル、あるいはユーザが、コマンドを入力し、および／または試験セル１００および／または排気サンプリングシステム２０の構成部材から、検出および／または算出された情報を受信することを可能にする他の任意の装置等の操作者インターフェース（図示せず）に接続することが可能である。例示的な実施形態では、制御装置２２、２４は、動力源の試験／検定サイクルの形態を制御することが可能であり、またより後に検索および使用するための情報を記憶するように構成することが可能である。
【００２１】
濾過された周囲空気が動力源１０に入る前に、その濾過された周囲空気の温度および／または湿度を検出および／または制御するように、温度・湿度制御装置６を構成し得る。温度・湿度制御装置６は、例えば、熱電対、湿度計、熱交換器、および／または温度および湿度の検出および／または制御を補助するように構成された他の従来の構成部材を含んでもよい。流量制御装置８は、例えば、流体の流れの流量、圧力および／または他の流れ特性を測定および／または調整するように構成された任意の装置または装置集合体であり得る。例示的な実施形態では、流量制御装置８は、試験セル１００の流量制御装置８および／または他の構成部材を通過する流体の圧力および／または流量の変化を検出するように構成された層流要素および／または圧力差トランスデューサを含むことが可能である。上記試験セルの構成部材のそれぞれは公知であり、またこれらの構成部材については、本開示でさらに詳細に説明しない。さらに、図１の破線のそれぞれが制御線３２を示していることと、図１の実線のそれぞれが、抽出管５６と、排気ライン５８と、機械的なおよび／または他の従来のリンク２８とを除いては、流れライン２６を示していることが理解される。
【００２２】
次に、図２を参照すると、本開示の例示的な実施形態による排気サンプリングシステム２０は希釈側１０６と全体側１０８とを含む。希釈側１０６の希釈装置５４は動力源１０の排気ライン５８（図１）に流体接続することが可能であり、さらに、希釈側１０６は、例えば、圧縮空気源３８と、流れ処理アセンブリ４０と、冷却装置４２と、流量センサ４６と、複数の流量制御弁および／または他の種類の弁とを含むことが可能である。その上、希釈側１０６の希釈装置５４は全体側１０８のフィルタ６２に流体接続することが可能であり、さらに、全体側１０８は、例えば、流量センサ７６と、真空部８０と、複数の流量制御弁および／または他の種類の弁５０とを含むことが可能である。排気サンプリングシステム制御装置２２および／または試験セル制御装置２４（図１）を排気サンプリングシステム２０の１つ以上の構成部材に電気的に接続し得る。図２に示されている破線のそれぞれが制御線３２であり、また図２に示されている排気サンプリングシステム２０の構成部材に接続されている実線のそれぞれが、流れライン２６であることが理解される。
【００２３】
以下により詳細に説明するように、周囲空気の希釈流３６を圧縮し、処理し、冷却し、測定し、および／または調整するように、希釈側１０６の構成部材を構成し得る。希釈流３６と、動力源１０の排気流から抽出される排気ガスの流れとを混合することが可能である。さらに、希釈流３６の流量と混合流（希釈流および抽出流）の流量との検出された差に応じて、希釈側構成部材で希釈流３６の流量を迅速に調整することが可能である。
【００２４】
圧縮空気源３８は、例えば、ガスを圧縮できかつ流れライン２６を通して圧縮ガスを供給できる空気圧縮機または他の任意の装置を含み得る。例えば、本開示の一実施形態では、圧縮空気源３８は、公知の種類の空気圧縮機であることが可能であり、また約７０〜１１０ｐｓｉの圧縮空気を供給することが可能である。この範囲は大きくしたり小さくしたりすることが可能である。実質的に一定で実質的に均一な圧縮空気流を排気サンプリングシステム２０の構成部材に供給するように、圧縮空気源３８を構成し得る。図２に示されているように、希釈流３６は圧縮空気源３８の吸気口に入ることが可能であり、また圧縮空気源３８内で圧縮されることが可能である。
【００２５】
流れライン２６を介して、圧縮空気源３８を流れ処理アセンブリ４０に流体接続し得る。本開示の流れライン２６は、公知の任意の種類のチューブ、パイプ、またはホースであることが可能である。流れライン２６は、例えば、プラスチック、ゴム、アルミニウム、銅、鋼、または圧縮ガスを制御して供給できる他の任意の材料であってもよく、また可撓性または剛性であってもよい。排気サンプリングシステム２２の構成部材の間の圧力低下を減少させつつ、排気サンプリングシステム２２の作動を容易にするように、流れライン２６の長さを最小にすることが可能である。
【００２６】
流れ処理アセンブリ４０は、希釈流３６を濾過し、処理し、および／またはさもなければ清浄化するように構成された任意のアセンブリおよび／または構成部材集合体であり得る。例示的な実施形態では、流れ処理アセンブリ４０は、活性炭洗浄装置、化学乾燥剤または他の乾燥手段からなり得る気流乾燥機、および／または微粒子フィルタ（図示せず）を含むことが可能である。流れ処理アセンブリ４０の構成部材が、単一のハウジング内に配置された別個の装置であり得ることが理解される。代わりに、流れ処理アセンブリ４０の構成部材を別個のハウジング内に配置してもよい。例えば、希釈流３６から炭化水素を除去するように、流れ処理アセンブリ４０の活性炭洗浄装置を構成し得る。流れ処理アセンブリ４０の空気乾燥機は、例えば、希釈流３６から水を除去するように構成することが可能であり、また微粒子フィルタは公知の種類の超微細粒子フィルタであることが可能である。このような微粒子フィルタは、例えば、化学乾燥剤から再び飛沫同伴された材料、活性炭洗浄装置からの活性炭、および／または他の任意の浮遊不純物等の、希釈流３６内に含まれた不純物を捕獲および／または除去するように構成することが可能である。流れライン２６を介して、流れ処理アセンブリ４０を冷却装置４２に接続し得る。
【００２７】
冷却装置４２は、それを通過する流体の流れの温度を低下させるように構成された任意の装置または装置集合体であることが可能である。冷却装置４２を例えば冷却源に接続して、冷却装置４２を通過する流体の流れの温度の低下を補助することが可能である。例えば、冷却装置４２は、例えばラジエータおよび／または他の任意の従来の熱交換装置等の熱交換器を含んでもよい。本開示の例示的な実施形態では、希釈流３６の温度を約２０℃に低下させるように、冷却装置４２を構成し得る。冷却装置４２は、流れライン２６を介して流量センサ４６に流体接続することが可能であり、また隔離弁４４は冷却装置４２と流量センサ４６との間の流れライン２６内に配置することが可能である。例示的な実施形態では、圧縮空気源３８、流れ処理アセンブリ４０、および／または冷却装置４２を、独立して制御可能であり、したがって、排気サンプリングシステム制御装置２２に電気的に接続しなくてもよいことが理解される。
【００２８】
隔離弁４４は、例えば、ポペット弁、バタフライ弁、またはボール弁等の公知の任意の種類の制御可能な流体弁であり得る。隔離弁４４は、空気流が隔離弁４４を通過することを完全に制限するように制御することが可能であるか、または制限されない流れの通過を許容することが可能である。例示的な実施形態では、隔離弁４４は、例えば冷却装置４２と流量センサ４６との間の流体接続を実質的に完全に開きおよび／または実質的に完全に閉じるように構成されたボール弁であり得る。例えばソレノイド等の任意の従来の空気圧アクチュエータおよび／または電気アクチュエータによって、隔離弁４４を制御することが可能である。
【００２９】
流量センサ４６は、それを通過する流れの体積流量および／または他の特性を検出するように構成された任意の装置および／または装置集合体であり得る。例示的な実施形態では、流量センサ４６は、希釈流３６の体積流量を測定するように構成された層流要素を含むことが可能である。例えば、層流要素は、例えばハニカム構造の一列の小さな管を含んでもよく、また層流要素は公知の任意の従来の種類の層流要素であってもよい。
【００３０】
さらに、上記層流要素に加えて、流量センサ４６は、例えば、それを通過する希釈流３６の圧力および／または温度を検出するように構成された１つ以上の構成部材を含むことが可能である。このような圧力および／または温度の測定を用いて、希釈流３６の密度を導出し得る。このようにして、排気サンプリングシステム制御装置２２は、これらの追加の構成部材の密度出力に関連する層流要素の体積出力を用いて、例えば希釈流３６の質量流量を決定することが可能である。
【００３１】
流量センサ４６の追加の構成部材は、例えば、圧力差トランスデューサと絶対圧力トランスデューサと白金抵抗サーミスタとを含んでもよい。これらの追加の要素は図２に示されていないが、圧力差トランスデューサが、層流要素の上流側および／または下流側に配置され、かつ層流要素を横切る圧力低下を測定するように構成された１つ以上の圧力センサを含み得ることが理解される。絶対圧力トランスデューサは、層流要素の上流側または下流側に配置することが可能であり、例えば希釈流３６の絶対圧力を測定するように構成することが可能である。さらに、白金抵抗サーミスタは、層流要素の入口のすぐ上流側に配置することが可能であり、また層流要素に入る希釈流３６の温度を検出するように構成することが可能である。白金抵抗サーミスタは、その中に利用されている白金および／または他の金属によって本質的に安定でき、また比較的精密なおよび／または正確な温度測定を行うように構成することが可能である。
【００３２】
流量センサ４６は、流れライン２６を介して希釈装置に流体接続することが可能であり、また流量制御弁５０は流れライン２６内に配置することが可能である。流量制御弁５０は、加圧流体の流れを調整するように構成された公知の任意の種類の制御可能な流体弁であり得る。例えば排気サンプリングシステム制御装置２２から送信された制御信号に迅速に応答するように、流量制御弁５０を構成することが可能である。
【００３３】
流量制御弁５０は、例えば、流量制御弁５０の使用中に、プランジャに生じる機械的抵抗力が実質的にゼロであるように磁界に維持されたプランジャを有する電磁弁であり得る。このようにして、流量制御弁５０は実質的に直ちに変化することが可能である。流量制御弁５０は、７５ミリ秒以下の応答時間を有することが可能であり、また排気サンプリングシステム制御装置２２によって送信された実質的に連続する流れコマンドを受信してそれに応答するように構成することが可能である。流れコマンドに従って、希釈流３６および／または抽出流の流量を調整するように、流量制御弁５０を構成し得る。流れコマンドは、例えば、混合流３７と希釈流３６との体積差および／または質量差に応じたものであり得る。
【００３４】
動力源１０（図１）の排気流から抽出される排気流サンプルの割合を制御するように、流量制御弁５０を構成することも可能である。本明細書に用いられる際、「割合」という用語は、抽出時に、動力源１０によって発生した全ての排気流３４に対して抽出される排気流量を意味する。
【００３５】
本開示の例示的な実施形態では、排気サンプリングシステム２０はベンチュリ４８をさらに含み得る。ベンチュリ４８は、例えば、臨界流ベンチュリまたは公知の他の任意の種類のベンチュリであってもよい。図２に示されているように、ベンチュリ４８の入口を流量センサ４６の出口の下流側にまた流量制御弁５０の入口の上流側に流体接続し得るように、ベンチュリ４８を流量制御弁５０に対して平行に配置し得る。流量制御弁５０の出口の下流側のおよび弁５２の上流側の流れライン２６に、ベンチュリ４８の出口を接続することも可能である。例示的な実施形態では、排気サンプリングシステム２０の希釈側１０６を通過する最大流量の約８０％を受け入れるように、ベンチュリ４８を寸法決めしおよび／またはさもなければ構成することが可能である。このような実施形態では、流量制御弁５０によって、希釈側１０６を通過する最大流量の残りの２０％を制御し得る。例えば、排気サンプリングシステム２０の希釈側１０６を通過する希釈流３６の流量および／または他の特性を検出するように、ベンチュリ４８を構成してもよい。ベンチュリ４８は、例えば排気サンプリングシステム制御装置２２に電気的に接続することが可能であり、例えば、検出された流量情報を排気サンプリングシステム制御装置２２に送信するように構成することが可能である。本開示の他の例示的な実施形態では、ベンチュリ４８を省略し得ることが理解される。このような実施形態では、流量制御弁５０は単一の流量制御位置であり得る。
【００３６】
流れライン２６を介して、流量制御弁５０の出口を弁５２の入口に流体接続することが可能である。弁５２は、標準的な２ウェイ弁、３ウェイ弁、または公知の他の任意の種類の制御可能な流量弁であり得る。例示的な実施形態では、流量測定装置４６と７６を較正しかつ互いに直線状に配置するために、希釈側１０６からバイパスライン６６を介して排気サンプリングシステム２０の全体側１０８に希釈流３６を通過させるように導くべく、弁５２を構成することが可能である。さらに、希釈側１０６からバイパスライン６６への流れを実質的に完全に制限しつつ、希釈流３６を希釈装置５４の入口１１４に送るように、弁５２を構成することが可能である。
【００３７】
図１について上述したように、希釈装置５４の抽出管５６を排気ライン５８内に配置しおよび／またはそれに流体接続することが可能である。作動中に、動力源１０の排気流３４の少なくとも一部を抽出するように、抽出管５６を構成し得る。抽出管５６を通して排気流３４の抽出部を希釈装置５４に供給し得るように、抽出管５６を希釈装置５４に流体接続し得る。
【００３８】
以下に詳細に説明する希釈装置５４は、希釈流３６を受け入れるように構成することが可能であり、また希釈流３６と上記排気流３４の抽出部とを混合することが可能であり、これによって、抽出部が希釈される。希釈装置の出口は、流れライン２６を介してフィルタ６２の入口に流体接続することが可能であり、また弁６０は希釈装置５４とフィルタ６２との間の流れライン２６内に配置することが可能である。弁６０は、例えばオン／オフ弁であってもよく、また弁６０は、例えば上記隔離弁４４と機械的に同様であってもよい。希釈装置５４とフィルタ６２との間の流体接続を実質的に完全に開くかまたは実質的に完全に閉じるように、弁６０を構成し得る。
【００３９】
フィルタ６２は、例えば、粒子状物質フィルタホルダおよび／または公知の他の任意の種類の排気流微粒子排出測定フィルタであってもよい。このような種類のフィルタは、例えば、処理済みの高効率ファイバーグラスベースのセルロース、石英、テフロン（ＰＴＦＥ）ベースの活性炭含浸セルロース、発泡体、または最新技術で現在認識されている微粒子排出試験用の他の試験フィルタ媒体を含み得る。
【００４０】
本開示の例示的な実施形態では、１つ以上の診断装置または補助測定装置７０は、例えば、排気サンプリングシステム２０の希釈装置５４、フィルタ６２および／または他の構成部材の入口および／または出口に近接して配置することが可能である。診断装置７０は、例えば、排気サンプリングシステム２０の構成部材の内部にあっても外部にあってもよく、例えば、排気サンプリングシステム２０の１つ以上の流れライン２６に流体接続することが可能である。診断装置７０は、例えば、流量計、排出計量器、粒度センサ、圧力トランスデューサ、無線装置、またはエンジン排気を検出するように構成された他の検出装置および／またはサンプリング装置等の公知の任意の検出装置であり得る。このような診断装置７０は、例えば、すすレベルおよび／またはガスレベル、温度、圧力、および／または他の流量特性を検出することが可能である。診断装置７０のそれぞれは、排気サンプリングシステム制御装置２２に電気的に接続することが可能であり、また制御線３２を介して検出情報を排気サンプリングシステム制御装置２２に送信するように構成することが可能である。図２に示されているように、例示的な実施形態では、フィルタ６２に関連付けられた診断装置７０は、例えば、フィルタ６２を横切る圧力低下を検出するように構成された圧力差トランスデューサであってもよい。このような例示的な診断装置は、フィルタ６２の入口に近接してまたフィルタ６２の出口に近接して流体接続することが可能である。
【００４１】
本開示の例示的な実施形態では、１つ以上の補助測定装置９９を試験フィルタ６２の入口に近接して配置し得る。補助測定装置９９は、例えば、排気サンプリングシステム２０の構成部材の内部にあっても外部にあってもよく、例えば、排気サンプリングシステム２０の１つ以上の流れライン２６に流体接続することが可能である。補助測定装置９９は、例えば、流量計、排出計量器、粒度センサ、圧力トランスデューサ、無線装置、またはエンジン排気を検出するように構成された他の検出装置および／またはサンプリング装置等の公知の任意の検出装置であり得る。測定装置９９は、例えば、すす、粒度、ガス状排出物濃度レベル、質量流量、温度、圧力、および／または他の流量特性を検出することが可能である。補助測定装置９９のそれぞれは、排気サンプリングシステム制御装置２２に電気的に接続することが可能であり、また制御線３２を介して検出情報を排気サンプリングシステム制御装置２２に送信するように構成することが可能である。図２に示されているように、例示的な実施形態では、補助測定装置９９は、例えば、排出源の展開手段または検定手段として使用するために意図されたガス状排出物濃度測定システムであり得る。
【００４２】
本開示の例示的な実施形態では、排気サンプリングシステム２０はサーミスタ５９をさらに含むことが可能である。サーミスタ５９は、例えば、抵抗器、感温半導体、および／または公知の他の任意の種類の温度センサであってもよい。サーミスタ５９は、例えば、高速応答サーミスタであってもよく、また温度変化にさらされた場合に材料または構成部材の抵抗が急速に変化する材料または構成部材を含んでもよい。図２に示されているように、サーミスタ５９の構成部材は排気ライン５８に流体接続することが可能であり、またサーミスタ５９は、それを通過する排気流３４の温度変化を検出するように構成することが可能である。サーミスタ５９は、例えば、排気サンプリングシステム制御装置２２に電気的に接続することが可能であり、例えば、検出された温度、流量、および／または他の情報を排気サンプリングシステム制御装置２２に送信するように構成することが可能である。本開示の他の例示的な実施形態では、サーミスタ５９を省略し得ることが理解される。
【００４３】
弁５２を弁６４に流体接続するバイパスライン６６を介して、排気サンプリングシステム２０の希釈側１０６を全体側１０８に接続することが可能である。制御線３２を介して、フィルタ６２の出口を弁６４に接続することも可能である。それに応じて、使用中に、弁５２を通して、バイパスライン６６を介して、希釈流３６を弁６４に導くことが可能であり、これにより、例えば、希釈装置５４およびフィルタ６２を迂回する。代わりに、弁６４を通過する前に、弁５２を通して、希釈流３６を希釈装置５４とフィルタ６２とに導いてもよく、また弁５２は、流れがバイパスライン６６を通して希釈側から通過することを妨げてもよい。弁５２について上述したように、弁６４は、例えば、２ウェイ弁、３ウェイ弁、または公知の他の任意の種類の制御可能な流量弁であってもよい。任意の範囲の流れがフィルタ６２から排気サンプリングシステム２０の全体側１０８の下流側構成部材に通過することを許容するように、弁６４を寸法決めしおよび／またはさもなければ構成することが可能である。したがって、弁５２よりも大きい体積流（すなわち混合流）を制御するように、弁６４を寸法決めすることが可能である。流れライン２６を介して、弁６４の出口を流量制御弁７４の入口に流体接続し得る。
【００４４】
流量制御弁７４は、排気サンプリングシステム２０の希釈側１０６について上述した流量制御弁５０と構造的に同様であってもよい。図２に示されているように、弁６４と流量制御弁７４との間に、流れライン２６を流体接続し得る。弁６８は、流れライン２６に流体接続され、また弁６４の出口から出る流れの少なくとも一部を受け入れるように構成されることが可能である。弁６８は公知の任意の２ウェイ弁または３ウェイ弁であり得る。周囲空気７２の流れが流れライン２６を通って流量制御弁７４に通過することを許容するように、弁６８を構成することが可能である。代わりに、検出のために、弁６４から出る流れの一部を受け入れるように、弁６８を構成してもよい。診断装置７０を弁６８の出口に流体接続して、弁６４から受け入れられた流れの検出を補助することが可能である。
【００４５】
例示的な実施形態では、弁６８の出口に流体接続された診断装置７０は、例えば、弁６８を通った流れを測定するように寸法決めされた流量計であり得る。弁６８を通った流れは、例えば、抽出管５６を通った流れと容量的に同様であってもよい。このような例示的な実施形態では、希釈流３６を弁６８に導くように、弁５２および弁６４を制御することが可能であり、したがって、希釈装置５４およびフィルタ６２を迂回する。例えば、品質管理チェック中に、流量センサ７６、流量制御弁７４、流量センサ４６、ベンチュリ４８、および流量制御弁５０を直列に配置してもよく、また真空部８０と圧縮空気源３８とによって、流動電位を発生させてもよい。さらに、例示的な品質管理チェック中に、流量センサ４６を通る流れは、例えば毎分８５リットルに設定することが可能であり、また流量センサ７６を通る流れは、例えば毎分１００リットルに設定することが可能である。これらの２つの流れの差は、弁６８を通して引き込まれた周囲空気の流れ（流れの矢印７２で図示）であり得る。周囲空気の流れの体積は、排気サンプリングシステム２０が排気ガスをサンプリングした場合に抽出管５６によって抽出される排気ガスの流れと実質的に同一であり得る。しかし、作動中に所定時間だけ、抽出管５６を通して、また弁６８に近接した診断装置７０を通して、流れが同時に生じることが理解される。
【００４６】
抽出管５６によって動力源の排気流から抽出された流れの体積および／または他の特性を直接測定することが困難である場合があることが理解される。例えば、排気流から抽出された流れの量を直接測定することによって、任意の流量計、または流れを直接測定するために使用される他の装置が粒子状物質で急速に汚染される可能性がある。さらに、抽出流は、６００℃を超える温度を有する場合があり、したがって、従来の流量計は、このような高温流を測定するのに適していない場合がある。したがって、抽出流をインライン流量計で測定することが困難であるので、品質検査としての排出試験の前にまたはそれに続いて、予想された抽出流を診断装置７０で直接測定することが有用であり得る。
【００４７】
流れライン２６を介して、流量制御弁７４の出口を流量センサ７６に流体接続することが可能である。例えば、排気サンプリングシステム２０の全体側１０８を通過する流れの圧力、体積、質量および／または他の特性を測定するように、流量センサ７６を構成し得る。流量センサ７６は公知の任意の種類の流量センサであることが可能である。例示的な実施形態では、流量センサ７６は、希釈側１０６について上述した流量センサ４６と同様の体積測定装置であり得る。このようにして、流量センサ７６は、層流要素と、流量センサ７６を通過する質量流量の算出を補助するように構成されたいくつかの追加の構成部材とを含むことが可能である。このような構成部材は、例えば、白金抵抗サーミスタと絶対圧力トランスデューサとを含んでもよい。圧力低下を測定するように構成された圧力トランスデューサを流量センサ４６の層流要素に関連付けることが可能であると共に、本開示の例示的な実施形態では、例えば流量センサ７６を横切る圧力低下を検出および／または測定するために、対応する圧力トランスデューサを必要としなくてもよいことが理解される。さらに、流量センサ４６について上述したように、流量センサ７６を通過する流れの密度の定義を補助するように、流量センサ７６の構成部材を構成し得る。それに応じて、流量センサ７６を通過する流れの質量を測定するように、流量センサ７６を構成し得る。
【００４８】
例示的な実施形態では、流量センサ７６は容量型の流量計を含むことが可能である。このような流量計は、例えば、噛合歯車（図示せず）に配置された１つ以上のローブセットを含んでもよい。このような歯車は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、白金、および／または他の任意の同種の金属からなることが可能であり、また噛合時に互いの摩擦および／または抵抗を低減するように極めて精密に加工することが可能である。例示的な実施形態では、流れが流量センサ７６を通して導かれたときに、流量センサ７６を通して導かれている流れの量に正比例する流れによって、内側ローブおよび／または歯車を移動および／または回転させることが可能である。
【００４９】
流れライン２６を介して、流量センサ７６の出口を弁７８に流体接続し得る。弁７８は、希釈側１０６について上述した隔離弁４４と構造的に同様であることが可能である。それに応じて、排気サンプリングシステム２０の流量センサ７６と真空部８０との間の流体接続を実質的に開きおよび／または実質的に閉じるように、弁７８を構成し得る。真空部８０は公知の任意の従来の負圧源であることが可能である。真空部８０は、例えば、市販の真空装置、真空ポンプ、および／または負圧を発生させることができる他の任意の装置を含んでもよい。真空部８０は、図２に示されている排気サンプリング部２０のような排気サンプリングシステムを通して流れを引き込む際に有用な任意のパワーまたは容量であり得る。本開示の例示的な実施形態では、低い圧力スパイク痕を有するように、真空部８０を構成することが可能である。このような真空部８０は、実質的に一定の負圧を排気サンプリングシステム２０の構成部材に導くように構成することが可能である。
【００５０】
図３に示されているように、本開示の例示的な実施形態によれば、希釈装置５４はダイリューショントンネル１１０を含む。排気流３４の抽出部をダイリューショントンネル１１０に導き得るように、ダイリューショントンネル１１０を抽出管５６に流体接続し得る。
【００５１】
図３に示されているように、ダイリューショントンネル１１０は、長手方向軸線Ｘに沿って延びることが可能であり、また第１の端部１７２と第２の端部１７４との間に延びる多孔管１１２を画成する流れ室構造を含むことが可能である。図３に示されているように、キャップ１２５を多孔管１１２の第２の端部１７４に配置して、第２の端部１７４で空気流を阻止することが可能である。
【００５２】
多孔管１１２は内部流路１１５と多孔壁１１８とを含み得る。細孔１２１（例えば、直径０．５ミクロンであるが、それに限定されない）は、壁部１１８内に形成され、また多孔管１１２の外側の外側領域と多孔管１１２の内部流路１１５とを連通する。多孔管１１２は、正確に制御される所望の気孔率を提供する複数の細孔を有する多孔質材料、例えば、焼結ステンレス鋼からなり得る。
【００５３】
ダイリューショントンネル１１０は、多孔管１１２を中心としてその周囲に第１の環状室（滞留室）１３２を画成するように、多孔管１１２の周囲に形成された第２の管（拡散管）１３０を含むことが可能である。拡散管１３０は、複数の細孔１２１を有する多孔質材料、例えば、焼結ステンレス鋼からなり得る。細孔１２１は、多孔管１１２の外側の外側領域と滞留室１３２とを連通することが可能である。
【００５４】
ダイリューショントンネル１１０は、拡散管１３０を中心としてその周囲に第２の環状室（希釈流室）１４２を形成し得るハウジング１４０を含むことも可能である。入口ポート１４６は、ハウジング１４０を通して半径方向に形成され、また希釈流３６を受け入れるために、制御された流量の希釈ガス源（例えば、流れライン２６を介した圧縮空気源３８）と連通し得る。図３に示されているように、希釈流３６の少なくとも一部が多孔管１１２の内部流路１１５に流入し得るべく、多孔管１１２は、希釈流室１４２と流体連通する第１の端部１７２に入口をさらに含むことが可能である。
【００５５】
滞留室１３２と希釈流室１４２とを横切って配置されるプレート１８０によって、多孔管１１２をダイリューショントンネル１１０内に固定し得る。プレート１８０は、粒子およびガス流が滞留室１３２から出口１１６に通過することを許容するようにプレート１８０を通る複数の孔１８２を含むことが可能である。希釈用空気流室１４２のプレート１８０の部分は、希釈流の通過を許容するための孔１８１を含むことも可能である。
【００５６】
使用中に、矢印Ａで示されているような排気ガスの流れは抽出管５６から滞留室１３２に達することが可能である。希釈流はハウジング１４０の入口ポート１４６からダイリューショントンネル１１０に入り得る。希釈流がダイリューショントンネル１１０に入った後に、希釈流の部分は、拡散管１３０の多孔壁を通過することが可能であり、また滞留室１３２に入ることが可能である。希釈流の残りは、第１の端部１７２を通して多孔管１１２の内部流路１１５に入ることが可能であり、また多孔管１１２から滞留室１３２に拡散することが可能である。滞留室１３２において、排気ガスの流れは、両方の経路から来た希釈流によって希釈される。例示的な一実施形態では、滞留室１３２の希釈されていないかまたは部分的に希釈された排気ガスは拡散管１３０の多孔壁を横切ることができない。混合および希釈は滞留室１３２で行われる。次に、混合流は孔１８２を通過して出口１１６に至ることが可能である。流れライン２６を介して、ダイリューショントンネル１１０の出口１１６をフィルタ６２の入口に流体接続し得る。
【００５７】
滞留室１３２は、排気ガスと、中央多孔管１１２から外部拡散管１３０に達する希釈流とを十分に混合し得る環境を提供することが可能であり、このようにして、十分な希釈が行われる。混合空気流は、ダイリューショントンネル１１０内に比較的長時間滞留することが可能であり、また混合流の温度段階は比較的高温状態から比較的低温状態に変化することが可能である。
【００５８】
図４に示されているように、本開示の他の実施形態によれば、希釈装置５４は、入口ポート２４２と出口ポート２４４との間に延びかつ出口ポート２４４で上記ダイリューショントンネル１１０に接続されたダイリューショントンネル２４０、例えば湾曲したトンネルをさらに含むことが可能である。湾曲したトンネル２４０は、多孔壁１５２によって画成された内部流路１５０を含み得る。細孔１６０（例えば、直径約０．５ミクロンであるが、それに限定されない）は、壁部１５２に形成され、また内部流路１５０の外側の外側領域と内部流路１５０の内部とを連通する。湾曲したトンネル２４０は、多孔壁１５２とハウジング１６２との間に配置された環状室（トンネル室）１６４を画成するように、多孔壁１５２の周囲に形成されたハウジング１６２を含み得る。ハウジング１６２は、それを通して半径方向に形成された入口ポート１６６を含むことが可能であり、また制御された流量の希釈流源（例えば、流れライン２６を介した圧縮空気源３８）に連通することが可能である。例示的な一実施形態では、ダイリューショントンネル２４０は抽出部材として機能し得る。内部流路１５０は、排気ガスの流れ３４の上流方向に面する入口ポート２４２を有することが可能である。このようにして、粒子を含んだ排気ガスの流れ３４の比例したサンプルを内部流路１５０の内部に導き得る。初期の希釈工程の流量を変更するには、内部流路１５０の内径が、内部流路１５０の長さ全体にわたって一定であってもなくてもよい。例示的な一実施形態では、内部流路１５０の希釈されていないかまたは部分的に希釈された排気ガスは多孔壁１５２を横切ることができない。混合および希釈は内部流路１５０で行われる。上記のように、湾曲したトンネル２４０の出口２４４をダイリューショントンネル１１０に接続し得る。ダイリューショントンネル１１０は、湾曲したトンネル２４０から来た混合流にさらなる希釈を行うことが可能である。
【００５９】
他の例示的な実施形態では、希釈装置５４は、湾曲したトンネル２４０とダイリューショントンネル１１０とを含み得る。ダイリューショントンネル１１０は、図４に示されているように、滞留室１３２と流体連通する第２の出口９７をさらに含むことが可能である。一実施形態では、希釈装置５４から第２の出口９７を通して導かれる混合流９６は、入口１４６を通して希釈装置５４内に導かれる希釈流３６Ａに等しくてもよい。入口ポート１６６を通して希釈装置５４内に導かれる希釈流３６Ｂを加えた、排気流３４から比例して抽出されかつ入口ポート２４２を通して希釈装置５４内に導かれる抽出流９８は、出口１１６を通して希釈装置５４から抽出される混合流９５に等しくてもよい。この例示的な実施形態では、出口１１６を通って希釈装置５４から出た混合流９５は過渡的サイクルで一定に維持することが可能であり、また抽出流９８と排気流３４との割合は、入口ポート１６６を通る希釈流３６Ｂを調整することによって維持または変更することが可能である。いくつかの例示的な実施形態では、入口１４６を通る希釈流３６Ａ、入口ポート１６６を通る希釈流３６Ｂ、または両方の組み合わせを制御することによって、抽出流９８の割合を維持し得る。
【００６０】
いくつかの例示的な実施形態では、ダイリューショントンネル１１０は、湾曲したトンネル２４０に接続された滞留室としてのみ機能することが可能である。例示的な一実施形態では、湾曲したトンネル２４０のハウジングｌ６２の入口ポート１６６のみを通して、希釈流３６を希釈装置５４内に導き得る。希釈流はダイリューショントンネル１１０のハウジング１４０の入口１４６を通して希釈装置５４内には導かれない。したがって、希釈装置５４の出口１１６を通る混合流３７は、湾曲したトンネル２４０の入口２４２内に導かれる抽出流９８を加えた、入口１６６を通る希釈流３６に等しくてもよい。
【００６１】
上記例はダイリューショントンネル用のある好ましい幾何学的構造を示しているが、それらが、本発明によって意図された全ての可能な幾何学的構造の包括的なリストであることが意図されない。他の多数の可能な構造が存在することが明らかである。例えば、多孔質部材は、排気ガスの流れの方向に伸長する円錐形状であってもよい。さらに、多孔質部材、拡散管、およびハウジングは、排気ガスの流れの方向における希釈量の変更を可能にするかまたは所定のエンジン排気流量状態下で一定のサンプリング割合量を維持する他の任意の幾何学的構造をとってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
希釈装置５４を含む開示される排気サンプリングシステム２０は、任意のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジン、および／または他の内燃機関、炉、あるいは公知の動力源と共に使用することが可能である。上述したように、上記動力源を試験し、設計し、開発し、および／または検定するために、排気サンプリングシステム２０を使用し得る。任意の機械、オンロード車両、オフロード車両、据え付け機械、および／または公知の他の排気発生装置に関連して、上記動力源を使用し得ることが理解される。
【００６３】
次に、開示される排気サンプリングシステム２０を使用して例示的な動力源を検定するための方法について、図５に示されているサンプリング方法１８４を参照して説明する。政府規制によって、検定されている特定の動力源に応じた異なる試験シナリオが必要となり得ることが理解される。例えば、定常状態の流動状態下で、いくつかの動力源を検定してもよく、一方、過渡的流動状態下で、他の動力源を検定してもよい。本明細書に用いられる際、「過渡的流動状態」という用語は、試験サイクル中に変更され、修正され、および／またはさもなければ変化される流動状態を意味する。本開示の排気サンプリングシステム２０を使用して、過渡的流動状態および定常状態の流動状態の両方で動力システムを検定することが可能である。しかし、本発明の説明では、過渡的流動状態の検定方法についてのみ説明する。
【００６４】
図２に示されている排気サンプリングシステム２０を使用しようとするために、ユーザは、システム２０を熱平衡状態にすることが可能である。熱平衡において、排気サンプリングシステム２０のそれぞれの構成部材は実質的に同一の温度であることが可能であり、例示的な実施形態において、定格温度は約３０℃であることが可能である。検定のために、例えば、フィルタ６２およびその構成部材を約４７℃（約±５℃）の温度に維持し得ることが理解される。熱平衡に達すると、ユーザは、サンプリングが開始するまでシステムのアイドル動作を維持することが可能である。熱平衡を実現するために、ユーザは、例えば、所望の混合流量と所望の希釈流量とを設定し得る。所望の希釈流量は、流量制御弁５０を介して希釈装置５４に導くべき希釈流３６の体積に一致することが可能である。所望の混合流量は、排気サンプリングシステム２０の全体側１０８のフィルタ６２に導くべき混合流３７の体積に一致することが可能である。
【００６５】
システムが熱平衡状態になっている間、希釈流３６は、圧縮空気源３８、流れ処理アセンブリ４０、冷却装置４２、開いた隔離弁４４、流量センサ４６、および開いた流量制御弁５０を通過し得る。次に、弁５２は、希釈装置５４を通して希釈流３６を導くことが可能であり、またバイパスライン６６を実質的に流体的にシールすることが可能である。さらに、弁６０を実質的に閉じることが可能であり、このようにして、例えば、排気サンプリングシステム２０がアイドル状態であった間に抽出管５６に蓄積する可能性がある擬似微粒子および／または他の異物を追い出すように、抽出管５６を通して希釈流３６を導くことが可能である。次に、希釈流３６は、排気流３４に合流することが可能であり、また試験セル１００の排気システム１８によって除去することが可能である。図２に示されているように、弁６８を開いて、周囲空気の流れが、流れの矢印７２によって示されているように弁６８に入ることを許容することによって、ガス流８２を発生させ得る。代わりに、操作者は、弁を制御して、排気流３４のサンプルを抽出しまたフィルタ６２を通してサンプルを導いてもよい。操作者は、暖機中にサンプルを抽出した後にフィルタ媒体を廃棄し得る。
【００６６】
図５に示されているように、排気サンプリングシステム２０が熱平衡に達すると、ユーザはシステムを較正することが可能である（ステップ１８６）。較正中に、ユーザは、例えば、サンプリング中に制御アルゴリズムで用いるための１つ以上の多項式を導出するために、排気サンプリングシステムの希釈側１０６を全体側１０８に較正し得る。特に、較正中に、弁４４および流量制御弁５０は開いたままであることが可能であり、また弁５２は、バイパスライン６６を通して希釈流３６を弁６４に導くことが可能である。次に、希釈流３６は流量制御弁７４を通過することが可能であり、また弁６８は、希釈流３６のいずれもが流れライン２６を通過することができないように完全に閉じることが可能である。このような構成において、流量センサ４６と流量センサ７６とを直列に配置し得る。ユーザによって指定された一連の流れ位置全体にわたって、排気サンプリングシステム２０を作動させることが可能である。排気サンプリングシステム２０の流量センサ４６、流量センサ７６および／または他の構成部材を使用して、流れ位置のそれぞれで希釈流３６を測定することにより、排気サンプリングシステム制御装置２２は、流量センサ４６と流量センサ７６との関係を表す多項式を算出し得る。この多項式を用いて、排気サンプリングシステム２０の作動中に、流量センサ４６によって行われた流量測定を、センサ７６によって行われた流量測定に数学的に補正することが可能である。
【００６７】
較正後、操作者は、試験フィルタ媒体カートリッジをフィルタ６２に装着することが可能であり、また試験セル制御装置２４を使用してエンジンを第１の試験位置に制御することが可能である。第１の試験位置において、排気サンプリングシステム２０の１つ以上の診断装置７０および／または試験セル１００は、動力源１０の１つ以上の作動特性を検出し得る（ステップ１８８）。このような作動特性は、例えば、動力源１０の吸気口への空気流量、燃料消費率、動力源の温度、および／または排気流３４の質量流量を含むことが可能である。上記の検出された作動特性に基づいて、排気サンプリングシステム制御装置２２は抽出流の所望の質量流量を算出することが可能である（ステップ１９０）。抽出流の算出された所望の質量流量は、排気流３４から抽出すべき所望の排気流量に一致し得る。さらに、抽出された所望の質量流量は排気流３４の質量流量に実質的に比例し得る。
【００６８】
次に、排気サンプリングシステム制御装置２２は、排気サンプリングシステム２０の構成部材を制御して、排気流３４の算出された所望の部分を抽出することが可能である（ステップ１９２）。さらに、排気サンプリングシステム制御装置２２は、動力源の排気流の抽出部を希釈するために、圧縮機３８、流れ処理アセンブリ４０、冷却装置４２、流量センサ４６および／または流量制御弁５０を制御して、希釈流３６を希釈装置５４に導くことが可能である（ステップ１９４）。本明細書に用いられる際、「希釈」という用語は、圧力および／または温度等の環境状態をシミュレートするように、抽出された排気流と周囲空気の流れとを混合することを意味することが理解される。排気サンプリングシステム２０の作動中に、排気サンプリングシステム２０の構成部材が、比較的高い希釈比率（すなわち、抽出流９８の流量に対する希釈流３６の流量が比較的高くてもよい）で作動し得ることが理解される。このような高い希釈比率は、混合流３７がフィルタ６２に達する前に抽出流の温度を約５２℃に低下させるために必要となり得る。
【００６９】
使用中に、排気サンプリングシステム２０は、流量制御弁７４、５０のそれぞれによって、混合流３７と希釈流３６との差を実質的に連続してまた実質的に直ちに制御することが可能である。このようにして、流れ３７、３６の差を制御することにより、ユーザは、例えば、排気流３４から抽出される流れ９８の体積を制御し得るが、この理由は、混合流３７の体積が、抽出流９８の体積を加えた希釈流３６の体積に等しいからである。例示的な一実施形態では、排気流３４を測定することが可能である。代わりに、測定されたエンジン吸気流、または燃料流を加えたエンジン吸気流に基づいて、排気流３４を算出してもよい。混合流３７と希釈流３６との差を制御することによって、ユーザは、過渡的試験サイクル中に抽出流９８と排気流３４との割合を正確に制御し得る。上記制御方法は、例えば、排気流３４または抽出流の質量流量および／または他の特性を直接検出することなく、排気流３４の移動を考慮するので有利であり得る。さらに、上記制御方法によって、上述したこのような流れを直接測定する困難が回避される。
【００７０】
全体側の質量流量と希釈側の質量流量との瞬時差が動力源の排気質量流量に連続的に比例することを保証するように、排気サンプリングシステム２０を制御し得る。このことを実現するために、ステップ１８８について上述した動力源１０の作動特性を連続的に監視し、また比例したサンプリングをもたらすシステム流量設定値を算出するように、排気ガスサンプリングシステム制御装置２２を構成し得る。特に、排気流量が変化する過渡的検定試験において、５００ミリ秒以内で排気流量の変化に応答するように、排気サンプリングシステム２０の構成部材を構成し得る。
【００７１】
混合流３７は希釈装置５４からフィルタ６２に通過することが可能であり、これによって、混合流３７内に含まれた微粒子をフィルタ媒体内で抽出および捕捉することが可能である。次に、濾過された混合流３７はフィルタ６２から弁６４を通ってまた流量制御弁７４を通って流量センサ７６に通過することが可能であり、ここで、重量測定による質量の決定を行うことが可能である（ステップ１９６）。検出された情報は流量センサ７６の１つ以上の構成部材から排気サンプリングシステム制御装置２２に送信することが可能であり、また排気サンプリングシステム制御装置２２は検出データを記憶しおよび／またはそれを操作者またはユーザに提供することが可能である（ステップ１９８）。
【００７２】
次に、混合流３７は流量センサ７６から、開いた弁７８を通って真空部８０に通過し得る。混合流３７は、流れの矢印８２によって示されているように排気サンプリングシステム２０から出ることが可能である。適切な量のデータが、排気サンプリングシステム制御装置２２によって収集および／または記憶されると、排気サンプリングシステム制御装置２２は、検定のために、連続するサンプリングを必要とし得るかどうかを決定することが可能である（ステップ２０２）。連続するサンプリングが必要とされる場合、排気サンプリングシステム制御装置２２は、上記のように動力源１０の作動特性の検出を継続し得る（ステップ１８８）。代わりに、十分な量のデータが得られている場合、排気サンプリングシステム制御装置２２はサンプリングを停止してもよい（ステップ２０４）。過渡的検定手順において、ユーザが、異なる種々の絞り値および／または他の設定値によって動力源１０を作動させ得ることが理解される。このような手順の間に、例えばエンジン吸気流量に基づいて、動力源１０の作動特性を連続的に検出または決定することが可能である。動力源１０の検出された作動特性と、排気サンプリングシステム２０の全体側１０８を通過する混合流３７の検出された流量とに応じて、希釈装置５４に供給された希釈流３６の流量を連続的に変更し得る。
【００７３】
例示的な実施形態では、比較的低出力の動力源１０が、例えば試験セル１００の比較的大きい体積の１つ以上の構成部材のような比較的大きい体積の排気システムに接続される用途において、排気サンプリングシステム２０の過渡応答を遅延させるように、排気サンプリングシステム２０を制御することも可能であることが理解される。使用中に、サーミスタ５９は、排気流３４の温度の変化を検出することが可能であり、また検出された温度情報を排気サンプリングシステム制御装置２２に送信することが可能である。排気サンプリングシステム制御装置２２は、例えば、上記のサーミスタ５９から受信された温度入力および排気流３４の質量流量に基づいて、排気流３４の体積流量を算出し得る。例示的な実施形態では、排気サンプリングシステム制御装置２２は約８０Ｈｚで体積流量を算出することが可能であり、また試験セルの操作者は、例えば排気ライン５８の長さおよび直径に基づいて排気システムの体積を入力することが可能である。粒子が排気流３４内で例えば動力源１０と抽出管５６との間を移動するのにかかる時間が、排気サンプリングシステム２０の認識されている応答時間を超えた場合、排気サンプリングシステム制御装置２２は、例えば流量制御弁５０を制御することによって排気サンプリングシステム２０の比例応答を遅延させ得る。例えば、排気サンプリングシステム２０の認識されている応答時間が２００ミリ秒であり、また動力源１０と抽出管５６との間における算出された粒子の移動時間が、所定の瞬間において３００ミリ秒であった場合、排気サンプリングシステム制御装置２２は、排気サンプリングシステム２０によって過渡応答を１００ミリ秒だけ遅延させてもよい。
【００７４】
開示される排気サンプリングシステム２０の他の実施形態は、仕様を考慮すれば当業者には明らかであろう。例えば、隔離弁４４および弁７８は、排気サンプリングシステム２０内で流れライン２６から他の位置に流体の流れを導くように構成された３ウェイ弁であってもよい。さらに、試験フィルタ媒体カートリッジの挿入および／または取り外しを補助するために、フィルタ６２には１つ以上のボスを設けてもよい。
【００７５】
図６は、動力源の排気流の抽出部を希釈する例示的な方法を示している。ステップ２１２において、希釈装置５４の抽出管５６により、動力源１０の排気流３４の一部９８を制御可能に抽出し得る。ステップ２１４において、抽出部を希釈装置５４の滞留室１３２内に導くことが可能である。ステップ２１６において、希釈ガスは入口ポート１４６を通して第２の室１４２内に導かれる。希釈ガスは多孔管１３０を通って滞留室１３２内に通過し得る。希釈ガスの部分は第１の端部１７２を通って多孔管１１２に入ることが可能である。多孔管１１２に入った希釈ガスは多孔壁１１８を通って滞留室１３２内に拡散し得る（ステップ２１８）。抽出部は、滞留室１３２内において、中央多孔管１１２から来るおよび外部多孔管１３０から来る希釈ガスと混合することが可能である。ステップ２２０において、排気ガスと希釈流との混合流は、希釈装置５４から、滞留室１３２に連通する出口ポート１１６を通って流れ得る。
【００７６】
本開示のダイリューショントンネルは、従来のダイリューショントンネルと比較して、複数の利点を提供する。特に、本開示のダイリューショントンネルは、粒子の形成および増大に対して追加の滞留時間を提供する。滞留室の構造によって、適切な希釈比率が増加するにつれて滞留時間が増加される環境が提供される。これにより、大気の希釈工程のより良いシミュレーションを実現できる。第２の組の流れ分配装置および制御装置を付加することによって、希釈拡散量を容易にまた広範囲にわたって変更することができる。このことにより、異なる希釈工程を正確かつ費用効果的に行うための自由度が付加される。
【００７７】
希釈装置およびサンプリングシステムに種々の修正および変更をなし得ることが当業者には明らかであろう。他の実施形態は、開示される希釈装置およびサンプリングシステムの仕様および実施を考慮すれば当業者には明らかであろう。仕様および実施例は例示的なものに過ぎないと考えるべきであり、真の範囲は、次の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本開示の例示的な実施形態による試験セルの概略図である。
【図２】本開示の例示的な実施形態によるサンプリングシステムの概略図である。
【図３】本開示の例示的な実施形態によるサンプル希釈装置の図面である。
【図４】本開示の他の例示的な実施形態によるサンプル希釈装置の図面である。
【図５】本開示の例示的な実施形態によるサンプリング方法のフローチャートである。
【図６】本開示の例示的な実施形態に従って排気ガスの流れを希釈する開示される例示的な方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００７９】
４  空気フィルタ
６  温度・湿度制御装置
８  流量制御装置
１０  動力源
１４  ダイナモメータ
１６  燃料システム
１８  排気システム
２０  排気サンプリングシステム
２２  排気サンプリングシステム制御装置
２４  試験セル制御装置
２６  流れライン
２８  機械的なおよび／または他の従来のリンク
３０  燃料ライン
３２  制御線
３４  排気流
３６  希釈流
３６Ａ  希釈流
３６Ｂ  希釈流
３７  混合流
３８  圧縮空気源
４０  流れ処理アセンブリ
４２  冷却装置
４４  隔離弁
４６  流量センサ／流量測定装置
４８  ベンチュリ
５０  複数の流量制御弁および／または他の種類の弁
５２  弁
５４  希釈装置
５６  抽出管
５８  排気ライン
５９  サーミスタ
６０  弁
６２  フィルタ
６４  弁
６６  バイパスライン
６８  弁
７０  １つ以上の診断装置または補助測定装置
７２  周囲空気
７４  流量制御弁
７６  流量センサ／流量測定装置
７８  弁
８０  真空部
８２  ガス流
９５  混合流
９６  混合流
９７  第２の出口
９８  抽出流／排気流の一部
９９  １つ以上の補助測定装置
１００  試験セル
１０６  希釈側
１０８  全体側
１１０  ダイリューショントンネル
１１２  多孔管
１１４  入口
１１５  内部流路
１１６  出口
１１８  多孔壁
１２１  細孔
１２５  キャップ
１３０  第２の管（拡散管）
１３２  第１の環状室（滞留室）
１４０  ハウジング
１４２  第２の環状室（希釈流室）／希釈空気流室
１４６  入口ポート
１５０  内部流路
１５２  多孔壁
１６０  細孔
１６２  ハウジング
１６４  環状室（トンネル室）
１６６  入口ポート
１７２  第１の端部
１７４  第２の端部
１８０  プレート
１８１  孔
１８２  複数の孔
１８４  サンプリング方法
２４０  ダイリューショントンネル／湾曲したトンネル
２４２  入口ポート
２４４  出口ポート
Ａ  矢印
Ｘ  長手方向軸線
【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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