JP2000035821A - 気体流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気など気体を高速応答かつ高精度に制御す
ることができる気体流量制御装置を提供すること。 【解決手段】 気体が流れる流路８にピエゾバルブ３３
と差圧流量計１０とを互いに直列な状態になるように設
け、差圧流量計１０によって得られた実流量を設定流量
と比較し、その比較結果に基づいてピエゾバルブ３３の
開度調整を行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば空気など
気体の流量を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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（Ｐ
ａｒｔｉｃｕｌａｔｅ 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。この部分希釈方
式の希釈システムは、希釈後の排気ガスを一定流量に維
持しながら、排気ガス希釈用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。

【０００３】図３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、その下流側はサンプリング
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
希釈用空気の供給路で、図４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。

【０００４】すなわち、図４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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】而して、上記ガス希釈システムにおいて、
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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成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。

【００１１】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。

【００１２】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、空気など気体を高速応答かつ高
精度に制御することができる気体流量制御装置を提供す
ることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の気体流量制御装置は、気体が流れる流路
にピエゾバルブと差圧流量計とを互いに直列な状態にな
るように設け、差圧流量計によって得られた実流量を設
定流量と比較し、その比較結果に基づいてピエゾバルブ
の開度調整を行うようにしている。

【００１４】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、差圧流量計によって得られた実流
量を設定流量と比較し、その比較結果に基づいてピエゾ
バルブの開度調整を行うようにした気体流量制御装置に
おいては、空気など気体を高速応答かつ高精度に制御す
ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１および図２はこの発明の一つの実
施の形態を示すもので、この図１において、図４におけ
る符号と同じものは同一部材を示している。

【００１６】図１は、この発明の気体流量制御装置３２
の全体構成を概略的に示すもので、この図において、３
３は流路８に設けられるピエゾバルブで、ベンチュリ流
量計１０と直列かつベンチュリ流量計１０よりも上流側
に設けられる。このピエゾバルブ３３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。

【００１７】すなわち、図２において、３４は本体ブロ
ック、３５，３６は本体ブロック３４に形成された流体
入口、流体出口である。３７は流体入口３５と流体出口
３６との間に形成される流体流路で、この流体流路３７
の途中には上面に弁口３８を備えたオリフィスブロック
３９が設けられている。４０は本体ブロック３４の上面
に、オリフィスブロック３９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４０内に
は、弁口３８の開度調節を行う弁体４１がオリフィスブ
ロック３９の上面を覆うようにして設けられるダイヤフ
ラム４２によって上下動自在に保持されている。この弁
体４１は、通常時、オリフィスブロック３９の上面（弁
口３８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。

【００１８】４３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４０に螺着された筒状のバルブケース４
４内に収容されている。このピエゾスタック４３は、そ
の上端部４５がバルブケース４４の上端に螺着されるナ
ット部材４６に固定され、下端の出力端４７が弁体４０
の上端に当接するように構成されている。４８はピエゾ
スタック４３に給電するためのリード線である。

【００１９】上記構成のピエゾバルブ３２は、ピエゾス
タック４３に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４７が弁体
４１を下方に押圧駆動し、弁体４１と弁口３８との間の
距離、つまり、弁口３８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３３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。

【００２０】再び、図１において、４９は上記ピエゾバ
ルブ３３を駆動する回路で、比較制御回路１５からの信
号を受け、この信号に基づいてピエゾバルブ３３におけ
る弁口３８の開度を調整する。そして、流路８のピエゾ
バルブ３３の上流側には、吸引ポンプ５０、フィルタ５
１、調圧器５２が設けられている。

【００２１】上記構成の気体流量制御装置３２において
は、高速応答性を備えたピエゾバルブ３３と高い流量測
定精度を有するベンチュリ流量計１０とを互いに直列に
接続し、ベンチュリ流量計１０によって得られた実流量
を設定流量と比較し、その比較結果に基づいてピエゾバ
ルブ３３の開度調整を行うようにすることにより、空気
など気体を高速応答かつ高精度に制御することができ
る。したがって、このような優れた特性を有する気体流
量制御装置３２を、図３に示した希釈ガス流量制御装置
に組み込んだ（空気供給路５の上流側に接続する）場
合、エンジン排気ガスのトランジェント計測に必要な高
速応答かつ高精度の希釈空気制御システムが得られ、こ
れにより、所望のＰＭ測定を確実にしかも高精度行うこ
とができる。

【００２２】この発明は、上述の実施の形態に限られる
ものではなく、例えば、ベンチュリ流量計１０に代え
て、これと同様に主として差圧センサによって流量検出
を行うラミナー流量計を用いるようにしてもよい。ま
た、ポンプ５０に代えて、コンプレッサを用いてもよ
い。

【００２３】そして、上述に実施の形態においては、気
体流量制御装置をエンジン排気ガス測定を行うためのガ
ス希釈システムにおける希釈用空気の定量供給装置とし
て用いていたが、この発明の気体流量制御装置は、これ
に限られるものではなく、空気を始めとする各種の気体
を高速応答かつ高精度に制御する場合に広く用いること
ができる。

【００２４】

【発明の効果】この発明の気体流量制御装置において
は、流量制御の応答性に優れたピエゾバルブと流量計測
精度の高い差圧流量計流量計とを組み合わせ、差圧流量
計によって得られた実流量を設定流量と比較し、その比
較結果に基づいてピエゾバルブの開度調整を行うように
しているので、空気など各種の気体を高速応答かつ高精
度に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の気体流量制御装置の全体構成を概略
的に示す図である。

【図２】前記気体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。

【図３】部分希釈方式のガスサンプルシステムの一例を
示す図である。

【図４】従来の気体流量制御装置の全体構成を概略的に
示す図である。

【符号の説明】

８…流路、１０…差圧流量計、３３…ピエゾバルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H062 AA02 AA15 BB01 BB10 CC07 CC15 DD01 EE06 FF07 HH02 HH10 5H004 GA02 GB12 HA02 HB01 HB02 HB03 JB11 LA17 LA20 5H307 AA11 AA15 BB02 DD01 DD03 EE02 EE12 EE36 FF03 FF12 FF13 FF15 GG01 GG11 HH04 JJ03

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体が流れる流路にピエゾバルブと差圧
   流量計とを互いに直列な状態になるように設け、差圧流
   量計によって得られた実流量を設定流量と比較し、その
   比較結果に基づいてピエゾバルブの開度調整を行うよう
   にしたことを特徴とする気体流量制御装置。