JP3610444B2

JP3610444B2 - Engine exhaust gas flow measurement system

Info

Publication number: JP3610444B2
Application number: JP01707597A
Authority: JP
Inventors: 勝夫三角
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Oval Corp
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Oval Corp
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1997-01-30
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: JPH10213464A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン排ガス流量計測システムに関し、より詳細には、エンジンの排気ガスによる公害防止を目的として、エンジンの排気ガスの脈動圧力やエンジンの振動に影響されずに、エンジンのアイドリング時からアクセル全開時までのエンジン回転数で安定して高精度に排気ガスの流量を計測する渦流量計を用いたエンジン排ガス流量計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の排気ガスはＣＯ_２やＮＯ_Ｘを始め浮遊微粒子を含み大気汚染の原因となるものである。特にディーゼルエンジンの排気ガスには、発ガン性が指摘される浮遊微粒子が多量に含まれるので排気ガス規制の対象となっている。排気ガス規制に合格するエンジンを開発するために排気ガスの流量を計測し、且つ、排ガスの化学成分を分析することが行われ、エンジンの回転数に応じて排出する排気ガス中の汚染物質の量を求めている。
【０００３】
排気ガスの流量を計測する流量計としては、渦流量計が挙げられる。渦流量計は、周知のように、被測定流体が流れる測定管と、測定管内に流れと対向して両端又は一端が固定された渦発生体と、渦検出器で構成され、渦発生体から流出するカルマン渦の単位時間当りの数（以後、渦周波数と記す）が、気体・液体に関係なく所定のレイノルズ数（以後、Ｒｅ数と記す）範囲では流量に比例することを利用したもので、この比例定数は、ストローハル数（以後、Ｓｔ数と記す）と呼ばれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、自動車用エンジンの排気ガスは、エンジンの回転数および気筒数に比例した脈動圧力を含んでいる。また、エンジンの排気ガスは通常マフラーを介して排出されるが高温状態を保持し、最高５００℃の温度にも達する。更には、上記高温に加え、水分や粘着性の黒煙等の微粒子を含んでいる。
【０００５】
エンジンの排気ガスは、高温・多湿で粘着性の微粒子を含む脈動圧力の多い気体であり、これを安定して高精度に流量計測することは従来の渦流量計では困難である。更には、エンジンの排気ガスの流量は、エンジンの回転数に応じて変化するのでアイドリング時からアクセル全開時までの広い流量範囲、例えば、１：１００の流量レンジを持って測定されることが要求され、しかも、エンジンの特性に影響を与えない低い圧力損失で計測されなければならない。
【０００６】
また、渦流量計において、上述した条件のエンジンの排気ガスの流量を計測するために、渦流量計の構成要素を耐熱部材とすることにより、高温・多湿で微粒子を含む排気ガスに好適に対応することが可能であるが、エンジンの回転数に比例して発生する排気ガスの脈動圧力が、アイドリング時の小流量における渦信号を不安定にし、更には、脈動圧力周波数と、渦周波数とが接近すると渦周波数と脈動圧力周波数が干渉し渦波形が乱れ、正確に渦を検出することができず流量の計測誤差が大きくなる。
【０００７】
本発明は、上述した実情に鑑みなされたもので、渦流量計に流入するエンジンの排気ガスの脈動圧力を減衰させることにより小流量における渦信号のＳＮ比を向上し、更には、エンジンの回転数に比例して生ずる排気ガスの脈動圧力周波数よりも、エンジンの回転数に比例して流れる排気ガスにより生ずる渦周波数を常に高くして、流量測定範囲において安定した渦を検出できるようにしたエンジン排ガス流量計測システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、エンジンの排気ガスの流量を計測するためのエンジン排ガス流量計測システムにおいて、前記排気ガスの脈動圧力を減衰させる脈動圧力減衰手段と、前記エンジンから発生して配管を伝達する振動を減衰させる振動減衰手段と、前記排気ガスの流れを整流する整流手段と、前記排気ガスの流量を計測するための渦発生体を有する渦流量計とを備え、前記渦発生体は、前記エンジンの脈動圧力周波数よりも常に高い周波数の渦を発生させるだけの大きなストローハル数をもつ断面形状をもち、前記エンジンの排気ガスは、前記脈動圧力減衰手段、前記振動減衰手段、前記整流手段、前記渦流量計を順次通して排出されるものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載のエンジン排ガス流量計測システムにおいて、前記脈動圧力減衰手段と前記振動減衰手段を一体構造としたものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のエンジン排ガス流量計測システムにおいて、前記整流手段の他に、前記エンジンの排気口と前記整流手段の間に更に１つ以上の整流手段を設けたものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のエンジン排ガス流量計測システムにおいて、前記渦流量計に装着する渦発生体の断面形状を、上流側に流れと直角な底辺をもつ二等辺三角形としたものである。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のエンジン排ガス流量計測システムにおいて、前記渦流量計に装着する渦発生体の断面形状を、流れと直角な１組の対辺をもつ台形としたものである。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のエンジン排ガス流量計測システムにおいて、前記渦流量計に装着する渦発生体の断面形状を、下流側に流れと直角な底辺をもつ二等辺三角形としたものである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のエンジン排ガス流量計測システムにおいて、前記渦流量計に装着する渦発生体の断面形状を、流れと直角な辺を長辺とする矩形としたものである。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のエンジン排ガス流量計測システムにおいて、前記渦流量計に装着する渦発生体の断面形状を、上流側に流れと直角な底辺をもち下流側に突起を有する凸形としたものである。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のエンジン排ガス流量計測システムにおいて、前記渦流量計に装着する渦発生体を、断面形状が二等辺三角形、台形、矩形、又は凸形のうち、少なくとも２つ以上流れ方向に所定間隔を隔てて設置した複合形としたものである。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９の何れかに記載のエンジン排ガス流量計測システムにおいて、前記渦流量計の流路の軸方向に垂直な断面形状を矩形とし、渦発生体を前記矩形の一辺に垂直に挿入し、該渦発生体を挿入した矩形の一辺と垂直な辺を、前記矩形の長辺としたものである。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０の何れかに記載のエンジン排ガス流量計測システムにおいて、前記渦流量計に装着する渦発生体と渦検出器を、渦流量計本体に着脱可能に支持したものである。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項１乃至１０の何れかに記載のエンジン排ガス流量計測システムにおいて、前記渦流量計本体に少なくとも一つのパージ用の孔を設けたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１乃至３の発明の実施形態を説明するためのエンジン排ガス流量計測システムの流れ方向平断面図で、図中、１は流入管、２は減衰器、３は渦流量計本体（以後、本体と記す）、４は整流器、５は渦発生体、６は渦検出器、７は変換器、８はＣＰＵ、９は渦流量計である。
【００２１】
図１に示すエンジン排ガス流量計測システムは、エンジン排気口（図示せず）に接続される流入管１と、一端が流入管１に接続され、他端が渦流量計９と接続される減衰器２とからなっている。流入管１は拡大開口部１ｂを有して該拡大開口部１ｂには整流器１ａが取り付けられている。減衰器２は、例えばフレキシブルチューブ等で構成され軸方向、半径方向に伸縮自在に変形する。また渦流量計９は、減衰器２と接合する側に整流器４を取り付けた拡大開口部３ａを有する本体３と、渦発生体５および渦発生体５の後流側に設けられた渦検出器６とからなり、渦検出器６は変換器７に接続され、更にＣＰＵ８に接続されている。
【００２２】
渦検出器６は、高温に耐え、且つ、アイドリング時の小流量で流出する渦の変動圧力を検出可能とするため、例えば、薄板の金属受圧板と該金属受圧板に接合された圧電素子等で構成される。渦検出器６は高感度のため、エンジン等の外部振動に応動してノイズを検出する危険がある。減衰器２は自らの変形によりこれらの振動を取り除く、また、減衰器２は流入管１と共に一つの容積を形成し、整流器１ａ、４の抵抗要素とにより、排ガスの脈動圧力に対しπ型フィルタの効果を持ち、脈動圧力を効果的に取り除く。なお、整流器は、整流器４のみでも同様の効果を得ることができる。
【００２３】
図２は、図１に示す渦流量計９の分解斜視図で、図中、図１と同様の作用をする部分には、図１と同じ参照番号を付してある。
【００２４】
図２において、本体３の断面形状は整流器４側を円形とし、渦発生体５、渦検出器６が取り付けられる部分は矩形となっており拡大開口部３ａは円形断面から矩形断面へ連続的に絞られる絞り曲線をもっている。渦発生体５は一端側に取り付けフランジ５ａを有し、本体３の流路に流れに対して垂直に挿入しボルト５ｂ等により接合される。同様に渦検出器６は一端側に取り付けフランジ６ｂを有し、受圧板６ａを本体３の流路に流れに対して平行に挿入しボルト等（図示せず）により接合され、フランジ６ｂには変換器７がフランジ７ａを介して接合される。
【００２５】
図３は、排気ガスの流速と渦周波数との関係を説明するための図で、渦発生体５の断面形状を、上流側の流れと直角な方向の辺を幅ｄの底辺、下流側に高さｈの二等辺三角形とし、排気ガスの流速をＶとすると渦周波数ｆは、
ｆ＝Ｓｔ（ｖ／ｄ）（１）
で表される。なお、幅ｄが一定であればＳｔ数を定数とすると、渦周波数ｆは排気ガスの流速ｖに比例する。
【００２６】
一方、エンジンの排気ガスの脈動圧力周波数Ｆは、４サイクルエンジンの場合、エンジンの回転数Ｎ，気筒数をＭとすると、
Ｆ＝（１／２）（Ｎ／６０）Ｍ（２）
であらわされる。尚、排気ガスの流速ｖは、流入管１の断面積が一定であるからエンジンの回転数Ｎに比例する。渦周波数ｆは、排気ガスの流速ｖとＳｔ数とに比例するがＲｅ数の小さい小流量ではＳｔ数は変化しリニアリティを保てないのでＳｔ数の値によっては、排気ガスの脈動圧力周波数Ｆと渦周波数ｆとが接近する。
【００２７】
図４は、エンジン回転数Ｎと排気ガスの脈動圧力周波数Ｆと渦周波数ｆとの関係を示す図であり、横軸にエンジン回転数Ｎ，縦軸に周波数を示し、エンジン回転数Ｎと脈動圧力周波数Ｆとの関係および口径Ａの渦流量計の渦周波数ｆ_Ａ，および口径Ｂ（Ａ＞Ｂ）の渦流量計の渦周波数ｆ_Ｂとの関係を示している。
また図５は、エンジンの回転数における渦波形とトリガ波形の関係を示す図である。
【００２８】
図４において、破線は流量計の最大及び最小流量測定範囲を表わすものである。渦周波数ｆ_Ａはエンジン回転数Ｎｏの点において排気ガスの脈動圧力周波数２Ｆと交差している。このＮ＝Ｎｏの位置においては、図５（Ｂ）に示すように渦波形（１）は排気ガスの脈動圧力と干渉して乱れるため、これのトリガ波形（２）も不規則となり、パルス抜けを生じ誤差をもたらす。これに対し図５（Ａ），（Ｃ）に示すＮ＞Ｎｏ，Ｎ＜Ｎｏにおいては、渦波形（１），トリガ波形（２）は極めて規則正しく出力される。これに対し、渦周波数ｆ_Ｂは、流量測定範囲内において排気ガスの脈動圧力周波数Ｆ及び２Ｆよりも常に上方にあり、互いに交わることはない。
【００２９】
図４に示す渦周波数ｆと排気ガスの脈動圧力周波数Ｆとの関係は、口径Ａ，Ｂの相異により得られた結果であるが、圧力損失を小さくして高い渦周波数ｆを得るためには排気ガスの流速ｖを増さずにＳｔ数を大きくすることが要求される。このため、渦発生体５の断面形状を選択することが重要である。本出願人の実験結果によれば、渦発生体５の断面形状は、流れと直角な代表長さｄに対し流れ方向の長さｈがＳｔ数に変化を与えることが判明した。
【００３０】
図６は、請求項１乃至３の発明に係る渦発生体の断面形状の一例を示す図で、本体３の流れと直角方向の断面積を一定とした条件で、図６（Ａ）の渦発生体５Ａ，図６（Ｂ）の渦発生体５Ｂ，図６（Ｃ）の渦発生体５Ｃは、共に、上流側に流れと直角な底辺をもつ二等辺三角形で、底辺の長さが共にｄで、高さがｈ_Ａ＞ｈ_Ｂ＞ｈ_Ｃであり、図６（Ｄ）の渦発生体５Ｄ，図６（Ｅ）の渦発生体５Ｅは、共に底辺がｄで下流側に流れと直角な底辺をもつ二等辺三角形５ｄ，５ｅと、該二等辺三角形５ｄ，５ｅの下流側に０．１５〜０．３ｄを隔てて下流側に突起を有する凸形の５ｄ′，５ｅ′を組み合わせた複合形の渦発生体である。
【００３１】
図７は、図６に示した渦発生体のＳｔ数とＲｅ数特性の実験結果を説明するための図で、横軸にＲｅ数、縦軸にＳｔ数を示してある。
【００３２】
図７に示す実験結果によると、二等辺三角形の渦発生体５Ａ，５Ｂ，５Ｃでは、高さｈの低い方、すなわち底辺角の小さい方がＳｔ数が大きくなる。図７によればＳｔ数は５Ｃ＞５Ｂ＞５Ａとなる。更に、複合形の渦発生体５Ｄ，５ＥのＳｔ数は、共に二等辺三角形の渦発生体５Ａ，５Ｂ，５Ｃよりも大きく、高さｈ高い方、すなわち、底辺角度が大きい二等辺三角形５ｅをもった渦発生体５Ｅの方が渦発生体５Ｄよりも大きいＳｔ数となることが判明した。
【００３３】
図６、図７の結果から解るように、渦発生体５の断面形状の中からＳｔ数の大きい渦発生体を選択することで、排気ガスが流れることにより発生する渦周波数ｆを、エンジンの脈動圧力周波数Ｆよりも常に高い周波数とすることができる。この結果、渦周波数と脈動圧力周波数とが干渉することによるパルス抜けの誤差をなくすことができる。尚、Ｓｔ数が増大することによりリニアリティは劣化するが、脈動圧力周波数と渦周波数が接近する小流量域、すなわちＲｅ数の小さい領域でストローハル数が高くなるのでむしろ好都合である。この場合、ＣＰＵ８により器差補正を行うことで、高精度な排気ガスの流量を安価な渦流量計９により得ることができる。
【００３４】
図８は、請求項４乃至９の発明の実施形態を説明するための図で、流人方向は、矢印で示すようにすべて左から右方向であり、代表長さはすべてｄとした条件で、渦発生体５の断面形状を、図８（Ａ）が上流側に流れと直角な底辺をもつ二等辺三角形、図８（Ｂ）が流れと直角な１組の対辺をもつ台形、図８（Ｃ）が下流側に流れと直角な底辺をもつ二等辺三角形、図８（Ｄ）が流れと直角な辺を長辺とする矩形、図８（Ｅ）が上流側に流れと直角な底辺をもち下流側に突起を有する凸形とし、各々の断面形状においてＳｔ数の高低別に並べたものである。
【００３５】
請求項４の発明の実施形態は、渦発生体５の断面形状が図８（Ａ）に示すように、上流側に流れと直角な底辺をもつ二等辺三角形である。二等辺三角形（図８（Ａ））は、図６、７で説明したように底辺角が小さくなるとＳｔ数は大きくなるので、Ｓｔ数は、底辺角がθ_１＜θ_２＜θ_３である図８（Ａ）において、図８（Ａ）１の二等辺三角形が最も大きく、図８（Ａ）２、図８（Ａ）３の順に小さくなる。
【００３６】
請求項５の発明の実施形態は、渦発生体５の断面形状が図８（Ｂ）に示すように、流れと直角な１組の対辺をもつ台形である。この場合は流れ方向の長さｔが小さくなるとＳｔ数は大きくなるので、Ｓｔ数は、長さがｔ_１＜ｔ_２＜ｔ_３である図８（Ｂ）において、図８（Ｂ）１の台形が最も大きく、図８（Ｂ）２、図８（Ｂ）３の順に小さくなる。
【００３７】
請求項６の発明の実施形態は、渦発生体５の断面形状が図８（Ｃ）に示すように、下流側に流れと直角な底辺をもつ二等辺三角形である。この場合は底辺角θが大きくなるとＳｔ数は大きくなるので、Ｓｔ数は、底辺角がθ_３＞θ_２＞θ_１である図８（Ｃ）において、は、図８（Ｃ）１の二等辺三角形が最も大きく、図８（Ｃ）２、図８（Ｃ）３の順に小さくなる。
【００３８】
請求項７の発明の実施形態は、渦発生体５の断面形状が図８（Ｄ）に示すように、流れと直角な辺を長辺とする矩形である。この場合は短辺の長さｔが小さくなるとＳｔ数は大きくなるので、Ｓｔ数は、長さがｔ_４＜ｔ_５＜ｔ_６である図８（Ｄ）において、図８（Ｄ）１の矩形が最も大きく、図８（Ｄ）２、図８（Ｄ）３の順に小さくなる。
【００３９】
請求項８の発明の実施形態は、渦発生体５の断面形状が図８（Ｅ）に示すように、上流側に流れと直角な底辺をもち下流側に突起を有する凸形である。この場合は突起の長さｈが小さくなるとＳｔ数は大きくなるので、Ｓｔ数は、長さがｈ_１＜ｈ_２＜ｈ_３である図８（Ｅ）において、図８（Ｅ）１の凸形で最も大きく、図８（Ｅ）２、図８（Ｅ）３の順に小さくなる。
【００４０】
請求項９の発明の実施形態は、図８（Ａ）乃至図８（Ｅ）に示した渦発生体の断面形状のうち、少なくとも２つ以上流れ方向に所定間隔を隔てて設置した複合形で、例えば図６（Ｄ）、（Ｅ）に示したように、図８（Ｃ）の二等辺三角形と図８（Ｅ）の凸形を複合した複合形や、図８（Ｃ）の二等辺三角形と図８（Ｄ）の矩形を複合した複合形の渦発生体５が形成される。この場合は、図７に示したように、二等辺三角形のみの渦発生体５よりもＳｔ数は大きくなる。
【００４１】
図８に示した渦発生体５の断面形状の中から、Ｓｔ数の大きい渦発生体５を選択することで、排気ガスが流れることにより発生する渦周波数ｆを、エンジンの脈動圧力周波数Ｆよりも常に高い周波数とすることにより、エンジンのアイドリング時からアクセル全開時間でのエンジン回転数Ｎで、パルス抜けの生じない渦信号が得られる。
【００４２】
請求項１１の発明の実施形態は、図２に示すように、渦発生体５は一端側に取り付けフランジ５ａを有し、本体３の流路に流れ対して垂直に挿入し、ボルト５ｂ等により着脱可能に接合する。同様に渦検出器６は一端側に取り付けフランジ６ｂを有し、受圧板６ａを本体３の流路に流れに対して平行に挿入し、ボルト等により着脱可能に接合するものである。
【００４３】
請求項１２の発明の実施形態は、図２に示すように、本体３の側面に、本体３の流路内に圧縮ガスを注入するためのパージ孔１０を設けたもので、パージ孔１０には、バルブ等（図示せず）が接続されており、排気ガス計測時には排気ガスが外部に流出しないようにしている。
【００４４】
図９は、請求項１０の発明の実施形態を説明するための渦流量計本体の流路断面図で、図９（Ａ）は本発明の本体の流路断面図、図９（Ｂ）は従来の本体の流路断面図で、図１と同様の作用をする部分には、図１と同じ参照番号を付してある。
【００４５】
渦流量計において、安定した渦を放出し、かつＳＮ比の良い渦を発生させるためには、本体３の流路幅の長さＤと渦発生体５の代表長さｄとの比（ｄ／Ｄ）が重要であり、本体３の流路断面が円形の場合は（ｄ／Ｄ）＝０．２８が最適とされている。本体３の流路断面が矩形の場合は（ｄ／Ｄ）＝０．２が最適である。
【００４６】
一方、渦周波数ｆは、（１）式により定められ流速（Ｖ）が一定であれば渦発生体５の代表長さｄに逆比例する。即ち、Ｓｔ数が一定であれば、
ｆ∝１／ｄ（３）
となる。従って、図９（Ｂ）に示す従来の本体３の流路断面のように、高さＨ、幅Ｗの矩形で、Ｈ＜Ｗとするよりは、図９（Ａ）に示す本体３の流路断面のように、Ｈ＞Ｗとすることにより、
ｄ_１＜ｄ_２（４）
となり、図９（Ａ）に示すＨ＞Ｗである本体３の流路断面の方が高い渦周波数ｆを得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１に対応する効果：エンジンの排気口から脈動圧力減衰手段、振動減衰手段、整流手段、エンジンの脈動圧力周波数よりも、常に高い渦を発生させる渦発生体を有する渦流量計を接続したので、排気ガスの脈動圧力およびエンジン等の外部振動を減衰させ、渦検出器に対する脈動圧力および外部振動影響が小さくなりＳＮ比が増す。更に排気ガスの脈動圧力周波数よりも渦周波数が常に高くなるため、エンジンのアイドリング時からアクセル全開時までの流量範囲において安定した渦信号が検出される。その結果、安価なしかも高性能なエンジン排ガス計測システムを提供できる。
【００４８】
請求項２に対応する効果：請求項１の発明において、前記脈動圧力減衰手段と前記振動減衰手段を一体構造の減衰器としたので、配管長さを短かくすることができる。
【００４９】
請求項３に対応する効果：請求項１又は請求項２の発明において、前記エンジンの排気口と前記整流手段の間に更に１つ以上の整流手段を設けたので、整流効果をより高めることができる。
【００５０】
請求項４に対応する効果：請求項１乃至３の何れかの発明において、前記渦流量計に装着する渦発生体の断面形状を、上流側に流れと直角な底辺をもつ二等辺三角形としたので、Ｓｔ数と底辺角の関係から、底辺角を排気ガスの脈動圧力周波数よりも渦周波数が常に高くなる角度に定めたので、全流量範囲で安定した渦信号が検出できる。
【００５１】
請求項５に対応する効果：請求項１乃至３の何れかの発明において、前記渦流量計に装着する渦発生体の断面形状を、流れと直角な１組の対辺をもつ台形としたので、Ｓｔ数と流れ方向の長さの関係から、流れ方向の長さを排気ガスの脈動圧力周波数よりも渦周波数が常に高くなる長さに定めたので、請求項４と同等の効果を得ることができる。
【００５２】
請求項６に対応する効果：請求項１乃至３の何れかの発明において、前記渦流量計に装着する渦発生体の断面形状を、下流側に流れと直角な底辺をもつ二等辺三角形としたので、Ｓｔ数と底辺角の関係から、底辺角を排気ガスの脈動圧力周波数よりも渦周波数が常に高くなる角度に定めたので、請求項４と同等の効果を得ることができる。
【００５３】
請求項７に対応する効果：請求項１乃至３の何れかの発明において、前記渦流量計に装着する渦発生体の断面形状を、流れと直角な辺を長辺とする矩形としたので、Ｓｔ数と短辺の長さの関係から、短辺を排気ガスの脈動圧力周波数よりも渦周波数が常に高くなる長さに定めたので、請求項４と同等の効果を得ることができる。
【００５４】
請求項８に対応する効果：請求項１乃至３の何れかの発明において、前記渦流量計に装着する渦発生体の断面形状を、上流側に流れと直角な底辺をもち下流側に突起を有する凸形としたので、Ｓｔ数と突起の流れ方向の長さの関係から、突起の長さを排気ガスの脈動圧力周波数よりも渦周波数が常に高くなる長さに定めたので、請求項４と同等の効果を得ることができる。
【００５５】
請求項９に対応する効果：請求項１乃至３の何れかの発明において、前記渦流量計に装着する渦発生体を、断面形状が二等辺三角形、台形、矩形、又は凸形のうち、少なくとも２つ以上流れ方向に所定間隔を隔てて設置した複合形としたので、単一形の場合よりもＳｔ数が大きくなり請求項４の効果を更に高めることができる。
【００５６】
請求項１０に対応する効果：請求項１乃至９の何れかの発明において、前記渦流量計の流路の軸方向に垂直な断面形状を矩形とし、渦発生体を前記矩形の一辺に垂直に挿入し、該渦発生体を挿入した矩形の一辺と垂直な辺を、前記矩形の長辺としたので、高い渦周波数を得ることができる。
【００５７】
請求項１１に対応する効果：請求項１乃至１０の何れかの発明において、前記渦流量計に装着する渦発生体と渦検出器を、渦流量計本体に着脱可能に支持したので、渦発生体と渦検出器の洗浄を容易に行うことができる。
【００５８】
請求項１２に対応する効果：請求項１乃至１１の何れかの発明において、前記渦流量計本体に少なくとも一つのパージ用の孔を設けたので、渦流量計本体外部より渦流量計本体内部に直接エアパージを行うことにより、渦発生体と渦検出器を渦流量計本体に装着したまま、汚れを洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１乃至３の発明の実施形態を説明するためのエンジン排ガス流量計測システムの流れ方向平断面図である。
【図２】図１に示す渦流量計９の分解斜視図である。
【図３】排気ガスの流速と渦周波数との関係を説明するための図である。
【図４】エンジン回転数Ｎと排気ガスの脈動圧力周波数Ｆと渦周波数ｆとの関係を示す図である。
【図５】エンジンの回転数における渦波形とトリガ波形の関係を示す図である。
【図６】請求項１乃至３の発明に係る渦発生体の断面形状の一例を示す図である。
【図７】図６に示した渦発生体のＳｔ数とＲｅ数特性の実験結果を説明するための図である。
【図８】請求項４乃至９の発明の実施形態を説明するための図である。
【図９】請求項１０の発明の実施形態を説明するための渦流量計本体の流路断面図である。
【符号の説明】
１…流入管、２…減衰器、３…渦流量計本体、４…整流器、５…渦発生体、６…渦検出器、７…変換器、８…ＣＰＵ、９…渦流量計、１０…パージ孔。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine exhaust gas flow rate measurement system, and more particularly, for the purpose of preventing pollution caused by engine exhaust gas, without being affected by the pulsation pressure of engine exhaust gas or engine vibration, the accelerator is operated from the time of engine idling. The present invention relates to an engine exhaust gas flow rate measurement system using a vortex flowmeter that stably and highly accurately measures the exhaust gas flow rate at the engine speed until fully opened.
[0002]
[Prior art]
The exhaust gas of automobiles contains airborne particulates such as CO ₂ and NO _X and causes air pollution. In particular, exhaust gas of diesel engines is subject to exhaust gas regulations because it contains a large amount of suspended particulates that are pointed out to be carcinogenic. In order to develop an engine that passes the exhaust gas regulations, the exhaust gas flow rate is measured and the chemical components of the exhaust gas are analyzed, and pollutants in the exhaust gas discharged according to the engine speed are analyzed. Seeking the amount.
[0003]
An example of a flow meter that measures the flow rate of exhaust gas is a vortex flow meter. As is well known, a vortex flowmeter is composed of a measurement tube through which a fluid to be measured flows, a vortex generator that is fixed at both ends or one end to face the flow in the measurement tube, and a vortex detector. This is based on the fact that the number of Karman vortices flowing out per unit time (hereinafter referred to as vortex frequency) is proportional to the flow rate within a given Reynolds number (hereinafter referred to as Re number) range regardless of gas or liquid. This proportionality constant is called the Strouhal number (hereinafter referred to as St number).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the exhaust gas of an automobile engine includes a pulsating pressure proportional to the engine speed and the number of cylinders. Further, the exhaust gas of the engine is usually discharged through a muffler, but maintains a high temperature state and reaches a maximum temperature of 500 ° C. Furthermore, in addition to the above high temperature, it contains fine particles such as moisture and sticky black smoke.
[0005]
Engine exhaust gas is a gas with high pulsation pressure that contains high-temperature, high-humidity, and sticky particulates, and it is difficult to measure the flow rate stably and accurately with a conventional vortex flowmeter. Furthermore, since the flow rate of the engine exhaust gas changes according to the engine speed, it is required to be measured with a wide flow rate range from idling to full throttle, for example, 1: 100. In addition, it must be measured with a low pressure loss that does not affect the characteristics of the engine.
[0006]
Also, in the vortex flowmeter, to measure the exhaust gas flow rate of the engine under the above-mentioned conditions, the vortex flowmeter is made of a heat-resistant component, so it is suitable for high temperature / humidity exhaust gas containing fine particles. However, the pulsation pressure of the exhaust gas generated in proportion to the engine speed destabilizes the vortex signal at a small flow rate during idling, and the pulsation pressure frequency and vortex frequency When approaching, the vortex frequency and the pulsation pressure frequency interfere with each other and the vortex waveform is disturbed, so that the vortex cannot be accurately detected and the flow rate measurement error increases.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described situation, and by improving the S / N ratio of the vortex signal at a small flow rate by attenuating the pulsation pressure of the exhaust gas flowing into the vortex flow meter, and further rotating the engine The vortex frequency generated by the exhaust gas flowing in proportion to the engine speed is always higher than the pulsation pressure frequency of the exhaust gas generated in proportion to the number, so that a stable vortex can be detected in the flow rate measurement range. An object is to provide an exhaust gas flow measurement system.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided an engine exhaust gas flow rate measurement system for measuring an exhaust gas flow rate of an engine, a pulsation pressure attenuation means for attenuating the pulsation pressure of the exhaust gas, and a pipe generated and transmitted from the engine. Vibration damping means for damping vibration, rectifying means for rectifying the flow of the exhaust gas, and a vortex flowmeter having a vortex generator for measuring the flow rate of the exhaust gas , has a sectional shape having a large Strouhal number only generate a very high frequency eddy than the pulsation pressure frequency of the engine, the exhaust gas of the engine, the pulsating pressure decay means, said vibration damping means, the rectifying means, The vortex flowmeter is sequentially discharged .
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the engine exhaust gas flow rate measuring system according to the first aspect, the pulsating pressure attenuation means and the vibration attenuation means are integrated.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the engine exhaust gas flow rate measuring system according to the first or second aspect, in addition to the rectifying means, one or more rectifying means are further provided between the exhaust port of the engine and the rectifying means. Is provided.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the engine exhaust gas flow rate measuring system according to any one of the first to third aspects, the cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flowmeter has a base perpendicular to the flow upstream. It is an isosceles triangle.
[0012]
A fifth aspect of the present invention is the engine exhaust gas flow rate measuring system according to any one of the first to third aspects, wherein the cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flowmeter has a pair of opposite sides perpendicular to the flow. It is a trapezoid.
[0013]
A sixth aspect of the present invention is the engine exhaust gas flow rate measuring system according to any one of the first to third aspects, wherein the cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flowmeter has a bottom perpendicular to the flow on the downstream side. It is an isosceles triangle.
[0014]
A seventh aspect of the present invention is the engine exhaust gas flow rate measuring system according to any one of the first to third aspects, wherein the cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flowmeter has a side perpendicular to the flow as a long side. It is a rectangle.
[0015]
The invention according to claim 8 is the engine exhaust gas flow rate measuring system according to any one of claims 1 to 3, wherein the cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flowmeter has a base perpendicular to the flow upstream. A convex shape having a protrusion on the downstream side.
[0016]
The invention of claim 9 is the engine exhaust gas flow rate measurement system according to any one of claims 1 to 3, wherein the vortex generator attached to the vortex flowmeter has an isosceles triangle, trapezoidal, rectangular, or convex cross section. Among the shapes, at least two of them are combined to be installed at a predetermined interval in the flow direction.
[0017]
A tenth aspect of the present invention is the engine exhaust gas flow rate measuring system according to any one of the first to ninth aspects, wherein the cross-sectional shape perpendicular to the axial direction of the flow path of the vortex flowmeter is a rectangle, and the vortex generator is the rectangle. The side perpendicular to one side of the rectangle into which the vortex generator is inserted is the long side of the rectangle.
[0018]
The invention of claim 11 is the engine exhaust gas flow measurement system according to any one of claims 1 to 10, wherein the vortex generator and the vortex detector attached to the vortex flowmeter are detachably supported on the vortex flowmeter body. It is a thing.
[0019]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the engine exhaust gas flow rate measuring system according to any one of the first to tenth aspects, at least one purge hole is provided in the vortex flowmeter main body.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a plan cross-sectional view in the flow direction of an engine exhaust gas flow rate measurement system for explaining an embodiment of the invention of claims 1 to 3, wherein 1 is an inflow pipe, 2 is an attenuator, and 3 is a vortex flow meter. A main body (hereinafter referred to as a main body), 4 is a rectifier, 5 is a vortex generator, 6 is a vortex detector, 7 is a converter, 8 is a CPU, and 9 is a vortex flowmeter.
[0021]
The engine exhaust gas flow rate measuring system shown in FIG. 1 includes an inflow pipe 1 connected to an engine exhaust port (not shown), an attenuator having one end connected to the inflow pipe 1 and the other end connected to a vortex flow meter 9. It consists of two. The inflow pipe 1 has an enlarged opening 1b, and a rectifier 1a is attached to the enlarged opening 1b. The attenuator 2 is composed of, for example, a flexible tube or the like, and deforms so as to be expandable and contractable in the axial direction and the radial direction. The vortex flowmeter 9 includes a main body 3 having an enlarged opening 3a with a rectifier 4 attached to the side to be joined to the attenuator 2, and a vortex detector provided on the vortex generator 5 and the wake generator 5 on the downstream side. 6, the vortex detector 6 is connected to the converter 7 and further connected to the CPU 8.
[0022]
The vortex detector 6 is resistant to high temperatures and can detect the fluctuating pressure of the vortex that flows out at a small flow rate during idling. For example, a thin metal pressure plate and a piezoelectric element joined to the metal pressure plate Consists of. Since the vortex detector 6 has high sensitivity, there is a risk of detecting noise in response to external vibration of the engine or the like. The attenuator 2 removes these vibrations by its own deformation, and the attenuator 2 forms a volume together with the inflow pipe 1, and a π-type filter against the pulsating pressure of the exhaust gas by the resistance elements of the rectifiers 1a and 4 Has the effect of effectively remove the pulsating pressure. Note that the rectifier can obtain the same effect with only the rectifier 4.
[0023]
FIG. 2 is an exploded perspective view of the vortex flowmeter 9 shown in FIG. 1. In FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG.
[0024]
In FIG. 2, the cross-sectional shape of the main body 3 is circular on the rectifier 4 side, the part to which the vortex generator 5 and the vortex detector 6 are attached is rectangular, and the enlarged opening 3a is continuously from the circular cross section to the rectangular cross section. Has an aperture curve that can be squeezed. The vortex generator 5 has a mounting flange 5a on one end side, and is inserted into the flow path of the main body 3 perpendicular to the flow and joined by a bolt 5b or the like. Similarly, the vortex detector 6 has a mounting flange 6b on one end side, and a pressure receiving plate 6a is inserted into the flow path of the main body 3 parallel to the flow and joined by a bolt or the like (not shown). The converter 7 is joined via the flange 7a.
[0025]
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the flow velocity of exhaust gas and the vortex frequency. The cross-sectional shape of the vortex generator 5 is set so that the side perpendicular to the upstream flow is at the bottom of the width d and the downstream side. If the height is an isosceles triangle and the flow velocity of the exhaust gas is V, the vortex frequency f is
f = St (v / d) (1)
It is represented by If the width d is constant and the St number is a constant, the vortex frequency f is proportional to the exhaust gas flow velocity v.
[0026]
On the other hand, the pulsation pressure frequency F of the exhaust gas of the engine is, in the case of a four-cycle engine, when the engine speed N and the number of cylinders are M,
F = (1/2) (N / 60) M (2)
It is expressed. The flow rate v of the exhaust gas is proportional to the engine speed N because the cross-sectional area of the inflow pipe 1 is constant. The vortex frequency f is proportional to the exhaust gas flow velocity v and the St number, but at a small flow rate with a small Re number, the St number changes and linearity cannot be maintained. Therefore, depending on the St number value, the exhaust gas pulsation pressure frequency F And the vortex frequency f approach each other.
[0027]
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the engine speed N, the exhaust gas pulsation pressure frequency F, and the vortex frequency f. The horizontal axis shows the engine speed N, the vertical axis shows the frequency, and the engine speed N and pulsation. The relationship between the pressure frequency F, the vortex frequency f A of the vortex flowmeter with the aperture _A , and the vortex frequency f _B of the vortex flow meter with the aperture B (A> B) is shown.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the vortex waveform and the trigger waveform at the engine speed.
[0028]
In FIG. 4, the broken line represents the maximum and minimum flow measurement ranges of the flow meter. Vortex frequency f _A intersects the pulsating pressure frequency 2F of the exhaust gas in terms of the engine rotational speed No. At the position where N = No, as shown in FIG. 5B, the vortex waveform (1) is disturbed by interference with the pulsation pressure of the exhaust gas. Cause an error. On the other hand, when N> No and N <No shown in FIGS. 5A and 5C, the vortex waveform (1) and the trigger waveform (2) are output very regularly. In contrast, the vortex frequency f _B is always above the pulsating pressure frequency F and 2F of the exhaust gas within the flow measurement range, does not intersect with each other.
[0029]
The relationship between the vortex frequency f and the exhaust gas pulsation pressure frequency F shown in FIG. 4 is a result obtained by the difference in the diameters A and B. In order to obtain a high vortex frequency f by reducing the pressure loss. Is required to increase the St number without increasing the flow velocity v of the exhaust gas. For this reason, it is important to select the cross-sectional shape of the vortex generator 5. According to the experiment results of the present applicant, it has been found that the cross-sectional shape of the vortex generator 5 is such that the length h in the flow direction changes the St number with respect to the representative length d perpendicular to the flow.
[0030]
FIG. 6 is a view showing an example of the cross-sectional shape of the vortex generator according to the inventions of claims 1 to 3, and the vortex shown in FIG. The generator 5A, the vortex generator 5B in FIG. 6 (B), and the vortex generator 5C in FIG. 6 (C) are both isosceles triangles having a base perpendicular to the flow upstream, and the lengths of the bases are both d, the height is h _A > h _B > h _C , and the vortex generator 5D in FIG. 6D and the vortex generator 5E in FIG. Combining isosceles triangles 5d and 5e having a right base and convex 5d 'and 5e' having a protrusion on the downstream side with a distance of 0.15 to 0.3d on the downstream side of the isosceles triangles 5d and 5e. It is a complex vortex generator.
[0031]
FIG. 7 is a diagram for explaining the experimental results of the St number and Re number characteristics of the vortex generator shown in FIG. 6, wherein the horizontal axis indicates the Re number and the vertical axis indicates the St number.
[0032]
According to the experimental results shown in FIG. 7, in the isosceles triangular vortex generators 5A, 5B, and 5C, the St number increases as the height h decreases, that is, the base angle decreases. According to FIG. 7, the St number is 5C>5B> 5A. Further, the St numbers of the composite vortex generators 5D and 5E are both larger than those of the isosceles vortex generators 5A, 5B and 5C, and the height h is higher, that is, the isosceles triangle 5e having a larger base angle. It has been found that the vortex generator 5E has a larger St number than the vortex generator 5D.
[0033]
As can be seen from the results of FIGS. 6 and 7, by selecting a vortex generator having a large St number from the cross-sectional shape of the vortex generator 5, the vortex frequency f generated by the flow of exhaust gas The frequency can always be higher than the pulsation pressure frequency F. As a result, it is possible to eliminate an error in missing pulses due to interference between the vortex frequency and the pulsation pressure frequency. Although the linearity deteriorates as the St number increases, the Strouhal number increases in a small flow rate region where the pulsation pressure frequency and the vortex frequency are close to each other, that is, a region where the Re number is small. In this case, by performing instrumental error correction by the CPU 8, a highly accurate exhaust gas flow rate can be obtained by the inexpensive vortex flow meter 9.
[0034]
FIG. 8 is a diagram for explaining the embodiments of the inventions of claims 4 to 9, and the direction of the person is all from left to right as indicated by the arrows, and the representative length is all d. 8A is an isosceles triangle having a base perpendicular to the flow on the upstream side, and FIG. 8B is a trapezoid having a pair of opposite sides perpendicular to the flow. (C) is an isosceles triangle having a base perpendicular to the flow on the downstream side, FIG. 8 (D) is a rectangle with a side perpendicular to the flow as a long side, and FIG. 8 (E) is a base perpendicular to the flow on the upstream side. It has a convex shape having a protrusion on the downstream side, and is arranged according to the St number in each cross-sectional shape.
[0035]
In an embodiment of the invention of claim 4, the cross-sectional shape of the vortex generator 5 is an isosceles triangle having a base perpendicular to the flow on the upstream side, as shown in FIG. In the isosceles triangle (FIG. 8A), as described with reference to FIGS. 6 and 7, the St number increases as the base angle decreases. Therefore, the base number of the St number is θ ₁ <θ ₂ <θ ₃ . In FIG. 8A, the isosceles triangle of FIG. 8A1 is the largest, and decreases in the order of FIG. 8A2 and FIG. 8A3.
[0036]
The embodiment of the invention of claim 5 is a trapezoid having a pair of opposite sides perpendicular to the flow, as shown in FIG. In this case, since the St number increases as the length t in the flow direction decreases, the St number in FIG. 8B in which the length is t ₁ <t ₂ <t ₃ in FIG. 8B 1 The trapezoid is the largest, and decreases in the order of FIG. 8 (B) 2 and FIG. 8 (B) 3.
[0037]
In an embodiment of the invention of claim 6, the cross-sectional shape of the vortex generator 5 is an isosceles triangle having a base perpendicular to the flow on the downstream side, as shown in FIG. In this case, as the base angle θ increases, the St number increases. Therefore, in FIG. 8C in which the base angle is θ ₃ > θ ₂ > θ ₁ , The equilateral triangle is the largest and becomes smaller in the order of FIG. 8 (C) 2 and FIG. 8 (C) 3.
[0038]
In an embodiment of the invention of claim 7, the cross-sectional shape of the vortex generator 5 is a rectangle having a long side as a side perpendicular to the flow, as shown in FIG. In this case, since the St number increases as the short side length t decreases, the St number in FIG. 8D in which the length is t ₄ <t ₅ <t ₆ in FIG. The rectangle is the largest and becomes smaller in the order of FIG. 8 (D) 2 and FIG. 8 (D) 3.
[0039]
In an embodiment of the invention of claim 8, the cross-sectional shape of the vortex generator 5 is a convex shape having a base perpendicular to the flow on the upstream side and a protrusion on the downstream side, as shown in FIG. In this case, since the St number increases as the projection length h decreases, the St number is the same as the convexity of FIG. 8 (E) 1 in FIG. 8 (E) where the length h ₁ <h ₂ <h ₃ . It is the largest in shape and becomes smaller in the order of FIG. 8 (E) 2 and FIG. 8 (E) 3.
[0040]
The embodiment of the invention of claim 9 is a composite type in which at least two of the cross-sectional shapes of the vortex generator shown in FIGS. 8A to 8E are installed at a predetermined interval in the flow direction. For example, as shown in FIGS. 6D and 6E, a composite shape in which the isosceles triangle of FIG. 8C and the convex shape of FIG. 8E are combined, or the isosceles of FIG. A composite vortex generator 5 in which the triangle and the rectangle of FIG. 8D are combined is formed. In this case, as shown in FIG. 7, the St number is larger than the vortex generator 5 having only an isosceles triangle.
[0041]
By selecting the vortex generator 5 having a large St number from the cross-sectional shape of the vortex generator 5 shown in FIG. 8, the vortex frequency f generated when exhaust gas flows is determined from the pulsation pressure frequency F of the engine. However, by always setting the frequency to a high frequency, a vortex signal without pulse omission can be obtained at the engine speed N from the idling time of the engine to the accelerator fully open time.
[0042]
In an embodiment of the invention of claim 11, as shown in FIG. 2, the vortex generator 5 has a mounting flange 5 a on one end side, and is inserted vertically with respect to the flow path of the main body 3, by bolts 5 b and the like. Join it detachably. Similarly, the vortex detector 6 has a mounting flange 6b on one end side, and the pressure receiving plate 6a is inserted into the flow path of the main body 3 in parallel with the flow and is detachably joined with a bolt or the like.
[0043]
As shown in FIG. 2, the embodiment of the invention of claim 12 is provided with a purge hole 10 for injecting compressed gas into the flow path of the main body 3 on the side surface of the main body 3. Is connected to a valve or the like (not shown) so that the exhaust gas does not flow outside during exhaust gas measurement.
[0044]
FIG. 9 is a flow channel cross-sectional view of a vortex flow meter main body for explaining an embodiment of the invention of claim 10, FIG. 9 (A) is a flow channel cross-sectional view of the main body of the present invention, and FIG. In the cross-sectional view of the flow path of the conventional main body, the same reference numerals as those in FIG.
[0045]
In the vortex flowmeter, in order to release a stable vortex and generate a vortex with a good S / N ratio, the ratio (d) of the flow path width length D of the main body 3 to the representative length d of the vortex generator 5 / D) is important, and when the cross section of the flow path of the main body 3 is circular, (d / D) = 0.28 is optimal. When the channel cross section of the main body 3 is rectangular, (d / D) = 0.2 is optimal.
[0046]
On the other hand, the vortex frequency f is determined by the equation (1) and is inversely proportional to the representative length d of the vortex generator 5 if the flow velocity (V) is constant. That is, if the St number is constant,
f∝1 / d (3)
It becomes. Accordingly, the flow rate of the main body 3 shown in FIG. 9A is less than the rectangular shape having the height H and the width W, where H <W, as in the flow path cross section of the conventional main body 3 shown in FIG. 9B. By setting H> W as in the road section,
d ₁ <d ₂ (4)
Thus, a higher vortex frequency f can be obtained in the channel cross section of the main body 3 where H> W as shown in FIG.
[0047]
【The invention's effect】
Effect corresponding to claim 1: A vortex flowmeter having a vortex generator that always generates a vortex higher than the pulsation pressure frequency of the engine is connected from the exhaust port of the engine to the pulsation pressure attenuating means, vibration attenuating means, rectifying means. Therefore, the pulsation pressure of the exhaust gas and the external vibration of the engine or the like are attenuated, and the influence of the pulsation pressure and the external vibration on the vortex detector is reduced and the SN ratio is increased. Further, since the vortex frequency is always higher than the pulsation pressure frequency of the exhaust gas, a stable vortex signal is detected in the flow rate range from when the engine is idling to when the accelerator is fully opened. As a result, an inexpensive and high-performance engine exhaust gas measurement system can be provided.
[0048]
Effect corresponding to claim 2: In the invention of claim 1, the pulsation pressure damping means and the vibration damping means are made of an integral structure, so that the pipe length can be shortened.
[0049]
The effect corresponding to claim 3: In the invention of claim 1 or claim 2, since one or more rectifying means are further provided between the exhaust port of the engine and the rectifying means, the rectifying effect can be further enhanced. it can.
[0050]
Effect corresponding to claim 4: In the invention of any one of claims 1 to 3, the cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flowmeter is an isosceles triangle having a base perpendicular to the flow upstream. Therefore, from the relationship between the St number and the base angle, the base angle is set to an angle at which the vortex frequency is always higher than the pulsation pressure frequency of the exhaust gas, so that a stable vortex signal can be detected in the entire flow rate range.
[0051]
Effect corresponding to Claim 5: In the invention of any one of Claims 1 to 3, the cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flowmeter is a trapezoid having a pair of opposite sides perpendicular to the flow. From the relationship between the St number and the length in the flow direction, the length in the flow direction is set to a length in which the vortex frequency is always higher than the pulsation pressure frequency of the exhaust gas. it can.
[0052]
Effect corresponding to claim 6: In the invention of any one of claims 1 to 3, the cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flowmeter is an isosceles triangle having a base perpendicular to the flow downstream. Therefore, from the relationship between the St number and the base angle, the base angle is set to an angle at which the vortex frequency is always higher than the pulsation pressure frequency of the exhaust gas. Therefore, an effect equivalent to that of claim 4 can be obtained.
[0053]
Effect corresponding to claim 7: In the invention of any one of claims 1 to 3, since the cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flowmeter is a rectangle whose side is perpendicular to the flow, From the relationship between the St number and the length of the short side, the short side is set to a length in which the vortex frequency is always higher than the pulsation pressure frequency of the exhaust gas. Therefore, an effect equivalent to that of claim 4 can be obtained.
[0054]
Effect corresponding to Claim 8: In the invention of any one of Claims 1 to 3, the cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flowmeter has a base on the upstream side perpendicular to the flow and a protrusion on the downstream side. Since the convex shape has the St number and the length in the flow direction of the protrusion, the length of the protrusion is determined to be a length in which the vortex frequency is always higher than the pulsation pressure frequency of the exhaust gas. The same effect can be obtained.
[0055]
Effect corresponding to claim 9: In the invention according to any one of claims 1 to 3, the vortex generator attached to the vortex flowmeter has at least one of an isosceles triangle, trapezoid, rectangle, or convex cross-sectional shape. Since the composite type has two or more installed in the flow direction at a predetermined interval, the St number becomes larger than that of the single type, and the effect of claim 4 can be further enhanced.
[0056]
Effect corresponding to Claim 10: In any one of the inventions of Claims 1 to 9, the cross-sectional shape perpendicular to the axial direction of the flow path of the vortex flowmeter is a rectangle, and the vortex generator is perpendicular to one side of the rectangle Since a side perpendicular to one side of the rectangle into which the vortex generator is inserted is the long side of the rectangle, a high vortex frequency can be obtained.
[0057]
Effect corresponding to Claim 11: In the invention of any one of Claims 1 to 10, since the vortex generator and the vortex detector attached to the vortex flowmeter are detachably supported on the vortex flowmeter body, vortex generation The body and vortex detector can be easily cleaned.
[0058]
Effect corresponding to Claim 12: In the invention of any one of Claims 1 to 11, since at least one purge hole is provided in the vortex flowmeter body, the vortex flowmeter body is provided outside the vortex flowmeter body. By performing the air purge directly, the dirt can be cleaned while the vortex generator and the vortex detector are mounted on the vortex flowmeter body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan sectional view in the flow direction of an engine exhaust gas flow rate measuring system for explaining an embodiment of the invention of claims 1 to 3;
FIG. 2 is an exploded perspective view of the vortex flowmeter 9 shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between exhaust gas flow velocity and vortex frequency;
FIG. 4 is a diagram showing the relationship among engine speed N, exhaust gas pulsation pressure frequency F, and vortex frequency f.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a vortex waveform and a trigger waveform at an engine speed.
FIG. 6 is a view showing an example of a cross-sectional shape of a vortex generator according to the first to third aspects of the invention.
7 is a diagram for explaining an experimental result of St number and Re number characteristics of the vortex generator shown in FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a view for explaining an embodiment of the inventions of claims 4 to 9;
FIG. 9 is a flow channel cross-sectional view of a vortex flow meter main body for explaining an embodiment of the invention of claim 10;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inflow pipe, 2 ... Attenuator, 3 ... Vortex flow meter main body, 4 ... Rectifier, 5 ... Vortex generator, 6 ... Vortex detector, 7 ... Converter, 8 ... CPU, 9 ... Vortex flow meter, 10 ... Purge hole.

Claims

In an engine exhaust gas flow rate measurement system for measuring an exhaust gas flow rate of an engine, a pulsation pressure attenuating means for attenuating the pulsation pressure of the exhaust gas, and a vibration attenuating means for attenuating vibration generated from the engine and transmitted through a pipe And a rectifying means for rectifying the flow of the exhaust gas, and a vortex flowmeter having a vortex generator for measuring the flow rate of the exhaust gas, the vortex generator being more than the pulsation pressure frequency of the engine always has a cross-sectional shape having a large Strouhal number only to generate a vortex of high frequency, the exhaust gas of the engine, the pulsating pressure decay means, said vibration damping means, the rectifying means, sequentially through the vortex flow meter engine exhaust gas flow rate measuring system, characterized in that it is discharged Te.

2. The engine exhaust gas flow rate measuring system according to claim 1, wherein the pulsation pressure damping means and the vibration damping means are integrated.

The engine exhaust gas flow rate measurement system according to claim 1 or 2, wherein, in addition to the rectifying means, one or more rectifying means are further provided between the exhaust port of the engine and the rectifying means.

The engine exhaust gas flow rate measurement according to any one of claims 1 to 3, wherein a cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flow meter is an isosceles triangle having a base perpendicular to the flow on the upstream side. system.

4. The engine exhaust gas flow rate measuring system according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of a vortex generator attached to the vortex flow meter is a trapezoid having a pair of opposite sides perpendicular to a flow. 5.

The engine exhaust gas flow rate measurement according to any one of claims 1 to 3, wherein a cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flow meter is an isosceles triangle having a base perpendicular to the flow on the downstream side. system.

The engine exhaust gas flow rate measuring system according to any one of claims 1 to 3, wherein a cross-sectional shape of a vortex generator attached to the vortex flow meter is a rectangle having a side perpendicular to the flow as a long side.

The cross-sectional shape of the vortex generator attached to the vortex flowmeter is a convex shape having a base perpendicular to the flow on the upstream side and a protrusion on the downstream side. Engine exhaust gas flow rate measurement system.

The vortex generator attached to the vortex flowmeter is a composite type in which the cross-sectional shape is an isosceles triangle, a trapezoid, a rectangle, or a convex shape, and is installed at a predetermined interval in the flow direction. The engine exhaust gas flow rate measurement system according to any one of claims 1 to 3.

The cross-sectional shape perpendicular to the axial direction of the flow path of the vortex flowmeter is rectangular, the vortex generator is inserted perpendicularly to one side of the rectangle, and the side perpendicular to one side of the rectangle into which the vortex generator is inserted is The engine exhaust gas flow rate measurement system according to any one of claims 1 to 9, wherein the long side of the rectangle is used.

The engine exhaust gas flow rate measuring system according to any one of claims 1 to 10, wherein a vortex generator and a vortex detector attached to the vortex flow meter are detachably supported on a vortex flow meter body.

12. The engine exhaust gas flow rate measurement system according to claim 1, wherein at least one purge hole is provided in the vortex flow meter body in the vortex flow meter.