ガス分析装置及びガス分析方法
【課題】 測定応答性に優れ、かつ、ＨＣ濃度を精度よく測定できるガス分析装置及びガス分析方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 エンジン２０からの排ガスを排出する排気経路３に取り付けられ、該排ガスの成分濃度や温度を測定するガス分析装置１であって、排気経路３の配管３ａ内の排ガスに向けて赤外光を照射する投光部４０と、該投光部４０から照射されて排ガス中を透過した赤外光を受光する受光部４１とを有する第一測定部４と、前記排気経路３の配管３ａ内の熱輻射に基づく赤外光を受光する受光部５１を有する第二測定部５と、前記第一測定部４及び第二測定部５からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出するコンピュータ装置６とを備えてなる。
【解決手段】 エンジン２０からの排ガスを排出する排気経路３に取り付けられ、該排ガスの成分濃度や温度を測定するガス分析装置１であって、排気経路３の配管３ａ内の排ガスに向けて赤外光を照射する投光部４０と、該投光部４０から照射されて排ガス中を透過した赤外光を受光する受光部４１とを有する第一測定部４と、前記排気経路３の配管３ａ内の熱輻射に基づく赤外光を受光する受光部５１を有する第二測定部５と、前記第一測定部４及び第二測定部５からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出するコンピュータ装置６とを備えてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分析装置及びガス分析方法の技術に関し、より詳細には、内燃機関からの排ガスを排出する排気経路に取り付けられ、該排ガスの成分濃度や温度を測定するガス分析装置及びガス分析方法の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン等の内燃機関からの排ガス中に含まれる炭化水素（Ｈｙｇｒｏ Ｃａｒｂｏｎ）濃度（以下、ＨＣ濃度と略記する）を測定するために、ＦＩＤ（Ｆｌａｍｅ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）法やＮＤＩＲ（Ｎｏｎ‐Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒｅｄ）法と呼ばれる測定方法を用いたガス分析装置が知られている。
【０００３】
従来のガス分析装置として、具体的には、排気経路中の排ガスに特定の吸収波長を有する（中）赤外光を照射して、排ガス中を透過させ、その透過光を検出することで、該排ガス中の特定成分の濃度や温度を測定して分析する構成が公知である。
このような構成のガス分析装置においては、光源からの赤外光が光学フィルタ等を用いて炭化水素類の吸収波長に調整された上で排気経路内の排ガスに向けて照射され、排ガス中を透過した透過光の光強度が受光センサにて検出され、排ガスの光吸収量及び光透過距離からＨＣ濃度が検出される。
【０００４】
また、これまでに、例えば特許文献１に開示されるように、排気経路にガス分析装置（測定部）を直接配置してＨＣ濃度等を測定するようにした配置構成も提案されている。この特許文献１には、内燃機関に接続された排気経路にプローブとしてのコリメータ及びミラーを設けることで、排ガス中の各種燃焼生成ガスの成分濃度や温度を時系列に測定する装置構成が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−７４８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した特許文献１に開示されるように、ガス分析装置の測定部を排気経路に直接配置した場合には、測定部における排気経路内の温度を一定に維持しないと、排ガス温度変化によって排気経路内の熱輻射量が変化してしまい、測定精度が悪いといった課題があった。
そして、このようなことから、従来のガス分析装置の多くは、排気経路から分枝されたサンプリング経路中に上述した測定部を設けるように構成されていた。すなわち、サンプリング経路を経てサンプリングされた排ガスに対して、水分除去等の前処理を行った後に、測定条件を一定に保った領域でＨＣ濃度等が測定されるように構成されていた。
【０００６】
しかしながら、上述したサンプリング経路中に測定部を配置する構成では、内燃機関から排出された排ガスが排気経路からサンプリング経路を経て測定部に到達する間に、応答遅れが生じるとともに、排気経路内の排ガスとは測定雰囲気条件が異なり、かつ測定雰囲気条件を一定に保つことが困難であったため、同じく測定精度が悪いといった課題があった。
【０００７】
そこで、本発明においては、ガス分析装置及びガス分析方法に関し、前記従来の課題を解決するもので、ＨＣ濃度を精度よく測定でき、かつ測定応答性に優れたガス分析装置及びガス分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
すなわち、請求項１においては、内燃機関からの排ガスを排出する排気経路に取り付けられ、該排ガスの成分濃度や温度を測定するガス分析装置であって、排気経路内の排ガスに向けて赤外光を照射する投光部と、該投光部から照射されて排ガス中を透過した赤外光を受光する受光部とを有する第一測定部と、前記排気経路内の熱輻射に基づく赤外光を受光する受光部を有する第二測定部と、前記第一測定部及び第二測定部からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出する演算処理部とを備えてなるものである。
【００１０】
請求項２においては、前記演算処理部は、第二測定部にて検出された光強度に基づく出力信号を用いて、前記第一測定部にて検出された赤外光の光強度に基づく出力信号を補正するものである。
【００１１】
請求項３においては、前記第一測定部及び第二測定部に設けられた赤外光透過性のレンズを温調する温調部を備えてなるものである。
【００１２】
請求項４においては、前記第一測定部及び第二測定部は、赤外光の光路中に、該赤外光を断続する光チョッパを備えてなるものである。
【００１３】
請求項５においては、内燃機関からの排ガスを排出する排気経路中の排ガスの成分濃度や温度を測定するガス分析方法であって、排気経路内の排ガスに向けて赤外光を照射し、排ガス中を透過した赤外光を受光する第一測定工程と、前記排気経路内の熱輻射に基づく赤外光を受光する第二測定工程と、前記第一測定工程及び第二測定工程からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出する演算処理工程とを有するものである。
【００１４】
請求項６においては、前記演算処理工程は、第二測定工程にて検出された光強度に基づく出力信号を用いて、前記第一測定工程にて検出された赤外光の光強度に基づく出力信号を補正するものである。
【００１５】
請求項７においては、前記排気経路の内部空間に対向するようにして配置された赤外光透過性のレンズを温調する温調工程を有するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１７】
請求項１に示す構成としたので、透過光だけでなく熱輻射の影響を考慮してＨＣ濃度を測定することができ、その測定精度を向上できる。また、各測定部が排気経路に配置されることで、測定応答性に優れ、リアルタイム測定が可能である。
【００１８】
請求項２に示す構成としたので、第一測定部により検出された受光信号における背景光干渉を補正して、排ガス中の炭化水素類に基づく真の光強度を検出することができ、ＨＣ濃度を高精度でかつ定量的に測定することができる。
【００１９】
請求項３に示す構成としたので、排気経路を流れる排ガスに含まれる水分（水蒸気）によって投光側及び受光側のレンズが雲ってしまうのを防止して、赤外光の透過量が低減して測定不能となるのを防止できる。
【００２０】
請求項４に示す構成としたので、各測定部での赤外光の検出感度を向上でき、ひいては測定精度を向上できる。
【００２１】
請求項５に示す構成としたので、透過光だけでなく熱輻射の影響を考慮してＨＣ濃度を測定することができ、その測定精度を向上できる。また、各測定工程が排気経路中で測定を行うことで、測定応答性に優れ、リアルタイム測定が可能である。
【００２２】
請求項６に示す構成としたので、第一測定工程により検出された受光信号における背景光干渉を補正して、排ガス中の炭化水素類に基づく真の光強度を検出することができ、高精度でかつ定量的に測定することができる。
【００２３】
請求項７に示す構成としたので、排気経路を流れる排ガスに含まれる水分（水蒸気）によって投光側及び受光側のレンズが雲ってしまうのを防止して、赤外光の透過量が低減して測定不能となるのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は本発明のガス分析装置を備えたエンジンベンチの全体的な構成を示した側面図、図２はガス分析装置の各構成を示した図、図３は各測定部に設けられたレンズを温調した状態を示した図、図４は本実施例のガス分析装置において炭化水素類が発生していない状態で測定された光強度変化を示した図、図５は本実施例のガス分析装置を用いた測定結果の一例を示した図である。
【００２５】
まず、本実施例のガス分析装置１の全体構成について、以下に概説する。
図１に示すように、本実施例のガス分析装置１は、エンジンベンチ２に配置されたエンジン２０から排出される排ガス中のＨＣ濃度を測定するものである。具体的には、ガス分析装置１は、エンジン２０からの排ガスを排出する排気経路３の中途部に取り付けられた第一測定部４及び第二測定部５と、第一測定部４及び第二測定部５からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出する演算処理部としてのコンピュータ装置６等とで構成されている。
【００２６】
エンジンベンチ２は、エンジン２０からの排ガスを機外に排出する排気経路３が敷設されて、排気経路３は、断面円形状の配管３ａが連結されて構成されている。エンジン２０からの排ガスは、排気経路３（配管３ａ）を介して機外に排出される。
本実施例のガス分析装置１は、排気経路３の中途部に測定部４・５等が配置されており、このように配置された各測定部４・５によって、配管３ａ内の排ガスに向けて赤外光を照射し、排ガスを透過した後の透過光を受光することで、排気経路３を流れる排ガスのＨＣ濃度を連続的にリアルタイムで測定することができるように構成されている。
【００２７】
図２に示すように、第一測定部４は、排気経路３（配管３ａ）内の排ガスに向けて赤外光を照射する投光部４０と、該投光部４０から照射されて排ガス中を透過した赤外光（以下、透過光と称する）を受光する受光部４１等とで構成されている。
【００２８】
投光部４０は、赤外光を照射するフィラメント等の赤外光源４２と、赤外光源４２から照射された赤外光を配管３ａ内に導入するレンズ４３と、赤外光源４２とレンズ４３との間に配置された光学フィルタ４４等とを有しており、赤外光源４２より照射された赤外光が光学フィルタ４４によって調整された後にレンズ４３を介して配管３ａの内部空間に導入される。
【００２９】
赤外光源４２は、図示せぬ光源用電源に接続されて、ＯＮ／ＯＦＦが切り換え制御される。
レンズ４３は、赤外透過性であって分析成分（炭化水素類）の吸収波長域で減衰の小さい素材より形成され、レンズ表面が配管３ａの内部空間及び外部空間に対面するようにして、配管３ａの側壁に開口された取付孔に封止されている。赤外光源４２から照射された赤外光は、レンズ４３を介して配管３ａの内部空間に導入される。
光学フィルタ４４は、炭化水素類の吸収波長帯（３．０〜４．０μｍ程度）の赤外光を透過するものが用いられる。
【００３０】
受光部４１は、赤外光を受光してその光強度を検出する赤外線センサ４５と、赤外光源４２から照射された赤外光が排ガス中を透過した後の透過光（赤外光）を配管３ａから外部空間に導出するレンズ４６と、赤外線センサ４５とレンズ４６との間に配置された光チョッパ４７等とを有してしており、排ガスを透過した透過光が、レンズ４６を介して配管３ａから導出され、光チョッパ４７によって断続されながら赤外線センサ４５にて受光される。
【００３１】
赤外線センサ４５は、検出された光強度に基づく出力信号（以下、受光信号と称する）を後述するコンピュータ装置６に出力する。
レンズ４６は、上述した投光部４０のレンズ４３と同様に、赤外透過性であって分析成分（炭化水素類）の吸収波長域で減衰の小さい素材より形成され、レンズ表面が配管３ａの内部空間及び外部空間に対面するようにして、配管３ａの側壁に開口された取付孔に封止されている。
【００３２】
ここで、本実施例のレンズ４３・４６は、配管３ａの軸中心Ｃを中心とした同心円の円周上に配置されている。換言すると、投光部４０と受光部４１とが、配管３ａの軸中心Ｃを中心とした同心円の円周上であって、かつ、軸中心Ｃを中心として約１８０°位相する位置に配置されている。赤外光源４２より照射された赤外光は、レンズ４３を介して配管３ａ内に導入された後、直線的に進行して排ガス中を透過し、レンズ４６を介して配管３ａ外に導出されて赤外線センサ４５により受光される。
【００３３】
光チョッパ４７は、円周上にスリット（図略）が形成された円盤であって、モータ４８により回転されることで、レンズ４６を介して配管３ａ外に導出された透過光の透過・遮断を一定間隔で繰り返して断続光を発生させるものである。すなわち、光チョッパ４７は、モータ４８によって回転されることで、赤外光源４２からの赤外光が完全に遮断される状態と、スリットを介して赤外線センサ４５に到達される状態とが所定間隔で繰り返されて、断続光が赤外線センサ４５へと出力される。
また、光チョッパ４７は、駆動源としてのモータ４８が制御されてその回転周波数が調整されている。
【００３４】
なお、図２では、光チョッパ４７を赤外線センサ４５とレンズ４６との間に配置してあるが、赤外光路中であればこの位置に限定されず、例えば、赤外光源４２とレンズ４３との間に設置することも可能であり、この場合には、光チョッパ４７と光チョッパ５７とを兼用させることができる。
【００３５】
図２に示すように、第二測定部５は、排気経路３（配管３ａ）内の熱輻射に基づく赤外光を受光する受光部５１等とで構成されている。ここで、配管３ａは、高温の排ガスが流れることによって内壁面の温度が上昇され、その表面から熱輻射による赤外光が発生される。本実施例の第二測定部５では、かかる配管３ａの内壁面からの熱輻射に基づく赤外光を受光する受光部５１を備えるものである。
【００３６】
受光部５１は、赤外光を受光してその光強度を検出する赤外線センサ５５と、配管３ａの内壁から照射された熱輻射に基づく赤外光を配管３ａ内から外部空間に導出するレンズ５６と、赤外線センサ５５とレンズ５６との間に配置された光チョッパ５７等とを有してしている。
【００３７】
赤外線センサ５５は、検出された光強度に基づく出力信号（以下、背景光信号と称する）を後述するコンピュータ装置６に出力する。
レンズ５６は、赤外透過性であって分析成分（炭化水素類）の吸収波長域で減衰の小さい素材より形成され、レンズ表面が配管３ａの内部空間及び外部空間に対面するようにして、配管３ａの側壁に開口された取付孔に封止されている。また、レンズ５６は、上述したレンズ４３・４６に対して、配管３ａの軸中心Ｃを中心とした同心円の円周上に配置されている。本実施例では、受光部５１が、軸中心Ｃを中心として受光部４１に対して約９０°位相する位置に配置されている。
【００３８】
光チョッパ５７は、上述した光チョッパ４７と略同一に形成されている。すなわち、円周上にスリット（図略）が形成された円盤であって、モータ５８により回転され、モータ５８によって回転されることで、配管３ａの内壁から照射された熱輻射に基づく赤外光が完全に遮断される状態と、スリットを介して赤外線センサ４５に到達される状態とが所定間隔で繰り返されて、断続光が赤外線センサ５５へと出力される。
なお、光チョッパ５７は、駆動源としてのモータ５８が制御されてその回転周波数が調整されている。
【００３９】
図２に示すように、コンピュータ装置６は、赤外線センサ４５からの受光信号及び赤外線センサ５５からの背景光信号が出力され、各出力信号を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出するように構成されている。
具体的には、コンピュータ装置６は、演算処理装置として第一測定部４及び第二測定部５を制御したり、受光部４１・５１より出力された出力信号に基づいて演算を行って、エンジン２０から排出されるＨＣ濃度を算出したり、各種の測定結果を表示したり、演算・測定結果などを記憶したりするように構成されている。
特に、本実施例のコンピュータ装置６は、第二測定部５にて検出された光強度に基づく背景光信号を用いて、第一測定部４にて検出された赤外光の光強度に基づく受光信号を補正するように構成されている。この詳細は後述する（図４及び図５参照）。
【００４０】
図２及び図３に示すように、本実施例のガス分析装置１には、第一測定部４及び第二測定部５に設けられた赤外光透過性のレンズ４３・４６・５６を温調する温調部としてのヒータ７が設けられており、ヒータ７によってレンズ４３等が所定温度に温調可能とされている。具体的には、ヒータ７は、配管３ａの外側壁の複数箇所に取り付けられ、レンズ４３等の周辺を温調（加熱）することで、間接的にレンズ４３等を温調（加熱）するように構成されている（図３の温調部分を参照）。ヒータ７によるレンズ４３等の温調温度は、特に限定されるものではないが、排ガス中に含まれる水分が液化してレンズ４３等の表面に付着するのを防止可能な温度となるように温調制御される。
【００４１】
次に、本実施例のガス分析装置１を用いた排ガスのＨＣ濃度の測定方法について、以下に詳述する。
図１及び図２に示したように、エンジンベンチ２に搭載されたエンジン２０からの排ガスは、排気経路３の下流側に送られて、やがて排気経路３の中途部に設けられたガス分析装置１の第一測定部４及び第二測定部５に到達される。この時、ガス分析装置１では、第一測定部４及び第二測定部５が設けられた箇所にヒータ７が設けられていることから、配管３ａにおけるレンズ４３等の近傍が加熱されるとともに、第一測定部４及び第二測定部５のレンズ４３等が同時に加熱されることで、排ガス中の成分や水分がレンズ４３等の表面に凝結するのが防止されている（以上、温調工程）。
【００４２】
第一測定部４では、投光部４０の赤外光源４２から照射された赤外光が、レンズ４３を介して配管３ａ内に導入されて、排ガスに向けて照射される。排ガスを透過した透過光は、受光部４１に設けられた光チョッパ４７が所定の周期で回転された状態で、レンズ４６を介して配管３ａ外に導出され、赤外線センサ４５によって受光される。そして、赤外線センサ４５で受光された受光信号が、コンピュータ装置６へと出力される（以上、第一測定工程）。
【００４３】
一方で、上述した第一測定部４にて受光信号が出力されると同時に、第二測定部５では、配管３ａの内壁面からの熱輻射に基づく赤外光が、受光部５１に設けられた光チョッパ５７が所定の周期で回転された状態で、レンズ５６を介して配管３ａ外に導出され、赤外線センサ５５によって受光される。そして、かかる赤外線センサ４５で受光された背景光信号が、コンピュータ装置６へと出力される（以上、第二測定工程）。
【００４４】
コンピュータ装置６では、各赤外線センサ４５・５５からの出力信号が受信されると、赤外線センサ４５からの受光信号から赤外線センサ５５からの背景光信号を引算して背景光干渉を補正して真の光強度変化を検出し、排ガス中の真のＨＣ濃度が演算される。なお、演算されたＨＣ濃度や光強度変化などの測定・演算結果は、コンピュータ装置６の図示せぬメモリ等の記憶部に記憶され、モニタ等の画像出力装置に画像出力される（以上、演算処理工程）。
【００４５】
コンピュータ装置６においては、光強度変化から以下の数式（１）に基づいて排ガス中のＨＣ濃度が演算される。
ＨＣ濃度＝−ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ０ ）／（Ａ・Ｌ）・・・（１）
この数式（１）において、Ｉは透過光強度、Ｉ０ は初期透過光強度、Ａは比例係数、Ｌは光透過距離である。したがって、初期透過光強度Ｉ０ に対する透過光強度Ｉの比、すなわち、シグナル強度Ｉ／Ｉ０ に基づいてＨＣ濃度が演算される。本実施例では、各透過光強度Ｉ、Ｉ０ から背景光信号の透過光強度が引算されて、第一測定部４で検出された光強度の背景光干渉が補正される。
【００４６】
図４は、エンジン２０始動後であって炭化水素類が発生していない状態で測定された光強度変化を示した図であり、具体的には、直線（ａ）は第一測定部４からの出力信号に基づく光強度変化、直線（ｂ）は第二測定部５からの出力信号に基づく光強度変化、直線（ｃ）は背景光干渉を補正した後の光強度変化である。
ここで、直線（ａ）を参照すると、時間経過とともに第一測定部４の赤外線センサ４５で検出される光強度が増加していることが分かる。これは、時間経過とともに、配管３ａ内の温度が上昇して、内壁面からの熱輻射が増加して赤外線センサ４５で検出される赤外光に重畳していることが原因であり（直線（ｂ）参照）、第一測定部４のみでは、この熱輻射に基づく赤外光がガス分析装置１において排ガス中のＨＣ濃度を測定する際の障害となっていることが分かる。
本実施例のガス分析装置１では、第二測定部４の赤外線センサ５５で熱輻射に基づく赤外光を別途測定し、コンピュータ装置６にて第一測定部４からの受光信号から第二測定部５からの背景光信号を引き算して背景光干渉を補正することで、真の光強度を検出することができる（直線（ｃ）参照）。
【００４７】
図５は、本実施例のガス分析装置１を用いた排ガス中のＨＣ濃度の測定結果の一例を示した図であり、エンジン２０始動後であって時間ｔ１から時間ｔ２まで排ガス中の炭化水素類を多量に発生させた状態で測定された光強度変化である。なお、図４と同様に、直線（ａ）は第一測定部４からの出力信号に基づく光強度変化、直線（ｂ）は第二測定部５からの出力信号に基づく光強度変化、直線（ｃ）は背景光干渉を補正した後の光強度変化である。
このように、排ガス中に高濃度の炭化水素類が発生した状態では、排ガス自体が光源となって排ガスから赤外光が照射されるが、本実施例のガス分析装置１では、排ガスからの赤外光も背景光として第二測定部５で検出することができ、これを第一測定部４にて検出された受光信号から背景光干渉として補正することで、排ガス中のＨＣ濃度を高精度でかつ定量的に測定することが可能となっている。
【００４８】
以上のように、本実施例のガス分析装置１は、排気経路３の配管３ａ内の排ガスに向けて赤外光を照射する投光部４０と、該投光部４０から照射されて排ガス中を透過した赤外光を受光する受光部４１とを有する第一測定部４と、前記排気経路３の配管３ａ内の熱輻射に基づく赤外光を受光する受光部５１を有する第二測定部５と、前記第一測定部４及び第二測定部５からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出するコンピュータ装置６と備えてなるものであり、第一測定部４にて排ガスを透過した透過光を受光するとともに、第二測定部５にて熱輻射に基づく赤外光を受光し、測定部４・５からの受光信号から排ガス中のＨＣ濃度を算出するように構成されているため、透過光だけでなく熱輻射の影響を考慮してＨＣ濃度を測定することができ、排ガス温度の変化による熱輻射量の変化の影響を大幅に低減して測定精度を向上できる。また、各測定部４・５が排気経路３の中途部に配置されることで、測定応答性に優れ、リアルタイム測定が可能である。
【００４９】
特に、本実施例のガス分析装置１は、コンピュータ装置６において、第二測定部５にて検出された光強度に基づく出力信号を用いて、第一測定部４にて検出された赤外光の光強度に基づく出力信号を補正するように構成されているため、第一測定部４により検出された受光信号における背景光干渉を補正して、排ガス中の炭化水素類に基づく真の光強度を検出することができ、高精度でかつ定量的に測定することができる。
【００５０】
また、第一測定部４及び第二測定部５に設けられた赤外光透過性のレンズ４３・４６・５６を温調するヒータ７を備えてなるため、排気経路３（配管３ａ）を流れる排ガスに含まれる水分（水蒸気）によって投光側及び受光側のレンズが雲ってしまうのを防止して、赤外光の透過量が低減して測定不能となるのを防止できる。
また、第一測定部４及び第二測定部５は、赤外光の光路中に、該赤外光を断続する光チョッパ４７・５７を備えてなるため、各測定部４・５の赤外線センサ４５・５５での赤外光の検出感度を向上でき、ひいては測定精度を向上できる。
【００５１】
なお、本実施例のガス分析装置１の構成は、上述の構成に限定されない。
【００５２】
本実施例のガス分析装置１は、エンジンベンチ２に搭載されたエンジン２０からの排ガス中のＨＣ濃度を測定するものであるが、例えば、車輌に搭載された状態のエンジン２０の排気経路３に配置することで、かかるエンジン２０からの排ガスのＨＣ濃度を測定することもできる。
【００５３】
また、上述した実施例では、詳細に説明しなかったが、本実施例のガス分析装置１では、第一測定部４及び第二測定部５とコンピュータ装置６との間には、第一測定部４及び第二測定部５からの出力信号を増幅してコンピュータ装置６へと出力する増幅装置やロックインアンプ等が適宜配置される。特に、ロックインアンプが配置される場合には、参照信号として光チョッパ４７・５７からの制御信号がロックインアンプに出力されるような構成とされる。
【００５４】
また、ヒータ７は、排ガス温度が一定となるように測定条件が制御されている場合には特に設ける必要はないが、本実施例のガス分析装置１のように、排気経路３の中途部に第一測定部４及び第二測定部５を配置して排ガス中のＨＣ濃度をリアルタイムで確実に測定するためには、上述したように各測定部４・５のレンズ４３等の近傍に設けておくことが好ましい。ただし、ヒータ７の構成としては、レンズ４３等を温調可能な構成であれば特に限定しない。また、所定箇所の配管３ａの内壁全体を温調することで、間接的にレンズ４３等を温調するような構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のガス分析装置を備えたエンジンベンチの全体的な構成を示した側面図。
【図２】ガス分析装置の各構成を示した図。
【図３】各測定部に設けられたレンズを温調した状態を示した図。
【図４】本実施例のガス分析装置において炭化水素類が発生していない状態で測定された光強度変化を示した図。
【図５】本実施例のガス分析装置を用いた測定結果の一例を示した図。
【符号の説明】
【００５６】
１ ガス分析装置
３ 排気経路
３ａ 配管
４ 第一測定部
５ 第二測定部
６ コンピュータ装置（演算処理部）
７ ヒータ（温調部）
２０ エンジン（内燃機関）
４０ 投光部
４１ 受光部
５１ 受光部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分析装置及びガス分析方法の技術に関し、より詳細には、内燃機関からの排ガスを排出する排気経路に取り付けられ、該排ガスの成分濃度や温度を測定するガス分析装置及びガス分析方法の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン等の内燃機関からの排ガス中に含まれる炭化水素（Ｈｙｇｒｏ Ｃａｒｂｏｎ）濃度（以下、ＨＣ濃度と略記する）を測定するために、ＦＩＤ（Ｆｌａｍｅ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）法やＮＤＩＲ（Ｎｏｎ‐Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒｅｄ）法と呼ばれる測定方法を用いたガス分析装置が知られている。
【０００３】
従来のガス分析装置として、具体的には、排気経路中の排ガスに特定の吸収波長を有する（中）赤外光を照射して、排ガス中を透過させ、その透過光を検出することで、該排ガス中の特定成分の濃度や温度を測定して分析する構成が公知である。
このような構成のガス分析装置においては、光源からの赤外光が光学フィルタ等を用いて炭化水素類の吸収波長に調整された上で排気経路内の排ガスに向けて照射され、排ガス中を透過した透過光の光強度が受光センサにて検出され、排ガスの光吸収量及び光透過距離からＨＣ濃度が検出される。
【０００４】
また、これまでに、例えば特許文献１に開示されるように、排気経路にガス分析装置（測定部）を直接配置してＨＣ濃度等を測定するようにした配置構成も提案されている。この特許文献１には、内燃機関に接続された排気経路にプローブとしてのコリメータ及びミラーを設けることで、排ガス中の各種燃焼生成ガスの成分濃度や温度を時系列に測定する装置構成が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−７４８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した特許文献１に開示されるように、ガス分析装置の測定部を排気経路に直接配置した場合には、測定部における排気経路内の温度を一定に維持しないと、排ガス温度変化によって排気経路内の熱輻射量が変化してしまい、測定精度が悪いといった課題があった。
そして、このようなことから、従来のガス分析装置の多くは、排気経路から分枝されたサンプリング経路中に上述した測定部を設けるように構成されていた。すなわち、サンプリング経路を経てサンプリングされた排ガスに対して、水分除去等の前処理を行った後に、測定条件を一定に保った領域でＨＣ濃度等が測定されるように構成されていた。
【０００６】
しかしながら、上述したサンプリング経路中に測定部を配置する構成では、内燃機関から排出された排ガスが排気経路からサンプリング経路を経て測定部に到達する間に、応答遅れが生じるとともに、排気経路内の排ガスとは測定雰囲気条件が異なり、かつ測定雰囲気条件を一定に保つことが困難であったため、同じく測定精度が悪いといった課題があった。
【０００７】
そこで、本発明においては、ガス分析装置及びガス分析方法に関し、前記従来の課題を解決するもので、ＨＣ濃度を精度よく測定でき、かつ測定応答性に優れたガス分析装置及びガス分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
すなわち、請求項１においては、内燃機関からの排ガスを排出する排気経路に取り付けられ、該排ガスの成分濃度や温度を測定するガス分析装置であって、排気経路内の排ガスに向けて赤外光を照射する投光部と、該投光部から照射されて排ガス中を透過した赤外光を受光する受光部とを有する第一測定部と、前記排気経路内の熱輻射に基づく赤外光を受光する受光部を有する第二測定部と、前記第一測定部及び第二測定部からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出する演算処理部とを備えてなるものである。
【００１０】
請求項２においては、前記演算処理部は、第二測定部にて検出された光強度に基づく出力信号を用いて、前記第一測定部にて検出された赤外光の光強度に基づく出力信号を補正するものである。
【００１１】
請求項３においては、前記第一測定部及び第二測定部に設けられた赤外光透過性のレンズを温調する温調部を備えてなるものである。
【００１２】
請求項４においては、前記第一測定部及び第二測定部は、赤外光の光路中に、該赤外光を断続する光チョッパを備えてなるものである。
【００１３】
請求項５においては、内燃機関からの排ガスを排出する排気経路中の排ガスの成分濃度や温度を測定するガス分析方法であって、排気経路内の排ガスに向けて赤外光を照射し、排ガス中を透過した赤外光を受光する第一測定工程と、前記排気経路内の熱輻射に基づく赤外光を受光する第二測定工程と、前記第一測定工程及び第二測定工程からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出する演算処理工程とを有するものである。
【００１４】
請求項６においては、前記演算処理工程は、第二測定工程にて検出された光強度に基づく出力信号を用いて、前記第一測定工程にて検出された赤外光の光強度に基づく出力信号を補正するものである。
【００１５】
請求項７においては、前記排気経路の内部空間に対向するようにして配置された赤外光透過性のレンズを温調する温調工程を有するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１７】
請求項１に示す構成としたので、透過光だけでなく熱輻射の影響を考慮してＨＣ濃度を測定することができ、その測定精度を向上できる。また、各測定部が排気経路に配置されることで、測定応答性に優れ、リアルタイム測定が可能である。
【００１８】
請求項２に示す構成としたので、第一測定部により検出された受光信号における背景光干渉を補正して、排ガス中の炭化水素類に基づく真の光強度を検出することができ、ＨＣ濃度を高精度でかつ定量的に測定することができる。
【００１９】
請求項３に示す構成としたので、排気経路を流れる排ガスに含まれる水分（水蒸気）によって投光側及び受光側のレンズが雲ってしまうのを防止して、赤外光の透過量が低減して測定不能となるのを防止できる。
【００２０】
請求項４に示す構成としたので、各測定部での赤外光の検出感度を向上でき、ひいては測定精度を向上できる。
【００２１】
請求項５に示す構成としたので、透過光だけでなく熱輻射の影響を考慮してＨＣ濃度を測定することができ、その測定精度を向上できる。また、各測定工程が排気経路中で測定を行うことで、測定応答性に優れ、リアルタイム測定が可能である。
【００２２】
請求項６に示す構成としたので、第一測定工程により検出された受光信号における背景光干渉を補正して、排ガス中の炭化水素類に基づく真の光強度を検出することができ、高精度でかつ定量的に測定することができる。
【００２３】
請求項７に示す構成としたので、排気経路を流れる排ガスに含まれる水分（水蒸気）によって投光側及び受光側のレンズが雲ってしまうのを防止して、赤外光の透過量が低減して測定不能となるのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は本発明のガス分析装置を備えたエンジンベンチの全体的な構成を示した側面図、図２はガス分析装置の各構成を示した図、図３は各測定部に設けられたレンズを温調した状態を示した図、図４は本実施例のガス分析装置において炭化水素類が発生していない状態で測定された光強度変化を示した図、図５は本実施例のガス分析装置を用いた測定結果の一例を示した図である。
【００２５】
まず、本実施例のガス分析装置１の全体構成について、以下に概説する。
図１に示すように、本実施例のガス分析装置１は、エンジンベンチ２に配置されたエンジン２０から排出される排ガス中のＨＣ濃度を測定するものである。具体的には、ガス分析装置１は、エンジン２０からの排ガスを排出する排気経路３の中途部に取り付けられた第一測定部４及び第二測定部５と、第一測定部４及び第二測定部５からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出する演算処理部としてのコンピュータ装置６等とで構成されている。
【００２６】
エンジンベンチ２は、エンジン２０からの排ガスを機外に排出する排気経路３が敷設されて、排気経路３は、断面円形状の配管３ａが連結されて構成されている。エンジン２０からの排ガスは、排気経路３（配管３ａ）を介して機外に排出される。
本実施例のガス分析装置１は、排気経路３の中途部に測定部４・５等が配置されており、このように配置された各測定部４・５によって、配管３ａ内の排ガスに向けて赤外光を照射し、排ガスを透過した後の透過光を受光することで、排気経路３を流れる排ガスのＨＣ濃度を連続的にリアルタイムで測定することができるように構成されている。
【００２７】
図２に示すように、第一測定部４は、排気経路３（配管３ａ）内の排ガスに向けて赤外光を照射する投光部４０と、該投光部４０から照射されて排ガス中を透過した赤外光（以下、透過光と称する）を受光する受光部４１等とで構成されている。
【００２８】
投光部４０は、赤外光を照射するフィラメント等の赤外光源４２と、赤外光源４２から照射された赤外光を配管３ａ内に導入するレンズ４３と、赤外光源４２とレンズ４３との間に配置された光学フィルタ４４等とを有しており、赤外光源４２より照射された赤外光が光学フィルタ４４によって調整された後にレンズ４３を介して配管３ａの内部空間に導入される。
【００２９】
赤外光源４２は、図示せぬ光源用電源に接続されて、ＯＮ／ＯＦＦが切り換え制御される。
レンズ４３は、赤外透過性であって分析成分（炭化水素類）の吸収波長域で減衰の小さい素材より形成され、レンズ表面が配管３ａの内部空間及び外部空間に対面するようにして、配管３ａの側壁に開口された取付孔に封止されている。赤外光源４２から照射された赤外光は、レンズ４３を介して配管３ａの内部空間に導入される。
光学フィルタ４４は、炭化水素類の吸収波長帯（３．０〜４．０μｍ程度）の赤外光を透過するものが用いられる。
【００３０】
受光部４１は、赤外光を受光してその光強度を検出する赤外線センサ４５と、赤外光源４２から照射された赤外光が排ガス中を透過した後の透過光（赤外光）を配管３ａから外部空間に導出するレンズ４６と、赤外線センサ４５とレンズ４６との間に配置された光チョッパ４７等とを有してしており、排ガスを透過した透過光が、レンズ４６を介して配管３ａから導出され、光チョッパ４７によって断続されながら赤外線センサ４５にて受光される。
【００３１】
赤外線センサ４５は、検出された光強度に基づく出力信号（以下、受光信号と称する）を後述するコンピュータ装置６に出力する。
レンズ４６は、上述した投光部４０のレンズ４３と同様に、赤外透過性であって分析成分（炭化水素類）の吸収波長域で減衰の小さい素材より形成され、レンズ表面が配管３ａの内部空間及び外部空間に対面するようにして、配管３ａの側壁に開口された取付孔に封止されている。
【００３２】
ここで、本実施例のレンズ４３・４６は、配管３ａの軸中心Ｃを中心とした同心円の円周上に配置されている。換言すると、投光部４０と受光部４１とが、配管３ａの軸中心Ｃを中心とした同心円の円周上であって、かつ、軸中心Ｃを中心として約１８０°位相する位置に配置されている。赤外光源４２より照射された赤外光は、レンズ４３を介して配管３ａ内に導入された後、直線的に進行して排ガス中を透過し、レンズ４６を介して配管３ａ外に導出されて赤外線センサ４５により受光される。
【００３３】
光チョッパ４７は、円周上にスリット（図略）が形成された円盤であって、モータ４８により回転されることで、レンズ４６を介して配管３ａ外に導出された透過光の透過・遮断を一定間隔で繰り返して断続光を発生させるものである。すなわち、光チョッパ４７は、モータ４８によって回転されることで、赤外光源４２からの赤外光が完全に遮断される状態と、スリットを介して赤外線センサ４５に到達される状態とが所定間隔で繰り返されて、断続光が赤外線センサ４５へと出力される。
また、光チョッパ４７は、駆動源としてのモータ４８が制御されてその回転周波数が調整されている。
【００３４】
なお、図２では、光チョッパ４７を赤外線センサ４５とレンズ４６との間に配置してあるが、赤外光路中であればこの位置に限定されず、例えば、赤外光源４２とレンズ４３との間に設置することも可能であり、この場合には、光チョッパ４７と光チョッパ５７とを兼用させることができる。
【００３５】
図２に示すように、第二測定部５は、排気経路３（配管３ａ）内の熱輻射に基づく赤外光を受光する受光部５１等とで構成されている。ここで、配管３ａは、高温の排ガスが流れることによって内壁面の温度が上昇され、その表面から熱輻射による赤外光が発生される。本実施例の第二測定部５では、かかる配管３ａの内壁面からの熱輻射に基づく赤外光を受光する受光部５１を備えるものである。
【００３６】
受光部５１は、赤外光を受光してその光強度を検出する赤外線センサ５５と、配管３ａの内壁から照射された熱輻射に基づく赤外光を配管３ａ内から外部空間に導出するレンズ５６と、赤外線センサ５５とレンズ５６との間に配置された光チョッパ５７等とを有してしている。
【００３７】
赤外線センサ５５は、検出された光強度に基づく出力信号（以下、背景光信号と称する）を後述するコンピュータ装置６に出力する。
レンズ５６は、赤外透過性であって分析成分（炭化水素類）の吸収波長域で減衰の小さい素材より形成され、レンズ表面が配管３ａの内部空間及び外部空間に対面するようにして、配管３ａの側壁に開口された取付孔に封止されている。また、レンズ５６は、上述したレンズ４３・４６に対して、配管３ａの軸中心Ｃを中心とした同心円の円周上に配置されている。本実施例では、受光部５１が、軸中心Ｃを中心として受光部４１に対して約９０°位相する位置に配置されている。
【００３８】
光チョッパ５７は、上述した光チョッパ４７と略同一に形成されている。すなわち、円周上にスリット（図略）が形成された円盤であって、モータ５８により回転され、モータ５８によって回転されることで、配管３ａの内壁から照射された熱輻射に基づく赤外光が完全に遮断される状態と、スリットを介して赤外線センサ４５に到達される状態とが所定間隔で繰り返されて、断続光が赤外線センサ５５へと出力される。
なお、光チョッパ５７は、駆動源としてのモータ５８が制御されてその回転周波数が調整されている。
【００３９】
図２に示すように、コンピュータ装置６は、赤外線センサ４５からの受光信号及び赤外線センサ５５からの背景光信号が出力され、各出力信号を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出するように構成されている。
具体的には、コンピュータ装置６は、演算処理装置として第一測定部４及び第二測定部５を制御したり、受光部４１・５１より出力された出力信号に基づいて演算を行って、エンジン２０から排出されるＨＣ濃度を算出したり、各種の測定結果を表示したり、演算・測定結果などを記憶したりするように構成されている。
特に、本実施例のコンピュータ装置６は、第二測定部５にて検出された光強度に基づく背景光信号を用いて、第一測定部４にて検出された赤外光の光強度に基づく受光信号を補正するように構成されている。この詳細は後述する（図４及び図５参照）。
【００４０】
図２及び図３に示すように、本実施例のガス分析装置１には、第一測定部４及び第二測定部５に設けられた赤外光透過性のレンズ４３・４６・５６を温調する温調部としてのヒータ７が設けられており、ヒータ７によってレンズ４３等が所定温度に温調可能とされている。具体的には、ヒータ７は、配管３ａの外側壁の複数箇所に取り付けられ、レンズ４３等の周辺を温調（加熱）することで、間接的にレンズ４３等を温調（加熱）するように構成されている（図３の温調部分を参照）。ヒータ７によるレンズ４３等の温調温度は、特に限定されるものではないが、排ガス中に含まれる水分が液化してレンズ４３等の表面に付着するのを防止可能な温度となるように温調制御される。
【００４１】
次に、本実施例のガス分析装置１を用いた排ガスのＨＣ濃度の測定方法について、以下に詳述する。
図１及び図２に示したように、エンジンベンチ２に搭載されたエンジン２０からの排ガスは、排気経路３の下流側に送られて、やがて排気経路３の中途部に設けられたガス分析装置１の第一測定部４及び第二測定部５に到達される。この時、ガス分析装置１では、第一測定部４及び第二測定部５が設けられた箇所にヒータ７が設けられていることから、配管３ａにおけるレンズ４３等の近傍が加熱されるとともに、第一測定部４及び第二測定部５のレンズ４３等が同時に加熱されることで、排ガス中の成分や水分がレンズ４３等の表面に凝結するのが防止されている（以上、温調工程）。
【００４２】
第一測定部４では、投光部４０の赤外光源４２から照射された赤外光が、レンズ４３を介して配管３ａ内に導入されて、排ガスに向けて照射される。排ガスを透過した透過光は、受光部４１に設けられた光チョッパ４７が所定の周期で回転された状態で、レンズ４６を介して配管３ａ外に導出され、赤外線センサ４５によって受光される。そして、赤外線センサ４５で受光された受光信号が、コンピュータ装置６へと出力される（以上、第一測定工程）。
【００４３】
一方で、上述した第一測定部４にて受光信号が出力されると同時に、第二測定部５では、配管３ａの内壁面からの熱輻射に基づく赤外光が、受光部５１に設けられた光チョッパ５７が所定の周期で回転された状態で、レンズ５６を介して配管３ａ外に導出され、赤外線センサ５５によって受光される。そして、かかる赤外線センサ４５で受光された背景光信号が、コンピュータ装置６へと出力される（以上、第二測定工程）。
【００４４】
コンピュータ装置６では、各赤外線センサ４５・５５からの出力信号が受信されると、赤外線センサ４５からの受光信号から赤外線センサ５５からの背景光信号を引算して背景光干渉を補正して真の光強度変化を検出し、排ガス中の真のＨＣ濃度が演算される。なお、演算されたＨＣ濃度や光強度変化などの測定・演算結果は、コンピュータ装置６の図示せぬメモリ等の記憶部に記憶され、モニタ等の画像出力装置に画像出力される（以上、演算処理工程）。
【００４５】
コンピュータ装置６においては、光強度変化から以下の数式（１）に基づいて排ガス中のＨＣ濃度が演算される。
ＨＣ濃度＝−ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ０ ）／（Ａ・Ｌ）・・・（１）
この数式（１）において、Ｉは透過光強度、Ｉ０ は初期透過光強度、Ａは比例係数、Ｌは光透過距離である。したがって、初期透過光強度Ｉ０ に対する透過光強度Ｉの比、すなわち、シグナル強度Ｉ／Ｉ０ に基づいてＨＣ濃度が演算される。本実施例では、各透過光強度Ｉ、Ｉ０ から背景光信号の透過光強度が引算されて、第一測定部４で検出された光強度の背景光干渉が補正される。
【００４６】
図４は、エンジン２０始動後であって炭化水素類が発生していない状態で測定された光強度変化を示した図であり、具体的には、直線（ａ）は第一測定部４からの出力信号に基づく光強度変化、直線（ｂ）は第二測定部５からの出力信号に基づく光強度変化、直線（ｃ）は背景光干渉を補正した後の光強度変化である。
ここで、直線（ａ）を参照すると、時間経過とともに第一測定部４の赤外線センサ４５で検出される光強度が増加していることが分かる。これは、時間経過とともに、配管３ａ内の温度が上昇して、内壁面からの熱輻射が増加して赤外線センサ４５で検出される赤外光に重畳していることが原因であり（直線（ｂ）参照）、第一測定部４のみでは、この熱輻射に基づく赤外光がガス分析装置１において排ガス中のＨＣ濃度を測定する際の障害となっていることが分かる。
本実施例のガス分析装置１では、第二測定部４の赤外線センサ５５で熱輻射に基づく赤外光を別途測定し、コンピュータ装置６にて第一測定部４からの受光信号から第二測定部５からの背景光信号を引き算して背景光干渉を補正することで、真の光強度を検出することができる（直線（ｃ）参照）。
【００４７】
図５は、本実施例のガス分析装置１を用いた排ガス中のＨＣ濃度の測定結果の一例を示した図であり、エンジン２０始動後であって時間ｔ１から時間ｔ２まで排ガス中の炭化水素類を多量に発生させた状態で測定された光強度変化である。なお、図４と同様に、直線（ａ）は第一測定部４からの出力信号に基づく光強度変化、直線（ｂ）は第二測定部５からの出力信号に基づく光強度変化、直線（ｃ）は背景光干渉を補正した後の光強度変化である。
このように、排ガス中に高濃度の炭化水素類が発生した状態では、排ガス自体が光源となって排ガスから赤外光が照射されるが、本実施例のガス分析装置１では、排ガスからの赤外光も背景光として第二測定部５で検出することができ、これを第一測定部４にて検出された受光信号から背景光干渉として補正することで、排ガス中のＨＣ濃度を高精度でかつ定量的に測定することが可能となっている。
【００４８】
以上のように、本実施例のガス分析装置１は、排気経路３の配管３ａ内の排ガスに向けて赤外光を照射する投光部４０と、該投光部４０から照射されて排ガス中を透過した赤外光を受光する受光部４１とを有する第一測定部４と、前記排気経路３の配管３ａ内の熱輻射に基づく赤外光を受光する受光部５１を有する第二測定部５と、前記第一測定部４及び第二測定部５からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出するコンピュータ装置６と備えてなるものであり、第一測定部４にて排ガスを透過した透過光を受光するとともに、第二測定部５にて熱輻射に基づく赤外光を受光し、測定部４・５からの受光信号から排ガス中のＨＣ濃度を算出するように構成されているため、透過光だけでなく熱輻射の影響を考慮してＨＣ濃度を測定することができ、排ガス温度の変化による熱輻射量の変化の影響を大幅に低減して測定精度を向上できる。また、各測定部４・５が排気経路３の中途部に配置されることで、測定応答性に優れ、リアルタイム測定が可能である。
【００４９】
特に、本実施例のガス分析装置１は、コンピュータ装置６において、第二測定部５にて検出された光強度に基づく出力信号を用いて、第一測定部４にて検出された赤外光の光強度に基づく出力信号を補正するように構成されているため、第一測定部４により検出された受光信号における背景光干渉を補正して、排ガス中の炭化水素類に基づく真の光強度を検出することができ、高精度でかつ定量的に測定することができる。
【００５０】
また、第一測定部４及び第二測定部５に設けられた赤外光透過性のレンズ４３・４６・５６を温調するヒータ７を備えてなるため、排気経路３（配管３ａ）を流れる排ガスに含まれる水分（水蒸気）によって投光側及び受光側のレンズが雲ってしまうのを防止して、赤外光の透過量が低減して測定不能となるのを防止できる。
また、第一測定部４及び第二測定部５は、赤外光の光路中に、該赤外光を断続する光チョッパ４７・５７を備えてなるため、各測定部４・５の赤外線センサ４５・５５での赤外光の検出感度を向上でき、ひいては測定精度を向上できる。
【００５１】
なお、本実施例のガス分析装置１の構成は、上述の構成に限定されない。
【００５２】
本実施例のガス分析装置１は、エンジンベンチ２に搭載されたエンジン２０からの排ガス中のＨＣ濃度を測定するものであるが、例えば、車輌に搭載された状態のエンジン２０の排気経路３に配置することで、かかるエンジン２０からの排ガスのＨＣ濃度を測定することもできる。
【００５３】
また、上述した実施例では、詳細に説明しなかったが、本実施例のガス分析装置１では、第一測定部４及び第二測定部５とコンピュータ装置６との間には、第一測定部４及び第二測定部５からの出力信号を増幅してコンピュータ装置６へと出力する増幅装置やロックインアンプ等が適宜配置される。特に、ロックインアンプが配置される場合には、参照信号として光チョッパ４７・５７からの制御信号がロックインアンプに出力されるような構成とされる。
【００５４】
また、ヒータ７は、排ガス温度が一定となるように測定条件が制御されている場合には特に設ける必要はないが、本実施例のガス分析装置１のように、排気経路３の中途部に第一測定部４及び第二測定部５を配置して排ガス中のＨＣ濃度をリアルタイムで確実に測定するためには、上述したように各測定部４・５のレンズ４３等の近傍に設けておくことが好ましい。ただし、ヒータ７の構成としては、レンズ４３等を温調可能な構成であれば特に限定しない。また、所定箇所の配管３ａの内壁全体を温調することで、間接的にレンズ４３等を温調するような構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のガス分析装置を備えたエンジンベンチの全体的な構成を示した側面図。
【図２】ガス分析装置の各構成を示した図。
【図３】各測定部に設けられたレンズを温調した状態を示した図。
【図４】本実施例のガス分析装置において炭化水素類が発生していない状態で測定された光強度変化を示した図。
【図５】本実施例のガス分析装置を用いた測定結果の一例を示した図。
【符号の説明】
【００５６】
１ ガス分析装置
３ 排気経路
３ａ 配管
４ 第一測定部
５ 第二測定部
６ コンピュータ装置（演算処理部）
７ ヒータ（温調部）
２０ エンジン（内燃機関）
４０ 投光部
４１ 受光部
５１ 受光部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排ガスを排出する排気経路に取り付けられ、該排ガスの成分濃度や温度を測定するガス分析装置であって、
排気経路内の排ガスに向けて赤外光を照射する投光部と、該投光部から照射されて排ガス中を透過した赤外光を受光する受光部とを有する第一測定部と、
前記排気経路内の熱輻射に基づく赤外光を受光する受光部を有する第二測定部と、
前記第一測定部及び第二測定部からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出する演算処理部とを備えてなることを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】
前記演算処理部は、第二測定部にて検出された光強度に基づく出力信号を用いて、前記第一測定部にて検出された赤外光の光強度に基づく出力信号を補正することを特徴とする請求項１に記載のガス分析装置。
【請求項３】
前記第一測定部及び第二測定部に設けられた赤外光透過性のレンズを温調する温調部を備えてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス分析装置。
【請求項４】
前記第一測定部及び第二測定部は、赤外光の光路中に、該赤外光を断続する光チョッパを備えてなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガス分析装置。
【請求項５】
内燃機関からの排ガスを排出する排気経路中の排ガスの成分濃度や温度を測定するガス分析方法であって、
排気経路内の排ガスに向けて赤外光を照射し、排ガス中を透過した赤外光を受光する第一測定工程と、
前記排気経路内の熱輻射に基づく赤外光を受光する第二測定工程と、
前記第一測定工程及び第二測定工程からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出する演算処理工程とを有することを特徴とするガス分析方法。
【請求項６】
前記演算処理工程は、第二測定工程にて検出された光強度に基づく出力信号を用いて、前記第一測定工程にて検出された赤外光の光強度に基づく出力信号を補正することを特徴とする請求項５に記載のガス分析方法。
【請求項７】
前記排気経路の内部空間に対向するようにして配置された赤外光透過性のレンズを温調する温調工程を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のガス分析方法。
【請求項１】
内燃機関からの排ガスを排出する排気経路に取り付けられ、該排ガスの成分濃度や温度を測定するガス分析装置であって、
排気経路内の排ガスに向けて赤外光を照射する投光部と、該投光部から照射されて排ガス中を透過した赤外光を受光する受光部とを有する第一測定部と、
前記排気経路内の熱輻射に基づく赤外光を受光する受光部を有する第二測定部と、
前記第一測定部及び第二測定部からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出する演算処理部とを備えてなることを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】
前記演算処理部は、第二測定部にて検出された光強度に基づく出力信号を用いて、前記第一測定部にて検出された赤外光の光強度に基づく出力信号を補正することを特徴とする請求項１に記載のガス分析装置。
【請求項３】
前記第一測定部及び第二測定部に設けられた赤外光透過性のレンズを温調する温調部を備えてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス分析装置。
【請求項４】
前記第一測定部及び第二測定部は、赤外光の光路中に、該赤外光を断続する光チョッパを備えてなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガス分析装置。
【請求項５】
内燃機関からの排ガスを排出する排気経路中の排ガスの成分濃度や温度を測定するガス分析方法であって、
排気経路内の排ガスに向けて赤外光を照射し、排ガス中を透過した赤外光を受光する第一測定工程と、
前記排気経路内の熱輻射に基づく赤外光を受光する第二測定工程と、
前記第一測定工程及び第二測定工程からの出力を演算処理して排ガス中のＨＣ濃度を算出する演算処理工程とを有することを特徴とするガス分析方法。
【請求項６】
前記演算処理工程は、第二測定工程にて検出された光強度に基づく出力信号を用いて、前記第一測定工程にて検出された赤外光の光強度に基づく出力信号を補正することを特徴とする請求項５に記載のガス分析方法。
【請求項７】
前記排気経路の内部空間に対向するようにして配置された赤外光透過性のレンズを温調する温調工程を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のガス分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１１６３６８（Ｐ２００８−１１６３６８Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３００８５７（Ｐ２００６−３００８５７）
【出願日】平成１８年１１月６日（２００６．１１．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月６日（２００６．１１．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]