車両搭載型排気ガス分析装置
【課題】
消費電力の低減化を図りつつ、排気ガス中の各測定対象成分濃度を高い精度で算出することができる車両搭載型排気ガス分析装置を提供する。
【解決手段】
車両の排気管に非加熱導入管を介して接続したドレンセパレータと、前記ドレンセパレータによって液状水分が除去されたｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での排気ガス中の水分濃度及び測定対象成分の濃度を測定する測定機器群と、前記測定機器群で測定された水分濃度及び測定対象成分濃度に基づいて、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を算出するＤＲＹ濃度算出部と、前記ＤＲＹ状態での濃度及び予め定められた換算式に基づいて、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する実濃度算出部とを備えるようにした。
消費電力の低減化を図りつつ、排気ガス中の各測定対象成分濃度を高い精度で算出することができる車両搭載型排気ガス分析装置を提供する。
【解決手段】
車両の排気管に非加熱導入管を介して接続したドレンセパレータと、前記ドレンセパレータによって液状水分が除去されたｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での排気ガス中の水分濃度及び測定対象成分の濃度を測定する測定機器群と、前記測定機器群で測定された水分濃度及び測定対象成分濃度に基づいて、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を算出するＤＲＹ濃度算出部と、前記ＤＲＹ状態での濃度及び予め定められた換算式に基づいて、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する実濃度算出部とを備えるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、消費電力が低減されたうえ、分析精度にも優れた車両搭載型排気ガス分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時、自動車や航空機等の移動排出源、火力発電所や焼却炉等の固定排出源からの排気ガスが、大気汚染の原因の一つであると言われており、また、環境や人体の健康にも悪影響を及ぼす一因とも考えられている。このため、各事業者や自治体では、こうした排出源からの排気ガスに含まれるＣＯ、ＣＯ２、ＮＯＸ、ＴＨＣ（炭化水素）等の成分を分析するために、赤外線ガス分析計（以下ＮＤＩＲ分析計ともいう）、化学発光式窒素酸化物分析計（以下ＣＬＤ式ＮＯＸ計ともいう）及び水素炎イオン化検出器（以下ＦＩＤ計ともいう）等の測定機器が備わった排気ガス分析装置を使用している。
【０００３】
このような排気ガス分析装置においてサンプルガスは導入管を経由して各測定機器に導入されるが、上記のような排出源からの排気ガス中には測定対象成分となるＣＯ、ＣＯ２、ＮＯＸ、ＴＨＣ等とともにＨ２Ｏが混在しているため、導入管が加熱されていない場合は、サンプルガス中の水分（Ｈ２Ｏ）が導入管内部において結露する。このような結露が起こるとサンプルガスの体積が減少し、測定対象成分の濃度が本来の濃度よりも高く算出されてしまうという問題が生じるため、一般的な排気ガス分析装置では排気ガスの導入管としてヒーターが備わった加熱導入管が用いられている。
【０００４】
また、ＮＤＩＲ分析計によりＣＯ及びＣＯ２の濃度を測定する際に、サンプルガス中に水分が含まれていると、例えばＣＯが測定対象成分である場合、ＣＯによる赤外線の吸収波長領域と水分（Ｈ２Ｏ）による吸収波長領域とが近接しているため、サンプルガスに含まれる水分が水分干渉を起こし、ＣＯ分析の測定値に影響を及ぼす。更にサンプルガス中の水分濃度が安定していないとその影響が変化するため、ＣＯ測定値に誤差も生じる。
【０００５】
一方、ＣＬＤ式ＮＯＸ計では、紫外領域の光がフォトセンサで検出されるが、ＮＯＸ分子の量に比例して発光量が変化する性質を利用して、試料を導入した一定空間での発光量から試料中のＮＯＸ濃度を検出することができる。
このとき、水分（Ｈ２Ｏ）やＣＯ２が存在すると、発光量が減少することが知られている。これがクエンチング（消光効果）といわれる現象で、ＮＯＸ測定値に影響を与える。更にサンプルガス中の水分濃度が安定していないとその影響が変化するため、ＮＯＸ測定値に誤差も生じる。
【０００６】
このため、ＮＤＩＲ分析計における水分干渉や、ＣＬＤ式ＮＯＸ計におけるクエンチング、更に水分濃度の不安定化の問題を解決するために、一般的な排気ガス分析装置には除湿器が設けられている。
【０００７】
しかしながら、排気ガス中に水分（Ｈ２Ｏ）が混在することに起因する上述のような不都合を解消するために一般的な排気ガス分析装置に備えられている加熱導入管や除湿器は、消費電力が大きく、排気ガス分析装置の消費電力の大半を占めている（特許文献１）。
【０００８】
従来、自動車から排出された排気ガスに含まれる成分を分析するための排気ガス分析装置は屋内の実験用施設に据え置く型のものが一般的であり、屋内での走行実験により分析が行われていたが、近時、排気ガスに含まれる成分が環境や人体の健康に及ぼす影響への関心が高まるにつれて、実際に路面を走行する際に自動車から排出される排気ガスを分析することが求められるようになってきている。
【０００９】
排気ガス分析装置を車に搭載するためには、小型化、軽量化、省電力化が必要であるが、上述のように排気ガス分析装置には排気ガス中に混在する水分の影響を排除するために、消費電力の大きい加熱導入管や除湿器が備わっているため、その省電力化は困難であった。
【特許文献１】特開２００２−５８３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、排気ガス中に混在する水分が測定結果に及ぼす影響を排除しつつ、消費電力が低減された車両搭載型排気ガス分析装置を提供すべく図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明に係る車両搭載型排気ガス分析装置は、車両から排出された排気ガスに含まれているＮＯＸ、ＴＨＣ、ＣＯ、ＣＯ２などの測定対象成分の濃度を測定する車両搭載型のものであって、車両の排気管に非加熱導入管を介して接続したドレンセパレータと、前記ドレンセパレータによって液状水分が除去されたｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での排気ガス中の水分濃度及び測定対象成分の濃度を測定する測定機器群と、前記測定機器群で測定された水分濃度及び測定対象成分濃度に基づいて、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を算出するＤＲＹ濃度算出部と、前記ＤＲＹ状態での濃度及び予め定められた換算式に基づいて、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する実濃度算出部とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、非加熱型の導入管を用いることにより、消費電力を低減することができ、また、導入管にドレンセパレータを接続することにより、結露したサンプルガス中の水分は外部に排出することができる。ここでいうドレンセパレータとは、複雑な構造や温調等を必要とせず、単に排気ガスに含まれる液状の水分を除去できればよい。更に、サンプルガス中に残存する水分の濃度及び測定対象成分の濃度を測定機器群で測定することにより、排気ガス中の測定対象成分のＤＲＹ濃度を算出することができ、更に当該ＤＲＹ濃度から予め定められた換算式を用いることにより、排気ガス中に含まれる水分の影響を排除して車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出することができる。しかして、本発明の車両搭載型排気ガス分析装置によれば、消費電力を低減しつつ、排気ガスに含まれる水分の影響を抑えて、測定対象成分の濃度を高い精度で算出することができる。
【００１３】
このような本発明の車両搭載型排気ガス分析装置としては、より具体的には、車両から排出された排気ガス中に含まれている測定対象成分であるＮＯＸ、ＴＨＣ、ＣＯ、ＣＯ２の濃度をそれぞれ測定する車両搭載型のものであって、車両の排気管に非加熱導入管を介して接続したドレンセパレータと、ＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏ濃度を測定する赤外線ガス分析計、ＮＯＸ濃度を測定する化学発光式窒素酸化物分析計、及びＴＨＣを測定する水素炎イオン化検出器を含み、前記ドレンセパレータによって液状水分が除去されたｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を測定する測定機器群と、前記測定機器群で測定された測定対象成分濃度及びＨ２Ｏ濃度に基づいて、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を算出するＤＲＹ濃度算出部と、前記ＤＲＹ状態での濃度及び予め定められた換算式に基づいて、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する実濃度算出部とを備えているものを挙げることができる。
【００１４】
より省電力化を図るためには、水分除去機構としてドレンセパレータのみを備えているもの、すなわち消費電力が大きい除湿器を備えていないものが好ましい。
【００１５】
除湿器やヒータを可及的に排除することにより、前記測定対象成分の相互の影響による実測値の真の測定値からの誤差が顕著になるが、これを、構造複雑化等を招来することなくソフトウェアで解決できるようにするには、各実測値の一部又は全部に生じる真の値からのずれを、当該各実測値の一部又は全部に基づいて補正し、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での各測定対象成分の真の測定値を算出する補正部をさらに備え、前記ＤＲＹ濃度算出部が、前記補正部で得られた真の測定値に基づいて各測定対象成分のＤＲＹ状態での濃度を算出するものであることが好ましい。
【００１６】
好ましい具体的実施態様としては、前記補正部が、ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度及びＨ２Ｏ濃度に関して、それらの実測値を、水素炎イオン化検出器によるＴＨＣ濃度の実測値に基づき中間補正し、ＣＯ及びＣＯ２濃度の中間補正値とＨ２Ｏ濃度の中間補正値とに基づいて、当該ＣＯ及びＣＯ２濃度の中間補正値をさらに補正するとともに、ＮＯＸ濃度に関して、その実測値を、前記ＣＯ２濃度及びＨ２Ｏ濃度の補正値に基づいて補正することによって、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での各測定対象成分の真の測定値を算出するものを挙げることができる。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、省電力化を図りつつ排気ガス中の各測定対象成分濃度を高い精度で算出することができる。従って、本発明により車両に搭載するに好適な排気ガス分析装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本車両搭載型排気ガス分析装置は、自動車から排出された排気ガスを流通させる流路系と、その流路系上に設けられて排気ガス中の種々の成分濃度を測定する３つの測定機器、すなわち、ＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏの濃度を測定する赤外線ガス分析計４、ＴＨＣの濃度を測定する水素炎イオン化検出器５、サンプルガスである排気ガス中のＮＯＸの濃度を測定するＣＬＤ式ＮＯＸ計６と、各測定機器からの測定結果データを収集するとともに流路系に配置されたバルブ等の制御を行う情報処理装置７とを備えている。
【００１９】
流路系は、排気ガスの大部分を通過させるバイパス経路としての役割を果たす主流路１と、その主流路１から分岐させて並列に設けた複数の副流路とを備えており、主流路１上には赤外線ガス分析計４、副流路上には水素炎イオン化検出器５及びＣＬＤ式ＮＯＸ計６がそれぞれ設けられている。
【００２０】
主流路１は、その上流端をメインポート１１として開口させたもので、最も下流側には吸引ポンプ１９が配設してある。そして、このメインポート１１に車両の排気ガス管を接続し、前記吸引ポンプ１９で吸引することにより、排気ガスのうちの測定に必要な量が当該主流路１に導入されるように構成している。
【００２１】
より具体的に説明すると、この主流路１上には、メインポート１１に引き続いて、導入管１２、排気ガス中に含まれる液状水分を取り除くドレンセパレータ１３、フィルタ１４、流量制御管（キャピラリ）１５ａ、分岐部１６、赤外線ガス分析計４、圧力制御弁１７ａ、流量制御管（キャピラリ）１５ｂ、合流部１８、圧力制御弁１７ｂ、吸引ポンプ１９をこの順に直列配置している。なお、赤外線ガス分析計４の下流に接続されている圧力制御弁１７ａは、前記キャピラリ間の流路系の圧力をコントロールするためのものであり、各キャピラリと協働して赤外線ガス分析計４を流れる排気ガスの流量及び圧力を一定に保つ役割を担う。
【００２２】
本車両搭載型排気ガス分析装置では、導入管１２として加熱装置の付いていない非加熱型のものを使用する。このため、車両から排出された排気ガスは導入管１２において常温まで急速に冷却され、排気ガスに含まれる水分は結露して液状水分として導入管１２内部に付着するが、当該液状水分は前記ドレンセパレータ１３により導入管１２外に排出される。
【００２３】
分岐部１６からは、前記副流路が２本分岐させてあり、合流部１８で、それら副流路の下流端が、主流路１に再度接続されるように構成してある。
【００２４】
一方の副流路２（第１副流路）上には、排気ガス中のＴＨＣの濃度を測定する水素炎イオン化検出器５が設けてある。この水素炎イオン化検出器５の上流に設けてあるのは、流量制御管（キャピラリ）２１であり、ＴＨＣの濃度測定に必要な流量（主流路１を流れる排気ガス流量に比べればわずかである）を、当該水素炎イオン化検出器５に流すように構成している。
【００２５】
他方の副流路３（第２副流路）上には、流量制御管（キャピラリ）３１、ＣＬＤ式ＮＯＸ計６が上流からこの順で設けてある。流量制御管（キャピラリ）３１は、この副流路３を流れるガスの量を、窒素酸化物の濃度測定に必要な流量（主流路１を流れる排気ガス流量に比べればわずかである）に制限するものである。
【００２６】
なお、合流部１８又はその下流に接続されている圧力制御弁１７ｂは、後述する副流路の圧力をコントロールするためのものであり、各副流路の上流部に設けられた前記キャピラリと協働して水素炎イオン化検出器５及びＣＬＤ式ＮＯＸ計６を流れる排気ガスの流量及び圧力を一定に保つ役割を担う。
【００２７】
一般的な排気ガス分析装置では、各測定機器の上流に除湿器が設けられているが、本車両搭載型排気ガス分析装置では、消費電力を低減するために、サンプルガスからの水分除去機構としてはドレンセパレータ１３のみが設けられ、除湿器は設けられていないことが好ましい。
【００２８】
次に各測定機器の概略を説明する。
赤外線ガス分析計４は、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等が、それぞれ固有の波長の赤外線を吸収する性質を有していることから、各波長の赤外線をサンプルガスに照射してその吸収度を検出することにより、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等の量（濃度）を測定できるようにしたものである。
【００２９】
赤外線ガス分析計４は、非分散型のもので、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏがそれぞれ吸収する固有波長の赤外線をサンプルガス（排気ガス）に照射して通過させ、その際の各波長の光の強度を光検出器で測定してそれぞれ出力する。そしてその出力値を、光吸収がなかった場合のリファレンス値と比較することにより、各波長の光の吸収度を算出することができる。光吸収度は、各測定対象成分の濃度（量）に対応することから、これからＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏの濃度（量）を特定することができるが、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏの光吸収度については、ＴＨＣが干渉し、またＣＯ、ＣＯ２については相互に干渉がおこるとともにＨ２Ｏも干渉するため、単純に各光吸収度の値がＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏの濃度に１対１に対応するわけではない。
【００３０】
水素炎イオン化検出器５は、サンプルガス（排気ガス）に、燃料ガス（水素ガス）を一定の割合で混合して燃焼し、その際にそのサンプルガスに含まれるＴＨＣがイオン化されて生じる電流の値を検知して出力する方式のもので、その電流値からＴＨＣの量（濃度）を算出することができる。この水素炎イオン化検出器５には、燃料ガスの他に助燃用ガス（空気）も導かれるように構成している。
【００３１】
ＣＬＤ式ＮＯＸ計６は、排気ガスに含まれるＮＯＸの量（濃度）を測定可能なものであり、ＮＯコンバータ６１、オゾン発生器６２、反応槽６３、オゾン除去器６４、光検出器（図示しない）を備えている。ＮＯコンバータ６１は、ＮＯＸをＮＯに変換するもので、導入された排気ガスを２分する一対の並列経路の一方に設けられている。これら並列経路の終端には電磁式切替バルブが設けてあって、いずれか一方の経路からのみ、後述する反応槽６３に択一的にガスが導かれるように構成してある。オゾン発生器６２は、大気を除湿することなくそのまま取り込み、その大気に含まれる酸素をオゾンに変換してオゾン含有ガスとして出力する。反応槽６３は、一定容積を有する筐体であり、サンプルガス導入ポート６３１、オゾン含有ガス導入ポート６３２及び導出ポート６３３を有している。サンプルガス導入ポート６３１には、前述したように切替バルブで選択されたいずれか一方の並列経路からのガスが導かれるとともに、オゾン含有ガス導入ポート６３２には、前記オゾン発生器６２からのオゾン含有ガスが導かれる。それら各ガスは反応槽６３内部で混合し、発光する。光検出器（図示しない）は、前記反応槽６３内での発光強度を測定するもので、この実施形態では、光検出器として例えば光電子倍増管を用いている。ただし、ＣＯ２やＨ２Ｏが前記反応の際の発光現象を阻害する（クエンチング）ため、発光強度の値から直ちにＮＯの濃度を算出できるわけではない。
【００３２】
情報処理装置７は、図２に示すように、ＣＰＵ７０１の他に、メモリ７０２、入出力チャネル７０３、キーボード等の入力手段７０４、ディスプレイ７０５等を備えた汎用乃至専用のものであり、入出力チャネル７０３には、Ａ／Ｄコンバータ７０６、Ｄ／Ａコンバータ７０７、増幅器（図示しない）などのアナログ−デジタル変換回路が接続されている。
【００３３】
そして、ＣＰＵ７０１及びその周辺機器が、前記メモリ７０２の所定領域に格納されたプログラムにしたがって協働動作することにより、この情報処理装置７は、図３に示すように、前記流路系等に設けられたバルブの開閉制御やヒータの温度制御を行う制御部７１と、同時期に排出された排気ガスに対する各分析計４、５、６での実測値を取得する実測値取得部７２と、各実測値の一部又は全部に生じる真の値からのずれを補正する補正部７３と、その補正値から、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を算出するＤＲＹ濃度算出部７４と、前記ＤＲＹ状態での濃度及び予め定められた換算式に基づいて、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する実濃度算出部７５等としての機能を発揮する。なお、この情報処理装置７は、物理的に一体である必要はなく、有線又は無線により複数の機器に分割されていても構わない。
【００３４】
このように構成したときの情報処理装置７の作動について簡単に説明する。
まず、実測値取得部７２が、各分析計４、５、６からの出力データを所定時間間隔でサンプリングして受け付け、必要に応じて平均化処理やアンプ、検出器での利得、オフセット処理などを施し、実測データとして時系列的にメモリの所定領域に設定された実測データ格納部Ｄ１に格納する。また、この実測値取得部７２は、各分析計４、５、６にまで排気ガスが到達する時間のずれを予め記憶しており、その時間のずれに基づいて、同時期に排出された排気ガスに係る各実測データを、実測データ格納部Ｄ１から抽出し出力する。たとえば、最も排気ガスが到達するのが遅い分析計４、５、６からの実測データを取得した時点で、その実測データと、他の分析計４、５、６に係る実測データであって到達時間のずれ分だけ先に取得している実測データとを出力する。
【００３５】
次に、補正部７３が、前記実測値取得部７２から出力された各実測データを受け付け、それら各実測データの示す値、すなわち各測定対象成分に関する実測値を、当該各実測値の一部又は全部に基づいて補正し、その補正値を示す補正データを出力する。より具体的には、以下に説明する。
【００３６】
補正部７３は、まずＴＨＣ濃度に関し、水素炎イオン化検出器５に係る実測値に、ゼロ／スパンキャリブレーション、リニアライゼーションを施し、さらに圧力補償、温度補償を施して、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態でのＴＨＣ濃度を算出する。
【００３７】
次に、補正部７３は、ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度及びＨ２Ｏ濃度に関し、赤外線ガス分析計４に係る実測値を、前述のようにＴＨＣ濃度の実測値から算出されたｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態でのＴＨＣ濃度に基づいて第１次補正する。
【００３８】
その後、ＣＯ及びＣＯ２の相互干渉影響をさらに補正すべく、第１次補正されたＣＯ濃度及びＣＯ２濃度の値を、相互の値に基づいて第２次補正する。
【００３９】
このようにして求めた補正値（Ｈ２Ｏ濃度に関しては第１次補正値、ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度に関しては第２次補正値）に、ゼロ／スパンキャリブレーション及びリニアライズを施し、中間補正値を得る。
【００４０】
次に、ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度の中間補正値に対し、Ｈ２Ｏ濃度の中間補正値を使ってゼロ点の水分干渉を補正するとともに、ＳＰＡＮ点の水分共存影響を補正する。
【００４１】
最後に、その補正値に圧力補償、温度補償を行って、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態でのＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏの濃度を算出する。
【００４２】
次に、補正部７３は、ＮＯＸ濃度に関し、ＣＬＤ式ＮＯＸ計６に係る実測値に、ゼロ／スパンキャリブレーション、リニアライゼーションを施す。
【００４３】
そしてその値に、ＣＯ２及びＨ２Ｏによるクエンチング（消光効果）補正を施す。その後、この補正値に圧力補償、温度補償を行って、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態でのＮＯＸ濃度を算出する。
【００４４】
このようにして補正部７３は、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態でのＴＨＣ濃度、ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度、ＮＯＸ濃度をそれぞれ算出し、それらに係るデータをｓｅｍｉ−ＤＲＹデータ格納部Ｄ２に格納する。
【００４５】
次に、ＤＲＹ濃度算出部７４が、ｓｅｍｉ−ＤＲＹデータ格納部Ｄ２に格納された各データを取得し、水分を完全に取り除いた状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度であるＤＲＹ濃度を算出する。
【００４６】
ｓｅｍｉ−ＤＲＹ濃度からＤＲＹ濃度へ換算するには下記式（１）が用いられる。
Ｘ＝Ｗ×１００／（１００−Ｈ２Ｏｃｏｎｃ．） （１）
【００４７】
ここで、式（１）中の各パラメータは以下のとおりである。
Ｘ；ＤＲＹ濃度
Ｗ；ｓｅｍｉ−ＤＲＹ濃度
Ｈ２Ｏｃｏｎｃ．；ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での水分濃度（ｖｏｌ％）
【００４８】
一方、この情報処理装置７は、大気圧中の水蒸気量、大気温度、大気湿度、大気圧力に係るデータを、対応する各センサから受信し、更に試験対象の車両のエンジンで燃焼させた燃料の水素炭素原子数比をオペレータの入力により受け付け、あるいはＮＯＸ中のＮＯ２の割合をＣＬＤ式ＮＯＸ計６から受信する、などして得られたパラメータデータをパラメータデータ格納部Ｄ３に格納している。
【００４９】
次いで、実濃度算出部７５が、ｓｅｍｉ−ＤＲＹデータ格納部Ｄ２から各成分のＤＲＹ濃度を取得するとともに、パラメータデータ格納部Ｄ３から大気圧中の水蒸気量、大気温度、大気湿度、大気圧力、燃料の水素炭素原子数比及びＮＯＸ中のＮＯ２の割合を示すパラメータデータを取得し、予め定められた換算式に基づいて、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での各成分濃度を算出する
【００５０】
前記換算式としては公知の換算式を使用することができ、例えば下記の一連の式であらわされるＣＦＲ−１０６５に記載のＤＲＹ ｔｏ ＷＥＴ換算式を挙げることができる。
【００５１】
CEXCOMP(t)=CEXCOMP_dry(t)×(1−CH2O(t))
CH2O(t)=CH2O_dry(t)/(1+CH2O_dry(t))
CH2O_dry(t)=α/2×χCproddry(t)+χH2Oint dry(t)/χprod/int dry(t)
χCproddry(t)=CEXCO2_dry(t+DTCO2)/100+CEXCO_dry(t+DTCO)/100+CEXHC_dry(t+DTHC)/1000000
χprod/int dry(t)=1/{1−1/2×(CEXCO_dry(t+DTCO)/100−α/2×χCproddry−CEXNO2_dry(t+DTNO2)/1000000)}
CEXNO2_dry(t)=
CEXNOx_dry(t)×FNO
χH2Oint dry(t)=χH2Oint/(1−χH2Oint)
χH2Oint(t)＝EXP{−6096.9385/(TAMB(t)+273.15)+21.2409642−2.711193×10-2×(TAMB(t)+273.15)+1.673952×10-5×(TAMB(t)+273.15)2+2.433502×Ln(TAMB(t)+273.15)}×RHAMB(t)/(PAMB(t)×1000×100)
【００５２】
ここで、上記式中の各パラメータは以下のとおりである。
ＣＥＸＣＯＭＰ（ｔ）；時間ｔにおけるＷＥＴ換算後の瞬時排出濃度
（ＣＯ、ＣＯ２；ｖｏｌ％、ＴＨＣ、ＮＯｘ；ｐｐｍ）
ＣＥＸＣＯＭＰ＿ｄｒｙ（ｔ）；時間ｔにおけるＤＲＹの瞬時排出濃度（測定値）
（ＣＯ、ＣＯ２；ｖｏｌ％、ＴＨＣ、ＮＯｘ；ｐｐｍ）
ＣＨ２Ｏ（ｔ）；時間ｔにおける排気ガス中の水分割合
ＣＨ２Ｏ＿ｄｒｙ（ｔ）；時間ｔにおけるＤＲＹ換算した排気ガス中の水分割合
α；燃料の水素炭素原子数比
ＦＮＯ；ＮＯｘ中のＮＯ２割合（ガソリン；１、ディーゼル：０．２５、ＮＯ２吸蔵触媒；０．７５）
χＨ２Ｏｉｎｔ（ｔ）；時間ｔにおける大気中の水蒸気量（ｍｏｌ／ｍｏｌ）
ＴＡＭＢ（ｔ）；時間ｔにおける大気温度（ｄｅｇＣ）
ＲＨＡＭＢ（ｔ）；時間ｔにおける大気湿度（ＲＨ％）
ＰＡＭＢ（ｔ）；時間ｔにおける大気圧力（ｋＰａ）
【００５３】
この換算式は、簡単にいうと、既知の燃料に含まれる水素炭素原子数比と、測定し算出したＤＲＹ状態での各成分濃度とから、ＤＲＹ状態の排気ガス中に含まれるＨ２Ｏ割合を算出し、算出されたＨ２Ｏ割合から排気ガスのＷＥＴ状態、つまり車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度に換算可能な式である。このＣＦＲ−１０６５記載の換算式及びｓｅｍｉ−ＤＲＹ濃度からＤＲＹ濃度へ換算する式を用いることによって、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態で測定機器群によって測定した各成分濃度から、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を、算出できるのである。
【００５４】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。干渉やクエンチング補正の方法や構成は他にも考えられるし、測定対象成分も、前記実施形態で示したものに限られない。分析計も他の方式のものを用いてかまわない。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によって、消費電力の低減化、コンパクト化を図りつつ排気ガス中の各測定対象成分濃度を高い精度で算出することができる。従って、本発明により車両に搭載するに好適な排気ガス分析装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気ガス分析装置の全体流体回路図。
【図２】同実施形態における情報処理装置の回路構成図。
【図３】同実施形態における情報処理装置の機能ブロック図。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・主流路
１１・・・メインポート
１２・・・導入管
１３・・・ドレンセパレータ
１４・・・フィルタ
１５・・・流量制御管（キャピラリ）
１６・・・分岐部
１７・・・圧力制御弁
１８・・・合流部
１９・・・吸引ポンプ
２・・・副流路
２１・・流量制御管（キャピラリ）
３・・・副流路
３１・・・流量制御管（キャピラリ）
４・・・赤外線ガス分析計
５・・・水素炎イオン化検出器
６・・・ＣＬＤ式ＮＯＸ計
６１・・・ＮＯコンバータ
６２・・・オゾン発生器
６３・・・反応槽
６３１・・・サンプルガス導入ポート
６３２・・・オゾン含有ガス導入ポート
６３３・・・導出ポート
６４・・・オゾン除去器
７・・・情報処理装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、消費電力が低減されたうえ、分析精度にも優れた車両搭載型排気ガス分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時、自動車や航空機等の移動排出源、火力発電所や焼却炉等の固定排出源からの排気ガスが、大気汚染の原因の一つであると言われており、また、環境や人体の健康にも悪影響を及ぼす一因とも考えられている。このため、各事業者や自治体では、こうした排出源からの排気ガスに含まれるＣＯ、ＣＯ２、ＮＯＸ、ＴＨＣ（炭化水素）等の成分を分析するために、赤外線ガス分析計（以下ＮＤＩＲ分析計ともいう）、化学発光式窒素酸化物分析計（以下ＣＬＤ式ＮＯＸ計ともいう）及び水素炎イオン化検出器（以下ＦＩＤ計ともいう）等の測定機器が備わった排気ガス分析装置を使用している。
【０００３】
このような排気ガス分析装置においてサンプルガスは導入管を経由して各測定機器に導入されるが、上記のような排出源からの排気ガス中には測定対象成分となるＣＯ、ＣＯ２、ＮＯＸ、ＴＨＣ等とともにＨ２Ｏが混在しているため、導入管が加熱されていない場合は、サンプルガス中の水分（Ｈ２Ｏ）が導入管内部において結露する。このような結露が起こるとサンプルガスの体積が減少し、測定対象成分の濃度が本来の濃度よりも高く算出されてしまうという問題が生じるため、一般的な排気ガス分析装置では排気ガスの導入管としてヒーターが備わった加熱導入管が用いられている。
【０００４】
また、ＮＤＩＲ分析計によりＣＯ及びＣＯ２の濃度を測定する際に、サンプルガス中に水分が含まれていると、例えばＣＯが測定対象成分である場合、ＣＯによる赤外線の吸収波長領域と水分（Ｈ２Ｏ）による吸収波長領域とが近接しているため、サンプルガスに含まれる水分が水分干渉を起こし、ＣＯ分析の測定値に影響を及ぼす。更にサンプルガス中の水分濃度が安定していないとその影響が変化するため、ＣＯ測定値に誤差も生じる。
【０００５】
一方、ＣＬＤ式ＮＯＸ計では、紫外領域の光がフォトセンサで検出されるが、ＮＯＸ分子の量に比例して発光量が変化する性質を利用して、試料を導入した一定空間での発光量から試料中のＮＯＸ濃度を検出することができる。
このとき、水分（Ｈ２Ｏ）やＣＯ２が存在すると、発光量が減少することが知られている。これがクエンチング（消光効果）といわれる現象で、ＮＯＸ測定値に影響を与える。更にサンプルガス中の水分濃度が安定していないとその影響が変化するため、ＮＯＸ測定値に誤差も生じる。
【０００６】
このため、ＮＤＩＲ分析計における水分干渉や、ＣＬＤ式ＮＯＸ計におけるクエンチング、更に水分濃度の不安定化の問題を解決するために、一般的な排気ガス分析装置には除湿器が設けられている。
【０００７】
しかしながら、排気ガス中に水分（Ｈ２Ｏ）が混在することに起因する上述のような不都合を解消するために一般的な排気ガス分析装置に備えられている加熱導入管や除湿器は、消費電力が大きく、排気ガス分析装置の消費電力の大半を占めている（特許文献１）。
【０００８】
従来、自動車から排出された排気ガスに含まれる成分を分析するための排気ガス分析装置は屋内の実験用施設に据え置く型のものが一般的であり、屋内での走行実験により分析が行われていたが、近時、排気ガスに含まれる成分が環境や人体の健康に及ぼす影響への関心が高まるにつれて、実際に路面を走行する際に自動車から排出される排気ガスを分析することが求められるようになってきている。
【０００９】
排気ガス分析装置を車に搭載するためには、小型化、軽量化、省電力化が必要であるが、上述のように排気ガス分析装置には排気ガス中に混在する水分の影響を排除するために、消費電力の大きい加熱導入管や除湿器が備わっているため、その省電力化は困難であった。
【特許文献１】特開２００２−５８３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、排気ガス中に混在する水分が測定結果に及ぼす影響を排除しつつ、消費電力が低減された車両搭載型排気ガス分析装置を提供すべく図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明に係る車両搭載型排気ガス分析装置は、車両から排出された排気ガスに含まれているＮＯＸ、ＴＨＣ、ＣＯ、ＣＯ２などの測定対象成分の濃度を測定する車両搭載型のものであって、車両の排気管に非加熱導入管を介して接続したドレンセパレータと、前記ドレンセパレータによって液状水分が除去されたｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での排気ガス中の水分濃度及び測定対象成分の濃度を測定する測定機器群と、前記測定機器群で測定された水分濃度及び測定対象成分濃度に基づいて、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を算出するＤＲＹ濃度算出部と、前記ＤＲＹ状態での濃度及び予め定められた換算式に基づいて、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する実濃度算出部とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、非加熱型の導入管を用いることにより、消費電力を低減することができ、また、導入管にドレンセパレータを接続することにより、結露したサンプルガス中の水分は外部に排出することができる。ここでいうドレンセパレータとは、複雑な構造や温調等を必要とせず、単に排気ガスに含まれる液状の水分を除去できればよい。更に、サンプルガス中に残存する水分の濃度及び測定対象成分の濃度を測定機器群で測定することにより、排気ガス中の測定対象成分のＤＲＹ濃度を算出することができ、更に当該ＤＲＹ濃度から予め定められた換算式を用いることにより、排気ガス中に含まれる水分の影響を排除して車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出することができる。しかして、本発明の車両搭載型排気ガス分析装置によれば、消費電力を低減しつつ、排気ガスに含まれる水分の影響を抑えて、測定対象成分の濃度を高い精度で算出することができる。
【００１３】
このような本発明の車両搭載型排気ガス分析装置としては、より具体的には、車両から排出された排気ガス中に含まれている測定対象成分であるＮＯＸ、ＴＨＣ、ＣＯ、ＣＯ２の濃度をそれぞれ測定する車両搭載型のものであって、車両の排気管に非加熱導入管を介して接続したドレンセパレータと、ＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏ濃度を測定する赤外線ガス分析計、ＮＯＸ濃度を測定する化学発光式窒素酸化物分析計、及びＴＨＣを測定する水素炎イオン化検出器を含み、前記ドレンセパレータによって液状水分が除去されたｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を測定する測定機器群と、前記測定機器群で測定された測定対象成分濃度及びＨ２Ｏ濃度に基づいて、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を算出するＤＲＹ濃度算出部と、前記ＤＲＹ状態での濃度及び予め定められた換算式に基づいて、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する実濃度算出部とを備えているものを挙げることができる。
【００１４】
より省電力化を図るためには、水分除去機構としてドレンセパレータのみを備えているもの、すなわち消費電力が大きい除湿器を備えていないものが好ましい。
【００１５】
除湿器やヒータを可及的に排除することにより、前記測定対象成分の相互の影響による実測値の真の測定値からの誤差が顕著になるが、これを、構造複雑化等を招来することなくソフトウェアで解決できるようにするには、各実測値の一部又は全部に生じる真の値からのずれを、当該各実測値の一部又は全部に基づいて補正し、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での各測定対象成分の真の測定値を算出する補正部をさらに備え、前記ＤＲＹ濃度算出部が、前記補正部で得られた真の測定値に基づいて各測定対象成分のＤＲＹ状態での濃度を算出するものであることが好ましい。
【００１６】
好ましい具体的実施態様としては、前記補正部が、ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度及びＨ２Ｏ濃度に関して、それらの実測値を、水素炎イオン化検出器によるＴＨＣ濃度の実測値に基づき中間補正し、ＣＯ及びＣＯ２濃度の中間補正値とＨ２Ｏ濃度の中間補正値とに基づいて、当該ＣＯ及びＣＯ２濃度の中間補正値をさらに補正するとともに、ＮＯＸ濃度に関して、その実測値を、前記ＣＯ２濃度及びＨ２Ｏ濃度の補正値に基づいて補正することによって、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での各測定対象成分の真の測定値を算出するものを挙げることができる。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、省電力化を図りつつ排気ガス中の各測定対象成分濃度を高い精度で算出することができる。従って、本発明により車両に搭載するに好適な排気ガス分析装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本車両搭載型排気ガス分析装置は、自動車から排出された排気ガスを流通させる流路系と、その流路系上に設けられて排気ガス中の種々の成分濃度を測定する３つの測定機器、すなわち、ＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏの濃度を測定する赤外線ガス分析計４、ＴＨＣの濃度を測定する水素炎イオン化検出器５、サンプルガスである排気ガス中のＮＯＸの濃度を測定するＣＬＤ式ＮＯＸ計６と、各測定機器からの測定結果データを収集するとともに流路系に配置されたバルブ等の制御を行う情報処理装置７とを備えている。
【００１９】
流路系は、排気ガスの大部分を通過させるバイパス経路としての役割を果たす主流路１と、その主流路１から分岐させて並列に設けた複数の副流路とを備えており、主流路１上には赤外線ガス分析計４、副流路上には水素炎イオン化検出器５及びＣＬＤ式ＮＯＸ計６がそれぞれ設けられている。
【００２０】
主流路１は、その上流端をメインポート１１として開口させたもので、最も下流側には吸引ポンプ１９が配設してある。そして、このメインポート１１に車両の排気ガス管を接続し、前記吸引ポンプ１９で吸引することにより、排気ガスのうちの測定に必要な量が当該主流路１に導入されるように構成している。
【００２１】
より具体的に説明すると、この主流路１上には、メインポート１１に引き続いて、導入管１２、排気ガス中に含まれる液状水分を取り除くドレンセパレータ１３、フィルタ１４、流量制御管（キャピラリ）１５ａ、分岐部１６、赤外線ガス分析計４、圧力制御弁１７ａ、流量制御管（キャピラリ）１５ｂ、合流部１８、圧力制御弁１７ｂ、吸引ポンプ１９をこの順に直列配置している。なお、赤外線ガス分析計４の下流に接続されている圧力制御弁１７ａは、前記キャピラリ間の流路系の圧力をコントロールするためのものであり、各キャピラリと協働して赤外線ガス分析計４を流れる排気ガスの流量及び圧力を一定に保つ役割を担う。
【００２２】
本車両搭載型排気ガス分析装置では、導入管１２として加熱装置の付いていない非加熱型のものを使用する。このため、車両から排出された排気ガスは導入管１２において常温まで急速に冷却され、排気ガスに含まれる水分は結露して液状水分として導入管１２内部に付着するが、当該液状水分は前記ドレンセパレータ１３により導入管１２外に排出される。
【００２３】
分岐部１６からは、前記副流路が２本分岐させてあり、合流部１８で、それら副流路の下流端が、主流路１に再度接続されるように構成してある。
【００２４】
一方の副流路２（第１副流路）上には、排気ガス中のＴＨＣの濃度を測定する水素炎イオン化検出器５が設けてある。この水素炎イオン化検出器５の上流に設けてあるのは、流量制御管（キャピラリ）２１であり、ＴＨＣの濃度測定に必要な流量（主流路１を流れる排気ガス流量に比べればわずかである）を、当該水素炎イオン化検出器５に流すように構成している。
【００２５】
他方の副流路３（第２副流路）上には、流量制御管（キャピラリ）３１、ＣＬＤ式ＮＯＸ計６が上流からこの順で設けてある。流量制御管（キャピラリ）３１は、この副流路３を流れるガスの量を、窒素酸化物の濃度測定に必要な流量（主流路１を流れる排気ガス流量に比べればわずかである）に制限するものである。
【００２６】
なお、合流部１８又はその下流に接続されている圧力制御弁１７ｂは、後述する副流路の圧力をコントロールするためのものであり、各副流路の上流部に設けられた前記キャピラリと協働して水素炎イオン化検出器５及びＣＬＤ式ＮＯＸ計６を流れる排気ガスの流量及び圧力を一定に保つ役割を担う。
【００２７】
一般的な排気ガス分析装置では、各測定機器の上流に除湿器が設けられているが、本車両搭載型排気ガス分析装置では、消費電力を低減するために、サンプルガスからの水分除去機構としてはドレンセパレータ１３のみが設けられ、除湿器は設けられていないことが好ましい。
【００２８】
次に各測定機器の概略を説明する。
赤外線ガス分析計４は、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等が、それぞれ固有の波長の赤外線を吸収する性質を有していることから、各波長の赤外線をサンプルガスに照射してその吸収度を検出することにより、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等の量（濃度）を測定できるようにしたものである。
【００２９】
赤外線ガス分析計４は、非分散型のもので、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏがそれぞれ吸収する固有波長の赤外線をサンプルガス（排気ガス）に照射して通過させ、その際の各波長の光の強度を光検出器で測定してそれぞれ出力する。そしてその出力値を、光吸収がなかった場合のリファレンス値と比較することにより、各波長の光の吸収度を算出することができる。光吸収度は、各測定対象成分の濃度（量）に対応することから、これからＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏの濃度（量）を特定することができるが、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏの光吸収度については、ＴＨＣが干渉し、またＣＯ、ＣＯ２については相互に干渉がおこるとともにＨ２Ｏも干渉するため、単純に各光吸収度の値がＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏの濃度に１対１に対応するわけではない。
【００３０】
水素炎イオン化検出器５は、サンプルガス（排気ガス）に、燃料ガス（水素ガス）を一定の割合で混合して燃焼し、その際にそのサンプルガスに含まれるＴＨＣがイオン化されて生じる電流の値を検知して出力する方式のもので、その電流値からＴＨＣの量（濃度）を算出することができる。この水素炎イオン化検出器５には、燃料ガスの他に助燃用ガス（空気）も導かれるように構成している。
【００３１】
ＣＬＤ式ＮＯＸ計６は、排気ガスに含まれるＮＯＸの量（濃度）を測定可能なものであり、ＮＯコンバータ６１、オゾン発生器６２、反応槽６３、オゾン除去器６４、光検出器（図示しない）を備えている。ＮＯコンバータ６１は、ＮＯＸをＮＯに変換するもので、導入された排気ガスを２分する一対の並列経路の一方に設けられている。これら並列経路の終端には電磁式切替バルブが設けてあって、いずれか一方の経路からのみ、後述する反応槽６３に択一的にガスが導かれるように構成してある。オゾン発生器６２は、大気を除湿することなくそのまま取り込み、その大気に含まれる酸素をオゾンに変換してオゾン含有ガスとして出力する。反応槽６３は、一定容積を有する筐体であり、サンプルガス導入ポート６３１、オゾン含有ガス導入ポート６３２及び導出ポート６３３を有している。サンプルガス導入ポート６３１には、前述したように切替バルブで選択されたいずれか一方の並列経路からのガスが導かれるとともに、オゾン含有ガス導入ポート６３２には、前記オゾン発生器６２からのオゾン含有ガスが導かれる。それら各ガスは反応槽６３内部で混合し、発光する。光検出器（図示しない）は、前記反応槽６３内での発光強度を測定するもので、この実施形態では、光検出器として例えば光電子倍増管を用いている。ただし、ＣＯ２やＨ２Ｏが前記反応の際の発光現象を阻害する（クエンチング）ため、発光強度の値から直ちにＮＯの濃度を算出できるわけではない。
【００３２】
情報処理装置７は、図２に示すように、ＣＰＵ７０１の他に、メモリ７０２、入出力チャネル７０３、キーボード等の入力手段７０４、ディスプレイ７０５等を備えた汎用乃至専用のものであり、入出力チャネル７０３には、Ａ／Ｄコンバータ７０６、Ｄ／Ａコンバータ７０７、増幅器（図示しない）などのアナログ−デジタル変換回路が接続されている。
【００３３】
そして、ＣＰＵ７０１及びその周辺機器が、前記メモリ７０２の所定領域に格納されたプログラムにしたがって協働動作することにより、この情報処理装置７は、図３に示すように、前記流路系等に設けられたバルブの開閉制御やヒータの温度制御を行う制御部７１と、同時期に排出された排気ガスに対する各分析計４、５、６での実測値を取得する実測値取得部７２と、各実測値の一部又は全部に生じる真の値からのずれを補正する補正部７３と、その補正値から、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を算出するＤＲＹ濃度算出部７４と、前記ＤＲＹ状態での濃度及び予め定められた換算式に基づいて、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する実濃度算出部７５等としての機能を発揮する。なお、この情報処理装置７は、物理的に一体である必要はなく、有線又は無線により複数の機器に分割されていても構わない。
【００３４】
このように構成したときの情報処理装置７の作動について簡単に説明する。
まず、実測値取得部７２が、各分析計４、５、６からの出力データを所定時間間隔でサンプリングして受け付け、必要に応じて平均化処理やアンプ、検出器での利得、オフセット処理などを施し、実測データとして時系列的にメモリの所定領域に設定された実測データ格納部Ｄ１に格納する。また、この実測値取得部７２は、各分析計４、５、６にまで排気ガスが到達する時間のずれを予め記憶しており、その時間のずれに基づいて、同時期に排出された排気ガスに係る各実測データを、実測データ格納部Ｄ１から抽出し出力する。たとえば、最も排気ガスが到達するのが遅い分析計４、５、６からの実測データを取得した時点で、その実測データと、他の分析計４、５、６に係る実測データであって到達時間のずれ分だけ先に取得している実測データとを出力する。
【００３５】
次に、補正部７３が、前記実測値取得部７２から出力された各実測データを受け付け、それら各実測データの示す値、すなわち各測定対象成分に関する実測値を、当該各実測値の一部又は全部に基づいて補正し、その補正値を示す補正データを出力する。より具体的には、以下に説明する。
【００３６】
補正部７３は、まずＴＨＣ濃度に関し、水素炎イオン化検出器５に係る実測値に、ゼロ／スパンキャリブレーション、リニアライゼーションを施し、さらに圧力補償、温度補償を施して、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態でのＴＨＣ濃度を算出する。
【００３７】
次に、補正部７３は、ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度及びＨ２Ｏ濃度に関し、赤外線ガス分析計４に係る実測値を、前述のようにＴＨＣ濃度の実測値から算出されたｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態でのＴＨＣ濃度に基づいて第１次補正する。
【００３８】
その後、ＣＯ及びＣＯ２の相互干渉影響をさらに補正すべく、第１次補正されたＣＯ濃度及びＣＯ２濃度の値を、相互の値に基づいて第２次補正する。
【００３９】
このようにして求めた補正値（Ｈ２Ｏ濃度に関しては第１次補正値、ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度に関しては第２次補正値）に、ゼロ／スパンキャリブレーション及びリニアライズを施し、中間補正値を得る。
【００４０】
次に、ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度の中間補正値に対し、Ｈ２Ｏ濃度の中間補正値を使ってゼロ点の水分干渉を補正するとともに、ＳＰＡＮ点の水分共存影響を補正する。
【００４１】
最後に、その補正値に圧力補償、温度補償を行って、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態でのＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏの濃度を算出する。
【００４２】
次に、補正部７３は、ＮＯＸ濃度に関し、ＣＬＤ式ＮＯＸ計６に係る実測値に、ゼロ／スパンキャリブレーション、リニアライゼーションを施す。
【００４３】
そしてその値に、ＣＯ２及びＨ２Ｏによるクエンチング（消光効果）補正を施す。その後、この補正値に圧力補償、温度補償を行って、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態でのＮＯＸ濃度を算出する。
【００４４】
このようにして補正部７３は、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態でのＴＨＣ濃度、ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度、ＮＯＸ濃度をそれぞれ算出し、それらに係るデータをｓｅｍｉ−ＤＲＹデータ格納部Ｄ２に格納する。
【００４５】
次に、ＤＲＹ濃度算出部７４が、ｓｅｍｉ−ＤＲＹデータ格納部Ｄ２に格納された各データを取得し、水分を完全に取り除いた状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度であるＤＲＹ濃度を算出する。
【００４６】
ｓｅｍｉ−ＤＲＹ濃度からＤＲＹ濃度へ換算するには下記式（１）が用いられる。
Ｘ＝Ｗ×１００／（１００−Ｈ２Ｏｃｏｎｃ．） （１）
【００４７】
ここで、式（１）中の各パラメータは以下のとおりである。
Ｘ；ＤＲＹ濃度
Ｗ；ｓｅｍｉ−ＤＲＹ濃度
Ｈ２Ｏｃｏｎｃ．；ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での水分濃度（ｖｏｌ％）
【００４８】
一方、この情報処理装置７は、大気圧中の水蒸気量、大気温度、大気湿度、大気圧力に係るデータを、対応する各センサから受信し、更に試験対象の車両のエンジンで燃焼させた燃料の水素炭素原子数比をオペレータの入力により受け付け、あるいはＮＯＸ中のＮＯ２の割合をＣＬＤ式ＮＯＸ計６から受信する、などして得られたパラメータデータをパラメータデータ格納部Ｄ３に格納している。
【００４９】
次いで、実濃度算出部７５が、ｓｅｍｉ−ＤＲＹデータ格納部Ｄ２から各成分のＤＲＹ濃度を取得するとともに、パラメータデータ格納部Ｄ３から大気圧中の水蒸気量、大気温度、大気湿度、大気圧力、燃料の水素炭素原子数比及びＮＯＸ中のＮＯ２の割合を示すパラメータデータを取得し、予め定められた換算式に基づいて、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での各成分濃度を算出する
【００５０】
前記換算式としては公知の換算式を使用することができ、例えば下記の一連の式であらわされるＣＦＲ−１０６５に記載のＤＲＹ ｔｏ ＷＥＴ換算式を挙げることができる。
【００５１】
CEXCOMP(t)=CEXCOMP_dry(t)×(1−CH2O(t))
CH2O(t)=CH2O_dry(t)/(1+CH2O_dry(t))
CH2O_dry(t)=α/2×χCproddry(t)+χH2Oint dry(t)/χprod/int dry(t)
χCproddry(t)=CEXCO2_dry(t+DTCO2)/100+CEXCO_dry(t+DTCO)/100+CEXHC_dry(t+DTHC)/1000000
χprod/int dry(t)=1/{1−1/2×(CEXCO_dry(t+DTCO)/100−α/2×χCproddry−CEXNO2_dry(t+DTNO2)/1000000)}
CEXNO2_dry(t)=
CEXNOx_dry(t)×FNO
χH2Oint dry(t)=χH2Oint/(1−χH2Oint)
χH2Oint(t)＝EXP{−6096.9385/(TAMB(t)+273.15)+21.2409642−2.711193×10-2×(TAMB(t)+273.15)+1.673952×10-5×(TAMB(t)+273.15)2+2.433502×Ln(TAMB(t)+273.15)}×RHAMB(t)/(PAMB(t)×1000×100)
【００５２】
ここで、上記式中の各パラメータは以下のとおりである。
ＣＥＸＣＯＭＰ（ｔ）；時間ｔにおけるＷＥＴ換算後の瞬時排出濃度
（ＣＯ、ＣＯ２；ｖｏｌ％、ＴＨＣ、ＮＯｘ；ｐｐｍ）
ＣＥＸＣＯＭＰ＿ｄｒｙ（ｔ）；時間ｔにおけるＤＲＹの瞬時排出濃度（測定値）
（ＣＯ、ＣＯ２；ｖｏｌ％、ＴＨＣ、ＮＯｘ；ｐｐｍ）
ＣＨ２Ｏ（ｔ）；時間ｔにおける排気ガス中の水分割合
ＣＨ２Ｏ＿ｄｒｙ（ｔ）；時間ｔにおけるＤＲＹ換算した排気ガス中の水分割合
α；燃料の水素炭素原子数比
ＦＮＯ；ＮＯｘ中のＮＯ２割合（ガソリン；１、ディーゼル：０．２５、ＮＯ２吸蔵触媒；０．７５）
χＨ２Ｏｉｎｔ（ｔ）；時間ｔにおける大気中の水蒸気量（ｍｏｌ／ｍｏｌ）
ＴＡＭＢ（ｔ）；時間ｔにおける大気温度（ｄｅｇＣ）
ＲＨＡＭＢ（ｔ）；時間ｔにおける大気湿度（ＲＨ％）
ＰＡＭＢ（ｔ）；時間ｔにおける大気圧力（ｋＰａ）
【００５３】
この換算式は、簡単にいうと、既知の燃料に含まれる水素炭素原子数比と、測定し算出したＤＲＹ状態での各成分濃度とから、ＤＲＹ状態の排気ガス中に含まれるＨ２Ｏ割合を算出し、算出されたＨ２Ｏ割合から排気ガスのＷＥＴ状態、つまり車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度に換算可能な式である。このＣＦＲ−１０６５記載の換算式及びｓｅｍｉ−ＤＲＹ濃度からＤＲＹ濃度へ換算する式を用いることによって、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態で測定機器群によって測定した各成分濃度から、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を、算出できるのである。
【００５４】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。干渉やクエンチング補正の方法や構成は他にも考えられるし、測定対象成分も、前記実施形態で示したものに限られない。分析計も他の方式のものを用いてかまわない。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によって、消費電力の低減化、コンパクト化を図りつつ排気ガス中の各測定対象成分濃度を高い精度で算出することができる。従って、本発明により車両に搭載するに好適な排気ガス分析装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気ガス分析装置の全体流体回路図。
【図２】同実施形態における情報処理装置の回路構成図。
【図３】同実施形態における情報処理装置の機能ブロック図。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・主流路
１１・・・メインポート
１２・・・導入管
１３・・・ドレンセパレータ
１４・・・フィルタ
１５・・・流量制御管（キャピラリ）
１６・・・分岐部
１７・・・圧力制御弁
１８・・・合流部
１９・・・吸引ポンプ
２・・・副流路
２１・・流量制御管（キャピラリ）
３・・・副流路
３１・・・流量制御管（キャピラリ）
４・・・赤外線ガス分析計
５・・・水素炎イオン化検出器
６・・・ＣＬＤ式ＮＯＸ計
６１・・・ＮＯコンバータ
６２・・・オゾン発生器
６３・・・反応槽
６３１・・・サンプルガス導入ポート
６３２・・・オゾン含有ガス導入ポート
６３３・・・導出ポート
６４・・・オゾン除去器
７・・・情報処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両から排出された排気ガスに含まれているＮＯＸ、ＴＨＣ、ＣＯ、ＣＯ２などの測定対象成分の濃度を測定する車両搭載型のものであって、
車両の排気管に非加熱導入管を介して接続したドレンセパレータと、
前記ドレンセパレータによって液状水分が除去されたｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での排気ガス中の水分濃度及び測定対象成分の濃度を測定する測定機器群と、
前記測定機器群で測定された水分濃度及び測定対象成分濃度に基づいて、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を算出するＤＲＹ濃度算出部と、
前記ＤＲＹ状態での濃度及び予め定められた換算式に基づいて、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する実濃度算出部とを備えている車両搭載型排気ガス分析装置。
【請求項２】
車両から排出された排気ガス中に含まれている測定対象成分であるＮＯＸ、ＴＨＣ、ＣＯ、ＣＯ２の濃度をそれぞれ測定する車両搭載型のものであって、
車両の排気管に非加熱導入管を介して接続したドレンセパレータと、
ＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏ濃度を測定する赤外線ガス分析計、ＮＯＸ濃度を測定する化学発光式窒素酸化物分析計、及びＴＨＣを測定する水素炎イオン化検出器を含み、前記ドレンセパレータによって液状水分が除去されたｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を測定する測定機器群と、
前記測定機器群で測定された測定対象成分濃度及びＨ２Ｏ濃度に基づいて、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を算出するＤＲＹ濃度算出部と、
前記ＤＲＹ状態での濃度及び予め定められた換算式に基づいて、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する実濃度算出部とを備えている車両搭載型排気ガス分析装置。
【請求項３】
水分除去機構としては前記ドレンセパレータのみを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の車両搭載型排気ガス分析装置。
【請求項４】
前記測定対象成分の相互の影響によって各実測値の一部又は全部に生じる真の値からのずれを、当該各実測値の一部又は全部に基づいて補正し、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での各測定対象成分の真の測定値を算出する補正部をさらに備えたものであり、
前記ＤＲＹ濃度算出部が、前記補正部で得られた真の測定値に基づいて各測定対象成分のＤＲＹ状態での濃度を算出するものである請求項１、２又は３記載の車両搭載型排気ガス分析装置。
【請求項５】
前記補正部が、
ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度及びＨ２Ｏ濃度に関して、それらの実測値を、水素炎イオン化検出器によるＴＨＣ濃度の実測値に基づき中間補正し、ＣＯ及びＣＯ２濃度の中間補正値とＨ２Ｏ濃度の中間補正値とに基づいて、当該ＣＯ及びＣＯ２濃度の中間補正値をさらに補正するとともに、
ＮＯＸ濃度に関して、その実測値を、前記ＣＯ２濃度及びＨ２Ｏ濃度の補正値に基づいて補正することによって、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での各測定対象成分の真の測定値を算出するものである請求項４記載の排気ガス分析装置。
【請求項１】
車両から排出された排気ガスに含まれているＮＯＸ、ＴＨＣ、ＣＯ、ＣＯ２などの測定対象成分の濃度を測定する車両搭載型のものであって、
車両の排気管に非加熱導入管を介して接続したドレンセパレータと、
前記ドレンセパレータによって液状水分が除去されたｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での排気ガス中の水分濃度及び測定対象成分の濃度を測定する測定機器群と、
前記測定機器群で測定された水分濃度及び測定対象成分濃度に基づいて、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を算出するＤＲＹ濃度算出部と、
前記ＤＲＹ状態での濃度及び予め定められた換算式に基づいて、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する実濃度算出部とを備えている車両搭載型排気ガス分析装置。
【請求項２】
車両から排出された排気ガス中に含まれている測定対象成分であるＮＯＸ、ＴＨＣ、ＣＯ、ＣＯ２の濃度をそれぞれ測定する車両搭載型のものであって、
車両の排気管に非加熱導入管を介して接続したドレンセパレータと、
ＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏ濃度を測定する赤外線ガス分析計、ＮＯＸ濃度を測定する化学発光式窒素酸化物分析計、及びＴＨＣを測定する水素炎イオン化検出器を含み、前記ドレンセパレータによって液状水分が除去されたｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を測定する測定機器群と、
前記測定機器群で測定された測定対象成分濃度及びＨ２Ｏ濃度に基づいて、水分を完全に取り除いたＤＲＹ状態での排気ガス中の測定対象成分の濃度を算出するＤＲＹ濃度算出部と、
前記ＤＲＹ状態での濃度及び予め定められた換算式に基づいて、車両から排出された時点での排気ガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する実濃度算出部とを備えている車両搭載型排気ガス分析装置。
【請求項３】
水分除去機構としては前記ドレンセパレータのみを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の車両搭載型排気ガス分析装置。
【請求項４】
前記測定対象成分の相互の影響によって各実測値の一部又は全部に生じる真の値からのずれを、当該各実測値の一部又は全部に基づいて補正し、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での各測定対象成分の真の測定値を算出する補正部をさらに備えたものであり、
前記ＤＲＹ濃度算出部が、前記補正部で得られた真の測定値に基づいて各測定対象成分のＤＲＹ状態での濃度を算出するものである請求項１、２又は３記載の車両搭載型排気ガス分析装置。
【請求項５】
前記補正部が、
ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度及びＨ２Ｏ濃度に関して、それらの実測値を、水素炎イオン化検出器によるＴＨＣ濃度の実測値に基づき中間補正し、ＣＯ及びＣＯ２濃度の中間補正値とＨ２Ｏ濃度の中間補正値とに基づいて、当該ＣＯ及びＣＯ２濃度の中間補正値をさらに補正するとともに、
ＮＯＸ濃度に関して、その実測値を、前記ＣＯ２濃度及びＨ２Ｏ濃度の補正値に基づいて補正することによって、ｓｅｍｉ−ＤＲＹ状態での各測定対象成分の真の測定値を算出するものである請求項４記載の排気ガス分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２８４５０８（Ｐ２００６−２８４５０８Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０８０３２（Ｐ２００５−１０８０３２）
【出願日】平成１７年４月４日（２００５．４．４）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月４日（２００５．４．４）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
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