CN104048936A - 排气分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种排气分析装置。该排气分析装置（100）与CVS机构（1）一起使用，所述CVS机构（1）对从内燃机排出的排气进行全量取样，并且将稀释气体与所述排气混合来生成混合气体，并使该混合气体的流量固定，该排气分析装置（100）能高精度地进行分析，分析机构（10）具备：对象成分浓度计（11），测定作为与在受到水分影响的状态下的测定对象成分浓度有关的值的水分影响浓度关联值；以及水分浓度计（12），测定作为与水分的浓度有关的值的水分浓度关联值，并且基于所述水分浓度关联值，从所述水分影响浓度关联值去掉水分的影响，分别计算出所述第一浓度关联值和所述第二浓度关联值。

Description

排气分析装置
技术领域
本发明涉及一种排气分析装置，该排气分析装置对从汽车等的内燃机排出的排气进行全量取样并进行分析。
背景技术
如专利文献1所示，所述的排气分析装置与定容量取样（ConstantVolume Sampling：CVS）机构一起使用，所述定容量取样机构对从内燃机排出的排气进行全量取样，并且将大气等稀释气体与所述排气混合来生成混合气体，并使该混合气体的流量固定。
具体地说，所述排气分析装置包括：混合气体收容袋，对混合气体进行取样并收容采集到的混合气体；稀释气体收容袋，对稀释气体进行取样并收容采集到的稀释气体；以及分析机构，分析收容在各收容袋内的气体，分别测定所述气体中含有的测定对象成分的例如浓度，并通过从混合气体中含有的测定对象成分的浓度减去稀释气体中含有的测定对象成分的浓度，进行背景修正来计算排气中含有的测定对象成分的浓度。
按照所述的排气分析装置，通过对从内燃机排出的排气进行稀释，可以使混合气体中含有的水分的浓度降低。由此，水分难以结露，可以抑制因水凝结产生的气体浓度变化和水溶性成分的溶解损失而导致的测定误差。
在车辆的燃料消耗测定中需要测定CO2的浓度，因此，使用例如非分散红外吸收（Non-Dispersive InfraRed：NDIR）法。
预想今后要进一步提高燃料消耗测定所要求的测定精度，以往的测定法难以应对。这是因为，在以往要求的测定精度下认为不是问题的、排气中含有的水分有可能在今后所要求的CO2测定水平（測定レベル）中产生不良影响。
通常，为了抑制水分的影响，可以考虑使水分凝结并利用排水管除去水分等方法，但是如上所述，CVS机构的大前提是通过稀释不使水分凝结，所以不能考虑采用这样的方法。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2009-103689号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种排气分析装置，该排气分析装置与CVS机构一起使用，所述CVS机构以将水分作为气体含有为前提，该排气分析装置能够实现去掉排气中含有的水分的影响，能够以更高的精度分析测定对象成分的浓度和量。
即，本发明提供一种排气分析装置，其与CVS机构一起使用，所述CVS机构对从内燃机排出的排气进行全量取样，并且将稀释气体与全量取样到的排气混合来生成混合气体，并使所述混合气体的流量固定，所述排气分析装置包括：混合气体收容袋，对所述混合气体进行取样并收容采集到的所述混合气体；稀释气体收容袋，对所述稀释气体进行取样并收容采集到的所述稀释气体；以及分析机构，该分析机构分析所述混合气体收容袋中的所述混合气体，测定第一浓度关联值，所述第一浓度关联值是与所述混合气体中含有的测定对象成分的浓度有关的值，并且该分析机构分析所述稀释气体收容袋中的所述稀释气体，测定第二浓度关联值，所述第二浓度关联值是与所述稀释气体中含有的所述测定对象成分的浓度有关的值，该分析机构基于所述第一浓度关联值和所述第二浓度关联值，计算出与排气中含有的所述测定对象成分的浓度有关的值，所述分析机构具备：对象成分浓度计，测定水分影响浓度关联值，所述水分影响浓度关联值是与在受到了水分影响的状态下的所述测定对象成分的浓度有关的值；以及水分浓度计，测定水分浓度关联值，所述水分浓度关联值是与水分的浓度有关的值，所述分析机构基于所述水分浓度关联值，从所述水分影响浓度关联值中去掉水分的影响，分别计算出所述第一浓度关联值和所述第二浓度关联值。
另外，在此所说的与浓度有关的值不仅指用于计算浓度的值和基于浓度计算出的值（例如量），也包含浓度本身。
按照所述的排气分析装置，由于可以基于由水分浓度计测定出的水分浓度关联值，将第一浓度关联值和第二浓度关联值作为去掉了气体中含有的水分的影响的值计算出来，所以能够以更高的精度求出从第一浓度关联值减去第二浓度关联值而计算出的、与排气中的测定对象成分的浓度有关的值。
作为本发明的效果特别显著的对象成分浓度计的具体例子，可以例举的是具备NDIR法检测器的对象成分浓度计，所述NDIR法检测器基于用NDIR法得到的吸收光谱，检测各个所述收容袋中含有的所述测定对象成分。
作为测定对象成分的具体例子，可以例举的是CO2。
按照以所述方式构成的本发明，在与CVS机构一起使用的排气分析装置中，能够将收容在各收容袋中的气体中含有的测定对象成分的浓度关联值作为去掉了水分影响后的值求出来，能够以更高的精度分析排气中含有的测定对象成分的浓度和量。
附图说明
图1是示意性地表示本实施方式的排气分析装置结构的图。
图2是表示与图1为同一实施方式的CVS机构的具体构成的图。
图3是示意性地表示与图1为同一实施方式的分析机构的构成的图。
图4是表示与图1为同一实施方式的对象成分浓度计的测定结果的图。
附图标记说明
100···排气分析装置
1···CVS机构
10···分析机构
M1···混合气体收容袋
M2···稀释气体收容袋
DL···稀释气体流道
ML···混合气体流道
22···稀释气体导入配管
23···混合气体导入配管
6···固定流量控制部
11···对象成分浓度计
12···水分浓度计
13···计算装置
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的排气分析装置100进行说明。
本实施方式的排气分析装置100用于测定从例如发动机等内燃机排出的排气中含有的测定对象成分的例如浓度。
具体地说，如图1所示，所述排气分析装置100与定容量取样（CVS）机构1一起使用，所述CVS机构1对排气进行全量取样，并且将稀释气体与全量取样到的排气进行混合生成混合气体，并使该混合气体的流量固定，所述排气分析装置100包括：混合气体收容袋M1，对混合气体进行取样并收容采集到的混合气体；稀释气体收容袋M2，对稀释气体进行取样并收容采集到的稀释气体；以及分析机构10，对收容在所述袋中的气体进行分析，测定所述气体中含有的测定对象成分的浓度，并基于所述测定结果计算出排气中含有的测定对象成分的浓度。
在此，CVS机构1在流量控制部中采用临界流量文丘里管的方式，但是也可以采用定容量泵方式。
如图2所示，所述CVS机构1包括：排气流道EL，一端与用于导入排气的排气导入口PT1连接；稀释气体流道DL，一端与用于导入稀释气体的稀释气体导入口PT2连接；以及混合气体流道ML，使排气流道EL和稀释气体流道DL汇合，排气和稀释气体的混合气体在该混合气体流道ML中流动。
排气流道EL由排气导入配管21构成，排气导入配管21用于导入排气，在排气导入配管21的一端设置有排气导入口PT1。稀释气体流道DL由稀释气体导入配管22构成，在稀释气体导入配管22的一端设置有稀释用气体导入口。这些气体导入配管的另一端与混合器3连接，该混合器3使排气流道EL和稀释气体流道DL汇合，并生成排气和稀释气体的混合气体。混合气体流道ML包括：混合气体导入配管23，一端与所述混合器3连接；粉尘除去用的旋风除尘器4，与所述混合气体导入配管23连接；取样配管5，与所述旋风除尘器4连接；以及固定流量控制部6，与所述取样配管5连接。
固定流量控制部6进行流量控制，以使从排气导入配管21导入的排气和从稀释气体导入配管22导入的稀释气体的总流量固定，固定流量控制部6包括：主文丘里管61，由与所述取样配管5的下游连接的临界流量文丘里管（CFV）构成；以及抽吸泵62，与所述主文丘里管61的下游连接，抽吸泵62例如是风机等。通过利用所述抽吸泵62使主文丘里管61的上游和下游的压差成为必要值以上，从而使所述总流量固定。另外，将由抽吸泵62抽吸的混合气体释放到外部。
在通过所述CVS机构1使排气和稀释气体的总流量亦即混合气体的流量成为固定的状态下，混合气体经由混合气体取样流道SL1被收容到混合气体收容袋M1中，稀释气体经由稀释气体取样流道SL2被收容到稀释气体收容袋M2中。
混合气体取样流道SL1的一端与构成混合气体流道ML的取样配管5连接，并在下游分支为多个流道，各取样分支流道SL1a～SL1c的另一端与混合气体收容袋M1连接。在各取样分支流道SL1a～SL1c上设置有开关阀V1a～V1c，所述开关阀V1a～V1c用于对收容采集到的混合气体收容袋M1进行切换。此外，混合气体取样流道SL1被外部加热器等加热，以使混合气体中含有的水分不会结露或凝结。
稀释气体取样流道SL2的一端与构成稀释气体流道DL的稀释气体导入配管22连接，在下游分支为多个流道，各取样分支流道SL2a～SL2c的另一端与稀释气体收容袋M2连接。各取样分支流道SL2a～SL2c上设置有开关阀V2a～V2c，所述开关阀V2a～V2c用于对收容采集到的稀释气体的稀释气体收容袋M2进行切换。此外，在稀释气体取样流道SL2的分支点的上游设置有针型阀7，针型阀7用于控制气体流量。
收容在混合气体收容袋M1中的混合气体和收容在稀释气体收容袋M2中的稀释气体分别提供给分析机构10，在该分析机构10中，测定各气体中含有的测定对象成分的浓度。
如图3所示，所述分析机构10包括：对象成分浓度计11，测定从各个混合气体收容袋M1和稀释气体收容袋M2提供来的气体中含有的测定对象成分的浓度；水分浓度计12，测定所述气体中含有的水分的浓度；以及计算装置13，获得来自所述的浓度计的输出并计算出排气中含有的测定对象成分的浓度。
另外，在本实施方式中，设测定对象成分是CO2。
在本实施方式中，对象成分浓度计11和水分浓度计12包括NDIR法检测器，用所述NDIR法检测器检测向提供到未图示的测定室的气体照射红外线并通过NDIR法得到的吸收光谱。
对象成分浓度计11根据CO2的吸收光谱测定气体中含有的CO2浓度，水分浓度计12根据水分的吸收光谱测定气体中含有的水分浓度。
虽然水分的吸收光谱不受CO2的吸收光谱的影响，但是由于CO2的吸收光谱会受到水分的吸收光谱的影响，所以由所述对象成分浓度计11测定出的CO2的吸收光谱成为在受到气体中含有的水分的影响状态下检测出的吸收光谱，根据该吸收光谱测定出的CO2浓度作为受到了水分影响后的水分影响浓度被计算出来。
计算装置13在物理上是由例如CPU、存储器、AD转换器等构成的电子电路。此外，在功能方面，通过按照存储在存储器内的程序使所述CPU及其外围设备共同动作，所述计算装置13作为误差浓度计算部131、实际浓度计算部132、计算部133发挥功能，所述误差浓度计算部131计算在由对象成分浓度计11测定出的水分影响浓度中的、由于水分的影响测定出的误差浓度，所述实际浓度计算部132计算混合气体和稀释气体中含有的测定对象成分的实际浓度，所述计算部133计算排气中含有的测定对象成分的浓度。
下面对各部分进行详细叙述。
如图4所示，由对象成分浓度计11测定的值成为受到了水分影响的浓度（称为水分影响浓度），并且成为气体中含有的实际CO2浓度加上由于水分的影响而测定出的误差浓度之后的值。
因此，误差浓度计算部131获得来自水分浓度计12的输出，基于气体中含有的水分浓度，利用对象成分浓度计11测定的CO2浓度中的水分的吸收光谱的干涉，将测定出的CO2浓度作为误差浓度计算出来。
实际浓度计算部132获得来自对象成分浓度计11的输出和来自误差浓度计算部131的信号，并将从水分影响浓度中减去误差浓度后得到的浓度作为去掉了水分影响后的、气体中含有的实际CO2浓度计算出来。
计算部133获得来自实际浓度计算部132的信号，并基于混合气体和稀释气体中含有的实际CO2浓度，计算出排气中含有的CO2浓度。
更详细地说，基于由实际浓度计算部132计算出的气体中含有的实际CO2浓度，计算出该气体中含有的CO2量。具体地说，将收容在混合气体收容袋M1内的混合气体中含有的CO2量作为第一浓度关联值计算出来，将收容在稀释气体收容袋M2内的稀释气体中含有的CO2量作为第二浓度关联值计算出来。此外，通过从第一浓度关联值减去第二浓度关联值来进行背景修正，计算出排气中含有的CO2量，并基于该CO2量计算出该排气中含有的CO2浓度。
另外，CO2浓度近年来也用于要求提高精度的燃料消耗测量。即，根据CO2浓度和稀释气体流量等计算CO2的总排出量，并根据车辆的行驶距离的数值计算并显示燃料消耗（单位为例如km／l）。
由于能够以更高的精度计算CO2浓度，所以也能够高精度地计算燃料消耗。
按照以上方式构成的本实施方式的排气分析装置100，在使用了CVS法的排气分析中，通过从由对象成分浓度计11测定出的水分影响浓度中减去在水分的影响下测定出的误差浓度，可以计算出气体中含有的测定对象成分的实际浓度，从而能够以更高的精度分析排气中含有的测定对象成分的浓度。
特别是在使用NDIR法测定排气中含有的CO2浓度时，以往受到未凝结的水分的影响，但是按照本实施方式的排气分析装置100，由于可以去掉气体中含有的水分的影响，所以能够以更高的精度测定CO2浓度。
另外，本发明并不限于所述实施方式。
例如，在所述实施方式中，对象成分浓度计11和水分浓度计12测定气体中含有的测定对象成分的浓度和水分的浓度，但是也可以将从所述浓度计得到的吸收光谱输出到计算装置13，计算装置13计算测定对象成分和水分的浓度。
此外，也可以设置多个对象成分浓度计11和水分浓度计12，以将混合气体和稀释气体向分别对应的对象成分浓度计11和水分浓度计12供给。
按照该结构，可以缩短测定时间。
此外，在所述实施方式中，对象成分浓度计11和水分浓度计12对测定对象成分的浓度和水分的浓度分别进行测定，但是也可以测定作为与浓度关联的值的量或容积。
此外，在所述实施方式中，测定对象成分为CO2，但是也可以将CO等其他成分作为测定对象成分。
此外，本发明并不限于所述实施方式，在不脱离本发明技术思想的范围内当然能够进行各种变形。
可以相互组合本发明的各个实施方式中所记载的技术特征形成新的技术方案。

Claims (3)

1.一种排气分析装置，其特征在于，与CVS机构一起使用，所述CVS机构对从内燃机排出的排气进行全量取样，并且将稀释气体与全量取样到的排气混合来生成混合气体，并使所述混合气体的流量固定，
所述排气分析装置包括：
混合气体收容袋，对所述混合气体进行取样并收容采集到的所述混合气体；
稀释气体收容袋，对所述稀释气体进行取样并收容采集到的所述稀释气体；以及
分析机构，该分析机构分析所述混合气体收容袋中的所述混合气体，测定第一浓度关联值，所述第一浓度关联值是与所述混合气体中含有的测定对象成分的浓度有关的值，并且该分析机构分析所述稀释气体收容袋中的所述稀释气体，测定第二浓度关联值，所述第二浓度关联值是与所述稀释气体中含有的所述测定对象成分的浓度有关的值，该分析机构基于所述第一浓度关联值和所述第二浓度关联值，计算出与排气中含有的所述测定对象成分的浓度有关的值，
所述分析机构具备：对象成分浓度计，测定水分影响浓度关联值，所述水分影响浓度关联值是与在受到了水分影响的状态下的所述测定对象成分的浓度有关的值；以及水分浓度计，测定水分浓度关联值，所述水分浓度关联值是与水分的浓度有关的值，
所述分析机构基于所述水分浓度关联值，从所述水分影响浓度关联值中去掉水分的影响，分别计算出所述第一浓度关联值和所述第二浓度关联值。
2.根据权利要求1所述的排气分析装置，其特征在于，所述对象成分浓度计具备NDIR法检测器，所述NDIR法检测器基于用NDIR法得到的吸收光谱，检测各个所述收容袋中含有的所述测定对象成分。
3.根据权利要求1所述的排气分析装置，其特征在于，所述测定对象成分是CO2。
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