DE60312940T2

DE60312940T2 - In einem Fahrzeug installiertes Abgas-Analysegerät

Info

Publication number: DE60312940T2
Application number: DE60312940T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nakamura
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: EP1405989A3; EP1405989A2; US20040064243A1; US6865472B2; EP1405989B1; DE60312940D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein in einem Fahrzeug installiertes Abgasanalysegerät sowie ein entsprechendes Gerät. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein in einem Fahrzeug installiertes Abgasanalysegerät sowie ein entsprechendes Gerät, das zur Echtzeitmessung der Konzentration von Kohlenwasserstoffen (HC), die in dem Abgas enthalten sind, welches von einem Motor eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Kraftwagens, der sich auf einer Straße bewegt, emittiert worden ist, geeignet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso ein in einem Fahrzeug installiertes Abgasanalysegerät und ein entsprechendes Gerät für die kontinuierliche Messung der Masse der gesamten Kohlenwasserstoffe (THC) (Massenemission), die im Abgas eines Motors eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Kraftwagens, enthalten ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein in einem Fahrzeug installiertes Abgasanalysegerät, das mit einem Durchflussmessgerät vom Differentialdrucktyp, wie beispielsweise einem Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät, ausgestattet ist.
Stand der Technik
In den letzten Jahren haben die zunehmende Bedenken über den Einfluss des Abgases, das von Motoren und dergleichem emittiert wird (im Weiteren einfach als Abgas bezeichnet), auf die Umwelt den Trend verstärkt, dass der tatsächliche Zustand unter Bedingungen erfasst werden sollte, die der wirklichen Umgebung ähnlicher sind als die Umgebung in einem Labor oder bei einem Prüfverfahren. Forschung und Entwicklung von Verfahren zur Messung von Komponenten, die von einem Fahrzeug, das sich auf einer Straße bewegt, emittiert werden, wie beispielsweise Stickoxide (NO_x), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂) und dergleichen, sind ausgeführt worden. Des Weiteren wird gefordert, nicht nur die Konzentration jeder Komponente, sondern auch die Massenemission jeder Komponente zu messen. Ein Beispiel, das die oben erwähnten Anforderungen erfüllt, ist ein in einem Fahrzeug installiertes Abgasanalysegerät, das in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung 2001-124674 beschrieben ist. Bei diesem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät entsprechend ist es möglich, kontinuierlich und gleichzeitig eine Vielzahl von Komponenten, wie beispielsweise CO, CO₂, NO, N₂O, H₂O, NH₃ und HCHO, zu messen, welche im Abgas, das von einem Fahrzeug auf der Straße emittiert wird, enthalten sind. Des Weiteren ist das vorstehende in einem Fahrzeug installierte Abgasanalysegerät mit einem Abgaskonzentrationsanalysegerät zur Analyse der Komponentenkonzentration im Abgas und mit einem Abgasflussratenmessgerät ausgestattet, wobei eine vorbestimmte Menge einer bekannten Konzentration eines Spurengases auf der stromaufwärtigen Seite des Messpunktes durch das Abgaskonzentrationsanalysegerät injiziert wird und die Flussrate des Abgases aus der Injektionskonzentration und der Injektionsflussrate des Spurengases, das in das Abgas injiziert wurde, erhalten wird, wobei die Massenemission der Komponenten, die in dem Abgas enthalten sind, auf der Basis der Komponentenkonzentration, die durch das Abgaskonzentrationsanalysegerät erhalten wurde, und der Abgasflussrate, die durch das Abgasflussratenmessgerät erhalten wurde, bestimmt wird.
Auf dem Gebiet der Abgasanalyse haben sich in den letzten Jahren die Forderungen nach einer quantitativen Echtzeitanalyse von Kohlenwasserstoffen verstärkt. Jedoch ist in dem vorstehend erwähnten in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät die Messung der gesamten Kohlenwasserstoffe schwierig, da ein Fouriertransformations-Infrarotanalysegerät (FTIR) zur Komponentenanalyse verwendet wird, und die Ausrüstung ist sperrig und teuer, so dass es nicht geeignet ist für die Nutzung an Bord des Fahrzeugs. Andererseits ist als Gerät zur Messung der gesamten Kohlenwasserstoffkonzentration ein Verfahren, das einen Flammen-Ionisationsdetektor (FID) verwendet, bekannt. Da das FID-Verfahren eine ausgezeichnete Stabilität und ein ausgezeichnetes Ansprechen im Verhältnis zur Anzahl der enthaltenen Kohlenstoffe bietet, ist dieses Verfahren herkömmlich zur Analyse der gesamten Kohlenwasserstoffkonzentration, die in Umgebungsluft oder in Verbrennungsgasen, die von einem Verbrennungsgerät, wie beispielsweise einem Kessel, emittiert werden, verwendet worden.
Jedoch ist in dem genannten FID-Verfahren ein Betriebsgas, wie beispielsweise Brennwasserstoff, oder unterstützende Luft für die Analyse notwendig, so dass sich das Problem ergibt, dass dieses Verfahren nicht für eine in einem Fahrzeug installierte Anwendung geeignet ist, bei der eine geringe Größe und eine Messung mit einem einfachen Bedienung gefordert sind.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieser Tatsachen gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein in einem Fahrzeug installiertes Abgasanalysegerät zur Verfügung zu stellen, das zur einfachen Messung der Gesamtwasserstoffkonzentration und der Masse in dem Abgas in einem Fahrzeug, das sich auf der Straße bewegt, geeignet ist.
Obwohl es bei dem vorstehend erwähnten in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät möglich ist, die Konzentration und die Masse einer spezifischen Komponente, die in dem Abgas enthalten ist, kontinuierlich zu messen, ist es des Weiteren notwendig, eine Spurengasquelle in dem Fahrzeug zu installieren und das Spurengas während der Messung des Spurengases an einer zur Messung der Abgasflussrate mittels des Abgasflussratenmessgerätes geeigneten Stelle in das Auspuffrohr zu injizieren, so dass die Anordnung zur Messung der Abgasflussrate kompliziert wird. Wird das Abgasflussratenmessgerät in Kombination mit dem Abgaskonzentrationsanalysegerät verwendet, entstehen weiterhin Probleme bezüglich der zeitlichen Abweichung und der Differenz im Ansprechen zwischen diesen Geräten, so dass eine genaue Flussrate im Allgemeinen nicht erzielt wird. Daher ist es unmöglich, die Masse jeder zu messenden Komponente, die in dem Abgas enthalten ist, genau zu bestimmen.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieser Tatsachen gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein in einem Fahrzeug installiertes Abgasanalysegerät, das zur kontinuierlichen Messung der gesamten Kohlenwasserstoffmasse, die in dem Abgas enthalten ist, in einem Fahrzeug, das sich auf der Straße bewegt, mit einer einfachen Anordnung und mit einer hohen Genauigkeit geeignet ist.
Als ein Beispiel für ein Differentialdruckdurchflussmessgerät zur Messung der Flussrate eines Gases, das durch eine Röhre fließt, ist ein Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät wohl bekannt. In einem Pitot-Röhren- Durchflussmessgerät kann die Gasflussrate (im normalen Zustand) Q_g(t) [m³/min] durch die folgende Formel (7) dargestellt werden:
(wobei K ein Proportionalitätskoeffizient, P_g(t) der Gasdruck [kPa], T_g(t) die Gastemperatur [°K], Δh(t) der Differentialdruck der Pitot-Röhre und γ_g die Gasdichte im normalen Zustand [g/m³] ist).
Das heißt, wird der Verhältniskoeffizient K im vorhinein bestimmt, so ist es möglich, die Flussrate des Gases aus der Temperatur und dem Druck des Gases, das durch die Röhre strömt, und der Messung des Differentialdrucks der Pitot-Röhre zu erhalten.
Da ein Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät den Umstand ausnutzt, dass die Flussrate und die Wurzel des Differentialdrucks proportional zueinander sind, wie aus der Formel (7) zu sehen ist, ist ein Differentialmanometer, das einen großen Messbereich aufweist, zur Messung der dynamisch variierenden Flussrate notwendig. Beispielsweise ist ein Messbereich von 10.000 Einheiten notwendig mit Bezug auf eine Flussrate, die einen Variationsbereich von 100 Einheiten aufweist. Des Weiteren ist es für den Fall eines Abgases von einem Kraftfahrzeugmotor, bei dem die Flussrate schnell dynamisch variiert, unmöglich, die Daten zu mitteln. Des Weiteren wird das Differentialmanometer durch ein Pulsieren des Abgases, auch wenn die Flussrate niedrig ist, beeinflusst, wenn der Motor im Leerlauf ist, was die Messung extrem schwierig macht. In diesem Falle entsteht ein anderes Problem, nämlich dass die Ansprechgeschwindigkeit bei hohen Flussraten zur Kompensation verringert wird, um die Messgenauigkeit bei geringen Flussraten zu sichern.
Aus diesem Grund wurde ein dynamischer Messbereich üblicherweise unter Verwendung verschiedener Durchflussmessgeräte mit verschiedenen Messbereichen gemessen, wie dies beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung 2001-41787 beschrieben ist. Jedoch ist dabei Platz zur Installation der Vielzahl von Durchflussmessgeräten notwendig, und die Kosten steigen, während die Korrelation zwischen der Vielzahl von Durchflussmessgeräten oft zu einem Problem führte.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Tatsachen gemacht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein in einem Fahrzeug installiertes Abgasanalysegerät, das ein Differentialdruckdurchflussmessgerät mit einem großen Messbereich umfasst, zur Verfügung zu stellen, das zur zuverlässigen Reduzierung des Rauschens bei niedrigen Flussraten ohne eine Reduzierung der Ansprechgeschwindigkeit bei hohen Flussraten fähig ist, d.h. das zur kontinuierlichen Messung der Gasflussrate bei einer gewünschten Ansprechzeit und mit einer hohen Genauigkeit sowohl bei niedrigen Flussraten als auch bei hohen Flussraten geeignet ist.
Weitere Informationen bezüglich des Standes der Technik kann der WO 99/35480 entnommen werden, in der ein On-Board-Fahrzeugemissionstestsystem beschrieben ist, das ein Instrumentenmodul umfasst, das ablösbar mit dem Auspuffrohr des Fahrzeugs verbunden werden kann, um den Fluss des Abgases dadurch bereitzustellen. Das Instrumentenmodul umfasst ein Differentialdruckgerät, das die Bestimmung der Flussrate des Abgases erlaubt, und einen Gasprobenheber zur kontinuierlichen Zuführung einer Probe des Abgases in ein Gasanalysegerät. Zusätzlich zu dem Modul umfasst das On-Board-Emissionsmesssystem des Weiteren eine elastische Muffe zur ablösbaren Verbindung des Moduls mit dem Auspuffrohr des Fahrzeugs, ein Gasanalysegerät zur Aufnahme und Analyse des Gases, das innerhalb des Moduls erfasst wurde, und ein Computer zur Berechnung der Schadstoffmassenflussraten basierend auf den Konzentrationen, die mittels des Gasanalysegeräts ermittelt wurden, und auf der ermittelten Flussrate des Abgases. Das System kann des Weiteren einen Feststoffdetektor mit einem zweiten Probenheber, der dem Detektor die Probe zuführt, umfassen, wobei der Detektor in dem Instrumentenmodul montiert ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Abgasanalysegerät gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Analyse eines Abgases eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 9 zur Verfügung. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Die beanspruchte Erfindung kann besser unter Betrachtung der Ausführungsformen eines Gasanalysegeräts bzw. eines Verfahrens, die nachfolgend beschrieben werden, verstanden werden. Im Allgemeinen beschreiben die beschriebenen Ausführungsformen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Der aufmerksame Leser wird jedoch bemerken, dass einige Aspekte der beschriebenen Ausführungsformen sich über den Umfang der Ansprüche hinaus erstrecken. Mit Bezug darauf, dass die beschriebenen Ausführungsformen sich in der Tat über den Umfang der Ansprüche hinaus erstrecken, werden die beschriebenen Ausführungsformen als zusätzliche Hintergrundinformationen betrachtet und stellen keine Definitionen der Erfindung per se dar. Dies gilt ebenso für die nachfolgende „Kurze Beschreibung der Figuren" und die „Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen".
Eine bevorzugte Ausführungsform kann in einem Abgasanalysegerät zur Installation in einem Fahrzeug gesehen werden, das ein nicht-dispersives Infrarot-Gasanalysegerät und eine Verarbeitungseinheit umfasst, wobei die Verarbeitungseinheit zur Multiplikation des Messergebnisses, das durch das nicht-dispersive Infrarot-Gasanalysegerät erhalten wurde, mit einem vorbestimmten Umrechnungsfaktor ausgestaltet und geeignet ist. Eine bevorzugte Ausführungsform kann ebenso in einem Verfahren zur Analyse eines Abgases eines Fahrzeugs gesehen werden, das den Schritt des Multiplizierens eines Messergebnisses, das von einem nicht-dispersiven Infrarot-Gasanalysegerät erhalten wurde, mit einem vorbestimmten Umrechnungsfaktor umfasst.
Bevorzugte Mittel zur Lösung der vorstehend genannten Aufgaben sind wie folgt ausgestaltet.
In einem in einem Fahrzeug installierten Gasanalysegerät gemäß Punkt 1 sind ein nicht-dispersives Infrarot-Gasanalysegerät (NDIR) zur kontinuierlichen Messung der Konzentration von Kohlenwasserstoffen (HC) in einem Abgas, das durch ein Auspuffrohr, welches mit einem Motor verbunden ist, strömt, ein Abgasdurchflussmessgerät zur kontinuierlichen Messung der Flussrate des Abgases, das durch das Auspuffrohr strömt, und eine Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Ausgabesignale des NDIR-Gasanalysegeräts und des Abgasdurchflussmessgerätes zur kontinuierlichen Berechnung der Masse der gesamten Kohlenwasserstoffe (THC), die in dem Abgas enthalten sind, so ausgestaltet, dass sie in einem Fahrzeug installierbar sind, wobei die Konzentration der gesamten Kohlenwasserstoffe durch die Multiplikation eines Messergebnisses, das von dem NDIR-Analysegerät erhalten wurde, mit einem vorbestimmten Umrechnungsfaktor erhalten wird.
Es gibt verschiedene Arten von Kohlenwasserstoffen, die im Abgas enthalten sind, und es ist bekannt, dass, wenn die Konzentration dieser verschiedenen Arten von Kohlenwasserstoffkomponenten mittels eines NDIR-Gasanalysegerätes gemessen werden, die relative Sensibilität zwischen den verschiedenen Kohlenwasserstoffkomponenten variiert, wie dies in 6 gezeigt ist.
Dann wird die Kohlenwasserstoffkonzentration, die durch Messung der Kohlenwasserstoffkonzentration mittels des NDIR-Gasanalysegerätes (im Weiteren als NDIR-HC bezeichnet) ermittelt wurde, in Form von Hexan (n-C₆H₁₄), insbesondere als Konzentration von Hexan in ppm, ausgegeben. Andererseits wird die Kohlenwasserstoffkonzentration, die durch Messung der Kohlenwasserstoffkonzentration mittels eines FID (im Weiteren als FID-HC bezeichnet) ermittelt wurde, in ppmC angegeben. Im Ergebnis einer wiederholten Ausführung einer Vielzahl von Experimenten fanden die Erfinder der vorliegenden Anmeldung heraus, dass es ein bestimmtes Verhältnis zwischen der genannten NDIR-HC und FID-HC gibt.
7 zeigt eine Darstellung der NDIR-HC und der FID-HC für verschiedene Arten von Kraftfahrzeugen, die in verschiedenen Fahrbetriebsarten gefahren wurden, und es wurde herausgefunden, dass die FID-HC (dargestellt als y) und die NDIR-HC (dargestellt als x) die folgende Beziehung haben: y = 1,66·x (1)
Das heißt, durch Multiplizierung des NDIR-HC-Wertes mit einem Umrechnungsfaktor, 1,66, kann der Wert, der dem FID-HC entspricht, gemäß der folgenden Formel (2) erhalten werden: FID-HC = Umrechnungsfaktor·(NDIR-HC)·6·Q/L (2)(wobei Q der Gesamtfluss des Abgases (L) und L die gefahrene Entfernung [km] ist).
Die 8 und 9 zeigen die zeitliche Veränderung der Emissionskonzentration der gesamten Kohlenwasserstoffe (THC) eines Dieselautos und eines Benzinautos, wobei jeweils das obere Bild die NDIR-HC darstellt, das mittlere Bild die FID-HC darstellt und das untere Bild den Fahrbetriebsart darstellt. Anhand dieser Darstellungen wird die Gültigkeit der Beziehung, die durch die Formel (1) dargestellt wird, bestätigt.
10 zeigt den Vergleich zwischen der Kohlenwasserstoffemissionsmenge, die mittels eines Modalmassen-Messverfahrens unter Verwendung eines auf dem FID-Verfahren basierenden Kohlenwasserstoffmessgerätes erhalten wird, und der Menge, die mittels einem CVS – (constant volume gas sampling, Konstantvolumengasabtastung) Verfahren, das gewöhnlich erweise dafür verwendet wird, erhalten wird. 11 zeigt den Vergleich zwischen der Kohlenwasserstoffemissionsmenge, die mittels eines On-Board-Emissionsmesssystems (OBS), das das in einem Fahrzeug installierte Gasanalysegerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, erhalten wird, insbesondere der Kohlenwasserstoffemissionsmenge, die mittels des in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegeräts gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, und der Kohlenwasserstoffemissionsmenge, die mittels des CVS-Verfahrens erhalten wird. Dies zeigt, dass beide Messungen mittels eines auf einem FID-Verfahren basierenden Kohlenwasserstoffmessgerätes und mittels OBS eine Eins-zu-Eins-Korrelation mit der Messung mit dem allgemeinen CVS-Verfahren aufweisen.
Da in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät gemäß der vorliegenden Erfindung mit der vorstehend beschriebenen Anordnung kein FID-Verfahren zur Messung der Kohlenwasserstoffkonzentration verwendet wird, ist es nicht notwendig, ein Betriebsgas, wie beispielsweise ein Brennwasserstoff, oder eine Unterstützungsluft bereitzustellen, so dass es möglich ist, das ganze Gerät kleiner und kompakter auszugestalten. Obwohl in der auf dem NDIR-Verfahren basierenden Kohlenwasseranalyse die relative Sensibilität in Abhängigkeit von den spezifischen Komponenten der Kohlenwasserstoffe variiert, ist es durch die Nutzung eines geeigneten Umrechnungsfaktors mit Bezug auf die spezifische Komponente (Hexan in der vorliegenden Erfindung) möglich, ohne weiteres die gesamte Kohlenwasserstoffemissionsmenge zu berechnen. Daher ist es gemäß dem vorstehend genannten in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerätes möglich, ohne weiteres die gesamten Kohlenwasserstoffe zu messen, die im Abgas eines sich bewegenden Fahrzeugs enthalten sind.
Des Weiteren ist zur Lösung der vorstehend genannten Aufgaben ein in einem Fahrzeug installiertes Abgasanalysegerät gemäß Punkt 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät als Abgasdurchflussmessgerät verwendet wird, und dass die Verarbeitungseinheit zur kontinuierlichen Berechnung der Emissionsmasse der gesamten Kohlenwasserstoffe ausgestaltet ist, wobei die jeweiligen Ausgangssignale des Pitot-Röhren-Durchflussmessgerätes und des NDIR-Analysegerätes als auch ein Abgastemperatursignal und ein Abgasdrucksignal in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät gemäß Punkt 1 verwendet werden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät ist es nicht notwendig, eine Spurengasquelle, ein Gerät zur Messung einer Menge des eingeführten Spurengases und andere in dem Fahrzeug anzuordnen, so dass die Masse einer zu messenden spezifischen Komponente, die in dem Abgas enthalten ist, kontinuierlich und präzis mit einer einfachen Anordnung gemessen werden kann.
In dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät gemäß Punkt 2 kann ein Gerät zur Entfernung des Einflusses von Druckschwankungen aufgrund eines Pulsierens oder ähnlichem, wie beispielsweise ein Pufferbehälter, eine Kapillare oder ähnliches, zwischen einem Differentialmanometer und einer Pitot-Röhre für die statische Druckmessung und einer Pitot-Röhre für die dynamische Druckmessung des Pitot-Röhren-Durchflussmessgerätes bereitgestellt werden (Punkt 3). Gemäß dieser Anordnung ist es sogar dann möglich, erfolgreich den Einfluss des Pulsierens zu eliminieren und die Flussrate des Abgases genau zu messen, wenn das durch ein Auspuffrohr strömende Abgas pulsiert, da die Veränderung des Drucks aufgrund dieses Pulsierens durch den vorstehend genannten Pufferbehälter oder ähnliches eliminiert wird.
Des Weiteren können in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät gemäß Punkt 2 die Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung und die Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung in einem Auspuffendrohr-Zusatz bereitgestellt werden, der leicht mit dem Auspuffrohr verbindbar/von diesem ablösbar ist (Punkt 4). Gemäß dieser Anordnung können die Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung und die Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung ohne weiteres gehandhabt werden und das Anbringen/Lösen dieser Teile an/von dem Abgasrohr kann ohne weiteres ausgeführt werden.
Um die vorstehend beschriebenen Aufgaben zu erfüllen, ist das in einem Fahrzeug installierte Abgasanalysegerät gemäß Punkt 5 dadurch gekennzeichnet, dass als Abgasdurchflussmessgerät ein Differentialdruckdurchflussmessgerät verwendet wird, das geeignet ist, einen Differentialdruck in dem Gas, das durch das Auspuffrohr strömt, mittels eines Differentialmanometers zu bestimmen und das Differentialdrucksignal, das von dem Differentialmanometer ausgegeben wird, einem arithmetischen Verfahren zu unterziehen, wobei eine Flussrate des Gases erhalten wird. Weiterhin ist das Abgasanalysegerät nach Punkt 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialdrucksignal jeweils nach einer bestimmten Zeit abgetastet wird, und dass ein gleitender Mittelwert zur Verbesserung des S/N in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegeräts gemäß Punkt 1 gebildet wird. Bei der Bildung des gleitenden Mittelwerts aus der Vielzahl der abgetasteten Daten ist die Anzahl der Daten, die der gleitenden Mittelwertbildung unterzogen werden, nicht fest, sondern ändert sich in Abhängigkeit von der Flussrate. Das heißt: die Anzahl ist klein bei hohen Flussraten, wo S/N groß ist, während die Anzahl groß ist bei kleinen Flussraten.
In dem vorstehend beschriebenen Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät (Differentialdruckdurchflussmessgerät) wird ein Differentialdrucksignal, das von dem Differentialmanometer ausgegeben wird, nach jeweils einer bestimmten Zeit abgetastet, eine vorbestimmte Anzahl der Daten wird gespeichert, und die Anzahl der Daten, die der gleitenden Mittelwertbildung unterzogen werden, ändert sich in Übereinstimmung mit der Flussrate, falls die abgetasteten Daten der Mittelwertbildung unterzogen werden. Damit wird ein großer Flussratenbereich realisiert, ohne die Ansprechgeschwindigkeit bei hohen Flussraten zu verringern, bei denen der Einfluss groß ist, wenn die Emissionsmenge der Abgaskomponente aus der Abgasflussrate berechnet wird, wie dies z.B. für die Analyse von Motorenabgasen der Fall ist.
In dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät gemäß Punkt 5 kann die Anzahl der Daten, die der gleitenden Mittelwertbildung unterzogen werden, in mehreren Schritten variiert werden (Punkt 6). Das heißt: in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät nach Punkt 6 werden die Daten der gleitenden Mittelwertbildung unterzogen, deren Anzahl [Y/(Σx + 1)]([]:Gauss-Symbol) entspricht, wobei die Daten, die durch Umwandlung des Anzeigewertes des Differentialmanometers in einer Druckeinheit erhalten wurden, als x definiert werden, und eine beliebige Zahl als Y definiert wird.
Da die Anzahl der Daten, die zur gleitenden Mittelwertbildung verwendet werden, für niedrige Flussraten groß ist, und die Anzahl der Daten, die zur gleitenden Mittelwertbildung verwendet werden, für große Flussraten klein ist, ist es in dem vorstehend beschriebenen in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät möglich, den Einfluss, der durch die Variation des Differentialdrucks verursacht wird, zu eliminieren, sogar für den Fall, dass ein Pulsieren des Gasflusses auftritt, der eine Variation des Differentialdrucks verursacht, dadurch, dass Daten eines Zeitraumes, der länger als der Variationszyklus ist, verwendet werden.
Des Weiteren können in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät Daten einer Anzahl [Y/(Σx)^α + C)]([]:Gauss-Symbol) der gleitenden Mittelwertbildung unterzogen werden, wobei die Daten, die durch Umwandlung des Anzeigewertes des Differentialmanometers in eine Druckeinheit erhalten wurden, als x definiert werden, eine beliebige Zahl als Y definiert wird, eine geeignete ganze Zahl als α definiert wird und eine geeignete Konstante als C definiert wird. Die Anzahl der Daten kann automatisch an einen geeigneten Wert durch einen Vollanzeigewert des Differentialmanometers und eine Flussrate zu einem bestimmten Zeitpunkt angepasst werden (Punkt 7).
Kurze Beschreibung der Abbildungen
1 zeigt schematisch ein in einem Fahrzeug installiertes Abgasanalysegerät gemäß der vorliegenden Erfindung, das in einem Kraftfahrzeug installiert ist.
2 zeigt schematisch eine beispielhafte Anordnung des in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerätes.
3 zeigt schematisch eine beispielhafte Anordnung eines NDIR-Gasanalysegeräts in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät.
4 zeigt in einem schematisches Diagramm eine beispielhafte Anordnung eines Infrarotdetektors in einem Detektionsbereich des NDIR-Gasanalysegeräts.
5 zeigt schematisch eine beispielhafte Anordnung eines Abgasdurchflussmessgerätes in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät.
6 zeigt den Vergleich der relativen Sensitivität des NDIR-Verfahrens für Kohlenwasserstoffkomponenten.
7 zeigt eine Ansicht, in der die Kohlenwasserstoffkonzentration, die mittels des NDIR-Verfahrens erhalten wurde, und die Kohlenwasserstoffkonzentration, die mittels des FID-Verfahrens erhalten wurde, dargestellt sind, wenn verschiedene Kraftfahrzeugtypen in verschiedenen Fahrbetriebsarten gefahren werden.
8 zeigt die zeitliche Veränderung der Emissionskonzentration der gesamten Kohlenwasserstoffe für ein Dieselauto.
9 zeigt die zeitliche Veränderung der Emissionskonzentration der gesamten Kohlenwasserstoffe für ein Benzinauto.
10 zeigt den Vergleich der Kohlenwasserstoffemissionsmenge zwischen dem Modalmassen-Messverfahren, das ein auf dem FID-Verfahren basierendes Kohlenwasserstoffmessgerät nutzt, und dem CVS-Verfahren.
11 zeigt einen Vergleich zwischen der Kohlenwasserstoffemissionsmenge, die mittels des in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegeräts gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, und der Kohlenwasserstoffemissionsmenge, die mittels des CVS-Verfahrens erhalten wurde.
12 ist eine schematische Darstellung des in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung, das in einem Auto installiert ist.
13 zeigt schematisch eine beispielhafte Anordnung des in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegeräts.
14A und 14B sind eine erläuternde Darstellung und eine perspektivische Darstellung, die schematisch ein Beispiel einer Installationsstruktur eines Pitot-Röhren-Durchflussmessgeräts an ein Auspuffrohr zeigt, welches in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät verwendet wird.
15 zeigt ein Messergebnis für eine Flussrate, wenn keine Pufferbehälter in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät zur Verfügung gestellt sind.
16 zeigt ein Messergebnis für eine Flussrate, wenn Pufferbehälter in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät zur Verfügung gestellt sind.
17 zeigt eine Ausführungsform, in der ein Differentialdruckdurchflussmessgerät gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Kraftfahrzeug zusammen mit einem Abgaskonzentrationsmessgerät installiert ist, um ein in einem Fahrzeug installiertes Abgasanalysegerät auszugestalten.
18 ist eine schematische Darstellung eines Hauptteils des Differentialdruckdurchflussmessgerät es.
19 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verarbeitungsverfahrens, das in dem Differentialdruckdurchfussmessgerät ausgeführt wird, zeigt.
20 ist eine Darstellung zur Erläuterung der gleitenden Mittelwertbildung, die in dem Differentialdruckdurchfussmessgerät ausgeführt wird.
21 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Kennlinie des Differentialdruckdurchflussmessgerätes.
22 zeigt schematisch eine beispielhafte Anordnung, wenn die Flussrate mittels des Smooth Approach Orifice (SAO, Glättungsansatzöffnung) gemessen wird.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im Folgenden werden die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Abbildungen erläutert. Die 1 bis 5 zeigen ein Beispiel eines in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt eine Ausführungsform, in der das in einem Fahrzeug installierte Abgasanalysegerät in einem Kraftfahrzeug installiert ist, wobei das Bezugszeichen 1 das Kraftfahrzeug bezeichnet, welches als Fahrzeug, das der Messung unterzogen werden soll, dient. Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Motor des Kraftfahrzeugs 1, Bezugszeichen 3 bezeichnet ein Auspuffrohr, das mit dem Motor 2 verbunden ist und durch das ein Abgas G strömt, Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Katalysator, der in dem Auspuffrohr 3 zur Verfügung gestellt ist. Die Bezugszeichen 5 und 6 bezeichnen ein Vorderrad bzw. ein Hinterrad des Kraftfahrzeugs 1, und das Bezugszeichen 7 bezeichnet die Straßenoberfläche.
Das Auspuffrohr 3 ist mit einem NDIR-Gasanalysegerät 8 und einem Abgasdurchflussmessgerät 9 bereitgestellt, wie in 2 zu sehen ist. Das heißt: das NDIR-Gasanalysegerät 8 ist innerhalb des Fahrzeugs 1 bereitgestellt und umfasst einen Gasanalysebereich 8A und einen Betriebssteuerbereich 8B. Das Abgasdurchflussmessgerät 9 ist beispielsweise als ein Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät ausgeführt und so angeordnet, dass es ablösbar an dem Auspuffrohr 3 befestigt ist. Die Details der Anordnungen von 8 und 9 werden später beschrieben. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Verarbeitungseinheit (wie beispielsweise ein Personalcomputer), die in dem Kraftfahrzeug 1 installiert ist und ein Signal an den Betriebssteuerbereich 8B zur Steuerung des gesamten NDIR-Gasanalysegeräts 8 senden oder von diesem ein Signal erhalten kann, oder welche die Verarbeitung auf der Grundlage von Signalen von dem Betriebssteuerbereich 8B und dem Abgasdurchflussmessgerät 9 ausführt, wobei die Kohlenwasserstoffmenge (Mas se), die von dem Motor 2 emittiert wird, berechnet wird, oder welche die verschiedenen Messergebnisse anzeigt, speichert oder aufzeichnet oder ähnliches. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Schnittstelle (Interface), die zwischen dem Abgasdurchflussmessgerät 9 und der Verarbeitungseinheit 10 angeordnet ist und mit einer Funktion zur Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal usw. ausgestattet ist. Die Verarbeitungseinheit 10 ist so ausgestaltet, dass Fahrzeugdaten, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Motordrehzahl und ähnliches, in das Kraftfahrzeug 1 übermittelt werden.
Nun wird die Anordnung des oben beschriebenen NDIR-Gasanalysegeräts 8 im Detail erläutert. Wie in 2 zu sehen ist, sind auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 4 ein abzweigender Verbindungsbereich 12 und ein zuführender Verbindungsbereich 13 in dem Auspuffrohr 3 ausgebildet, und zwischen diesen Verbindungsbereichen 12 und 13 ist ein Gasmesspfad 14 zur Verfügung gestellt. In diesem Gasmesspfad 14 ist der Gasanalysebereich 8A des NDIR-Gasanalysegeräts 8 angeordnet. In dem Gasmesspfad 14 wird der Teil von dem abzweigenden Verbindungsbereich 12 zum NDIR-Gasanalysegerät 8 als Erfassungspfad 14a bezeichnet, während der Teil von dem NDIR-Gasanalysegerät 8 zu dem zuführenden Verbindungsbereich 13 als Entladungspfad 14b bezeichnet wird.
Der abzweigende Verbindungsbereich 12 ist so ausgestaltet, dass ein Teil des Abgases G, das durch das Auspuffrohr 3 vom Motor 2 strömt, als Probengas S erfasst werden kann. Zusätzlich ist ein Heizer um den Probenpfad 14a gewunden, so dass das durchströmende Probengas S geheizt und auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird. Da das Probengas S in den Gasanalysebereich 8A über den Gasmesspfad 14 unter Heizen zugeführt wird, kann das Probengas S auch für den Fall, dass es eine hohe Konzentration von Wasser enthält, gemessen werden, ohne dass es einer Entfeuchtung unterzogen werden muss. Der Betriebssteuerbereich 8B ist so ausgestaltet, dass er die einzelnen Teile des Gasanalysebereichs 8A in Abhängigkeit von einem Befehl von der Verarbeitungseinheit 10 innerhalb des Kraftfahrzeugs kontrolliert oder die Konzentration basierend auf einem Ausgabesignal eines Detektors (wird nachstehend beschrieben) des Gasanalysebereichs 8A berechnet.
3 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung des Gasanalysebereichs 8A des NDIR-Gasanalysegeräts 8. In dieser Abbil dung bezeichnet das Bezugszeichen 15 eine Zelle, die mit einem infrarotdurchlässigen Zellfenster 15a und 15b an beiden Enden abgeschlossen ist und mit einem Einlass 15c und einem Auslass 15d für das Probengas S ausgebildet ist. Obwohl dies nicht im Detail dargestellt ist, ist die Zelle 15 so angeordnet, dass sie geheizt werden kann, um eine geeignete Temperatur zu halten. Mit dem Gaseinlass 15c ist ein stromabwärtiges Ende des Gasprobenpfades 14a und mit dem Gasauslass 15d ist ein stromaufwärtiges Ende des Entladungspfades 14b verbunden.
Das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine Infrarotlichtquelle, die auf einer Seite des einen Zellfensters 15a der Zelle 15 bereitgestellt ist, um das Innere der Zelle 15 mit einem Infrarotstrahl zu bestrahlen, und das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Schwingblende bzw. chopper, die zwischen der Infrarotlichtquelle 16 und der Zelle 15 angeordnet ist und die, beispielsweise durch einen Motor (nicht gezeigt), zu einer Drehung angetrieben wird, wobei der durch die Infrarotlichtquelle 16 emittierte Infrarotstrahl zu bestimmten Zeiten eingeblendet/ausgeblendet wird.
Das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Nachweisbereich, der auf der Seite des anderen Zellfensters 15b der Zelle 15 bereitgestellt ist und aus einer Mehrzahl von Infrarotdetektoren, die optisch parallel angeordnet sind, besteht. In diesem Ausführungsbeispiel besteht er beispielsweise aus einem Kohlenwasserstoffdetektor 19 zur Bestimmung der Konzentration einer Vielzahl von Wasserstoffkomponenten, die in dem Probengas S enthalten und die zu messenden Zielkomponenten sind, aus einem Feuchtigkeitsdetektor 20 zur Messung der Feuchtigkeit (H₂O), welches eine in dem Probengas S enthaltene störende Komponente ist, aus einem vergleichenden Detektor 21 und aus optischen Filtern 22 bis 24, die jeweils entsprechend den Licht empfangenden Seiten der Detektoren 19 bis 21 bereitgestellt sind. Als die Detektoren 19 bis 21 werden Infrarotdetektoren verwendet, die an den Positionen, die konzentrisch angeordnet sind und den Umfang durch Drei teilen, wie dies in 4 gezeigt ist, angeordnet sind. (Nachfolgend werden diese einfach als Detektor bezeichnet. In 3 sind sie auf derselben Linie zur Vereinfachung der Darstellung dargestellt.) Die vorstehenden Detektoren 19 bis 21 sind beispielsweise als Halbleiterdetektoren ausgeführt. Der optische Filter 22, der mit dem Kohlenwasserstoffdetektor 19 korrespondiert, ist durch einen Bandpassfilter ausgeführt, der nur die Infrarotstrahlen innerhalb einer für Kohlenwasserstoffe charak teristischen Absorptionsbande passieren lässt. Der optische Filter 23, der mit dem Feuchtigkeitsdetektor 20 korrespondiert, ist als Bandpassfilter ausgeführt, der die Infrarotstrahlen innerhalb einer für H₂O charakteristischen Absorptionsbande passieren lässt. Der optische Filter 24, der mit dem vergleichenden Detektor 21 korrespondiert, ist als Bandpassfilter ausgeführt, der Infrarotstrahlen außerhalb der für Kohlenwasserstoffe und H₂O charakteristischen Absorptionsbanden passieren lässt.
Das Bezugszeichen 25 bezeichnet einen Konzentrationsberechnungsbereich in dem Betriebssteuerbereich 8B, der die Konzentration basierend auf den Ausgaben der Detektoren 19 bis 21 berechnet. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet einen Synchrongleichrichtungsschaltkreis, das Bezugszeichen 27 bezeichnet einen Glättungsschaltkreis, das Bezugszeichen 28 bezeichnet einen Subtraktionsschaltkreis, und das Bezugszeichen 29 bezeichnet einen den Einfluss der Feuchtigkeit korrigierenden Schaltkreis (im Weiteren einfach als Korrekturschaltkreis bezeichnet). Der Konzentrationsberechnungsbereich 25 berechnet die Konzentration der Kohlenwasserstoffe, die eine zu messende Zielkomponente ist, und die Konzentration der Feuchtigkeit, die eine störende Komponente ist, basierend auf den Ausgabesignalen der Detektoren 19 bis 21 und bestimmt die Konzentration der Kohlenwasserstoffe, in der der Einfluss der Feuchtigkeit unter Nutzung der genannten Konzentrationen korrigiert wurde.
5 zeigt schematisch eine Ausgestaltung des Abgasdurchflussmessgerätes 9. Das Bezugszeichen 30 bezeichnet einen Auspuffendrohr-Zusatz, der ablösbar mit dem stromabwärtigen Ende 6a des Auspuffrohres 3, durch das das Abgas G vom Motor 2 strömt, verbunden ist. Der Auspuffendrohr-Zusatz 30 hat einen inneren Durchmesser, der dem des Auspuffrohres 3 ähnlich ist, ist an seinem einen Ende mit einem Verbindungsbereich 32 ausgebildet, der mit einer Feststellschraube 31 ausgestattet ist und ablösbar an der Außenseite des stromabwärtigen Endes 6a angebracht ist, und ist am anderen Ende offen. Der Auspuffendrohr-Zusatz 30 ist in einer gemeinsamen Struktur mit einem Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät 9 ausgestattet. Das heißt: eine Pitot-Röhre für die statische Druckmessung 33 ist an der stromaufwärtigen Position des Auspuffendrohr-Zusatzes 30 an der Rohrwand 30a so bereitgestellt, dass es dem Inneren des Rohres gegenübersteht, und eine Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 34 ist an einer geringfügig stromabwärts von der Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 33 angeordneten Position so bereitgestellt, dass sie in das Rohr hineinragt.
Die Pitot-Röhren 33 und 34 sind jeweils mit einem Differentialmanometer 37 über Pufferbehälter 35 und 36 verbunden. Das Bezugszeichen 38 bezeichnet ein Gehäuse zur Aufbewahrung der genannten Teile 33 bis 37 in einer einstckig ausgebildeten Weise und ist ablösbar an dem Auspuffendrohr-Zusatz 30 mit geeigneten Mitteln befestigt.
Als Nächstes wird der Betrieb des in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegeräts, das die vorstehend dargestellte Ausgestaltung aufweist, mit Bezug auf die 6 bis 11 erläutert. Wie in 1 dargestellt, wird das Kraftfahrzeug 1 veranlasst, sich auf einer realen Straße unter verschiedenen Bedingungen (z.B. ansteigende Neigung, abfallende Neigung, unebene Straße, Regenwetter, scharfe Kurven, vollbeladen und ähnliches) zu bewegen. Im Ergebnis wird das Abgas G vom Motor 2 in das Auspuffrohr 3 entladen, und ein Teil des Abgases G wird als Probengas S in dem Gasprobenpfad 14a über den abzweigenden Verbindungsbereich 12 erfasst und der Zelle 15 des Gasanalysebereichs 8A des NDIR-Gasanalysegeräts 8 zugeführt.
Da der abzweigende Verbindungsbereich 12 und der Gasprobenpfad 14a geheizt und auf einer geeigneten Temperatur mittels des Heizers gehalten werden und die Zelle 15 ebenfalls geheizt und auf einer geeigneten Temperatur gehalten wird, ist es möglich, die Komponenten und die Feuchtigkeit, die in dem erfassten Probengas S enthalten sind, vor einer Kondensation zu bewahren.
In dem Gasanalysebereich 8A wird das Probengas S, das den Gasprobenpfad 14a passiert hat, der Zelle 15 zugeführt, während die Zelle 15 durch die Infrarotlichtquelle 16 bestrahlt wird und sich die optische Blende 17 mit einer bestimmten Periode dreht, wodurch AC-(Wechselstrom-) Signale, die mit den Konzentrationen der Kohlenwasserstoffe und des H₂O korrespondieren und ein AC-Signal, das ein vergleichendes Signal ist, von den Detektoren 19 bis 21 ausgegeben und in den Synchrongleichrichterschaltkreis 26 eingegeben werden.
Da ein synchrones Signal a für die Gleichrichtung, beispielsweise basierend auf der Rotationsperiode der optischen Blende 17, in den Synchrongleichrichterschaltkreis 26 eingegeben wird, werden die Mess-AC-Signale, die zu den Konzentrationen korrespondieren, synchron gleichgerichtet gemäß dem synchronen Signal a und dann einer Glättung im Glättungsschaltkreis 27 unterzogen. Die Konzentrationen der Kohlenwasserstoffe und von H₂O können durch die Subtraktion der Ausgangssignale der Detektoren 19 und 20, entsprechend den Kohlenwasserstoffen und H₂O, vom Ausgabesignal des vergleichenden Detektors 21 im Subtraktionsschaltkreis 28 erhalten werden.
Da die Konzentration der Kohlenwasserstoffe, die mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens erhalten wird, durch die in dem Probengas S enthaltene Feuchtigkeit beeinflusst wird, ist es notwendig, diesen Feuchtigkeitseinfluss zu korrigieren, um die wirkliche Konzentration (Konzentration nach der Korrektur des Feuchtigkeitseinflusses) zu erhalten. Im Folgenden wird das Prinzip und das Verfahren für diese Konzentrationskorrektur erläutert.
Wenn die Kohlenwasserstoffe gemäß des NDIR-Verfahrens gemessen werden, so wird im Allgemeinen eine Feuchtigkeitsstörung am Nullpunkt des Kohlenwasserstoffmessgerätes auftreten, da das Infrarotabsorptionsband von H₂O und das Infrarotabsorptionsband von Kohlenwasserstoffen miteinander überlappen. Des Weiteren werden der Einfluss der Feuchtigkeitsstörung und der Einfluss der Feuchtigkeitskoexistenz an Sattelpunkten beobachtet. Der Ausdruck "Einfluss der Feuchtigkeitskoexistenz am Sattel" bedeutet, dass das Maß der Infrarotabsorption der Kohlenwasserstoffe sich aufgrund der Koexistenz von Feuchtigkeit in Probengas S ändert, wobei bekannt ist, dass der Einfluss der Feuchtigkeitskoexistenz nicht von der Kohlenwasserstoffkonzentration abhängt, aber in einem bestimmten Verhältnis zur Feuchtigkeitskonzentration steht. Aus diesem Grund wird die Feuchtigkeitsstörung am Nullpunkt in dem NDIR-Gasanalysegerät 8 unter Nutzung der Feuchtigkeitskonzentration, die man basierend auf dem Ausgabesignal des Feuchtigkeitsdetektors 20 und dem Ausgabesignal des vergleichenden Detektors 21 erhält, korrigiert. Da, wie vorstehend beschrieben, die Kohlenwasserstoffkonzentration nach der Korrektur der Feuchtigkeitsstörung am Nullpunkt durch die Feuchtigkeitskoexistenz in einem bestimmten Verhältnis mit Bezug auf die Feuchtigkeitskonzentration beeinflusst wird, wird der Einfluss der Feuchtigkeitskoexistenz mit Bezug auf die Kohlenwasserstoffkonzentration, die der Korrektur der Feuchtigkeitsstörung am Nullpunkt unterzogen wurde, korrigiert. Im Ergebnis ist es möglich, nach der Korrektur eine Kohlenwasserstoffkonzentration zu erhalten, bei der sowohl die Feuchtigkeitsstörung am Nullpunkt als auch die Feuchtigkeitsstörung an den Sattelpunkten korrigiert sind.
Details der Entfernung des Einflusses der Feuchtigkeit, die in dem Probengas S enthalten ist, mit Bezug auf die Kohlenwasserstoffkonzentration, wie sie vorstehend beschrieben wurde, sind in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung 2002-16635, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung eingereicht wurde, enthalten.
Dadurch wird in dem vorstehend erwähnten NDIR-Gasanalysegerät 8 der Einfluss der Wasserkoexistenz nach dem Eliminieren der Wasserstörung am Nullpunkt in Bezug auf die Wasserstoffkonzentration eliminiert, basierend auf einem linearen Verhältnis zwischen der Feuchtigkeitskonzentration und dem Einfluss der Feuchtigkeitskoexistenz, so dass es möglich ist, die Kohlenwasserstoffkonzentration mit hoher Genauigkeit zu messen. Da es nicht notwendig ist, ein Vorbehandlungsgerät, wie beispielsweise ein Entfeuchtungsgerät, bereitzustellen, erhöht sich die Ansprechgeschwindigkeit der Analyse gegenüber gewöhnlichen Verfahren und Vorrichtungen und die Anordnung der gesamten Vorrichtung wird kompakt, wodurch Platz, Stromverbrauch und Kosten gespart werden können. Da die Messung ausgeführt wird, während das Probengas S geheizt wird und auf einer vorbestimmten Temperatur oder höher gehalten wird, ist des Weiteren eine Korrektur des partiellen Feuchtigkeitsdrucks nicht länger notwendig.
Wie vorstehend beschrieben, wird in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät, das die vorstehend beschriebene Ausführungsform aufweist, ein Teil des Abgases G vom Motor 2 teilweise an dem abzweigenden Verbindungsbereich 2 des Auspuffrohrs 3 zur Messung der Kohlenwasserstoffkonzentration in dem NDIR-Gasanalysegerät 8 entnommen und als Probengas S dem NDIR-Gasanalysegerät 8 zugeführt. Dieses Probengas S wird mit dem Hauptteil des Abgases G, das durch das Auspuffrohr 3 strömt, in dem zuführenden Verbindungsbereich 13 zusammengeführt. Das heißt, die Flussrate des Abgases G, das durch das Auspuffrohr 3 strömt, wird kontinuierlich mittels des Abgasdurchflussmessgerätes 9, das in dem Auspuffendrohr-Zusatz 30, der mit dem stromabwärtigen Ende des Auspuffrohres 3 verbunden ist, bereitgestellt ist, gemessen.
Das heißt, in dem vorstehend erwähnten Abgasdurchflussmessgerät 9 wird ein statischer Druck des Abgases G, das in den Auspuffendrohr-Zusatz 30 über das Auspuffrohr 3 strömt, mittels einer Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 33 erhalten, und eine Summe des dynamischen Drucks und des statischen Drucks des Abgases G wird mittels der Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 34 erhalten. Dann berechnet das Differentialmanometer 37 eine Differenz zwischen dem Druck, der durch die Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 33 ermittelt wurde, und dem Druck, der durch die Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 34 ermittelt wurde, um einen dynamischen Druck des Abgases G zu erhalten, und die Flussrate des Abgases G wird mittels Durchführung eines auf dem dynamischen Druck basierenden Verfahrens ermittelt. Da in diesem Falle die Drücke, die durch die Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 33 und die Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 34 ermittelt wurden, in das Differentialmanometer 37 über die Pufferbehälter 35 bzw. 36 eingegeben werden, wird die Differenz, die in dem Falle, dass das Abgas G pulsiert und eine Druckänderung verursacht, mittels der Pufferbehälter 35 und 36 eliminiert, so dass es möglich ist, nur eine Druckdifferenz, die durch eine Änderung der Flussrate des Abgases G hervorgerufen wird, zu erhalten. Damit kann sogar für den Fall, dass das Abgas G aufgrund einer Änderung des Ausstoßes des Motors 2 pulsiert, diese Störung erfolgreich eliminiert werden, und die Flussrate des Abgases G kann mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist es in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät in dieser Ausführungsform möglich, die Konzentration der Kohlenwasserstoffe, die in dem Abgas G, das von Motor 2 emittiert wird, enthalten sind, kontinuierlich mittels eines NDIR-Gasanalysegeräts 8 zu messen sowie die Flussrate des Abgases G mittels des Abgasdurchflussmessgerätes 9 kontinuierlich zu messen. Damit ist es möglich, kontinuierlich die Masse der Kohlenwasserstoffe (Kohlenwasserstoffmenge), die von dem Motor 2 emittiert wird, durch eine Berechnung aus der Kohlenwasserstoffkonzentration und der Flussrate des Abgases zu bestimmen.
Das in einem Fahrzeug installierte Abgasanalysegerät führt die Messung der Kohlenwasserstoffkonzentration gemäß des NDIR-Verfahrens aus, und damit ist es nicht notwendig, ein Betriebsgas, wie beispielsweise ein Brennwasserstoff, und unterstützende Luft bereitzustellen, wie dies im Falle der Messung der Konzentration mittels des FID-Verfahrens notwendig wäre. Damit ist es möglich, das Gerät zur Messung der Kohlenwasserstoffkonzentration klein und kompakt genug zur Installation in einem Kraftfahrzeug zu gestalten, mit dem Ergebnis, dass es möglich ist, die Messung des Abgases kontinuierlich in Echtzeit auszuführen, während sich das Kraftfahrzeug 1 fortbewegt.
Das Abgasdurchflussmessgerät 9 ist gemeinsam mit dem Auspuffendrohr-Zusatz 30 ausgebildet, welches frei und einfach von dem Auspuffrohr 3, das mit dem Motor 2 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist, abgelöst werden kann, so dass es klein und in kompakter Form ist. Wenn, wie in der oben beschriebenen Ausführungsform dargestellt, die Pufferbehälter 35 und 36 zwischen dem Differentialmanometer 37 und der Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 33 und der Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 34 bereitgestellt sind, kann die Flussrate des Abgases G auch für den Fall, dass in dem Abgas G, das durch das Auspuffrohr 3 strömt, ein Pulsieren auftritt, kontinuierlich mit hoher Genauigkeit gemessen werden, ohne durch ein solches Pulsieren beeinflusst zu werden.
Damit ist es bei dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegeräts, das das oben beschriebene NDIR-Gasanalysegerät 8 und das Abgasdurchflussmessgerät 9 umfasst, möglich, die Menge der Kohlenwasserstoffe im Abgas G mit hoher Genauigkeit kontinuierlich zu messen.
Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform Verfahren, wie beispielsweise die Berechnung der Konzentration und die Korrektur der Konzentration, in dem NDIR-Gasanalysegerät 8 ausgeführt werden können, können diese Verfahren auch in der Verarbeitungseinheit 10 ausgeführt werden.
Des Weiteren kann das Abgasdurchflussmessgerät 9 auch mittels anderer Durchflussmessgeräte als dem vorstehend beschriebenen Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät, wie beispielsweise mit einem Kalman-Durchflussmessgerät, ausgeführt werden.
Des Weiteren kann der Motor 2 in einem Kraftfahrzeug, das sich in einem vorbestimmten Fahrmodus auf einem Fahrzeugprüfstand fortbewegt, installiert sein oder kann ein einzelstehender Motor, der in einem Motordynamo installiert ist, sein.
Wie vorstehend erläutert, werden bei dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät der vorliegenden Erfindung das NDIR-Gasanalysegerät, das als Messgerät für die Kohlenwasserstoffkonzentration dient, das Abgas durchflussmessgerät, das als Abgasflussratenmessgerät dient, und die Verarbeitungseinheit zur Berechnung der Kohlenwasserstoffmasse basierend auf den Ausgabesignalen des NDIR-Gasanalysegeräts und des Abgasdurchflussmessgeräts in einem Fahrzeug bereitgestellt. Damit ist die Anordnung klein und kompakt, und die Kohlenwasserstoffmasse im Abgas kann einfach in einem sich bewegenden Fahrzeuggemessen werden.
Insbesondere ist es bei Berechnung der Kohlenwasserstoffkonzentration mittels der Berechnung der Kohlenwasserstoffemissionsmasse unter Nutzung eines geeigneten Umrechnungsfaktors möglich, die Kohlenwasserstoffmasse einfacher zu bestimmen, während eine Genauigkeit erreicht wird, die vergleichbar mit einem konventionellen Ansatz ist.
Im Folgenden werden die Details einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die 12 bis 14 zeigen ein Beispiel eines in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. 12 zeigt eine Ausführungsform, in der das Besagte in einem Fahrzeug installierte Abgasanalysegerät in einem Kraftfahrzeug installiert ist, wobei in dieser Ansicht das Bezugszeichen 41 ein Kraftfahrzeug bezeichnet, das als ein der Messung zu unterziehendes Fahrzeug dient. Das Bezugszeichen 42 bezeichnet einen Motor des Kraftfahrzeugs 41, das Bezugszeichen 43 bezeichnet ein Auspuffrohr, das mit dem Motor 42 verbunden ist und durch das ein Abgas G strömt, das Bezugszeichen 44 bezeichnet einen Katalysator, der für das Auspuffrohr 43 zur Verfügung gestellt ist. Das Bezugszeichen 45 bezeichnet eine Straßenoberfläche.
Das Bezugszeichen 46 bezeichnet ein NDIR-Gasanalysegerät, das als Abgaskonzentrationsmessgerät dient und innerhalb des Kraftfahrzeugs 41 bereitgestellt ist, und welches einen Gasanalysebereich 46A und einen Betriebssteuerbereich 46B umfasst. Genauer gesagt, sind ein Gas abzweigender Bereich 47 und ein Gas zuführender Bereich 48 beispielsweise stromabwärts von dem Katalysator 44 in dem Auspuffrohr 43 angeordnet, und der Gasanalysebereich 46A liegt in einem Gasflusspfad 49, der den Gas abzweigenden Bereich 47 und den Gas zuführenden Bereich 48 verbindet. Der Gas abzweigende Bereich 47 ist angeordnet, um einen Teil des Abgases G vom Motor 42, der durch das Auspuffrohr 43 strömt, als Probengas zu entnehmen. Ein Heizer 50 ist um den Gasflusspfad 49 zwischen dem Gas abzweigenden Bereich 47 und dem Gasanalysebereich 46A gewunden, so dass das hindurch strömende Probengas geheizt und auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird. Obwohl Details der Struktur nicht in der Zeichnung dargestellt sind, umfasst der Gasanalysebereich 46A eine Zelle, der ein Teil des Abgases G kontinuierlich als Probengas zugeführt wird, wobei die Zelle an ihrem einen Ende eine Infrarotlichtquelle und am anderen Ende der Zelle einen Nachweisbereich zur Bestimmung der Konzentrationen verschiedener zu messender Komponenten, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, CO und H₂O, welches eine störende Komponente ist, mittels einer Lichtblende einschließt. Der Betriebssteuerbereich 46B ist so ausgestaltet, um die einzelnen Bereiche des Gasanalysebereichs 46A gemäß den Befehlen von der Verarbeitungseinheit in Kraftfahrzeug 41 zu steuern (wird später beschrieben), und um die Berechnung der Konzentration basierend auf den Ausgangssignalen des Detektierbereiches des Gasanalysebereichs 46A auszuführen.
Das Bezugszeichen 51 bezeichnet ein Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät, das ablösbar an das äußerste stromabwärtige Ende des Auspuffrohrs 43, durch welches das Abgas G vom Motor 42 strömt, zur Messung der Flussrate des Abgases angebracht ist. Das Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät 51 ist wie in den 13, 14(A) und 14(B) beschrieben ausgestaltet. Das heißt, in diesen Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 52 einen Auspuffendrohr-Zusatz, welcher ablösbar mit dem stromabwärtigen Ende 43a des Auspuffrohrs 43 verbunden ist und einen inneren Durchmesser aufweist, der dem des Auspuffrohrs 43 ähnelt, wobei der Auspuffendrohr-Zusatz an seinem einen Ende mit einem Verbindungsbereich 54 ausgebildet ist, der mit einer Befestigungsschraube 53 bereitgestellt ist, und ablösbar an dem stromabwärtigen Ende 43a angebracht ist und an seinem anderen Ende offen ist. Dieser Auspuffendrohr-Zusatz 52 ist mit einem Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät 51 in einem gemeinsamen Gehäuse bereitgestellt. Das heißt, eine Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 55 ist an der stromaufwärtigen Position des Auspuffendrohr-Zusatzes 52 an einer Rohrwand 52a so bereitgestellt, dass sie dem Inneren des Rohres gegenüberliegt, und eine Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 56 ist an einer leicht stromabwärtigen Position bezüglich der Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 55 bereitgestellt, so dass sie in das Rohr hineinragt. Diese Pitot-Röhren 55 und 56 sind jeweils mit einem Differentialmanometer 59 über Pufferbehälter 57 und 58 verbunden. Die Bezugszeichen 60 und 61 bezeichnen einen Temperatursensor bzw. einen Drucksensor zur Messung der Temperatur bzw. des Druckes des Abgases G, die so angeordnet sind, dass sie in das Rohr des Auspuffendrohr-Zusatzes 52 stromabwärts von der Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 56 hineinragen. Die Ausgangssignale dieser Sensoren werden in einer Verarbeitungseinheit 63 (wird nachstehend beschrieben) über eine Schnittstelle 64 (wird nachstehend beschrieben) eingegeben. Das Bezugszeichen 62 bezeichnet ein Gehäuse zur Aufbewahrung der vorstehend genannten Teile 55 bis 61 und ist in einer ablösbaren Art an den Auspuffendrohr-Zusatz 52 mit geeigneten Mitteln angebracht.
Das Bezugszeichen 63 bezeichnet eine Verarbeitungseinheit (wie beispielsweise ein Personalcomputer), die innerhalb des Kraftfahrzeugs 41 installiert ist, Signale an den Betriebssteuerbereich 46B sendet bzw. von ihm empfängt, um das gesamte NDIR-Gasanalysegerät 46 zu steuern, oder das auf den Signalen von dem Betriebssteuerbereich 46B und dem Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät 51 basierende Verfahren zur Berechnung der Masse Mx(t) einer spezifischen zu messenden Komponente x, wie beispielsweise von Kohlenwasserstoffen, CO und ähnlichem, die vom Motor 42 emittiert werden, ausführt oder verschiedene Messergebnisse anzeigt oder die Messergebnisse als Daten speichert. Das Bezugszeichen 64 bezeichnet ein Interface, das zwischen dem Pitot-Röhren-Gasdurchflussmessgerät 51 und der Verarbeitungseinheit 64 angeordnet ist und mit einer Funktion zur Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal und weiteren ausgestattet ist. Die Verarbeitungseinheit 64 ist so ausgestaltet, dass Fahrzeugdaten, wie beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, Motorumdrehungen und ähnliches, in das Kraftfahrzeug 41 übermittelt werden.
Dabei ist der Ausdruck zur Bestimmung der totalen Emissionsmasse einer spezifischen Komponente x unter Nutzung der Abgasflussrate mittels des Pitot-Röhren-Durchflussmessgerätes 51 und der Konzentration einer spezifischen zu messenden Komponente mittels des NDIR-Gasanalysegeräts 46 wie folgt gegeben.
Zunächst kann die Abgasflussrate (in normalem Zustand) Q_exh(t)[m³/min] mit der folgenden Gleichung (4) dargestellt werden:
(wobei K ein Verhältniskoeffizient, P_exh(t) der Abgasdruck [kPa], T_exh(t) die Abgastemperatur [°K], Δh(t) der Differentialdruck der Pitot-Röhre und γ_exh die Abgasdichte im normalen Zustand [g/m³] ist).
Das heißt, durch die Bestimmung des Verhältniskoeffizienten K im vorhinein ist es möglich, eine Flussrate des Gases aus der Temperatur, dem Druck des Gases, das durch das Rohr strömt, und dem Messergebnis des Differentialdrucks der Pitot-Röhre zu bestimmen.
Als Nächstes wird die Zeitreihenmassenemission einer zu messenden Komponente aus der Emissionskonzentration, der Abgasflussrate und der Dichte der individuellen zu messenden Komponente berechnet. Insbesondere kann die Emissionsmasse (Zeitreihe) der Komponente x [g/s] und die Gesamtmassenemission M_xtotal [g/km] der Komponente x mit den folgenden Gleichungen (5) und (6) dargestellt werden: Mx(t) = Cx(t)·10–6·[Qexh(t)/60]·γx (5) Mxtotal = Σ[Mx(t))/L] (6)(wobei C_x(t) die Konzentration (Zeitreihe) der Komponente x [ppm/ppmC], Q_exh(t) die Flussrate des Emissionsgases (in normalem Zustand) [m³/min], γ_x die Dichte der Komponente x in normalem Zustand [g/m³] und L die gefahrene Strecke des Fahrzeugs [km] ist).
In dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät, das wie vorstehend beschrieben ausgestaltet ist, wird ein Teil des Abgases G vom Motor 42 im Gas abzweigenden Bereich 47 des Auspuffrohrs 43 entnommen und kontinuierlich dem Gasanalysebereich 46A des NDIR-Gasanalysegeräts 46 zugeführt, wobei die Konzentrationen der Kohlenwasserstoffe und von CO, die in dem Abgas G enthalten sind, gemessen werden. Der Teil des Abgases G, der dem Gasanalysebereich 46A zugeführt wurde, wird in dem Gas zuführenden Bereich 48 des Auspuffrohrs 43 mit dem Hauptteil des Abgases G, das nicht in dem Gas abzweigenden Bereich 47 entnommen wurde, zusammengeführt, und das Abgas G strömt nach der Zusammenführung in Richtung des Pitot-Röhren-Durchflussmessgerätes 51, das in dem Auspuffendrohr-Zusatz 52 bereitgestellt ist, welcher mit dem stromabwärtigen Ende des Auspuffrohrs 43 verbunden ist.
In dem Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät 51 wird ein statischer Druck des Abgases G, das in den Auspuffendrohr-Zusatz 52 durch das Auspuffrohr 43 strömt, mittels der Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 55 ermittelt, und eine Summe des dynamischen Drucks und des statischen Drucks des Abgases G wird mittels der Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 56 ermittelt. Danach berechnet das Differentialmanometer 59 eine Differenz zwischen dem Druck, der mit der Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 55 ermittelt wurde, und dem Druck, der mit der Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 56 ermittelt wurde, um einen dynamischen Druck des Abgases G zu ermitteln, und eine Flussrate des Abgases G wird durch das Ausführen eines auf diesem dynamischen Druck basierenden Verfahrens bestimmt. Da die Drücke, die durch die Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 55 und die Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 56 ermittelt wurden, in das Differentialmanometer 59 über die Pufferbehälter 57 bzw. 58 eingegeben werden, wird, sogar für den Fall, dass das Abgas G aufgrund einer Druckänderung pulsiert, die Variation mittels der Pufferbehälter 57 und 58 eliminiert, so dass es möglich ist, nur eine Druckdifferenz, die durch eine Änderung der Flussrate des Abgases G hervorgerufen wird, zu erhalten. Damit kann sogar dann, wenn das Abgas G aufgrund einer Änderung im Ausstoß des Motors 42 pulsiert, dieser Einfluss erfolgreich eliminiert werden, und die Flussrate des Abgases G kann mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist es in dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät gemäß dieser Ausführungsform möglich, die Konzentration von Kohlenwasserstoffen, CO oder ähnlichem, die in dem Abgas G, das von dem Motor 42 emittiert wird, enthalten sind, mittels des NDIR-Gasanalysegeräts 46 kontinuierlich zu messen, sowie kontinuierlich die Flussrate des Abgases G mittels des Pitot-Röhren-Durchflussmessgerätes 51 zu messen. Damit ist es möglich, kontinuierlich die Masse der Kohlenwasserstoffe und von CO, die vom Motor 42 emittiert wird, mittels Berechnung aus der Kohlenwasserstoffkonzentration und der Flussrate des Abgases zu bestimmen.
Das Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät 51 ist an dem Auspuffendrohr-Zusatz 52 angebracht, welcher frei und einfach mit Bezug auf das Auspuffrohr 43, das mit dem Motor 42 des Kraftfahrzeugs 41 verbunden ist, abgelöst werden kann, so dass es klein und in kompakter Form vorliegt. Des Weiteren kann die Flussrate des Abgases G sogar dann, wenn ein Pulsieren im Abgas G, das durch das Auspuffrohr 43 strömt, auftritt, kontinuierlich mit hoher Genauigkeit gemessen werden, ohne durch ein Pulsieren beeinflusst zu werden, da in der oben beschriebenen Ausführungsform die Pufferbehälter 57 und 58 zwischen dem Differentialmanometer 59 und der Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 55 bzw. der Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 56 angeordnet sind.
Die 15 und 16 zeigen Ergebnisse der Flussratenmessung, wenn die Pufferbehälter 57 und 58 in dem Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät 51 bereitgestellt bzw. nicht bereitgestellt sind. In diesen Zeichnungen zeigt die Kurve, die mit dem Symbol a bezeichnet ist, ein Ergebnis der Messung des Pitot-Röhren-Durchflussmessgeräts 51 und die Kurve, die mit dem Symbol b gekennzeichnet ist, zeigt ein Ergebnis der Messung des Durchflussmessgerätes, das ein SAO (Smooth Approach Orifice – glättende Näherungsöffnung) verwendet und das zur vergleichenden Darstellung bereitgestellt ist. Das verwendete Kraftfahrzeug 41 war ein Benzinauto mit einem 2L Hubraum. In beiden 15 und 16 ist (B) eine teilweise vergrößerte Ansicht von (A).
15 zeigt die Änderung der Flussrate, wenn die Pufferbehälter 57 und 58 nicht bereitgestellt sind, und es scheint, dass nur ein geringer Unterschied zwischen a und b in den Kurven a und b, die in 15(A) gezeigt sind, besteht, während jedoch ein beträchtlicher Unterschied zwischen den Kurven a und b in den vergrößerten Darstellungen (B) zu sehen ist.
16 zeigt die Änderung der Flussrate, wenn die Pufferbehälter 57 und 58 bereitgestellt sind, und es scheint, dass fast kein Unterschied zwischen den Kurven a und b zu sehen ist.
Gemäß dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegeräts der vorliegenden Erfindung sind das Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät zur Messung der Flussrate des Abgases, das durch das mit dem Motor verbundene Auspuffrohr strömt, das Abgaskonzentrationsmessgerät zur Messung der Konzentration der gesamten Kohlenwasserstoffe im Abgas und die Verarbeitungseinheit in dem Fahrzeug installiert, und die Emissionsmasse der gesamten Kohlenwasserstoffe wird kontinuierlich in der Verarbeitungseinheit bestimmt unter Verwendung der Ausgangssignale des Pitot-Röhren-Durchflussmessgeräts und des Abgaskonzentrationsmessgeräts sowie eines Abgastemperatursignals und eines Abgasdrucksignals. Damit ist es nicht notwendig, eine Spurengasquelle und ein Gerät zur Messung der Menge des injizierten Spurengases in einem Fahrzeug bereitzustellen, so dass es möglich ist, die Masse der gesamten Kohlenwasserstoffe, die in dem Abgas enthalten sind, mit hoher Genauigkeit bei einer einfachen Anordnung kontinuierlich zu messen.
Wenn Pufferbehälter zwischen dem Differentialmanometer und der Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung und der Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung bereitgestellt sind, wird sogar dann, wenn ein Pulsieren im Abgas auftritt, eine Veränderung des Druckes aufgrund dieses Pulsierens mittels der Pufferbehälter eliminiert werden, so dass der Einfluss des Pulsierens erfolgreich eliminiert werden kann. Da die Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung und die Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung in dem Auspuffendrohr-Zusatz, welcher frei mit dem Auspuffrohr verbunden oder von diesem abgelöst werden kann, bereitgestellt sind, können diese Teile einfach gehandhabt werden, und ein Anbringen an bzw. ein Ablösen von dem Auspuffrohr kann einfach durchgeführt werden.
Im Folgenden werden die Details einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren erläutert. 17 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Differentialdruckdurchflussmessgerät in einem Kraftfahrzeug zusammen mit einem Abgaskonzentrationsmessgerät installiert ist, um das in einem Fahrzeug installierte Abgasanalysegerät auszugestalten. 18 zeigt schematisch die Ausgestaltung eines Hauptteils des Differentialdruckdurchflussmessgeräts. In 17 bezeichnet die Referenznummer 71 ein Kraftfahrzeug, das der Messung unterzogen werden soll, das Bezugszeichen 72 bezeichnet einen Motor des Kraftfahrzeugs 71, das Bezugszeichen 73 bezeichnet ein Auspuffrohr, das mit dem Motor 72 verbunden ist und durch das ein Abgas G strömt, das Bezugszeichen 74 bezeichnet einen Katalysator, der für das Auspuffrohr 73 bereitgestellt ist. Die Bezugszeichen 75a und 75b bezeichnen ein Vorderrad bzw. ein Hinterrad. Das Bezugszeichen 76 bezeichnet die Oberfläche der Straße.
In 17 bezeichnet das Bezugszeichen 77 ein NDIR – (nicht-dispersives Infrarot)-Gasanalysegerät, das als ein in dem Kraftfahrzeug 71 bereitgestelltes Abgaskonzentrationsmessgerät dient und einen Gasanalysebereich 77A und einen Betriebssteuerbereich 77B umfasst. Der Gasanalysebereich 77A liegt in einem Gasflusspfad 79, dessen eines Ende mit dem Auspuffrohr 73 über einen Gas abzweigenden Bereich 78A verbunden ist, und dessen anderes Ende mit dem Auspuffrohr 73 über einen Gas zuführenden Bereich 78B verbunden ist. Obwohl Details dieser Struktur nicht in der Zeichnung dargestellt sind, umfasst der Gasanalysebereich 77A eine Zelle, welcher ein Teil des Abgases G kontinuierlich als ein Probengas zugeführt wird, wobei die Zelle eine Infrarotlichtquelle, die an dem einen Ende der Zelle angeordnet ist, und einen Nachweisbereich zur Bestimmung der Konzentrationen einer Vielzahl von zu messenden Komponenten, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, CO und H₂O, welches eine störende Komponente ist, mittels einer optischen Blende an dem anderen Ende der Zelle umfasst. Der Betriebssteuerbereich 77B ist zur Steuerung der einzelnen Bereiche des Gasanalysebereichs 77A entsprechend der Befehle von der Verarbeitungseinheit 89 im Kraftfahrzeug 71 (wird später beschrieben) und zur Durchführung der Berechnung der Konzentration auf Grundlage der Ausgangssignale der detektierenden Bereiche angeordnet.
In 17 bezeichnet das Bezugszeichen 80 ein Differentialdruckdurchflussmessgerät zur Messung der Flussrate des Abgases, welches ablösbar an dem äußersten stromabwärtigen Ende des Auspuffrohrs 73 angebracht ist. In dieser Ausführungsform ist das Differentialdruckdurchflussmessgerät als Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät ausgeführt und wie folgt ausgestaltet. Das heißt, in diesen Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 81 einen Auspuffendrohr-Zusatz, der ablösbar mit dem stromabwärtigen Ende des Auspuffrohrs 73 verbunden ist und einen inneren Durchmesser aufweist, der dem des Auspuffrohrs 73 ähnelt. Der Auspuffendrohr-Zusatz 81 ist an seinem einen Ende mit einem verbindenden Bereich 82 mit Bezug auf das stromabwärtige Ende des Auspuffrohrs 73 ausgebildet und an seinem anderen Ende offen. Der Auspuffendrohr-Zusatz 81 ist mit einer Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 83 und einer Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 84 des Pitot-Röhren-Durchflussmessgeräts 80 bereitgestellt, und diese Pitot-Röhren 83 und 84 sind jeweils mit einem Differentialmanometer 85 verbunden. Die Bezugszeichen 86 und 87 bezeichnen einen Temperatursensor bzw. einen Drucksensor zur Messung der Temperatur und des Drucks des Abgases G, die so angeordnet sind, dass sie in das Rohr des Auspuffendrohr-Zusatzes 81 stromabwärts von der Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 84 hineinreichen. Die Ausgangssignale des Differentialdruckmanometers 85, des Temperatursensors 86 und des Drucksensors 87 werden in eine Verarbeitungseinheit 89 eingegeben. Das Bezugszeichen 88 bezeichnet ein Gehäuse zur Aufbewahrung der vorste hend beschriebenen Teile 83 bis 87 in einer integrierten Art, das ablösbar an den Auspuffendrohr-Zusatz 81 mittels geeigneter Mittel angebracht ist.
In den 17 und 18 bezeichnet das Bezugszeichen 89 eine in dem Kraftfahrzeug 71 installierte Verarbeitungseinheit (wie beispielsweise ein Personalcomputer), die Signale an den Betriebssteuerbereich 77B sendet bzw. von ihm empfängt, um das gesamte NDIR-Gasanalysegerät 77 zu steuern, oder Verarbeitungsvorgänge basierend auf den Signalen des Betriebssteuerbereiches 77B und des Pitot-Röhren-Durchflussmessgeräts 80 ausführt, um die Masse einer spezifischen zu messenden Komponente, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, CO und ähnliches, die vom Motor 72 emittiert werden, zu berechnen, oder verschiedene Messergebnisse anzeigt oder die Messergebnisse als Daten speichert. Die Verarbeitungseinheit 89 ist so ausgestaltet, dass Fahrzeugdaten, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, Motorumdrehungen und ähnliches, in das Fahrzeug 71 übermittelt werden.
In dem in einem Fahrzeug installierten Abgasanalysegerät, das wie vorstehend beschrieben ausgestaltet ist, wird ein Teil des Abgases G vom Motor 72 in dem Gas abzweigenden Bereich 78a des Auspuffrohrs 73 entnommen und kontinuierlich dem Gasanalysebereich 77A des NDIR-Gasanalysegeräts 77 zugeführt, wobei Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen, CO und H₂O, die in dem Abgas G enthalten sind, gemessen werden. Der Teil des Abgases G, der dem Gasanalysebereich 77A zugeführt wurde, wird dem Hauptteil des Abgases G, der nicht in dem Gas abzweigenden Bereich 78a entnommen wurde, in dem Gas zuführenden Bereich 78b des Auspuffrohrs 73 zugeführt und das Abgas G strömt nach der Zusammenführung in Richtung des Pitot-Röhren-Durchflussmessgeräts 80, das in dem Auspuffendrohr-Zusatz 81, der mit dem stromabwärtigen Ende des Auspuffrohrs 73 verbunden ist, bereitgestellt ist.
In dem Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät 80 wird ein statischer Druck des Abgases G, das in den Auspuffendrohr-Zusatz 81 durch das Auspuffrohr 73 strömt, mittels der Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 83 erhalten, und eine Summe des dynamischen Drucks und des statischen Drucks des Abgases G wird mittels der Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung 84 erhalten. Dann berechnet das Differentialmanometer 85 eine Differenz zwischen dem Druck, der mit der Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung 83 ermittelt wurde, und dem Druck, der mit der Pitot-Röhre zur dynami schen Druckmessung 84 ermittelt wurde, um ein Differentialdrucksignal, das einen dynamischen Druck des Abgases G darstellt, zu erhalten. In der vorliegenden Erfindung, wird das Differentialdrucksignal in der Verarbeitungseinheit 89 in der folgenden Art verarbeitet, wobei eine Flussrate des Abgases G erhalten wird. Im Folgenden wird ein Verarbeitungsverfahren des Differentialdrucksignals im Detail mit Bezug auf die 19 und 20 erläutert.
19 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verarbeitungsverfahrens, das in der Verarbeitungseinheit 89 ausgeführt wird, darstellt.
Da das Differentialdrucksignal (der Anzeigewert), der von dem Differentialmanometer 85 in die Verarbeitungseinheit 89 eingegeben wird, ein analoger Wert ist, wird dieser analoge Wert einer Analog-Digital-Umwandlung unterzogen (Schritt S1).
Danach werden die Daten nach der Analog-Digital-Umwandlung jeweils alle 0,1 Sekunde abgetastet (Schritt S2).
Ein analoger Wert wird in einen Betrag umgewandelt, der durch eine Einheit (z.B. kPa) des Differentialmanometers 85 dargestellt wird, und dessen Wert als x definiert wird (Schritt S3).
Dreißig Datensätze, die der Einheitsumwandlung (in diesem Beispiel Datensätze für 3 Sekunden) unterzogen wurden, werden in einem Datenspeicher einer CPU der Verarbeitungseinheit 89 gespeichert (Schritt S4).
Es wird eine Summe von dreißig Datensätzen, die durch die oben genannte Einheit dargestellt werden, berechnet, die als Σx bezeichnet wird. Diese wird mit 1 addiert, und eine beliebige Zahl Y (z.B. 100) wird durch die resultierende Summe (Σx + 1) dividiert, um einen ganzzahligen Teil Z zu bestimmen (Schritt S5). Der arithmetische Ausdruck des oben genannten Verfahrens ist in der folgenden Formel (8) dargestellt: Z = 100/(Σx + 1) (8)
Unter den Datensätzen, die in dem oben genannten Datenpuffer gespeichert sind, werden Datensätze von einem letzten bis zu einem letzten Wert vor Z der gleitenden Mittelwertbildung mit der folgenden Formel (9) unter zogen (Schritt S6), um den Druck ΔH nach der gleitenden Mittelwertbildung zu bestimmen.
Der Druck, der mit der Formel (9) erhalten wurde, wird in eine Flussrate unter Verwendung der vorstehend gegebenen Formel (7) umgewandelt (Schritt S7), und das Ergebnis wird in einem Anzeigebereich der Verarbeitungseinheit 89 angezeigt (Schritt S8).
Wie vorstehend beschrieben, wird in dem Differentialdruckdurchflussmessgerät der vorliegenden Erfindung das Differentialdrucksignal, das in dem Differentialmanometer 85 erhalten wird, nach jeweils einer bestimmten Zeit abgetastet, z.B. jeweils alle 0,1 s, wobei dabei gewöhnlicherweise eine vorbestimmte Anzahl von Datensätzen gespeichert wird, und die Anzahl der Datensätze Z, die für die gleitende Mittelwertbildung verwendet wird, wird unter Verwendung der vorstehend genannten Formel (8) durch gleitende Mittelwertbildung dieser abgetasteten Daten bestimmt. Der Wert von x ist kleiner für Bereiche mit einer niedrigen Flussrate als für Bereiche mit einer hohen Flussrate, und damit ist die Summe von x (Σx) kleiner für Bereiche mit einer kleinen Flussrate als für Bereiche mit einer hohen Flussrate, so dass Z in der oben genannten Formel (8) größer für Bereiche mit einer kleinen Flussrate als für Bereiche mit einer großen Flussrate wird. Die vorstehend genannte Zahl Z ist in der Kurve, die in 20 gezeigt ist, beispielhaft dargestellt.
Das heißt, dass es in dem Differentialdruckdurchflussmessgerät der vorliegenden Erfindung bei der Mittelwertbildung der abgetasteten Datensätze möglich ist, die Anzahl der Datensätze, die der gleitenden Mittelwertbildung unterzogen werden, in Echtzeit in Abhängigkeit von einem Bereich mit einer niedrigen Flussrate oder mit einer hohen Flussrate zu ändern. Genauer gesagt, ist die Anzahl der Datensätze, die zur gleitenden Mittelwertbildung verwendet wird, größer in Bereichen mit einer kleinen Flussrate, wo das S/N-Verhältnis klein ist, als in Bereichen mit einer hohen Flussrate, wo das S/N-Verhältnis groß ist. Im Ergebnis dessen wird ein weiter Flussratenbereich ohne Verringerung der Ansprechgeschwindigkeit in Bereichen mit einer hohen Flussrate, wo der Einfluss groß ist, wenn die Emissionsmasse der Abgaskomponente aus der Abgasflussrate berechnet wird, wie dies z.B. der Fall ist für eine Motorabgasanalyse, realisiert. Da des Weiteren die Anzahl der Daten, die zur gleitenden Mittelwertbildung verwendet werden, in Bereichen mit einer niedrigen Flussrate groß ist, und die Anzahl der Daten, die zur gleitenden Mittelwertbildung verwendet werden, in Bereichen mit einer hohen Flussrate klein ist, ist es sogar dann, wenn in dem Gasfluss ein Pulsieren auftritt und Veränderungen des Differentialdruckes verursacht, durch das Verwenden von Daten eines längeren Zeitraums als der Variationsperiode möglich, den Einfluss, der durch die Variation des Differentialdrucks verursacht wird, zu eliminieren.
21 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Kennlinie des Differentialdruckdurchflussmessgerätes, das die vorstehend dargestellte Ausgestaltung aufweist. 21(A) zeigt die zeitliche Veränderung der Abgasflussrate, wenn die Berechnung ausgeführt wird, während die gleitende Mittelwertbildung variierend in Echtzeit auf Grundlage der oben genannten Formeln (8) und (9) durchgeführt wird, und 21(B) zeigt die zeitliche Veränderung der Abgasflussrate, wenn die Berechnung ausgeführt wird, ohne die gleitende Mittelwertbildung zu variieren. In beiden (A) und (B), zeigt die Kurve, die mit dem Symbol A bezeichnet ist, ein Messergebnis der Abgasflussrate mittels des Pitot-Röhren-Durchflussmessgerätes, und die Kurve, die mit dem Symbol B bezeichnet ist, zeigt ein Messergebnis der Abgasflussrate mittels SAO (Smooth Approach Orifice).
Wie z.B. in 22 zu sehen ist, ist das SAO wie folgt ausgestaltet: ein verdünnende Luft zuführendes Rohr 102 zum Einführen von verdünnender Luft 101 ist mit dem Auspuffrohr 73, welches mit dem Motor 72 verbunden ist, verbunden, ein SAO 103 und ein Luftfilter 104 sind stromaufwärts mit dem verdünnende Luft einführenden Rohr 102 verbunden, stromabwärts von der Verbindung zwischen dem Auspuffrohr 73 und dem verdünnende Luft einführenden Rohr 102 ist ein CVS-Gerät (Constant Volume Sampling-Gerät – Konstantvolumenprobengerät) 107, welches ein CFV (Critical Flow Venturi – kritischer Flussventuri) 105 und ein Gebläse 106 zur Messung der Menge der verdünnenden Luft einschließt, bereitgestellt, und die Abgasflussrate wird auf der Grundlage der Differenz zwischen der Menge der verdünnenden Luft und des Gesamtflusses des CFV 105 bestimmt.
Die 21(A) und (B) erlauben die folgenden Schlussfolgerungen: Wenn die Berechnung durchgeführt wird, ohne die Mittelwertbildung auszuführen, ändert sich die Flussrate des Abgases stark in dem Bereich mit niedriger Flussrate, z.B. von 250 L/min oder weniger, und insbesondere bei Flussraten um 0, tritt ein beträchtliches Rauschen durch das Pulsieren des Motors 72 und das Rauschen des Druckmessgeräts 80 auf. Des Weiteren wurden negative Flussratenwerte beobachtet, wie sie durch die Bezugszeichen 121 bis 124 gezeigt sind, obwohl eine Flussrate niemals einen negativen Wert annehmen kann. Im Gegensatz dazu ist der Einfluss des Rauschens bei niedrigen Flussraten um Null nahezu eliminiert, ohne die Anstiegsrate zu verringern, wenn die Berechnung der Abgasflussrate mit der Ausführung der gleitenden Mittelwertbildung, die in Echtzeit variiert, durchgeführt wird, wie in 21(A) gezeigt. Des Weiteren ist das Problem, dass die Flussrate einen negativen Wert annimmt, gelöst.
Wie vorstehend beschrieben, wird in dem Differentialdruckdurchflussmessgerät der vorliegenden Erfindung ein Differentialdrucksignal, das von dem Differentialmanometer 85 ausgegeben wird, jeweils nach einer bestimmten Zeit abgetastet, und die letzte vorbestimmte Anzahl von Daten wird gewöhnlicherweise gespeichert, und bei der gleitenden Mittelwertbildung dieser abgetasteten Daten zur Verbesserung des S/N-Verhältnisses wird die Anzahl der Daten, die der gleitenden Mittelwertbildung unterzogen werden, in Echtzeit in Abhängigkeit von der Flussrate zwischen Bereichen mit hoher Flussrate und Bereichen mit niedriger Flussrate variiert. Daher wird ein weiter Flussratenbereich ohne eine Verringerung der Ansprechgeschwindigkeit in Bereichen mit hoher Flussrate realisiert, in denen der Einfluss groß ist, wenn die Emissionsmenge der Abgaskomponente aus der Abgasflussrate berechnet wird, wie dies beispielsweise der Fall ist für eine Motorabgasanalyse.
Des Weiteren ist, wenn die Berechnung mit den Formeln (8) und (9) unter Bildung des gleitenden Mittelwerts der abgetasteten Daten zur Verbesserung des S/N-Verhältnisses ausgeführt wird, die Anzahl der Daten, die zur gleitenden Mittelwertbildung verwendet wird, groß in Bereichen mit einer niedrigen Flussrate, und die Anzahl der Daten, die zur gleitenden Mittelwertbildung verwendet werden, ist klein in Bereichen mit hoher Flussrate, so dass es sogar, wenn in dem Gasstrom ein Pulsieren auftritt und eine Veränderung des Differentialdrucks verursacht, es durch die Nutzung von Daten eines Zeitraums, der länger als die Periode der Veränderung ist, möglich ist, den Einfluss, der durch die Veränderung im Differentialdruck verursacht wird, zu eliminieren. Dies ist besonders vorteilhaft zur kontinuierlichen Messung eines Gases, wobei der Druck aufgrund eines Pulsierens, das durch eine niedrige Flussrate verursacht wird, stark variiert, wie dies im Ruhezustand der Fall ist.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der Differentialdruck des Gases, das durch das Rohr strömt, mittels des Pitot-Röhren-Durchflussmessgeräts 80 bestimmt, aber auch Durchflussmessgeräte vom Venturityp oder Laminarflusstyp können als Differentialdruckbestimmungsmittel verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist, wie oben erläutert, zur kontinuierlichen Messung der Flussrate eines Gases geeignet, in dem der Messbereich der Flussrate breit und die Veränderung (Variation) der Flussrate groß ist, wie dies beim Abgas eines Kraftfahrzeugmotors der Fall ist.
Die vorliegende Erfindung kann auch zur kontinuierlichen Messung der Flussrate eines Abgases, das ein anderes als das vorstehend beschriebene Abgas ist, z.B. das Abgas einer Verbrennungseinrichtung, wie beispielsweise eines Kessels, angewandt werden.
Wenn der Bereich der zu messenden Flussrate etwa den Faktor 100 aufweist (z.B. wenn Werte gemessen werden von 20 L/min bis zu 2000 L/min), so muss das Differentialmanometer eine solche Genauigkeit aufweisen, dass es in der Lage ist, 1/10.000 (0,01 % mit Bezug auf die Vollskala des Differentialdrucks) genau zu messen. Jedoch ist es schwierig, den Differentialdruck mit 0,01 % der vollen Skala genau zu messen. Aus diesem Grund wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn ein Differentialmanometer, das 1/P₀ der vollen Skala genau messen kann, verwendet wird, die beliebige Zahl Y, die in der Formel (8) als 100 definiert wurde, und die Anzahl der letzten Daten n, die gewöhnlicherweise im Datenspeicher gespeichert werden, in der folgenden Art ungefähr berechnet.
Das heißt, in dieser Ausführungsform wird die Anzahl der Male zur gleitenden Mittelwertbildung (Z) reichlich („preciously") wie folgt definiert:
(wobei x_i den Differentialdruck, der zur i-ten Zeit gemessen wurde, darstellt).
Unter der Annahme, dass die volle Skala das Differentialmanometers A (kPa) ist, ist, wenn der Differentialdruck (1/P₀)A oder mehr ist, d.h. der mittlere Wert von x_i ist (1/P₀)A (mit anderen Worten
), die folgende Formel so aufgestellt, dass kein gleitender Mittelwert gebildet wird.
Damit ist Y definiert durch:
Dann können Y und n so definiert werden, dass sie die Formel (12) erfüllen und die notwendige Flussratengenauigkeit gewährleisten, auch wenn der Differentialdruck niedrig ist.
In einigen Fällen kann der Anteil von C durch andere Konstanten ersetzt werden oder der Summenanteil kann quadriert werden, um die Fläche um den Nullpunkt herum zu Wichten, wie bei den folgenden Formeln (13) und (14) gezeigt.
Wie vorstehend erläutert, ist es gemäß dem Differentialdruckdurchflussmessgerät der vorliegenden Erfindung möglich, die Gasflussrate kontinuier lich zu messen, während das Rauschen im Bereich mit niedriger Flussrate sicher reduziert wird, ohne die Ansprechgeschwindigkeit im Bereich mit hoher Flussrate zu verringern, oder die Gasflussrate mit einer gewünschten Ansprechgeschwindigkeit und mit hoher Genauigkeit über einen weiten Messbereich von einem Bereich mit niedriger Flussrate bis zu einem Bereich mit hoher Flussrate zu messen.
Zusammenfassung der bevorzugten Ausführungsformen

Punkt 1: Ein in einem Fahrzeug installiertes Abgasanalysegerät, dadurch gekennzeichnet, dass es so aufgebaut ist, dass ein nicht-dispersives Infrarot-(NDIR)-Gasanalysegerät zur kontinuierlichen Messung der Konzentration von Kohlenwasserstoffen (HC) in einem Abgas, das durch ein Auspuffrohr, welches mit einem Motor verbunden ist, strömt, ein Abgasdurchflussmessgerät zur kontinuierlichen Messung der Flussrate des durch das Auspuffrohr strömenden Abgases und eine Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Ausgangssignale des NDIR-Gasanalysegeräts und des Abgasdurchflussmessgeräts zur kontinuierlichen Berechnung der Masse der gesamten in dem Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe (THC) so ausgestaltet sind, dass sie in einem Fahrzeug installierbar sind, wobei die Konzentration der gesamten Kohlenwasserstoffe durch die Multiplikation eines Messergebnisses, das von dem NDIR-Gasanalysegerät erhalten worden ist, mit einem vorbestimmten Umrechnungsfaktor erhalten wird.
Punkt 2: Das in einem Fahrzeug installierte Abgasanalysegerät nach Punkt 1, wobei ein Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät als Abgasdurchflussmessgerät verwendet wird und die Verarbeitungseinheit so ausgestaltet ist, dass sie kontinuierlich die Emissionsmasse der gesamten Kohlenwasserstoffe unter Verwendung der jeweiligen Ausgangssignale des Pitot-Röhren-Durchflussmessgeräts und des NDIR-Analysegeräts als auch eines Abgastemperatursignals und eines Abgasdrucksignals berechnet.
Punkt 3: Das in einem Fahrzeug installierte Abgasanalysegerät nach Punkt 2, wobei ein Gerät zum Entfernen des Einflusses einer Druckschwankung aufgrund des Pulsierens zwischen einem Differentialmanometer und einer Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung und einer Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung des Pitot-Röhren-Durchflussmessgeräts bereitgestellt ist.
Punkt 4: Das in einem Fahrzeug installierte Abgasanalysegerät nach Punkt 2, wobei die Pitot-Röhre zur statischen Druckmessung und die Pitot-Röhre zur dynamischen Druckmessung in einem Auspuffendrohr-Zusatz bereitgestellt sind, welcher mit dem Auspuffrohr, das mit dem Motor verbunden ist, verbindbar/von diesem ablösbar ist.
Punkt 5: Das in einem Fahrzeug installierte Abgasanalysegerät nach Punkt 1, wobei ein Differentialdruckdurchflussmessgerät als Abgasdurchflussmessgerät verwendet wird, welches geeignet ist, einen Differentialdruck in dem Gas, das durch das Auspuffrohr strömt, mittels eines Differentialmanometers zu bestimmen und ein Differentialdrucksignal, das vom Differentialmanometer ausgegeben wird, einem arithmetischen Prozess zu unterziehen, wobei eine Flussrate des Gases erhalten wird, das Differentialdrucksignal jeweils nach einer bestimmten Zeit abgetastet wird, eine vorbestimmte Anzahl von Daten gespeichert wird, und wenn diese abgetasteten Daten der gleitenden Mittelwertbildung unterzogen werden, die Anzahl der Daten, die der gleitenden Mittelwertbildung unterzogen werden, sich entsprechend der Flussrate ändert.
Punkt 6: Das in einem Fahrzeug installierte Abgasanalysegerät nach Punkt 5, wobei es die Daten, die durch die Umwandlung des Anzeigewerts des Differentialmanometers in eine Druckeinheit erhalten wurden, als x definiert und eine beliebige Anzahl als Y definiert, und die Daten mit der Anzahl, die [Y/(Σx + 1)] ([]: Gauß-Symbol) entspricht, der gleitenden Mittelwertbildung unterzogen werden.
Punkt 7: Das in einem Fahrzeug installierte Abgasanalysegerät nach Punkt 5, wobei es die Daten, die durch die Umwandlung des Anzeigewerts des Differentialmanometers in eine Druckeinheit erhalten wurden, als x definiert, eine beliebige Zahl als Y definiert, eine geeignete ganze Zahl als α definiert, und eine geeignete Konstante als C definiert, die Daten der Anzahl, die zu [Y/(Σx^α + C)]([]: Gauß-Symbol) korrespondiert, der gleitenden Mittelwertbildung unterzogen werden, und die Anzahl der Daten automatisch an einen geeigneten Wert durch den Vollskalenwert des Differentialmanometers und eine Flussrate zu einer vorbestimmten Zeit angepasst wird.

Claims

Abgasanalysegerät zur Installation in einem Fahrzeug (1), umfassend: – ein nicht-dispersives Infrarot-Gasanalysegerät (8), das zur kontinuierlichen Messung der Konzentration von Kohlenwasserstoffen im Abgas ausgestaltet und geeignet ist, – ein Abgasdurchflussmessgerät (9), das zur kontinuierlichen Messung der Flussrate eines Abgases (G), das durch ein mit einem Motor (2) verbundenes Auspuffrohr (3) strömt, ausgestaltet und angepasst ist, gekennzeichnet durch eine Verarbeitungseinheit (10), die zur Multiplikation des Messergebnisses, das durch das nicht-dispersive Infrarot-Gasanalysegerät (8) erhalten worden ist, mit einem vorbestimmten Umrechnungsfaktor, der das Verhältnis zwischen den Messergebnissen der Kohlenwasserstoffkonzentration, die man mit einem Flammen-Ionisationsdetektor erhält, und den Messergebnissen der Kohlenwasserstoffkonzentration, die man mit Hilfe eines nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysegerätes erhält, darstellt, ausgestaltet und geeignet ist, wobei die Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Ausgangsdaten des nicht-dispersiven Infrarot-Gasanalysegerätes und des Abgasdurchflussmessgerätes ausgestaltet und geeignet ist, wobei die Konzentration und die Masse der gesamten Kohlenwasserstoffe, die in dem Abgas enthalten sind, kontinuierlich berechnet werden und man die Konzentration der gesamten Kohlenwasserstoffe durch die Multiplikation mit dem vorbestimmten Umrechnungsfaktor erhält.
Abgasanalysegerät nach Anspruch 1, umfassend: – mindestens einen Temperatursensor (60) zur Messung der Temperatur des Abgases, und – mindestens einen Drucksensor (61) zur Messung des Druckes des Abgases, wobei – das Abgasdurchflussmessgerät ein Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät ist, und – die Verarbeitungseinheit zur kontinuierlichen Berechnung der Gesamtmasse der Kohlenwasserstoffe ausgestaltet und geeignet ist, wobei die jeweiligen Ausgangssignale des Pitot-Röhren-Durchflussmessgerätes, des nicht-dispersiven Infrarot-Gasanalysegerätes sowie des Temperatursensors und des Drucksensors verwendet werden.
Abgasanalysegerät nach Anspruch 2, wobei – das Pitot-Röhren-Durchflussmessgerät ein Differentialmanometer (59), eine Pitot-Röhre für die statische Druckmessung (55) und eine Pitot-Röhre für die dynamische Druckmessung (56) umfasst, und – ein Gerät (57, 58), insbesondere ein Pufferbehälter, zur Entfernung des Einflusses einer Druckänderung aufgrund eines Pulsierens zwischen dem Differentialmanometer und der Pitot-Röhre für die statische Druckmessung und zwischen dem Differentialmanometer und der Pitot-Röhre für die dynamische Druckmessung bereitgestellt ist.
Abgasanalysegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend: einen Auspuffendrohr-Zusatz (52), der mit dem Fahrzeugauspuffrohr verbindbar/von diesem ablösbar ist, wobei das Durchflussmessgerät, der Temperatursensor und/oder der Drucksensor in dem Auspuffendrohr-Zusatz bereitgestellt sind.
Abgasanalysegerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, umfassend: ein Differentialdruckdurchflussmessgerät als Abgasdurchflussmessgerät, das zur Bestimmung eines Differentialdrucks in einem Abgas, das durch ein Auspuffrohr strömt, mittels eines Differentialmanometers (59) ausgestaltet und geeignet ist, wobei das Abgasanalysegerät so ausgestaltet und geeignet ist, dass es ein Differentialdrucksignal, das vom Differentialmanometer ausgegeben worden ist, einem arithmetischen Verfahren unterzieht, wodurch man eine Flussrate des Abgases erhält, wobei das Differentialdrucksignal in bestimmten Intervallen erfasst wird, eine vorbestimmte Anzahl von Daten gespeichert wird, und, für den Fall, dass diese erfassten Daten einer gleitenden Mittelwertbildung unterzogen werden, die Anzahl der Daten, die dieser gleitenden Mittelwertbildung zu unterziehen ist, an die Flussrate angepasst ist.
Abgasanalysegerät nach Anspruch 5, wobei das arithmetische Verfahren – das Umwandeln des Anzeigewertes des Differentialmanometers in eine Druckeinheit als x, – das Auswählen einer beliebigen Anzahl als Y, und – das Unterziehen der Daten der Anzahl, die [Y/(Σx + 1)] ([]: Gauss Symbol) entspricht, der gleitenden Mittelwertbildung umfasst.
Abgasanalysegerät nach Anspruch 5, wobei das arithmetische Verfahren – das Umwandeln des Anzeigewertes des Differentialmanometers in eine Druckeinheit als x, – das Auswählen einer beliebigen Anzahl als Y, einer geeigneten ganzen Zahl als α und einer geeigneten Konstante als C, und – das Unterziehen der Daten der Anzahl, die [Y/(Σx)^α + C)] ([]: Gauss Symbol) entspricht, der Bildung des gleitenden Mittelwertes umfasst, wobei die Anzahl der Daten automatisch an einen geeigneten Wert durch einen Vollanzeigewert des Differentialmanometers und eine Flussrate zu einem bestimmten Zeitpunkt angepasst wird.
Abgasanalysegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gerät so ausgestaltet und angepasst ist, dass es die Abgasanalyse durchführen kann, während sich das Fahrzeug bewegt.
Verfahren zur Analyse eines Abgases eines Fahrzeuges (1), umfassend den Schritt: Ausrüsten des Fahrzeuges mit: – einem Abgasdurchflussmessgerät (9), das für die kontinuierliche Messung der Flussrate eines Abgases (G), das durch ein mit einem Motor (2) des Fahrzeuges verbundenes Auspuffrohr (3) strömt, ausgestaltet und geeignet ist; – einem nicht-dispersiven Infrarot-Gasanalysegerät (8), das für die kontinuierliche Messung der Konzentration von Kohlenwasserstoffen in dem Abgas als Messergebnis ausgestaltet und geeignet ist; und – einer Verarbeitungseinheit (10), die für die Verarbeitung der Ausgangsdaten des nicht-dispersiven Infrarot-Gasanalysegerätes und des Abgasdurchflussmessgerätes zur kontinuierlichen Berechnung der Konzentration und der Masse der gesamten Kohlenwasserstoffe, die in dem Abgas enthalten sind, ausgestaltet und geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der gesamten Kohlenwasserstoffe durch die Multiplikation eines vorbestimmten Umrechnungsfaktors mit dem Messergebnis, das durch das nicht-dispersive Infrarot-Gasanalysegerät (8) erhalten worden isst, erhalten wird, wobei der vorbestimmte Umrechnungsfaktor das Verhältnis zwischen den Messergebnissen der Kohlenwasserstoffkonzentration, die man mit einem Flammen-Ionisationsdetektor erhält, und den Mess ergebnissen der Kohlenwasserstoffkonzentration, die man mit Hilfe des nicht-dispersiven Infrarot-Gasanalysegerätes erhält, darstellt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Erhalten des Messergebnisses und die Multiplizierung ausgeführt werden, während das Fahrzeug in Bewegung ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, mit dem Schritt zum Verbinden eines Auspuffendrohr-Zusatzes (52), der ein Durchflussmessgerät (9), einen Temperatursensor (60) und/oder einen Drucksensor (61) umfasst, mit einem Auspuffrohr (3) des Fahrzeugs.