JP2000314684A - 車両用質量排出量測定 - Google Patents

車両用質量排出量測定

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JP2000314684A JP11241316A JP24131699A JP2000314684A JP 2000314684 A JP2000314684 A JP 2000314684A JP 11241316 A JP11241316 A JP 11241316A JP 24131699 A JP24131699 A JP 24131699A JP 2000314684 A JP2000314684 A JP 2000314684A
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    • Y10T436/20—Oxygen containing

Abstract

(57)【要約】 【課題】 較正ガスを使用せずに、車両排気質量の正確
な測定ができる、丈夫で安価な、車両排気質量排出量を
測定する方法および装置を提供する。 【解決手段】 車両排気放出量を測定する方法および装
置は、車両排気および車両排気と大気との希釈混合ガス
とをサンプリングするステップを含む。第１のアナライ
ザは、希釈されていない車両排気の各ガス成分の濃度を
測定する。第２のアナライザは、希釈混合ガス成分中の
少なくとも一つの排気ガス成分の濃度または温度を測定
する。希釈混合ガスの流量と、少なくとも一つの希釈混
合ガス成分の濃度および／または温度と、希釈されてい
ないガス濃度とを、マイクロプロセッサーで分析し、車
両排気ガスの各成分の質量排出量を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両の排気から質
量排出量を測定する方法および装置に関し、より具体的
には、空気によって車両排気を希釈したものを利用する
質量排出量測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の車両排気分析技術では、環境基準
を満たすかどうかの判定のために、排気ガスの各成分の
濃度を測定するものであった。しかし、ガス濃度測定
は、車両の真の排出量を判定するには不十分であった。
濃度は、生成される汚染の量の一つのパラメータにしか
すぎず、真の排気量を測定するためには、単に濃度だけ
でなく、質量排出量を測定する必要がある。質量排出量
を測定するためには、排気ガスの体積または流量も測定
する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】質量排出量を測定する
一つの公知技術では、動作環境を考慮した技術を用いて
テールパイプからのガスの流れを直接測定する。しか
し、排気ガスが存在し高熱であるため試験環境が厳し
く、この技術は実施が困難である。さらに、種々の構造
のテールパイプと漏れがないように接続できるアダプタ
が必要である。この技術は、二重排気系統を有する車両
では特に困難である。
【０００４】もう一つの公知技術では、希釈された排気
ガスの濃度を測定する。この技術では、きわめて低い濃
度に希釈された成分ガスの濃度を測定するため、高価な
計測器が必要である。さらに、排気ガスの体積の変化が
排気ガスの濃度の変化をもたらすため、正確な結果を得
るためにはそれを考慮しなければならない。分析装置の
精度は、汚染排出量が少ない車両の場合の小排出量か
ら、汚染排出量が多い車両の場合の大排出量まで十分に
カバーするものでなければならない。この広範囲の検出
領域のために計測器がさらに高価なものとなる。車両の
排気質量を測定するための他の公知技術では、二酸化炭
素追跡法が用いられる。これは、希釈していない車両排
気ガス内の二酸化炭素の濃度測定値と、排気ガスおよび
希釈ガスの希釈混合ガスの中の二酸化炭素の濃度測定値
とを比較することによって、流量を求める。この方法に
は二つの問題がある。一つは、二酸化炭素は大気中にご
く低濃度（例えば、約４００ｐｐｍすなわち０．０４
％）しか存在しないことである。この大気中のごく低濃
度の二酸化炭素では、正確な分析較正点を提供するため
に用いるには不十分である。車両の試験をしているとき
は、アナライザは、１桁パーセントの二酸化炭素領域で
動作する。したがって、較正のために大気を使用する
と、較正点での不確定性が非常に大きくなる。したがっ
て、二酸化炭素希釈アナライザを正確に較正して希釈率
を測定するためには、消耗ガス（consumablegas）とし
ての二酸化炭素源を用意しなければならない。
【０００５】車両の排気と希釈空気との希釈混合ガス内
の二酸化炭素の測定には、混合ガスを二酸化炭素分析
計、すなわち典型的には非分散形赤外（ＮＤＩＲ）アナ
ライザに通す前に、希釈混合ガスから水蒸気を除去する
ために、希釈混合ガスの濾過が必要である。このような
濾過には、ポンプ、フィルター、ソレノイドなどを含む
複雑なガスサンプリングシステムが必要である。かかる
濾過を行なわないと、二酸化炭素センサの寿命が短くな
る。しかし、ガスサンプリングシステムの付加によって
アナライザのコストが著しく上昇する。さらに、かかる
サンプリングシステムに付随する遅延によって、非希釈
排気ガスから得た濃度測定値と希釈混合ガスから得た濃
度測定値との間に時間のずれ（phasing）が生じる。希
釈濃度と非希釈濃度との整合（alignment）は、質量排
気量の評価における精度にとってきわめて重要である。
サンプリングシステムが複雑になるほど、許容できる整
合レベルを達成するのが困難になり、コストも高くな
る。このような技術はコストが高くて複雑なため、研究
室の装置でしか使用されていない。
【０００６】したがって、研究室と屋外排気試験プログ
ラムでは使用可能な消耗較正ガスを使用せずに、車両排
気質量の正確な測定ができる、丈夫で安価な車両排気質
量排出量アナライザが必要とされている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、正確で、丈夫
で、低コストで、かつ消耗較正ガスの使用を必要としな
い車両排気質量排出量を測定するための方法および装置
を提供する。本発明の一つの態様による車両排気質量排
出量測定方法は、希釈されていない車両排気および車両
排気と希釈空気との希釈混合ガスをサンプリングするス
テップと、前記希釈されていない車両排気の各ガス成分
の濃度を測定するステップと、希釈混合ガス成分の特定
の排気ガス成分の濃度を測定するステップと、排気ガス
の各成分の濃度と、前記特定排気ガスの成分の濃度と、
希釈混合ガスの流量とから、排気ガスの各成分の質量排
出量を算出するステップとを有する。プロセッサーは、
排気ガスの各成分の化学反応について補正された排気ガ
ス成分の質量排出量を得る。補正された値は、少なくと
も一つの希釈されていない排気ガス成分の関数であっ
て、その成分について計算された値よりも大きい。
【０００８】本発明の一態様による車両排気質量排出量
アナライザは、車両排気を収集する排気取り入れ口と、
その排気取り入れ口に接続されて、車両排気と希釈空気
との希釈混合ガスを供給する希釈空気取り入れ口とを有
する。排気取り入れ口からの希釈されていない排気ガス
の各成分の濃度を測定する第１のアナライザが具備され
ている。少なくとも一つの希釈混合ガス成分の濃度を測
定する第２のアナライザが具備されている。希釈混合ガ
スの流量を測定する測定器が具備されている。プロセッ
サーは、排気ガスの各成分の濃度と、少なくとも一つの
希釈混合ガス成分の濃度の補正値と、希釈混合ガスの流
量とから、排気ガスの各成分の排出質量を算出する。補
正値は、排気ガス成分の化学反応について調整されてい
て、補正していない値よりも大きくなっている。
【０００９】本発明は、正確で、丈夫で、低コストで、
かつ消耗較正ガスの使用を必要としない車両排気質量排
出量を測定するための方法および装置を提供する。本発
明の一態様による車両排気質量排出量測定方法は、大気
と、希釈されていない車両排気と、希釈空気中の車両排
気の希釈混合ガスの温度を測定するステップと、希釈さ
れていない車両排気の各ガス成分の濃度を測定するステ
ップと、希釈混合ガスの流量を測定するステップとを含
む。この方法はさらに、排気ガスの各成分の濃度と、三
つの温度と、希釈混合ガスの流量とから、排気ガスの各
成分の質量排出量を算出するステップを有する。これ
は、温度平衡式を用いて実際の希釈率を求めることによ
って達成される。実際の希釈率および希釈混合ガスの体
積から、排気の体積を求めることができる。排気ガス体
積と、測定された排気ガスの各成分の濃度から、排気質
量排出量を正確に求めることができる。
【００１０】本発明の一態様による車両排気質量排出量
アナライザは、車両排気を収集する排気取り入れ口と、
その排気取り入れ口に接続されて、車両排気と希釈空気
との希釈混合ガスを供給する希釈空気取り入れ口とを有
する。排気取り入れ口からの排気ガスの各成分の濃度を
測定する第１のアナライザが具備されている。希釈され
ていない車両排気の温度、希釈空気の温度、および希釈
された排気ガス成分の温度を測定する第２のアナライザ
が具備されている。希釈混合ガスの流量を測定する測定
器が具備されている。プロセッサーは、排気ガスの各成
分の濃度と、三つの温度と、希釈混合ガスの流量とか
ら、排気ガスの各成分の排出質量を算出する。
【００１１】上記および他の本発明の目的、効果、およ
び特徴は詳細な説明および添付図面から明らかである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は、車両１２の質量排出量を測定
する車両排気質量排出量アナライザおよび方法１０を示
す。この車両の運転状態は、ダイナモメータ１４で監視
していてもよい。サンプリングアッセンブリ（すなわ
ち、コーン）１６は車両の排気管と接続される構造の排
気取り入れ口１８を有し、車両から排出される希釈され
ていない排気ガスをサンプリングする。排気取り入れ口
と同軸上に大気取り入れ口２０があって、ここから、車
両の外部環境の大気が取り込まれる。希釈混合ガスダク
ト２２は、ブロワ２４によって引き込まれた、車両排気
と希釈空気との希釈混合ガスを受け取る。
【００１３】ガスサンプリングシステム２６は、排気取
り入れ口１８からの希釈されていない排気ガスをサンプ
リングし、ガスサンプルをガス濃度アナライザ２８に供
給する。ガスアナライザ２８は、排気ガス中のガス濃度
を測定する。この測定では、たとえば、この出願と譲り
受け人が同じであるブラック(Black)等の米国特許第5,5
10,269号「電子的較正を含むガス濃度測定のための赤外
線方法および装置」に開示された原理が利用される。こ
の米国特許の開示内容をここに援用する。アナライザ２
８はさらに、ガスアナライザ３２からの入力３０をも受
け取る。ガスアナライザ３２は、後述するように、希釈
混合ガスダクト２２内の成分ガスの濃度を検出する。好
ましくは、ガスアナライザ３２は酸素センサである。そ
の理由は後で詳述する。アナライザ２８はさらに、質量
流量計３６からの入力３４を受け取る。質量流量計３６
は希釈混合ガスダクト２２に配置され、車両排気系統の
インピーダンスを低く押さえるように設計されており、
希釈混合ガスの流量測定を行なうものである。アナライ
ザ２８の出力３８はコンピュータ４０に送られ、ここで
表示され、アナライザ２８から出力された質量排出量の
測定値に基づいて、車両１２について、種々の合否判定
を行なう。
【００１４】車両１２の排気中の各成分ガス、すなわち
炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素
（ＣＯ2）、酸素（Ｏ2）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の
質量排出量を求めるためには、排気の体積と各成分ガス
の濃度の両方を測定する必要がある。各成分ガスの濃度
は、アナライザ２８によって直接測定される。排気ガス
体積Ｖeは、質量流量計３６で測定された希釈混合ガス
の体積Ｖdと希釈率（ｄ）の積として求められる。この
情報を用いて、各成分ガスの質量は第１式によって求め
られる。 質量＝密度×体積×濃度＝ＰＶＣ （１）
【００１５】希釈混合ガスの質量は、排気ガスの各排出
成分またはそれらの組み合せについての成分の質量に等
しい。 Ｍd＝Ｍe＋Ｍa （２） ここに、Ｍd＝希釈混合ガスの質量、 Ｍe＝排気の質量、 Ｍa＝大気の質量である。
【００１６】同様に、希釈混合ガスの体積は、その成分
の体積に等しい。 ここに、Ｖdは希釈混合ガスの体積、Ｖeは非希釈排気の
体積、Ｖaは大気の体積である。
【００１７】第２式と第３式を組み合わせると、 ＰdＶdＣd＝ＰeＶeＣe＋ＰaＣa（Ｖd−Ｖe） （４） ここに、Ｐd，Ｐa，Ｐeは密度係数、Ｃdは希釈混合ガス
中の酸素濃度の測定値、Ｃaは大気中の酸素濃度の測定
値、Ｃeは非希釈車両排気中の酸素濃度の測定値であ
る。排気の体積について解くと、 Ｖe＝Ｖd（ＰdＣd−ＰaＣa）／（ＰeＣe−ＰaＣa） （５）
【００１８】Ｃdの値は、酸素アナライザ３２で測定さ
れる。Ｃeの値は、アナライザ２８で測定される。Ｃaの
値は、サンプリングアッセンブリ１６が車両１２から切
り離されたときに、たとえば、車両の試験の合間で、大
気だけがサンプリングアッセンブリ１６に引き込まれて
いるときに、アナライザ２８またはアナライザ３２で、
または両方で測定される。
【００１９】以上のことから、車両の排気の各成分ガス
の質量排出量が、アナライザ２８とアナライザ３２と質
量流量計３４の組み合せによって測定できることが理解
できる。ここに示した実施の形態では、アナライザ３２
は、酸化ジルコニウム酸素センサである。このようなセ
ンサは、車両部品販売店で市販されており、多数のメー
カーから売り出されている。酸化ジルコニウム酸素セン
サは、例えば７００℃の高温で動作する。そのような高
温では、車両の排気と希釈空気との希釈混合ガスの中の
酸素と、同じく希釈混合ガス中にある一酸化炭素および
炭化水素の分子とが結合する。この車両排気中の酸素と
その他の成分ガスとの間の燃焼を含む化学反応は、適当
な補正をしないと、質量排出量の計算値の誤差をもたら
す。車両排気と希釈空気との希釈混合ガス中の酸素の測
定は、きわめて複雑である。高速応答酸素センサは、た
とえば７００℃の高温で動作する。そのような高温によ
り、酸素と種々の排気ガスとの間で化学反応が起きる。
その結果、残る希釈濃度は、測定された酸素よりも小さ
いことがありうる。補正をしないと、このような化学反
応によって、質量排出量測定精度に悪影響を与える。
【００２０】排気成分の一部、特に一酸化炭素および炭
化水素については解析的な補正をすることができる。そ
のような反応は次の式で表される。 ２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 （６） Ｃ３Ｈ8＋５Ｏ2→４Ｈ2Ｏ＋３ＣＯ2 （７） ２Ｃ6Ｈ14＋１９Ｏ2→１４Ｈ2Ｏ＋１２ＣＯ2 （８）
【００２１】これらの式から、酸素と反応する分子２個
ずつについて１個の酸素分子が消費され、炭化水素（プ
ロパン）分子が１個減るごとに５個の酸素分子が消費さ
れる、等といったことが分かる。したがって、希釈され
た一酸化炭素および代表的な炭化水素成分を測定して計
算することによって、そして、化学反応のある種の効率
を推定することによって、上記の予測される反応に基づ
いて補正を施すことが可能である。補正を施すために、
補正アルゴリズム４２が実行される。補正アルゴリズム
４２は、まずステップ４４で、アナライザ３２および排
気ガスアナライザ２８を利用して、各ガス成分の濃度の
測定から始められる。
【００２２】ステップ４６で、化学反応を無視して希釈
率が計算され、これは、ステップ４８で、他の成分ガス
との化学反応の結果としての酸素分子の減少について、
アナライザ３２で測定された酸素の量を補正するのに利
用される。測定された酸素濃度がステップ４８で補正さ
れた後に、ステップ５０で、新しい希釈率が計算され
る。ステップ５０で計算された新しい希釈率は、ステッ
プ４８で酸素濃度測定値を補正するのに利用され、ま
た、ステップ５０で新たな希釈率を算出するのに利用さ
れる。このプロセスは、公知の数学的手法を用いて、こ
のアルゴリズムが収束したと判定されるまで繰り返され
る。ステップ５０で希釈率が決定された後に、ステップ
５２で、車両の質量排出量が計算される。他の実施の形
態として、繰り返し計算は、モデル化して、参照テーブ
ルまたは式中の定数として記憶しておくこともできる。
【００２３】計算された効率が最大になる化学反応の場
合、測定された酸素は最大の予測値よりもはるかに低い
結果になることが、実験的にわかった。すなわち、消費
される酸素は常に予測値よりも多かった。実際の酸素の
損失は、希釈排気成分について測定した場合の予測値の
２倍にもなりうる。
【００２４】よりよい補正アルゴリズムを提供するため
に、次の方法を用いた。負荷条件を種々に変えた複数の
運転中の車両を用いて、種々の希釈ガス成分の濃度を作
り出した。したがって、作られたデータは、排気成分濃
度の種々の組み合せに関係する多次元パラメーターを含
んでいた。生成された複数の排気ガスは、高温酸素セン
サとガルバ酸素センサとで同時に測定した。二つのセン
サの間の差異が記録され、種々のガス成分の濃度と関連
付けた。統計的な多数相関係数を計算した後、次の修正
関係式を適用した。 Ｏ2（実損失）＝Ｏ2（予測損失）＋Ｋｉ*Ｃｉ （９） ここに、Ｃｉは希釈排気ガス濃度 Ｋｉは統計的多数相関係数 Ｋｉの値は、サンプリングシステムの幾何学的形状など
のシステムの実際の構造と、酸素センサの温度に依存す
る。
【００２５】酸素センサ３２は、種々の技術を用いて、
希釈混合ガスダクト２２から希釈混合ガスをサンプリン
グすることができる。一つの技術では、ダクト２２を流
れる空気から直接酸素を測定するために、酸素センサを
ダクト中に置く。他の実施の形態では、ダクト２２を流
れるガスを一定割合でサンプリングするために、ピトー
管などの分配器（proportionalizer）システムが用いら
れる。この実施の形態では、ダクト２２から引き込まれ
た希釈混合ガスの部分中に酸素センサ３２が配置され
る。この実施の形態は、酸素センサの上の希釈混合ガス
の流れが減るので、その酸素センサの上の希釈混合ガス
による熱拡散の量が減り、それによって、酸素センサが
その設計温度で動作させ得るので好ましい。その他のサ
ンプリング技術も、当業者には自明である。
【００２６】図３および図４に、希釈混合ダクト２２の
詳細を示す。図３で、希釈混合ガスの流れの方向を矢印
で示す。ブロワ２４（図３および図５に示していない）
は、図３に示す希釈混合ダクト２２の左端に接続されて
いる。
【００２７】希釈ダクト２２は円筒形のハウジング５０
を有し、ハウジング５０は、アナライザ２８およびガス
サンプラー２６のサンプル管アセンブリー４８を取り付
けるためのオプション領域５２を有する。ハウジング５
０内には、渦支柱５４が、支柱保持具５６によって保持
されている。超音波発信器５８と超音波受信器６０が、
支柱５４の両側に位置するようにハウジング５０に取り
付けられている。後に詳述するように、渦支柱５４と、
超音波発信器５８と超音波受信器６０の組み合せによっ
て質量流量計３６が構成される。
【００２８】ガスダイバータ、すなわちピトー管６２
は、ハウジング５０を通る希釈混合ガスをサンプル抽出
する。サンプリングされたガスは、管６６によって酸素
測定チャンバ６４に搬送される。チャンバ６４内には酸
素センサ６８が配置されている。ピトー管６２と、酸素
測定チャンバ６４と、管６６と、酸素センサ６２とで、
アナライザ３２が構成される。
【００２９】希釈混合ダクト２２はさらに、温度センサ
７０と圧力センサ７２とを有する。これらはともに、ハ
ウジング５０内部の状態を検出するものである。可撓性
電子回路基板７４は、たとえばマイクロプロセッサー制
御回路を有し、超音波受信器６０からの入力を受けて全
体質量流量（mass flow volume）を計算する。プロセッ
サー回路基板７６は、好ましくはマイクロプロセッサー
制御回路を有し、ガスアナライザ２８の分析機能を実行
して出力３８を出す。
【００３０】図示した実施の形態では、質量流量計３６
は、アイオワ州シダーラピッズ市のＪ−ＴＥＣ社から市
販されているもので、本実施例での適用に合わせて改造
したものである。質量流量計３６は、超音波発信器５８
から発信された超音波信号を超音波受信器６０で受信す
ることによって動作する。信号は支柱５４の周りを通過
して、支柱５４を通過して流れる希釈混合ガスによって
生成される空気の乱れによって修正される。生成される
乱れの量は、希釈混合ガスの流量（flow rate）に比例
する。したがって、超音波受信器６０で受信された信号
を、当業者にとって自明の方法で処理することによっ
て、希釈混合ガス流量が算出できる。酸素センサ６８
は、好ましくは、フィリップス社から販売されているＧ
ＭＳ−１０型酸化ジルコニウムセンサである。酸素セン
サは、好ましくは、ガスモジュール、ハネウェル社(Gas
modul, a Honeywell Company)発行の「より良い燃焼制
御のためのダイナミックＺｒＯ2酸素センサ(Dynamic Zr
O2 oxygen sensors forimproved combustion contro
l)」と題する応用ガイドに開示された原則に従って操作
される。この文献の開示内容をここに援用する。
【００３１】他の車両排気質量排出アナライザおよび方
法１０’は、サンプリングシステム２６’を有し、これ
は、排気取り入れ口１８から非希釈排気ガスをサンプリ
ングして、ガス濃度アナライザ２８にサンプルを供給す
る（図５および図６）。アナライザ２８’はさらに、３
個の温度プローブ５２、５４、５６からのデータを受信
する。プローブ５４は大気温度を測定する。プローブ５
２は非希釈排気ガス温度を測定する。プローブ５６は、
希釈されたガスの流路中に置かれ、その温度を測定す
る。アナライザ２８’はさらに、質量流量計３６からの
入力３４を受信する。質量流量計３６は希釈混合ダクト
２２内に配置され、車両排気のインピーダンスを低く押
さえる構造となっていて、希釈混合ガスの流量を測定す
る。アナライザ２８’の出力３８はコンピュータ４０に
提供され、ここで、表示と、アナライザ２８’から出力
された質量排出量の測定値に基づく車両１２の種々の合
否判定が実行される。
【００３２】車両１２の排気中の各成分ガスすなわち、
炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素
（ＣＯ2）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の質量排出量を算出
するためには、各成分ガスの排出量と濃度を算出する必
要がある。各成分ガスの濃度は、アナライザ２８で直接
測定できる。排気ガス体積Ｖeは、質量流量計３６で測
定された希釈混合ガス体積Ｖdと希釈率（ｄ）との積と
して求められる。この情報を用いて、各成分ガスの質量
を、第１式によって算出することができる。 質量＝密度×体積×濃度＝ＰＶＣ （１）
【００３３】希釈混合ガスの質量は、排気ガスの各排気
成分またはそれらの組み合せについての成分の質量に等
しい。 Ｍd＝Ｍe＋Ｍa （２） ここに、Ｍd＝希釈混合ガスの質量、 Ｍe＝排気の質量、 Ｍa＝大気の質量である。
【００３４】すべてのガス成分の熱容量が等しいと仮定
すると、 Ｍe（Ｔe−Ｔd）＝Ｍa（Ｔd−Ｔa） （１０） ここに、Ｔeは希釈されていない排気の温度、Ｔdは希釈
混合ガスの温度、Ｔaは大気温度である。
【００３５】第２式と第３式とを組み合わせて、 Ｍe（Ｔe−Ｔd）＝（Ｔd−Ｔa）（Ｍd−Ｍe） （１１） すべてのガス成分の密度係数が等しいと仮定すると、上
式より、 Ｍe＝Ｍd（Ｔd−Ｔa）／（Ｔe−Ｔa） （１２）
【００３６】Ｔdの値は温度プローブ５６によって測定
され、Ｔaはプローブ５４によって測定され、Ｔeはプロ
ーブ５２によって測定される。このことから、車両の排
気の各成分ガスの質量排出量は、アナライザ２８’と、
温度プローブ５２、５４、５６と、質量流量計３４との
組み合せによって測定できることがわかる。以上述べた
実施の形態において、温度プローブは、たとえば、サー
ミスター、ＲＴＤまたは熱電対素子である。かかるセン
サは、多数のメーカーから一般に販売されている。
【００３７】質量流量計の構造は図６に示されている。
希釈ダクト２２は支柱保持具５６で支持された渦支柱５
４を有する。支柱５４をはさんで、超音波発信器５８と
超音波受信器６０が取り付けられている。後に詳述する
ように、渦支柱５４と超音波発信器５８と超音波受信器
６０とを組み合わせることによって、質量流量計が構成
されている。
【００３８】可撓性電子回路基板７４は、たとえばマイ
クロプロセッサー制御回路を有し、超音波受信器６０か
ら入力を受信して、全体の質量流量を算出する。プロセ
ッサー回路基板７６は、好ましくは、マイクロプロセッ
サー制御回路を有し、ガスアナライザ２８の分析機能を
実行して出力３８を出す。
【００３９】本発明の原理から逸脱せずに、ここに具体
的に開示した実施の形態を変更し修正することは可能で
ある。本発明は、均等論を含む特許法の解釈に従って、
特許請求の範囲の記載によってのみ限定されるべきもの
である。
【００４０】
【発明の効果】本発明は、比較的安価でかつ、頑丈であ
る。これは、車両の排気の各成分ガスの濃度の測定のた
めに、一つのガスサンプリングシステムしか必要としな
いということから達成される。酸素センサとして別のガ
スサンプリングシステムを要しない。かかる酸素センサ
は、安価でかつ厳しい環境下での動作に適したものが簡
単に入手できる。さらに、システムの較正は、大気を用
いて行なうことができる。これは、酸素が、大気の十分
に大きな成分要素になっていて、標準的な精度（たとえ
ば１％）の計測器でも許容できるレベルの精度以内での
測定値を提供できる程度に存在するからである。したが
って、消耗品である較正ガスを必要としない。本発明
が、車両の運転状態によらずに、車両の質量排気量デー
タをきわめて正確に供給することは重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両排気質量排出量の測定方法お
よび車両排気質量排出量アナライザの流れ図。
【図２】酸素と排気ガス成分との化学反応を補正する繰
り返しプロセスのフローチャート。
【図３】本発明での使用に適した希釈混合ガスダクトの
斜視図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線矢視図。
【図５】発明の他の実施の形態を表す、図１と同様の
図。
【図６】上記他の実施の形態を表す、図４と同様の図。
【符号の説明】
１２ 試験車両 １４ ダイナモメータ １６ サンプリングアッセンブリ １８ 排気取り入れ口 ２０ 大気取り入れ口 ２２、２２’ 希釈混合ガスダクト ２４ ブロワ ２８、２８’ アナライザ ３２ 酸素センサ ３６ 質量流量計 ４０ コンピュータ ５２、５４、５６ 温度プローブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギディアン イーデン アメリカ合衆国 48104 ミシガン州 ア ン アーバー ヒドン バレイ ドライブ 625 (72)発明者 ティモシィー エイ． ネビウス アメリカ合衆国 48176 ミシガン州 サ リン スプリング ブルウク コート 622 (72)発明者 ドナルド エム． ソエネン アメリカ合衆国 48176 ミシガン州 サ リン サウス ステイト ロード 6812 (72)発明者 カール ディー． エンスフィールド アメリカ合衆国 48130 ミシガン州 デ ックスター ウエスト ジョイ ロード 6771 (72)発明者 ハロルド エム． ライアン アメリカ合衆国 48169 ミシガン州 ピ ンクニー プレザント ビュウ 11729 (72)発明者 ロバート ケイ． ズマー アメリカ合衆国 48103 ミシガン州 ア ン アーバー デックスター アベニュ 3213 Ｆターム(参考） 2F035 HA04 HB02 2G059 AA01 BB01 CC04 CC05 CC07 DD04 DD12 EE01 HH01 MM01 2G087 AA15 BB28 CC19 CC27 EE23 FF03

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両排気を収集する排気取り入れ口と、 前記排気取り入れ口に接続されて、車両排気と希釈空気
    との希釈混合ガスを供給する希釈空気取り入れ口と、 前記排気取り入れ口からの希釈されていない排気ガスの
    各成分の濃度を測定する第１のアナライザと、 少なくとも一つの希釈混合ガス成分の濃度を測定する第
    ２のアナライザと、 前記希釈混合ガスの流量を測定する測定器と、 前記希釈されていない排気ガスの各成分の濃度と、少な
    くとも一つの希釈混合ガス成分の前記濃度の補正値と、
    前記希釈混合ガスの流量とから、前記排気ガスの各成分
    の質量を算出するプロセッサーと、 を有し、 前記補正値は前記排気ガス成分の化学反応について調整
    されていることを特徴とする車両排気質量排出量（vehi
    cle exhaust mass emission）アナライザ。
  2. 【請求項２】 請求項１の車両排気質量排出量アナライ
    ザにおいて、前記補正値は補正されていない値よりも大
    きいことを特徴とする車両排気質量排出量アナライザ。
  3. 【請求項３】 請求項１の車両排気質量排出量アナライ
    ザにおいて、前記第２のアナライザは酸素アナライザを
    含むことを特徴とする車両排気質量排出量アナライザ。
  4. 【請求項４】 請求項３の車両排気質量排出量アナライ
    ザにおいて、前記酸素アナライザは加熱酸化ジルコニウ
    ム媒体を有することを特徴とする車両排気質量排出量ア
    ナライザ。
  5. 【請求項５】 請求項４の車両排気質量排出量アナライ
    ザにおいて、前記化学反応は、少なくとも部分的に、前
    記酸素アナライザによる前記希釈混合ガスの加熱によっ
    て起きることを特徴とする車両排気質量排出量アナライ
    ザ。
  6. 【請求項６】 請求項１の車両排気質量排出量アナライ
    ザにおいて、前記希釈混合ガスの一部を取り出すための
    流れ分配器を有し、前記第２のガスアナライザは、前記
    取り出された希釈混合ガスの一部内の前記特定の一つの
    希釈ガス成分の濃度を測定するものであることを特徴と
    する排気質量排出量アナライザ。
  7. 【請求項７】 請求項６の車両排気質量排出量アナライ
    ザにおいて、前記第２のアナライザは、希釈混合ガス温
    度よりも高い温度に加熱される酸素アナライザを有する
    ことを特徴とする車両排気質量排出量アナライザ。
  8. 【請求項８】 請求項１の車両排気質量排出量アナライ
    ザにおいて、排気ガスと希釈空気との希釈混合ガスの流
    れを起こすためのブロワを有することを特徴とする車両
    排気質量排出量アナライザ。
  9. 【請求項９】 請求項１の車両排気質量排出量アナライ
    ザにおいて、前記プロセッサーは、希釈されていない排
    気ガスの各成分の濃度と、少なくとも一つの希釈混合ガ
    ス成分の濃度と、前記希釈混合ガスの流量とから、次の
    式を用いて前記排気ガスの各成分の質量を算出するもの
    であることを特徴とする車両排気質量排出量アナライ
    ザ。 Ｖe＝Ｖd（ＰdＣd−ＰaＣa）／（ＰeＣe−ＰaＣa） ただし、Ｖeは排気の体積、 Ｖdは希釈混合ガスの体積、 Ｐd，ＰaおよびＰeは、それぞれ、希釈混合ガス、大気
    および排気ガスの密度係数、 Ｃdは希釈混合ガス中の前記少なくとも一つの希釈混合
    ガス成分の濃度の測定値、 Ｃaは大気中の前記少なくとも一つの希釈混合ガス成分
    の濃度の測定値、 Ｃeは非希釈車両排気中の前記少なくとも一つの希釈混
    合ガス成分の濃度の測定値である。
  10. 【請求項１０】 車両排気を収集する排気取り入れ口
    と、 前記排気取り入れ口に接続されて、車両排気と希釈空気
    との希釈混合ガスを供給する希釈空気取り入れ口と、 前記排気取り入れ口からの希釈されていない排気ガスの
    各成分の濃度を測定する第１のアナライザと、 前記第１のアナライザで測定された前記排気ガスの特定
    の成分である少なくとも一つの希釈混合ガス成分の濃度
    を測定する第２のアナライザと、 前記希釈混合ガスの流量を測定する測定器と、 前記希釈されていない排気ガスの各成分の濃度と、少な
    くとも一つの希釈混合ガス成分の濃度と、前記希釈混合
    ガスの流量とから、前記排気ガスの各成分の質量を算出
    するプロセッサーと、 を有し、 前記プロセッサーは、前記排気ガスの各成分の化学反応
    を補正した排気ガス成分の質量を得るものであり、その
    補正された値は、少なくとも一つの非希釈排気ガス成分
    の関数であって、前記少なくとも一つの非希釈排気ガス
    成分の計算値よりも大きいことを特徴とする車両排気質
    量排出量アナライザ。
  11. 【請求項１１】 請求項１０の車両排気質量排出量アナ
    ライザにおいて、前記化学反応は、少なくとも部分的
    に、前記第２のアナライザによる前記希釈混合ガスの加
    熱によって起きることを特徴とする車両排気質量排出量
    アナライザ。
  12. 【請求項１２】 請求項１０の車両排気質量排出量アナ
    ライザにおいて、前記希釈混合ガスの一部を取り出すた
    めの流れ分配器を有し、前記第２のガスアナライザは、
    前記取り出された希釈混合ガスの一部内の前記少なくと
    も一つの希釈ガス成分の濃度を測定するものであること
    を特徴とす排気質量排出量アナライザ。
  13. 【請求項１３】 請求項１０の車両排気質量排出量アナ
    ライザにおいて、排気ガスと希釈空気との希釈混合ガス
    の流れを起こすためのブロワを有することを特徴とする
    車両排気質量排出量アナライザ。
  14. 【請求項１４】 請求項１０の車両排気質量排出量アナ
    ライザにおいて、前記プロセッサーは、希釈されていな
    い排気ガスの各成分の濃度と、少なくとも一つの希釈混
    合ガス成分の濃度と、前記希釈混合ガスの流量とから、
    次の式を用いて前記排気ガスの各成分の質量を算出する
    ものであることを特徴とする車両排気質量排出量アナラ
    イザ。 Ｖe＝Ｖd（ＰdＣd−ＰaＣa）／（ＰeＣe−ＰaＣa） ただし、Ｖeは排気の体積、 Ｖdは希釈混合ガスの体積、 Ｐd，ＰaおよびＰeは、それぞれ、希釈混合ガス、大気
    および排気ガスの密度係数、 Ｃdは希釈混合ガス中の少なくとも一つの希釈混合ガス
    成分の濃度の測定値、 Ｃaは大気中の前記少なくとも一つの希釈混合ガス成分
    の濃度の測定値、 Ｃeは非希釈車両排気中の前記少なくとも一つの希釈混
    合ガス成分の濃度の測定値である。
  15. 【請求項１５】 請求項１０の車両排気質量排出量アナ
    ライザにおいて、前記第２のアナライザは酸素アナライ
    ザであることを特徴とする車両排気質量排出量アナライ
    ザ。
  16. 【請求項１６】 車両の排気質量排出量を測定する方法
    において、 希釈されていない車両排気および車両排気と大気との希
    釈混合ガスをサンプリングするステップと、 前記車両排気の希釈されていない各ガス成分の濃度を測
    定するステップと、 少なくとも一つの希釈混合ガス成分の濃度を測定するス
    テップと、 前記希釈混合ガスの流量を測定するステップと、 前記希釈されていない排気ガスの各成分の濃度と、前記
    特定の成分の前記濃度と、前記希釈混合ガスの前記流量
    とから、前記排気ガスの各成分の質量排出量を算出する
    ステップであって、前記排気ガス成分の化学反応につい
    て補正した、排気ガスの質量の補正値を算出するステッ
    プを含む、ステップと、 を有し、 前記補正値は、少なくとも一つの希釈されていない排気
    ガス濃度の関数であって、前記少なくとも一つの希釈さ
    れていないガス成分についての算出値よりも大きいこ
    と、 を特徴とする方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１６の方法において、前記サン
    プリングするステップの前または後に、較正のために、
    大気のみをサンプリングするステップを有することを特
    徴とする方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１６の方法において、前記特定
    の排気ガス成分は酸素であることを特徴とする方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１８の方法において、前記質量
    排出量を算出するステップは、測定された酸素を、酸素
    と排気ガス成分との化学反応について補正するステップ
    を有することを特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１９の方法において、前記希釈
    混合ガス中の濃度を測定するステップは、加熱した酸化
    ジルコニウム媒体を使用することを特徴とする方法。
  21. 【請求項２１】 請求項１６の方法において、前記質量
    排出量を算出するステップは、前記特定のガス成分を、
    前記特定の成分と前記排気ガス成分との化学反応につい
    て補正するステップを含むことを特徴とする方法。
  22. 【請求項２２】 請求項１６の方法において、前記希釈
    されていない排気ガスの濃度と、前記特定のガス成分の
    濃度と、前記希釈混合ガスの流量とから前記排気ガスの
    各成分の質量を算出するステップは、次の式の計算を含
    むことを特徴とする方法。 Ｖe＝Ｖd（ＰdＣd−ＰaＣa）／（ＰeＣe−ＰaＣa） ただし、Ｖeは排気の体積、 Ｖdは希釈混合ガスの体積、 Ｐd，ＰaおよびＰeは、それぞれ、希釈混合ガス、大気
    および排気ガスの密度係数、 Ｃdは大気中および車両排気中に存在するガス成分の希
    釈混合ガス中の酸素濃度の測定値、 Ｃaは大気中および車両排気中に存在するガス成分の大
    気の濃度の測定値、 Ｃeは大気中および車両排気中に存在するガス成分の車
    両排気の濃度の測定値である。
  23. 【請求項２３】 車両排気を収集する排気取り入れ口
    と、 前記排気取り入れ口に接続されて、車両排気と希釈空気
    との希釈混合ガスを供給する希釈空気取り入れ口と、 前記排気取り入れ口からの希釈されていない排気ガスの
    各成分の濃度を測定する第１のアナライザと、 前記車両排気ガス、希釈空気、および車両排気と希釈空
    気との希釈混合ガスの温度を測定する第２のアナライザ
    と、 前記希釈混合ガスの流量を測定する測定器と、 前記希釈されていない排気ガスの各成分の濃度と前記温
    度とから前記排気ガスの各成分の質量を算出するプロセ
    ッサーと、 を有することを特徴とする車両排気質量排出量アナライ
    ザ。
  24. 【請求項２４】 請求項２３の車両排気質量排出量アナ
    ライザにおいて、前記第２のアナライザは温度プローブ
    を含むことを特徴とする車両排気質量排出量アナライ
    ザ。
  25. 【請求項２５】 請求項２４の車両排気質量排出量アナ
    ライザにおいて、前記温度プローブは、サーミスター
    と、ＲＴＤと、熱電対装置の中から選択されたものであ
    ることを特徴とする車両排気質量排出量アナライザ。
  26. 【請求項２６】 請求項２３の車両排気質量排出量アナ
    ライザにおいて、前記プロセッサーは、前記希釈混合ガ
    スと大気の温度の違いによって生じる前記希釈混合の熱
    損失を補正するものであることを特徴とする車両排気質
    量排出量アナライザ。
  27. 【請求項２７】 請求項２３の車両排気質量排出量アナ
    ライザにおいて、排気ガス希釈空気との希釈混合ガスの
    流れを起こすためのブロワを有することを特徴とする車
    両排気質量排出量アナライザ。
  28. 【請求項２８】 請求項２３の車両排気質量排出量アナ
    ライザにおいて、前記プロセッサーは、希釈されていな
    い排気ガスの各成分の濃度、前記温度、および前記希釈
    混合ガスの流量から、次の式を用いて前記排気ガスの各
    成分の質量を算出するものであることを特徴とする車両
    排気質量排出量アナライザ。 Ｍe＝Ｍd（Ｔd−Ｔa）／（Ｔe−Ｔa） ここに、Ｍeは排気の質量、 Ｍdは希釈混合ガスの質量、 Ｔdは希釈混合ガスの温度測定値、 Ｔaは大気温度測定値、 Ｔeは希釈されていない排気の温度測定値である。
  29. 【請求項２９】 車両排気を収集する排気取り入れ口
    と、 前記排気取り入れ口に接続されて、車両排気と希釈空気
    との希釈混合ガスを供給する希釈空気取り入れ口と、 前記排気取り入れ口からの希釈されていない排気ガスの
    各成分の濃度を測定する第１のアナライザと、 希釈混合ガスと排気ガスと希釈空気の温度を測定する第
    ２のアナライザと、前記希釈混合ガスの流量を測定する
    測定器と、 前記希釈されていない排気ガスの各成分の濃度、前記温
    度、および前記希釈混合ガス成分の流量から前記排気ガ
    スの各成分の質量を算出するプロセッサーと、 を有し、 前記プロセッサーは、大気温度での前記希釈混合ガスの
    熱損失を補正するものであることを特徴とする車両排気
    質量排出量アナライザ。
  30. 【請求項３０】 請求項２９の車両排気質量排出量アナ
    ライザにおいて、排気ガスと希釈空気との希釈混合ガス
    の流れを起こすためのブロワを有することを特徴とする
    車両排気質量排出量アナライザ。
  31. 【請求項３１】 請求項２９の車両排気質量排出量アナ
    ライザにおいて、前記プロセッサーは、希釈されていな
    い排気ガスの各成分の濃度と、少なくとも一つの希釈混
    合ガスの濃度と、前記希釈混合ガスの流量とから、次の
    式を用いて前記排気ガスの各成分の質量を算出するもの
    であることを特徴とする車両排気質量排出量アナライ
    ザ。 Ｍe＝Ｍd（Ｔd−Ｔa）／（Ｔe−Ｔa） ここに、Ｍeは排気の質量、 Ｍdは希釈混合ガスの質量、 Ｔdは希釈混合ガスの温度測定値、 Ｔaは大気温度測定値、 Ｔeは車両排気の温度測定値である。
  32. 【請求項３２】 車両の排気質量排出量を測定する方法
    において、 希釈されていない車両排気および車両排気と大気の希釈
    混合ガスをサンプリングするステップと、 前記車両排気の希釈されていない各ガス成分の濃度を測
    定するステップと、 希釈されていない排気ガスと希釈混合ガスと大気の温度
    を測定するステップと、 前記希釈混合ガスの流量を測定するステップと、 前記希釈されていない排気ガスの各成分の濃度と、前記
    温度、および前記希釈混合ガスの流量から前記排気ガス
    の各成分の質量排出量を算出するステップと、を有する
    ことを特徴とする方法。
  33. 【請求項３３】 請求項３２の方法において、前記算出
    するステップは、前記希釈混合ガスを、大気温度に対し
    て補正するステップを含むことを特徴とする方法。
  34. 【請求項３４】 請求項３２の方法において、前記希釈
    されていない排気ガスの濃度、前記温度、および前記希
    釈混合ガスの流量から前記排気ガスの各成分の質量を算
    出するステップは、次の式の計算を含むことを特徴とす
    る方法。 Ｍe＝Ｍd（Ｔd−Ｔa）／（Ｔe−Ｔa） ここに、Ｍeは排気の質量、 Ｍdは希釈混合ガスの質量、 Ｔdは希釈混合ガスの温度測定値、 Ｔaは大気温度測定値、 Ｔeは車両排気の温度測定値である。
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