JP2004117261A

JP2004117261A - 車載型排ガス分析装置

Info

Publication number: JP2004117261A
Application number: JP2002283027A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakamura; 中村　博司
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】実際の道路を走行中の車両においてその排ガス中に含まれる特定の測定対象成分の重量を、簡便な構成でありながらも精度よく連続的に測定することのできる車載型排ガス分析装置を提供すること。
【解決手段】エンジン２に連なる排気管３内を流れる排ガスＧの流量を測定するピトー管式流量計１１と、前記排ガスＧ中の測定対象成分の濃度を測定する排ガス濃度測定装置６と、演算処理部２３とを車両１内に搭載するとともに、前記演算処理部２３において、前記ピトー管式流量計１１および排ガス濃度測定装置６のそれぞれの出力信号並びに排ガス温度信号および排ガス圧力信号を用いて、前記測定対象成分の排出重量を連続的に求めるようにした。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車などの車両のエンジンからの排ガス中に含まれる特定の測定対象成分の重量を連続的に測定するための車載型排ガス分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００１−１２４６７４号公報
近年、エンジン排ガス（以下、単に排ガスという）の環境負荷に対する関心が高まる中、その実態をより現実の環境に近い状態で把握しようとする動きが出てきており、路上走行中の車両から排出される窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）などの成分について測定する手法の模索が行われている。この場合、前記各成分の濃度のみならず、その排出重量をも測定することが要求されるようになってきている。
【０００３】上記要求を満たすものとして、前記特許文献１に記載される車載型エンジン排ガス分析装置がある。この特許文献１に記載された車載型エンジン排ガス分析装置においては、自動車内に排ガス中の成分濃度を分析する排ガス濃度分析装置を設けるとともに、この排ガス濃度分析装置による測定点の上流側から既知濃度のトレースガスを所定量注入し、排ガス中に注入されたトレースガスの注入濃度および注入流量から排ガスの流量を得るようにした排ガス流量測定装置を設け、前記排ガス濃度分析装置によって得られる成分濃度と前記排ガス流量測定装置によって得られる排ガス流量とに基づいて前記排ガス中に含まれる成分の排出重量を得るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記特許文献１に記載された車載型エンジン排ガス分析装置によれば、排ガス中に含まれる特定成分の濃度および重量を連続的に測定することができる。しかしながら、車載型エンジン排ガス分析計においては、排ガス流量測定装置によって排ガス流量を測定するのに、トレースガス源を車両内に搭載し、トレースガスを排気管内にその適宜位置から測定しながら注入する必要があり、それだけ、排ガス流量測定のための構成が複雑になるといった問題がある。また、上記排ガス流量測定装置においては、排ガス濃度分析装置と組み合わせた場合、前記両装置における時間軸のずれや応答差の問題があり、必ずしも正確な流量値が得られないことがあり、そのため、排ガス中に含まれる特定の測定対象成分の重量を精度よく求められないことがあった。
【０００５】この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、実際の道路を走行中の車両においてその排ガス中に含まれる特定の測定対象成分の重量を、簡便な構成でありながらも精度よく連続的に測定することのできる車載型排ガス分析装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、この発明の車載型排ガス分析装置は、エンジンに連なる排気管内を流れる排ガスの流量を測定するピトー管式流量計、前記排ガス中の測定対象成分の濃度を測定する排ガス濃度測定装置と演算処理部とを車両に搭載するとともに、前記演算処理部において、前記ピトー管式流量計および排ガス濃度測定装置のそれぞれの出力信号並びに排ガス温度信号および排ガス圧力信号を用いて、前記測定対象成分の排出重量を連続的に求めるようにしたことを特徴としている（請求項１）。
【０００７】上記車載型排ガス分析装置によれば、車内にトレースガス源や注入されるトレースガスの量を測定する装置などを設ける必要がなく、簡便な構成で排ガス中に含まれる特定の測定対象成分の重量を精度よく連続的に測定することができる。
【０００８】そして、上記請求項１に記載の車載型排ガス分析装置において、ピトー管式流量計の静圧検出用ピトー管および動圧検出用ピトー管と差圧計との間にバッファタンクを設けるようにしてもよい（請求項２）。この構成によれば、排気管内を流れる排ガスが脈動しても、これに起因して変動する圧力の変動分がバッファタンクによって除去されるので、前記脈動の影響を巧みに除去することができ、排ガスの流量を精度よく測定することができる。
【０００９】また、上記請求項１または２に記載の車載型排ガス分析装置において、排気管に対して接続・分離自在のアダプタ管に静圧検出用ピトー管および動圧検出用ピトー管を設けるようにしてもよい（請求項３）。この構成によれば、静圧検出用ピトー管および動圧検出用ピトー管の取り扱いがきわめて簡単になり、これら部材の排気管への装着・分離をきわめて容易に行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１〜図３は、この発明の車載型排ガス分析装置の一例を示すものである。まず、図１は、車載型排ガス分析装置を自動車に搭載した実施の形態を示し、この図において、１は測定に供される車両としての自動車である。２はこの自動車１のエンジン、３はエンジン２に連なり排ガスＧが流れる排気管、４は排気管３に設けられる触媒装置である。５は例えば路面である。
【００１１】そして、６は自動車１内に設けられる排ガス濃度測定装置としてのＮＤＩＲ型ガス分析装置で、ガス分析部６Ａと演算制御部６Ｂとからなる。より詳しくは、図２の示すように、前記排気管３の例えば触媒装置４より下流側に、ガス分岐部７およびガス合流部８が設けられ、これらのガス分岐部７とガス合流部８とを結ぶガス流路９にガス分析部６Ａが介装されている。前記ガス分岐部７は、排気管３を流れてくるエンジン２からの排ガスＧの一部をサンプルガスとして採取できるように構成されている。そして、前記ガス流路９のガス分岐部７とガス分析部６Ａとの間にはヒータ１０が巻設してあり、これを流れるサンプルガスが所定の温度に加熱保温されるようにしてある。そして、前記ガス分析部６Ａは、その詳細な構成の図示は省略するが、排ガスＧの一部がサンプルガスとして連続的に供給されるセルの一端に赤外光源を設け、他端に光チョッパを介して複数の測定対象成分、例えばＨＣ、ＣＯや干渉成分としてのＨ_２Ｏの濃度をそれぞれ検出するための検出部を備えてなるものである。また、演算制御部６Ｂは、自動車１内の演算処理装置（後述する）からの指令によりガス分析部６Ａの各部を制御したり、ガス分析部６Ａの検出部の出力信号に基づいて濃度演算を行うように構成されている。
【００１２】また、１１はエンジン２からの排ガスＧが流れる排気管３の最下流端に着脱自在に設けられ、前記排ガスＧの流量を測定するピトー管式流量計で、例えば図２および図３に示すように構成されている。すなわち、これらの図において、１２は排気管３の下流端部３ａに分離自在に接続されるアダプタ管で、排気管３と同等の内径を有し、その一端側には、固定ねじ１３を備え前記下流端部３ａに着脱自在に外嵌される接続部１４が形成され、他端側は開放されている。そして、このアダプタ管１２には、ピトー管式流量計１１がユニット構成された状態で設けられている。すなわち、アダプタ管１２の上流側位置の管壁１２ａに管内部を臨むように静圧検出用ピトー管１５が設けられ、この静圧検出用ピトー管１５のやや下流側に管内に挿入されるようにして動圧検出用ピトー管１６が設けられている。これらのピトー管１５，１６は、それぞれ、バッファタンク１７，１８を介して差圧計１９に接続されている。また、２０，２１は動圧検出用ピトー管１６の下流側のアダプタ管１２の管内に挿入されるようにして設けられる温度センサ、圧力センサで、それぞれ排ガスＧの温度および圧力を測定するもので、これらの出力信号はインタ−フェース２４（後述する）を介して演算処理装置２３（後述する）に入力される。さらに、２２は前記各部材１５〜２１を収納するケースで、アダプタ管１２に適宜の手段で着脱自在に取り付けられている。
【００１３】さらに、２３は自動車１の内部に搭載される演算処理装置（例えばパソコンなど）で、前記演算制御部６Ｂとの間で信号を授受してＮＤＩＲ型ガス分析装置６全体を制御したり、演算制御部６Ｂおよびピトー管式流量計１１からの信号に基づいて演算を行って、エンジン２から排出されるＨＣ、ＣＯ等の特定の測定対象成分の重量Ｍ_ｘ（ｔ）を算出したり、各種の測定結果などを表示したり、測定結果などをデータとして格納する。なお、２４はピトー管式流量計１１と演算処理装置１９との間に介装されるインタ−フェースで、アナログ信号をディジタル信号に変換する機能などを備えている。また、前記演算処理装置１９には、自動車１における車速やエンジン回転数などの車両データも送られるようにしてある。
【００１４】ここで、前記ピトー管式流量計１１による排ガス流量およびＮＤＩＲ型ガス分析装置６による特定の測定対象成分の濃度を用いて、特定の成分ｘの総排出重量を求めるための式は、下記の通りである。
まず、排ガス流量（標準状態換算）Ｑ_ｅｘｈ（ｔ）〔ｍ^３／ｍｉｎ〕は下記（１）式で表される。
Ｑ_ｅｘｈ（ｔ）＝Ｋ×｛Ｐ_ｅｘｈ（ｔ）／１０１．３｝×｛２９３．１５／Ｔ_ｅｘｈ（ｔ）｝×√｛Δｈ（ｔ）／γ_ｅｘｈ｝　　　　　　……（１）
ここで、　　　　　Ｋ：比例係数
Ｐ_ｅｘｈ（ｔ）：排ガス圧力〔κＰａ〕
Ｔ_ｅｘｈ（ｔ）：排ガス温度〔Ｋ〕
Δｈ（ｔ）：ピトー管の差圧
γ_ｅｘｈ：標準状態における排ガス密度〔ｇ／ｍ^３〕
すなわち、比例係数Ｋを予め求めておけば、排ガスＧの温度、圧力、ピトー管の差圧の測定値から、排ガス流量を得ることができる。
次に、測定対象成分の時系列排出重量は、排出濃度、および排ガス流量、各測定対象成分の密度から算出される。すなわち、成分ｘの排出重量（時系列）〔ｇ／ｓ〕および成分ｘの総排出重量Ｍｘ_{ｔｏｔａｌ}〔ｇ／ｋｍ〕は、それぞれ、下記（２），（３）で表される。
Ｍ_ｘ（ｔ）＝Ｃ_ｘ（ｔ）×１０^−６×｛Ｑ_ｅｘｈ（ｔ）／６０｝×γ_ｘ……（２）
Ｍ_{ｘ　ｔｏｔａｌ}＝Σ｛Ｍ_ｘ（ｔ）／Ｌ｝　　　　　　　　　　　　　　……（３）
ここで、　Ｃ_ｘ（ｔ）：成分ｘの排出濃度（時系列）〔ｐｐｍ／ｐｐｍＣ〕
Ｑ_ｅｘｈ（ｔ）：排ガス流量（標準状態換算）〔ｍ^３／ｍｉｎ〕
γ_ｘ：成分ｘの標準状態における密度〔ｇ／ｍ^３〕
Ｌ：車両走行距離〔ｋｍ〕
【００１５】上述のように構成された車載型エンジン排ガス分析装置においては、エンジン２からの排ガスＧの一部が排気管３のガス分岐部７においてサンプリングされてＮＤＩＲ型ガス分析装置６のガス分析部６Ａに連続的に供給されることにより、排ガスＧ中に含まれるＨＣ、ＣＯの濃度が測定される。前記ガス分析部６Ａに供給された排ガスＧの一部は、前記ガス分岐部７においてサンプリングされなかった大部分の排ガスＧと排気管３のガス合流部８において合流し、この合流後の排ガスＧは、排気管６の下流端に接続されたアダプタ管１２に設けられたピトー管式流量計１１に向かって流れる。
【００１６】前記ピトー管式流量計１１においては、静圧検出用ピトー管１５によって、排気管３を経てアダプタ管１２内を流れる排ガスＧの静圧が得られ、動圧検出用ピトー管１６によって、前記排ガスＧの動圧と静圧の和が得られる。そして、差圧計１９において、前記静圧検出用ピトー管１５による検出圧力と、動圧検出用ピトー管１６による検出圧力との差をとることにより、排ガスＧの動圧が得られ、これに基づいて演算を行うことにより排ガスＧの流量が得られる。そして、この場合、静圧検出用ピトー管１５および動圧検出用ピトー管１６による圧力を、それぞれ、バッファタンク１７，１８を介して差圧計１９に入力するようにしているので、前記排ガスＧが脈動を生じても、これに起因して変動する圧力の変動分がバッファタンク１７，１９によってそれぞれ除去されるので、排ガスＧの流量変化によって生ずる圧力差のみ取り出すことができ、エンジン２の出力の変動に起因して排ガスＧに脈動が生じていても、これの影響を巧みに除去することができ、排ガスＧの流量を精度よく測定することができる。
【００１７】上述のように、この実施の形態における車載型エンジン排ガス分析装置においては、ＮＤＩＲ型ガス分析装置６によって、エンジン２から排出される排ガスＧ中に含まれるＨＣ、ＣＯ等の濃度を連続測定することができるとともに、ピトー管式流量計１１によって、前記排ガスＧの流量を連続測定することができる。したがって、前記ＨＣ、ＣＯ濃度および排ガス流量からエンジン２から排出されるＨＣ、ＣＯの重量を連続的に演算により求めることができる。
【００１８】そして、上記ピトー管式流量計１１は、自動車１のエンジン２に連なる排気管３に対して接続・分離自在なアダプタ管１２に形成されるものであり、小型・コンパクトである。しかも、静圧検出用ピトー管１５および動圧検出用ピトー管１６と差圧計１９との間にバッファタンク１７，１８を設けたものであるから、排気管３を流れる排ガスＧに脈動を生じても、これの影響を大きく受けることなく排ガスＧの流量を高精度に連続測定することができる。
【００１９】図４および図５は、ピトー管式流量計１１において、バッファタンク１７，１８を設けていないときと設けたときにおける流量測定結果を示すものである。これらの図において、符号Ａで示すグラフは、ピトー管式流量計１１の測定結果であり、符号Ｂで示すグラフは、図比較例としてのＳＡＯ（Ｓｍｏｏｔｈ　Ａｐｐｒｏｃｈ　Ｏｒｉｆｉｃｅ）を用いた流量計の測定結果である。そして、使用した自動車１は、排気量２Ｌのガソリン車である。そして、図４、図５のいずれにおいても、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図である。
【００２０】図４は、バッファタンク１７，１８を設けていないときの流量変化を示すもので、図４（Ａ）に示すグラフａ，ｂでは、ほとんど両グラフａ，ｂに差がないように見えるが、同図（Ｂ）に示すように拡大してみると、両グラフａ，ｂにはかなりの差があることがわかる。
【００２１】図５は、バッファタンク１７，１８を設けたときの流量変化を示すもので、両グラフａ，ｂには全くといってよいほど差が見られない。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の車載型排ガス分析装置は、エンジンに連なる排気管内を流れる排ガスの流量を測定するピトー管式流量計と前記排ガス中の測定対象成分の濃度を測定する排ガス濃度測定装置と演算処理部とを車両に搭載するとともに、前記演算処理部において、前記ピトー管式流量計および排ガス濃度測定装置のそれぞれの出力信号並びに排ガス温度信号および排ガス圧力信号を用いて、前記測定対象成分の排出重量を連続的に求めるようにしているので、車内にトレースガス源や注入されるトレースガスの量を測定する装置などを設ける必要がなく、簡便な構成で排ガス中に含まれる特定の測定対象成分の重量を精度よく連続的に測定することができる。
【００２３】そして、前記ピトー管式流量計における静圧検出用ピトー管および動圧検出用ピトー管と差圧計との間にバッファタンクを設けた場合には、排気管内を流れる排ガスに脈動を生じても、これに起因して変動する圧力の変動分がバッファタンクによって除去されるので、前記脈動の影響を巧みに除去することができ、排ガスの流量を精度よく測定することができる。また、排気管に対して接続・分離自在のアダプタ管に静圧検出用ピトー管および動圧検出用ピトー管を設けるようにした場合には、これらの部材の取り扱いがきわめて簡単になり、排気管への装着・分離をきわめて容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の車載型排ガス分析装置を自動車に搭載した状態を概略的に示す図である。
【図２】前記車載型排ガス分析装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図３】前記車載型排ガス分析装置で用いるピトー管式流量計の排気管への取り付け構造の一例を概略的に示す図である。
【図４】前記車載型排ガス分析装置において、バッファタンクを設けないときの流量測定結果を示す図である。
【図５】前記車載型排ガス分析装置において、バッファタンクを設けたときの流量測定結果を示す図である。
【符号の説明】１…車両、２…エンジン、３…排気管、６…排ガス濃度測定装置、１１…ピトー管式流量計、１２…アダプタ管、１５…静圧検出用ピトー管、１６…動圧検出用ピトー管、１７，１８…バッファタンク、１９…差圧計、２３…演算処理部、Ｇ…排ガス。

Claims

エンジンに連なる排気管内を流れる排ガスの流量を測定するピトー管式流量計と前記排ガス中の測定対象成分の濃度を測定する排ガス濃度測定装置と演算処理部とを車両に搭載するとともに、前記演算処理部において、前記ピトー管式流量計および排ガス濃度測定装置のそれぞれの出力信号並びに排ガス温度信号および排ガス圧力信号を用いて、前記測定対象成分の排出重量を連続的に求めるようにしたことを特徴とする車載型排ガス分析装置。
ピトー管式流量計の静圧検出用ピトー管および動圧検出用ピトー管と差圧計との間にバッファタンクを設けてなる請求項１に記載の車載型排ガス分析装置。
エンジンに連なる排気管に対して接続・分離自在のアダプタ管に静圧検出用ピトー管および動圧検出用ピトー管を設けてなる請求項１または２に記載の車載型排ガス分析装置。