JP2010164429A

JP2010164429A - 有害物質ガス量算出システム、有害物質ガス量算出装置、および有害物質ガス量算出方法

Info

Publication number: JP2010164429A
Application number: JP2009006951A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Kimura; 隆文木村
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】正確に排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出することができる有害物質ガス量算出システムを提供する。
【解決手段】有害物質ガス量算出システムとしてのＣＯ_２ガス量算出システム１１は、マフラー１２により排出される排気ガスの風力を検出する風力センサ１６と、排気ガスの温度を検出する温度センサ１７と、排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガスの濃度を検出するＣＯ_２ガス濃度センサ１８と、検出された排気ガスの風力、温度およびＣＯ_２ガスの濃度に基づいて、排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガスの量を算出する算出部１９とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、有害物質ガス量算出システム、有害物質ガス量算出装置、および有害物質ガス量算出方法に関するものであり、特に、エンジンにおいて発生する排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出する有害物質ガス量算出システム、有害物質ガス量算出装置、および有害物質ガス量算出方法に関するものである。

自動車や船舶に備えられるエンジンにおいて、燃料を燃焼させた際に発生する排気ガス中には、ＣＯ_２（二酸化炭素）等の温室効果ガスや、ＮＯｘ（窒素酸化物）といった有害物質ガスが含有される。従来、このような有害物質ガスの量を取得したい場合には、排気ガスの量を基に、燃料消費量や走行距離から換算することとしていた。以下、本願では、人体等に有害な成分であるＮＯｘ、ＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＳＯｘ（硫黄酸化物）等と、人体等には直接の害はないが地球温暖化等の原因とされるＣＯ_２等をあわせて、有害物質、あるいは有害物質ガスという。

ここで、排気ガス中の有害物質の削減を目的として、排気ガス中の有害物質の削減量の算定方法に関する技術が、例えば、特開２００３−３１６８８４号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、排気ガスの排出量を基に、有害物質の量を算出することとしている。

特開２００３−３１６８８４号公報

特許文献１によると、まず、排気ガスの排出量を、移動記録に基づいて算出し、合計することによって求める。そして、排気ガス中に含有される有害物質量の割合を掛けることによって、排気ガス中の有害物質の削減量を算定することとしている。このような方法では、正確に排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出することはできない。

この発明の目的は、正確に排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出することができる有害物質ガス量算出システムを提供することである。

この発明の他の目的は、正確に排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出することができる有害物質ガス量検出装置を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、正確に排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出することができる有害物質ガス量検出方法を提供することである。

この発明に係る有害物質ガス量算出システムは、排気装置により排出される排気ガスの風力を検出する風力センサと、排気装置により排出される排気ガスの温度を検出する温度センサと、排気装置により排出される排気ガス中に含有される有害物質ガスの濃度を検出する有害物質ガス濃度センサと、検出された排気ガスの風力、温度および有害物質ガスの濃度に基づいて、排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出する有害物質ガス量算出手段とを備える。

このような構成の有害物質ガス量算出システムによると、風力センサ、温度センサ、および有害物質ガス濃度センサにより、排気装置から排出される排気ガスの風力、温度、および有害物質ガスの濃度を検出し、検出した排気ガスの風力、温度、および有害物質ガスの濃度に基づいて、排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出することができる。したがって、正確に、排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出することができる。

好ましくは、有害物質ガス量算出手段は、風力センサ、温度センサ、および有害物質ガス濃度センサからのデータの入力を受付けるセンサデータインターフェース部と、センサデータインターフェース部において受付けたデータのデジタル変換を行うデジタル変換部と、デジタル変換部によりデジタル変換されたデータを基に計算処理を行う計算処理部とを含む。

さらに好ましくは、エンジンの排気量データ、エンジンの方式データ、エンジンを搭載した車両の重量データ、およびエンジンの経年データのうちの少なくともいずれか一つのパラメータを計算処理部に入力する入力手段を備え、有害物質ガス量算出手段は、入力手段により入力された少なくとも一つのパラメータに基づいて、有害物質ガスの量を算出する。

また、デジタル変換部によりデジタル変換されたデータおよび有害物質ガス量算出手段により算出された有害物質ガスの量のうち、少なくともいずれか一方を記録する記録手段を備えるようにしてもよい。

さらに好ましくは、有害物質ガス量算出手段は、エンジンに供給される燃料と空気の比率である空燃比に基づいて、有害物質ガスの量を算出する。

さらに好ましくは、有害物質ガス量算出手段により算出した有害物質ガスの量を表示する表示手段を含む。

さらに好ましい一実施形態として、有害物質ガス濃度センサは、排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガスの濃度を検出するＣＯ_２ガス濃度センサを含む。

この発明の他の局面において、有害物質ガス量算出装置は、排気ガス中の有害物質ガスの量を算出する有害物質ガス量算出装置であって、排気ガスを排出する排気装置に取り付けられ、排気ガスの風力を検出する風力センサ、排気装置に取り付けられ、排気ガスの温度を検出する温度センサ、および排気装置に取り付けられ、排気ガス中に含有される有害物質ガスの濃度を検出する有害物質ガス濃度センサからのデータの入力を受付けるセンサデータインターフェース部と、センサデータインターフェース部において受付けたデータのデジタル変換を行うデジタル変換部と、デジタル変換部によりデジタル変換されたデータを基に計算処理を行う計算処理部とを備える。

この発明のさらに他の局面において、有害物質ガス量算出方法は、排気ガスを排出する排気装置により排出される排気ガスの風力を検出する風力検出ステップと、排気装置により排出される排気ガスの温度を検出する温度検出ステップと、排気装置により排出される排気ガス中に含有される有害物質の濃度を検出する有害物質ガス濃度検出ステップと、検出された排気ガスの風力、温度および有害物質ガスの濃度に基づいて、排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出する有害物質ガス量算出ステップとを備える。

また、このような構成の有害物質ガス量算出装置および有害物質ガス量算出方法によると、正確に、排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出することができる。

この発明の一実施形態に係る有害物質ガス量算出システムの構成を示す図である。排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガスの量を算出する場合における処理の流れを示すフローチャートである。排気温度とＣＯ_２ガス濃度との関係を概略的に示すグラフである。風力とＣＯ_２ガス濃度との関係を概略的に示すグラフである。エンジンの方式の相違による排気量とパラメータ係数との関係を示すグラフである。エンジンの型式毎の車両重量と経年データに対応する係数の一例を示す図である。空燃比と排気ガス中のガス成分との関係を概略的に示すグラフである。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、この発明の一実施形態に係る有害物質ガス量算出システムの構成について説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る有害物質ガス量算出システムとしてのＣＯ_２ガス量算出システムの構成を示す図である。

図１を参照して、ＣＯ_２ガス量算出システム１１は、自動車や船舶に備えられるエンジンから排出される中に含有されるＣＯ_２ガスの排出量を取得する際に用いられる。排気ガス中には、温室効果ガスであるＣＯ_２ガスや、ＮＯｘガス等の有害物質ガスが含有される。ＣＯ_２ガス量算出システム１１の一部は、自動車のエンジン（図示せず）からの排気ガスを排出する排気装置としてのマフラー１２に取り付けられる。マフラー１２は、図１中の矢印Ｉの方向へ排気ガスを排出する。マフラー１２は、相対的に管径が細い管部１３と、管部１３に連結されており、管部１３よりも管径が太く、排気ガスを排出する際に消音を行なう消音部１４とを含む。管部１３の一方端部１５ａ側から送られた排気ガスは、管部１３および消音部１４を通り、消音部１４の他方端部１５ｂ側から排出される。

ここで、ＣＯ_２ガス量算出システム１１は、排気ガスの風力、すなわち、排気ガスの排出速度を検出する風力センサ１６と、排気ガスの温度を検出する温度センサ１７と、排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガスの濃度を検出する有害物質ガス濃度センサとしてのＣＯ_２ガス濃度センサ１８とを備える。この実施例については、風力センサ１６、温度センサ１７、およびＣＯ_２ガス濃度センサ１８はそれぞれ、マフラー１２の管部１３に取り付けられているが、風力センサ１６、温度センサ１７、およびＣＯ_２ガス濃度センサ１８の取り付け位置については、特に限定されない。

また、ＣＯ_２ガス量算出システム１１は、風力センサ１６により検出された排気ガスの風力、温度センサ１７により検出された排気ガスの温度、およびＣＯ_２ガス濃度センサ１８により検出されたＣＯ_２ガスの濃度に基づいて、排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガスの量を算出する算出部１９を備える。算出部１９は、風力センサ１６、温度センサ１７、およびＣＯ_２ガス濃度センサ１８とのインターフェースとなるセンサデータインターフェース部２０と、センサデータインターフェース部２０により入力されたデータのデジタル変換を行うデジタル変換部２１と、デジタル変換部２１により変換された風力データ等のデジタルデータを用いて計算を行なう計算処理部２２とを含む。なお、上記した風力センサ１６等のセンサ自体がデータをデジタル変換して出力することができる場合には、デジタル変換部２１を省略することができる。

また、算出部１９は、エンジンの排気量データやエンジンの方式データといったパラメータを計算処理部２２へ入力させる入力手段としてのパラメータ入力部２３を含む。具体的には、パラメータ入力部２３に送信されるエンジンの排気量データ、エンジンの方式データ、エンジンを搭載した車両の重量データ、エンジンの経年データ、およびエンジンに供給される燃料と空気の比率である空燃比のパラメータを計算処理部２２へ入力させる。空燃比は、マフラー１２のうち、管部１３に取り付けられた空燃比センサ２４により検出される。

算出部１９は、風力センサ１６により検出された排気ガスの風力、温度センサ１７により検出された排気ガスの温度、およびＣＯ_２ガス濃度センサ１８により検出された排気ガス中のＣＯ_２ガスの濃度、およびパラメータ入力部２３により入力された種々のパラメータを基に、所定の演算を用いて、排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガスの量を算出する。

また、ＣＯ_２ガス量算出システム１１は、算出部１９により算出されたＣＯ_２ガスの量を表示する表示部２５を備える。表示部２５は、エンジンを搭載した自動車の計器（図示せず）にＣＯ_２ガスの量を積算して表示するよう制御する車載計器制御部２６と、車載計器制御部２６による制御により積算したＣＯ_２ガスの量を表示する表示パネル２７とを含む。

なお、表示パネル２７は、自動車等の運転席の運転手から視認しやすい位置に設置するのが望ましい。また、専用の表示パネルを設けず、自動車等に予め備えられているディスプレイ等を用いて表示してもよいし、カーナビゲーションシステム等のディスプレイに表示してもよい。さらに、表示するのみならず、音声等により運転手に報知するようにしてもよい。

また、ＣＯ_２ガス量算出システム１１は、デジタル変換部２１によりデジタル変換されたデータおよび算出部１９により算出された有害物質ガスの量のうち、少なくともいずれか一方を記録する記録手段としての記録部（図示せず）を備えていてもよい。記録部は、ハードディスク、ＣＤ、ＤＶＤ等、どのような記録装置から構成されていても構わない。記録部を備えることにより、自動車による移動の終了後のＣＯ_２ガスの量の解析やＣＯ_２ガスの排出量の証明等を容易に行うことができる。なお、この場合、デジタル変換部２１によりデジタル変換されたデータおよび算出部１９により算出された有害物質ガスの量の双方を記録するよう構成してもよい。

次に、この発明に係るＣＯ_２ガス量算出システム１１において、排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガスの量を算出する方法について説明する。図２は、この場合における処理の流れを示すフローチャートである。図１および図２を参照して、まず、各センサにより風力データ、温度データおよびＣＯ_２ガス濃度データを収集する（図２において、ステップＳ１１、以下、ステップを省略する）。その後、これらのデータを、デジタル変換部２１によりデジタル変換する（Ｓ１２）。次に、パラメータ入力部２３からパラメータを取込む（Ｓ１３）。その後、ＣＯ_２ガスの排出量を算出するための計算処理を行う（Ｓ１４）。

ここで、計算処理について説明する。ＣＯ_２ガス量は、以下の式を用いて演算することによって得られる。

排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガス量＝排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガス濃度×排気温度係数×排出速度係数×パラメータα
ここで、排気温度係数は、排気ガスの温度から求められる係数である。排出速度係数は、排気ガスの風力から求められる係数である。ＣＯ_２ガス濃度は、排気ガスの温度および風力によって変化するので、この係数を使用することでより精度よくＣＯ_２ガス濃度を補正することができる。なお、図３は、排気温度とＣＯ_２ガス濃度との関係を概略的に示すグラフである。図３においては、横軸に排気温度を示し、縦軸にＣＯ_２ガス濃度を示す。また、図４は、風力とＣＯ_２ガス濃度との関係を概略的に示すグラフである。図４においては、横軸に風力を示し、縦軸にＣＯ_２ガス濃度を示す。図３および図４において、それぞれ右側、および上側に向かって、その値が大きくなる。排気温度係数、および排出速度係数はいずれも、実測データにより係数を求めるのが望ましい。

パラメータαは、例えば、エンジン方式と排気量の関係から所定の係数を利用する。ここで、エンジンの方式データおよび排気量とパラメータ係数との関係について簡単に説明する。図５は、エンジンの方式の相違による排気量とパラメータ係数との関係を示すグラフである。図５において、横軸は、排気量を示し、縦軸は、パラメータ係数を示し、それぞれ右側、および上側に向かって、その値が大きくなる。図５中、実線でエンジンの方式がガソリンエンジンの場合を示し、点線でエンジンの方式がディーゼルエンジンの場合を示す。図５を参照して、ガソリンエンジンの場合は、ディーゼルエンジンの場合と比べて相対的に、パラメータ係数が小さく設定されている。また、排気量の増加に伴い、ガソリンエンジンの場合、パラメータ係数の上昇度合いは小さいが、ディーゼルエンジンの場合、パラメータ係数の上昇度合いが大きい。

このようにして、パラメータαを用いて、計算処理を行う。なお、経年データや車両の重量データについても、パラメータαに反映させるようにしてもよい。これは、同じエンジンでも車両重量や経年変化等によって排出される有害物質ガス量が変化することを補正するためであり、例えば、実測データによりエンジン型式毎にパラメータの値を表にしておくことが望ましい。この表の一例を、図６に示す。

ここでは、エンジンの排気量データ、エンジンの方式データ、エンジンを搭載した車両の重量データ、およびエンジンの経年データのうちの少なくともいずれか一つのパラメータに基づいて算出することにより、より精度よくＣＯ_２ガス量を算出することができる。

次に、空燃比について簡単に説明する。図７は、空燃比と排気ガス中のガス成分との関係を概略的に示すグラフである。図７において、横軸は、空燃比を示し、縦軸は、排気ガス中における相対的なガスの成分の濃度を示す。図７中では、ＣＯ_２ガス、ＨＣガス、ＣＯガス、ＮＯｘガス、およびＯ_２ガスを示している。図７を参照して、理論空燃比よりも燃料が薄い場合および濃い場合の双方において、ＣＯ_２ガスおよびＮＯｘガスの割合が増加している。このような空燃比データについても、パラメータαに反映させることにより、より精度よくＣＯ_２ガス量を算出することができる。

その後、表示パネル２７により計算処理したＣＯ_２ガス量を表示する（Ｓ１５）。この場合、積算されたＣＯ_２ガス量を表示する。

このように構成することにより、風力センサ、温度センサ、およびＣＯ_２ガス濃度センサにより、排気装置から排出される排気ガスの風力、温度、およびＣＯ_２ガスの濃度を検出し、検出した排気ガスの風力、温度、ＣＯ_２ガスの濃度に基づいて、排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガスの量を算出することができる。したがって、正確に、排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガスの量を算出することができる。

この場合、表示パネルにＣＯ_２ガスの量を積算した値を表示しているため、自動車の運転者等に、環境に優しい運転をするよう促進させることができる。

また、この発明に係る有害物質ガス量算出装置は、排気ガス中の有害物質ガスの量を算出する有害物質ガス量算出装置であって、排気ガスを排出する排気装置に取り付けられ、排気ガスの風力を検出する風力センサ、排気装置に取り付けられ、排気ガスの温度を検出する温度センサ、および排気装置に取り付けられ、排気ガス中に含有される有害物質ガスの濃度を検出する有害物質ガス濃度センサからのデータの入力を受付けるセンサデータインターフェース部と、センサデータインターフェース部において受付けたデータのデジタル変換を行うデジタル変換部と、デジタル変換部によりデジタル変換されたデータを基に計算処理を行う計算処理部とを備える。

また、この発明に係る有害物質ガス量算出方法は、排気ガスを排出する排気装置により排出される排気ガスの風力を検出する風力検出ステップと、排気装置により排出される排気ガスの温度を検出する温度検出ステップと、排気装置により排出される排気ガス中に含有される有害物質の濃度を検出する有害物質ガス濃度検出ステップと、検出された排気ガスの風力、温度および有害物質ガスの濃度に基づいて、排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出する有害物質ガス量算出ステップとを備える。

このような構成の有害物質ガス量算出装置および有害物質ガス量算出方法によると、正確に、排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出することができる。

なお、上記の実施の形態においては、エンジンの方式やエンジンの経年といったパラメータを用いて、所定の演算を行なって有害物質ガスの量を算出することとしたが、これに限らず、他のパラメータを用いて所定の演算を行なって有害物質ガスの量を算出することとしてもよい。

また、上記の実施の形態においては、有害物質ガスとして排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガスの量を算出することとしたが、これに限らず、有害物質ガスとして、他の有害物質ガス、例えば、排気ガス中に含有されるＮＯｘガスの量を算出することとしてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係る有害物質ガス量算出システム、有害物質ガス量検出装置、および有害物質ガス量検出方法は、自動車や船舶を運転する運転者に対し、環境に優しい運転をするよう促進したい場合に、有効に利用される。

１１ＣＯ_２ガス量算出システム、１２マフラー、１３管部、１４消音部、１５ａ，１５ｂ端部、１６風力センサ、１７温度センサ、１８ＣＯ_２ガス濃度センサ、１９算出部、２０センサデータインターフェース部、２１デジタル変換部、２２計算処理部、２３パラメータ入力部２４空燃比センサ、２５表示部、２６車載計器制御部、２７表示パネル。

Claims

排気装置により排出される排気ガスの風力を検出する風力センサと、
前記排気装置により排出される排気ガスの温度を検出する温度センサと、
前記排気装置により排出される排気ガス中に含有される有害物質ガスの濃度を検出する有害物質ガス濃度センサと、
検出された排気ガスの風力、温度および有害物質ガスの濃度に基づいて、排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出する有害物質ガス量算出手段とを備える、有害物質ガス量算出システム。
前記有害物質ガス量算出手段は、前記風力センサ、前記温度センサ、および前記有害物質ガス濃度センサからのデータの入力を受付けるセンサデータインターフェース部と、
前記センサデータインターフェース部において受付けたデータのデジタル変換を行うデジタル変換部と、
前記デジタル変換部によりデジタル変換されたデータを基に計算処理を行う計算処理部とを含む、請求項１に記載の有害物質ガス量算出システム。
前記エンジンの排気量データ、前記エンジンの方式データ、前記エンジンを搭載した車両の重量データ、および前記エンジンの経年データのうちの少なくともいずれか一つのパラメータを前記計算処理部に入力する入力手段を備え、
前記有害物質ガス量算出手段は、前記入力手段により入力された少なくとも一つのパラメータに基づいて、前記有害物質ガスの量を算出する、請求項２に記載の有害物質ガス量算出システム。
前記デジタル変換部によりデジタル変換されたデータおよび前記有害物質ガス量算出手段により算出された有害物質ガスの量のうち、少なくともいずれか一方を記録する記録手段を備える、請求項２または３に記載の有害物質ガス量算出システム。
前記有害物質ガス量算出手段は、前記エンジンに供給される燃料と空気の比率である空燃比に基づいて、前記有害物質ガスの量を算出する、請求項１〜４のいずれかに記載の有害物質ガス量算出システム。
前記有害物質ガス量算出手段により算出した有害物質ガスの量を表示する表示手段を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の有害物質ガス量算出システム。
前記有害物質ガス濃度センサは、排気ガス中に含有されるＣＯ_２ガスの濃度を検出するＣＯ_２ガス濃度センサを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の有害物質ガス量算出システム。
排気ガス中の有害物質ガスの量を算出する有害物質ガス量算出装置であって、
排気ガスを排出する排気装置に取り付けられ、排気ガスの風力を検出する風力センサ、前記排気装置に取り付けられ、排気ガスの温度を検出する温度センサ、および前記排気装置に取り付けられ、排気ガス中に含有される有害物質ガスの濃度を検出する有害物質ガス濃度センサからのデータの入力を受付けるセンサデータインターフェース部と、
前記センサデータインターフェース部において受付けたデータのデジタル変換を行うデジタル変換部と、
前記デジタル変換部によりデジタル変換されたデータを基に計算処理を行う計算処理部とを備える、有害物質ガス量算出装置。
排気ガスを排出する排気装置により排出される排気ガスの風力を検出する風力検出ステップと、
前記排気装置により排出される排気ガスの温度を検出する温度検出ステップと、
前記排気装置により排出される排気ガス中に含有される有害物質の濃度を検出する有害物質ガス濃度検出ステップと、
検出された排気ガスの風力、温度および有害物質ガスの濃度に基づいて、排気ガス中に含有される有害物質ガスの量を算出する有害物質ガス量算出ステップとを備える、有害物質ガス量算出方法。