JP5259950B2

JP5259950B2 - 排気ガス分析用の演算処理装置、及び、排気ガス分析方法

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Publication number: JP5259950B2
Application number: JP2006337627A
Authority: JP
Inventors: 正裕山蔭; 研二牟田; 忠裕松川; 伸也石井; 祥啓出口; 慎一郎浅海
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: JP2008151547A

Description

本発明は、エンジン排気ガスを分析する装置、及び、分析方法に関する。

従来、排気ガス中にレーザー光線を通して、その透過率から特定の成分の濃度と排気ガスの温度を求める装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１においては、自動車の内部にパソコン等の演算処理装置を搭載し、この演算処理装置によって、エンジンから排出されるハイドロカーボン量の算出等を行うこととする技術が開示されている。

ここで、特許文献１に開示されるようなエンジンの排気ガス分析のための演算処理装置に関しては、耐振動性を付加しつつ小型化するという要求があり、従来の消費電力が大きく、また、耐振動性のない演算処理装置は、今後の実用が困難となる。例えば、パソコンといった消費電力が大きい演算処理装置を車載することは、このような要求に応えられないものとなる。また、ＣＰＵは特に熱に弱く、負荷の高い高速処理が連続的に要求される試験環境での使用は負担が大きいものと考えられる。

そこで、耐振動性と低消費電力に優れた組み込み用途の演算器の利用が考えられる。
ここで、例えば、図１１（ａ）に示すごとく、実際の分析装置の運用では、まずガスの温度を計算し、このガスの温度を各ガスの濃度の演算に利用している。さらに求めた温度を、次回の計算に引き渡して、ガス濃度の演算に利用する温度の精度を上げるようにしている。

尚、この図１１（ａ）（ｂ）は、演算器において行われる各処理に利用される時間について示すものであり、初回の計測周期Ｍにおいて、まず、排気ガスの温度を計算し（期間Ｔ１）、その後、各ガス成分Ｇ２・Ｇ３・・・Ｇｎの濃度が、前記温度、圧力、各ガスのデータを利用して計算されるものとしている（期間Ｔ２）。

そして、この図１１（ａ）の場合のように、計算周期Ｃ＜計測周期Ｍの場合、即ち、一連の温度及び濃度を計算する周期が、計測を行う周期よりも短いときには、前回の計測周期において演算された温度を利用することができるため、特に問題となることはない。
しかし、図１１（ｂ）に示すごとく、計測周期Ｍ＜計算周期Ｃの場合、即ち、計測を行う周期が、一連の温度及び濃度を計算する周期よりも短い、といったように、計測の周期が短く、より高精度な分析が要求される場合では、演算器に高速の演算処理能力が要求されることになる。

ところが、組み込み用途の演算器は、一般的にその演算処理能力が低く、高速の演算処理には十分に対応できないことが考えられ、リアルタイム温度計算や濃度計算が不可能となり、また、将来にはより高速な演算処理が要求されることも充分に考えられる。
特開２００４−１１７２５９号公報

そこで、本発明は、複数の演算器を用いて並列動作させる構成とすることにより、排気ガスの分析における高速な演算処理に対応可能とするものであり、これを実現するための技術を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
各分析期間において順次排気ガスの温度計算、及び、濃度計算を行う複数の演算器と、
前記各演算器によって計算された排気ガスの温度データを順次記憶する温度メモリと、を有し、
前記各演算器は、前記温度メモリに記憶された排気ガスの最新の温度データを参照して、各分析期間における排気ガスの温度の算出を行う排気ガス分析用の演算処理装置であって、
前記各演算器における排気ガスの温度計算の工程は、
前記各演算器が前記温度メモリの温度データを参照しつつ概算温度を求める第一ステップと、
前記各演算器が前記概算温度に基づいて算出温度を求める第二ステップと、を有し、
前記温度メモリの温度データには予め設定された温度および圧力毎に定義される波長スペクトルについての理論スペクトル群が含まれ、
前記第一ステップにおいて、前記各演算器は、前記理論スペクトル群のうち温度が前回算出された各分析期間における排気ガスの算出温度に基づいて設定される第一温度範囲に含まれるとともに圧力が排気ガスの実測圧力との圧力誤差を最小とする代表圧力である理論スペクトルの一部と、排気ガスの波長スペクトルについての実測スペクトルと、のマッチングを行うことにより概算温度を求め、
前記第二ステップにおいて、前記各演算器は、前記理論スペクトル群のうち温度が前記概算温度を基準とし前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲に含まれるとともに圧力が排気ガスの実測圧力との圧力誤差を最小とする代表圧力である理論スペクトルの全部と、排気ガスの前記実測スペクトルと、のマッチングを行うことにより算出温度を求めるものである。

請求項２においては、
前記理論スペクトルは、水の理論スペクトルであり、
前記排気ガスの実測スペクトルは、前記排気ガス中の水の実測スペクトルである。

請求項３においては、
前記第二ステップにおいて、前記各演算器は、排気ガスの実測圧力と前記代表圧力との圧力誤差に基づいて温度ずれ量を決定し、前記温度ずれ量を前記算出温度に加算することにより算出温度を補正するものである。

請求項４においては、
前記第一ステップに要する温度概算時間および前記第二ステップに要する温度算出時間の合計時間が、或る演算器における計算開始から次の演算器における計算開始までの時間である計測周期よりも短い場合では、
或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その前の分析期間における前記算出温度とするものである。

請求項５においては、
前記第一ステップに要する温度概算時間が、或る演算器における計算開始から次の演算器における計算開始までの時間である計測周期よりも短く、かつ、前記計測周期が、前記温度概算時間および前記第二ステップに要する温度算出時間の合計時間よりも短い場合では、
或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その或る分析期間の前の分析期間における前記概算温度とするものである。

請求項６においては、
或る演算器における計算開始から次の演算器における計算開始までの時間である計測周期が、前記第一ステップに要する温度概算時間よりも短い場合では、
或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その或る分析期間の２つ以上前の分析期間における前記概算温度とするものである。

請求項７においては、
複数の演算器を並列させて、前記各演算器によって各分析期間において順次排気ガスの温度、及び、排気ガスの各成分の濃度を計算し、前記各演算器によって計算された排気ガスの温度データを順次温度メモリに記憶し、各演算器での排気ガスの温度の算出の際に前記温度メモリに記憶された最新の温度データを参照する排気ガス分析方法であって、
前記各演算器における排気ガスの温度計算の工程は、
前記各演算器が前記温度メモリの温度データを参照しつつ概算温度を求める第一ステップと、
前記各演算器が前記概算温度に基づいて算出温度を求める第二ステップと、を有し、
前記温度メモリの温度データには予め設定された温度および圧力毎に定義される波長スペクトルについての理論スペクトル群が含まれ、
前記第一ステップにおいて、前記各演算器は、前記理論スペクトル群のうち温度が前回算出された各分析期間における排気ガスの算出温度に基づいて設定される第一温度範囲に含まれるとともに圧力が排気ガスの実測圧力との圧力誤差を最小とする代表圧力である理論スペクトルの一部と、排気ガスの波長スペクトルについての実測スペクトルと、のマッチングを行うことにより概算温度を求め、
前記第二ステップにおいて、前記各演算器は、前記理論スペクトル群のうち温度が前記概算温度を基準とし前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲に含まれるとともに圧力が排気ガスの実測圧力との圧力誤差を最小とする代表圧力である理論スペクトルの全部と、排気ガスの前記実測スペクトルと、のマッチングを行うことにより算出温度を求めるものである。

請求項８においては、
前記理論スペクトルは、水の理論スペクトルであり、
前記排気ガスの実測スペクトルは、前記排気ガス中の水の実測スペクトルである。

請求項９においては、
前記第二ステップにおいて、前記各演算器は、排気ガスの実測圧力と前記代表圧力との圧力誤差に基づいて温度ずれ量を決定し、前記温度ずれ量を前記算出温度に加算することにより算出温度を補正するものである。

請求項１０においては、
前記第一ステップに要する温度概算時間および前記第二ステップに要する温度算出時間の合計時間が、或る演算器における計算開始から次の演算器における計算開始までの時間である計測周期よりも短い場合では、
或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その前の分析期間における前記算出温度とするものである。

請求項１１においては、
前記第一ステップに要する温度概算時間が、或る演算器における計算開始から次の演算器における計算開始までの時間である計測周期よりも短く、かつ、前記計測周期が、前記温度概算時間および前記第二ステップに要する温度算出時間の合計時間よりも短い場合では、
或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その或る分析期間の前の分析期間における前記概算温度とするものである。

請求項１２においては、
或る演算器における計算開始から次の演算器における計算開始までの時間である計測周期が、前記第一ステップに要する温度概算時間よりも短い場合では、
或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その或る分析期間の２つ以上前の分析期間における前記概算温度とするものである。

本発明によれば、複数の演算器を用いて並列動作させる構成とすることにより、排気ガスの分析における高速な演算処理に対応可能となる。

次に、発明の実施の形態を、図を用いて説明する。
図１に示すごとく、排気ガス分析用の演算処理装置１は、排気ガスの参照光Ｌ１を電気信号に変換する第一の光電変換器１１と、排気ガスの吸収光Ｌ２を電気信号に変換する第二の光電変換機１２を有している。
また、演算処理装置１は、前記第一・第二の光電変換器１１・１２の出力の差分が入力される差分回路１３を有している。
また、演算処理装置１は、前記差分回路１３の出力の一方を他方で除算した値が入力されるデータ分配器１５を有している。
また、演算処理装置１は、排気ガスの実測圧力Ｐを電気信号に変換する圧力センサ１６を有し、この圧力センサ１６の出力は、前記データ分配器１５に入力されることとしている。

また、演算処理装置１は、複数の演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・を有し、前記データ分配器１５から各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・に、各分析期間において、排気ガスの温度、各ガス成分の濃度計算に必要なデータが入力されることとしている。
そして、各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・においては、各分析期間において、排気ガスの温度、各ガス成分の濃度計算が順次行われる。

具体的には、例えば、図２に示すごとく三個の演算器２１Ａ・２１Ｂ・２１Ｃを備えることとする構成の場合では、分析期間Ｌ１→Ｌ２→Ｌ３の順に、それぞれ、演算器２１Ａ→２１Ｂ→２１Ｃにて排気ガスの温度計算、及び、各ガス成分の濃度計算が行われるものである。
各分析期間Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３では、まず、温度の概算が行われる（温度概算）。
そして、この概算した温度（概算温度）に基づいて、実際の温度により近い温度（算出温度）が算出される（温度算出）。

このように、本実施例では、排気ガスの温度計算は、概算温度を求める第一ステップと、算出温度を求める第二ステップとを有する、といったように、二つの段階で排気ガスの温度を求める構成としている。
また、このように二つの段階に分けて温度を計算するのは、詳しくは後述するが、複数演算器２１Ａ・２１Ｂ・２１Ｃを用いる本実施例の構成において、或る演算器における計算開始から、次の演算器における計算開始までの時間である計測周期が短く、概算温度が求まった時点で、この概算温度を次の温度計算にて利用可能にするためである。

そして、この温度概算、温度算出の具体例としては、次のようなものがある。
即ち、図３乃至図６に示すごとく、測定ガスの実測スペクトルと、温度ＴＡ〜ＴＢ、及び、圧力Ｐ１・Ｐ２・・・毎に定義される各理論スペクトルをマッチングし、マッチングにより選択された理論スペクトルにて定義される温度を、前記測定ガスの温度とする、排気ガスの温度分析方法であって、前記マッチングは、前記排気ガスの実測圧力Ｐとの圧力誤差Δｐが最少の代表圧力Ｐ２で定義され、かつ、前回の温度分析で求められる或る温度（Ｔｂ・Ｔｃ・Ｔｄ）を基準とする第一温度範囲（ＴＣ〜ＴＤ）内にて定義される一部の理論スペクトルと実測スペクトルのマッチングを行って概算温度Ｔα（図の例では第二の温度Ｔｂ）を求めることを少なくとも一回行うステップ（Ｓ１・Ｓ２）と、前記概算温度Ｔαを基準とし、前記排気ガスの実測圧力Ｐとの圧力誤差Δｐが最少の代表圧力Ｐ２で定義され、かつ、前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲（ＴＥ〜ＴＦ）内にて定義される全部の理論スペクトルと実測スペクトルのマッチングを行って算出温度Ｔβ（図の例では第三の温度Ｔｃ）を求めるステップ（Ｓ３・Ｓ４）と、を有することとする、排気ガスの温度分析方法によることとするものである。

この温度分析方法は、図８に示すごとく、排気ガス中において、吸収ピークが把握しやすいＨ₂Ｏ（水）の実測スペクトルＭを測定し、その実測スペクトルＭに最も近い理論スペクトルＲ１を決定する、即ち、マッチングをすることで、温度を求める方法である。この理論スペクトルＲ１は、温度によって一義的に決定されるように定義されたスペクトル形状であり、例えば、温度Ｔ１のときは理論スペクトルＲ１、温度Ｔ２のときは理論スペクトルＲ２、といったようなものである。

そして、前記理論スペクトルＲ１・Ｒ２・・・の中から前記実測スペクトルＭに最も近いもの、即ち、マッチング誤差Δｓ２・Δｓ３（図６）をマッチングする方法としては、例えば、吸収量を積分することで最も近いものを演算して決定したり、さらに、それにピーク波長の一致性を考慮する演算をして決定したりすることが知られている。

また、図４及び図７に示すごとく、前記マッチングにおいて参照される理論スペクトルの圧力と、測定ガスの実測圧力Ｐの間に圧力誤差Δｐがあるときに、前記算出温度Ｔβ、前記圧力誤差Δｐに関する離散化補正をし、補正後温度Ｔγ（第四の温度Ｔｄ）を求めるステップを実施することとし、この補正後温度Ｔγを算出温度Ｔβの代わりに用いることとすれば、次回の分析期間での温度計算における分析精度を高めることができることとなる。

尚、前記離散化補正は、例えば、図７に示すごとく、実測圧力Ｐと代表圧力Ｐ２との圧力誤差Δｐに基づいて温度ずれ量α（Ｋ；ケルビン）を決定し、この温度ずれ量αを前記第三の温度Ｔｃに加算することにより行うものとする。この図７の例の場合では、実測圧力Ｐが、代表圧力Ｐ２よりも０．０３Ｍｐａだけ高かった場合であり、これに対応して温度ずれ量はαが採用されることとしている。

そして、図１に示すごとく、演算処理装置１は、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・から順次出力される温度情報を順次記憶・出力する温度メモリ１７を有しており、以上の例等によって段階的に求められる概算温度Ｔα、算出温度Ｔβ、又は、補正後温度Ｔｒが温度メモリ１７に記憶される。そして、次回の分析期間での温度計算にて概算温度Ｔαを求める際には、温度メモリ１７に記憶された温度（Ｔα・Ｔβ・Ｔｃ）が参照され、参照された温度（第一の温度Ｔａ）が、前記第一温度範囲（ＴＣ〜ＴＤ）を決定するための基準となる或る温度（Ｔｂ・Ｔｃ・Ｔｄ）として利用されるものである。

そして、以上のようにして求められる、排気ガスの温度と、排気ガスの圧力、さらに、前記データ分配器１５を参照して得られる各ガス成分Ｇ１・Ｇ２・・・のデータ（濃度計算に必要な各種データ）を元に、各ガス成分Ｇ１・Ｇ２・・・の濃度が算出されるようになっている。

また、図１に示すごとく、演算処理装置１は、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・から順次出力される排気ガスの温度、及び、各ガス成分の濃度の計算結果が入力され、その入力結果を集約して出力するためのデータ集約器１８を有している。

そして、以上のように、演算処理装置１は、各分析期間Ｌ１・Ｌ２・・・において順次排気ガスの温度計算、及び、濃度計算を行う複数の演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・と、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・によって計算された排気ガスの温度データを順次記憶する温度メモリ１７とを有し、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・は、図２、図９、及び図１０に示すごとく、前記温度メモリ１７に記憶された排気ガスの最新の温度データ（算出温度Ｔ１（図２）、又は、概算した概算温度Ｔａ１（図９）・Ｔｂ１（図１０））を参照して、排気ガスの温度の算出を行う構成とするものである。

また、図２、図９、及び図１０に示すごとく、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・においては、各分析期間Ｌ１・Ｌ２・・・において、それぞれ、温度、濃度の算出が行われるものであり、各分析期間Ｌ１・Ｌ２・・・において一連の全ての計算に必要とされる時間が計算周期Ｃとして設計される。

また、図２、図９、及び図１０に示すごとく、或る演算器２１Ａにおける計算が開始されてから、次の演算器２１Ｂにおける計算が開始されるまでの時間が計測周期Ｍとして設計される。

そして、前記計測周期Ｍについては、各ガス成分Ｇ１・Ｇ２・・・について要求されるデータ量に応じて設計されるものであり、例えば、図２及び図９に示すごとく、或る期間Ｂにおけるガス成分Ｇ１のデータの収集について、図２のような計測周期Ｍの設計によれば、ガス成分Ｇ１のデータを４回収集することができるが、図９のように計測周期Ｍを短く設計すると、同じ長さの期間Ｂにおいて、ガス成分Ｇ１のデータを６回収集することができることとなる。

以上のように、本実施例の排気ガス分析方法では、複数の演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・を並列させて、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・によって各分析期間Ｌ１・Ｌ２・・・において順次排気ガスの温度、及び、排気ガスの各成分の濃度を計算する排気ガス分析方法であって、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・によって計算された排気ガスの温度データを順次温度メモリ１７に記憶し、各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・での排気ガスの温度の計算の際に、前記温度メモリ１７に記憶された最新の温度データを参照することとするものである。

そして、以上に述べた装置構成・分析方法において、前記温度メモリ１７に記憶された温度の利用を考える場合では、各分析期間Ｌ１・Ｌ２・・・において温度概算に要する時間（温度概算時間Ｄ１）、温度算出に要する時間（温度算出時間Ｄ２）、さらに、前記計測周期Ｍの時間の関係において、設計を行う必要がある。
以下、場合を分けて説明する。

（１）温度概算時間Ｄ１＋温度算出時間Ｄ２＜計測周期Ｍ
図２では、温度概算時間Ｄ１と温度算出時間Ｄ２の合計時間が、計測周期Ｍよりも短く設計される場合における温度・濃度測定のタイムチャートを示している。

このように設計される場合では、例えば、分析期間Ｌ１において概算・算出され、温度メモリ１７に記憶された算出温度Ｔ１を、分析期間Ｌ２における温度概算において利用することにより、当該分析期間Ｌ２における温度概算の精度を向上させ、ひいては、温度算出の精度を向上させることとするものである。

そして、以上のように、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・における排気ガスの温度計算の工程は、概算温度を求める第一ステップと、前記概算温度に基づいて算出温度を求める第二ステップを有し、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・は、前記第一ステップにおいて前記温度メモリ１７の温度データを参照するものとし、前記第一ステップに要する温度概算時間Ｄ１と、前記第二ステップに要する温度算出時間Ｄ２の合計時間が、或る演算器における計算開始から、次の演算器における計算開始までの時間である計測周期Ｍよりも短い場合では、或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その前の分析期間における前記算出温度Ｔ１とするものである。

そして、このように、各分析期間Ｌ２・Ｌ３・・における温度概算においては、それよりも前の分析期間で算出され温度メモリ１７に記憶された温度データのうちの最新の算出温度Ｔ１・Ｔ２・・・を参照することで、高精度に温度を概算・算出することが可能になり、各ガス成分Ｇ１・Ｇ２・・・の濃度の算出においても、その算出精度を向上させることができ、精度の高い分析を実現することができる。

また、図２の設計では、三個の演算器２１Ａ・２１Ｂ・２１Ｃを用いて並列計算することとし、これにより、例えば、各分析期間Ｌ２・Ｌ３において、その前の分析期間Ｌ１・Ｌ２の計算が終了する前に計算を開始して、各演算器２１Ｂ・２１Ｃにおいて並列して温度計算、及び、濃度計算が実施されるため、排気ガスの分析における高速な演算処理に対応することが可能であり、計測中においてリアルタイムでの温度出力、濃度出力が可能となる。

尚、図示しない初回の分析期間では、温度メモリ１７に参照される温度のデータがないため、前述の実測スペクトルと理論スペクトルのマッチングにおいては、図５に示すごとく、全温度範囲ＴＡ〜ＴＢにて定義される理論スペクトルとのマッチングが行って温度を計算し、その計算結果を温度メモリ１７に記憶させることとし、その後の分析期間において、この温度メモリ１７に記憶された最新の温度が参照される。

また、時間的に余裕がある場合、即ち、計算周期Ｍの時間が、前記温度概算時間Ｄ１と温度算出時間Ｄ２の合計時間よりも十分に長い場合には、次回の分析期間の温度概算において、前述の離散化補正による補正後温度Ｔγを、前記算出温度Ｔβの代わりに参照することとしてもよい。

（２）温度概算時間Ｄ１＜計測周期Ｍ＜温度概算時間Ｄ１＋温度算出時間Ｄ２
図９では、計測周期Ｍが温度概算時間Ｄ１よりも長く、温度概算時間Ｄ１と温度算出時間Ｄ２の合計時間が、計測周期Ｍよりも長く設計される場合における温度・濃度測定のタイムチャートを示している。

このように設計される場合では、例えば、分析期間Ｌ１において概算され、温度メモリ１７に記憶された概算温度Ｔａ１を、分析期間Ｌ２における温度概算において利用することにより、当該分析期間Ｌ２における温度概算の精度を向上させ、ひいては、温度算出の精度を向上させることとするものである。

そして、以上のように、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・における排気ガスの温度計算の工程は、概算温度を求める第一ステップと、前記概算温度に基づいて算出温度を求める第二ステップを有し、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・は、前記第一ステップにおいて前記温度メモリ１７の温度データを参照するものとし、前記第一ステップに要する温度概算時間Ｄ１が、或る演算器における計算開始から、次の演算器における計算開始までの時間である計測周期Ｍよりも短く、かつ、前記計測周期Ｍが、前記温度概算時間Ｄ１と、前記第二ステップに要する温度算出時間Ｄ２の合計時間よりも短い場合では、或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その或る分析期間の前の分析期間における前記概算温度Ｔａ１とするものである。

そして、このように、各分析期間Ｌ２・Ｌ３・・における温度概算においては、それよりも前の分析期間で算出され温度メモリ１７に記憶された温度データのうちの最新の概算温度Ｔａ１・Ｔａ２・・・を参照することで、高精度に温度を概算・算出することが可能になり、各ガス成分Ｇ１・Ｇ２・・・の濃度の算出においても、その算出精度を向上させることができ、精度の高い分析を実現することができる。

ここで、図９の設計では、次回の分析期間では、その前の分析期間で概算された概算温度Ｔａ１に基づいて温度概算を行うため、図２の設計における算出温度Ｔ１に基づいて温度概算を行う場合と比較すると、温度の算出精度が劣ることとなるが、或る程度正確であると考えられる概算温度Ｔａ１を用いることとなるため、全くデータを用いない場合と比較すると、高精度に温度を概算・算出することが可能になる。また、各ガス成分Ｇ１・Ｇ２・・・の濃度の算出においても、その算出精度を向上させることができ、精度の高い分析を実現することができる。

また、図９の実施例では、四個の演算器２１Ａ〜２１Ｄを用いて並列計算することとし、これにより、例えば、各分析期間Ｌ２・Ｌ３・Ｌ４において、その前の分析期間Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３の計算が終了する前に計算を開始して、各演算器２１Ｂ・２１Ｃ・２１Ｄにおいて並列して温度計算、及び、濃度計算が実施されるため、排気ガスの分析における高速な演算処理に対応することが可能であり、計測中においてリアルタイムでの温度出力、濃度出力が可能となる。

（３）計測周期Ｍ＜温度概算時間Ｄ１
図１０では、計測周期Ｍが温度概算時間Ｄ１よりも短く設計される場合における温度・濃度測定のタイムチャートを示している。

このように設計される場合では、例えば、分析期間Ｌ１において概算され、温度メモリ１７に記憶された概算温度Ｔｂ１を、次々回の分析期間Ｌ３における温度概算において利用することにより、当該次々回の分析期間Ｌ３における温度概算の精度を向上させ、ひいては、温度算出の精度を向上させることとするものである。

そして、以上のように、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・における排気ガスの温度計算の工程は、概算温度を求める第一ステップと、前記概算温度に基づいて算出温度を求める第二ステップを有し、前記各演算器２１Ａ・２１Ｂ・・・は、前記第一ステップにおいて前記温度メモリ１７の温度データを参照するものとし、或る演算器における計算開始から、次の演算器における計算開始までの時間である計測周期Ｍが、前記第一ステップに要する温度概算時間Ｄ１よりも短い場合では、或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その或る分析期間の２つ前の分析期間における前記概算温度Ｔａ１とするものである。
尚、図１０に示される例では、２つ前の分析期間における概算温度を参照することとしているが、計算周期Ｍがより短くなる場合では、例えば、３つ、４つ以上前の分析期間における概算温度を参照する形態となる。

そして、このように、各分析期間Ｌ３・Ｌ４における温度概算においては、それよりも前の分析期間で算出され温度メモリ１７に記憶された温度データのうちの最新の概算温度Ｔｂ１・Ｔｂ２・・・を参照することで、高精度に温度を概算・算出することが可能になり、各ガス成分Ｇ１・Ｇ２・・・の濃度の算出においても、その算出精度を向上させることができ、精度の高い分析を実現することができる。

ここで、図１０の設計では、次々回の分析期間では、その前の前の分析期間で概算された概算温度Ｔａ１に基づいて温度概算を行うため、図２の設計における算出温度Ｔ１に基づいて温度概算を行う場合や、図９の設計における前の分析期間の概算温度Ｔａ１に基づいて温度概算を行う場合と比較すると、温度の算出精度が劣ることとなるが、或る程度正確であると考えられる概算温度Ｔｂ１を用いることとなるため、全くデータを用いない場合と比較すると、高精度に温度を概算・算出することが可能になる。また、各ガス成分Ｇ１・Ｇ２・・・の濃度の算出においても、その算出精度を向上させることができ、精度の高い分析を実現することができる。

また、図１０の実施例では、四個の演算器２１Ａ〜２１Ｄを用いて並列計算することとし、これにより、例えば、各分析期間Ｌ２・Ｌ３・Ｌ４において、その前の分析期間Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３の計算が終了する前に計算を開始して、各演算器２１Ｂ・２１Ｃ・２１Ｄにおいて並列して温度計算、及び、濃度計算が実施されるため、排気ガスの分析における高速な演算処理に対応することが可能であり、計測中においてリアルタイムでの温度出力、濃度出力が可能となる。

本発明の一実施例に係る演算処理装置の構成を示すブロック図。「温度概算時間Ｄ１＋温度算出時間Ｄ２＜計測周期Ｍ」と設計される場合の温度・濃度演算のタイムチャートを示す図。測定ガスの温度計算のフローについて示す図。理論スペクトルのデータベース構成について示す図。マッチング回数の低減の概念について示す図。第一温度範囲から第二温度範囲への移行の概念について示す図。離散化補正の例について示す図。実測スペクトルと理論スペクトルの関係について示す図。「温度概算時間Ｄ１＜計測周期Ｍ＜温度概算時間Ｄ１＋温度算出時間Ｄ２」と設計される場合の温度・濃度演算のタイムチャートを示す図。「計測周期Ｍ＜温度概算時間Ｄ１」と設計される場合の温度・濃度演算のタイムチャートを示す図。（ａ）は、「計算周期Ｃ＜計測周期Ｍ」と設計される場合の温度・濃度演算のタイムチャートを示す図。（ｂ）は、「計測周期Ｍ＜計算周期Ｃ」と設計される場合の温度・濃度演算のタイムチャートを示す図。

１演算処理装置
１１第一の光電変換器
１２第二の光電変換器
１３第一の積算器
１４第二の積算器
１５データ分配器
１６圧力センサ
１７温度メモリ
１８データ集約器
２１Ａ・２１Ｂ演算器

Claims

各分析期間において順次排気ガスの温度計算、及び、濃度計算を行う複数の演算器と、
前記各演算器によって計算された排気ガスの温度データを順次記憶する温度メモリと、を有し、
前記各演算器は、前記温度メモリに記憶された排気ガスの最新の温度データを参照して、各分析期間における排気ガスの温度の算出を行う排気ガス分析用の演算処理装置であって、
前記各演算器における排気ガスの温度計算の工程は、
前記各演算器が前記温度メモリの温度データを参照しつつ概算温度を求める第一ステップと、
前記各演算器が前記概算温度に基づいて算出温度を求める第二ステップと、を有し、
前記温度メモリの温度データには予め設定された温度および圧力毎に定義される波長スペクトルについての理論スペクトル群が含まれ、
前記第一ステップにおいて、前記各演算器は、前記理論スペクトル群のうち温度が前回算出された各分析期間における排気ガスの算出温度に基づいて設定される第一温度範囲に含まれるとともに圧力が排気ガスの実測圧力との圧力誤差を最小とする代表圧力である理論スペクトルの一部と、排気ガスの波長スペクトルについての実測スペクトルと、のマッチングを行うことにより概算温度を求め、
前記第二ステップにおいて、前記各演算器は、前記理論スペクトル群のうち温度が前記概算温度を基準とし前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲に含まれるとともに圧力が排気ガスの実測圧力との圧力誤差を最小とする代表圧力である理論スペクトルの全部と、排気ガスの前記実測スペクトルと、のマッチングを行うことにより算出温度を求める、
ことを特徴とする排気ガス分析用の演算処理装置。
前記理論スペクトルは、水の理論スペクトルであり、
前記排気ガスの実測スペクトルは、前記排気ガス中の水の実測スペクトルである、
ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス分析用の演算処理装置。
前記第二ステップにおいて、前記各演算器は、排気ガスの実測圧力と前記代表圧力との圧力誤差に基づいて温度ずれ量を決定し、前記温度ずれ量を前記算出温度に加算することにより算出温度を補正する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気ガス分析用の演算処理装置。
前記第一ステップに要する温度概算時間および前記第二ステップに要する温度算出時間の合計時間が、或る演算器における計算開始から次の演算器における計算開始までの時間である計測周期よりも短い場合では、
或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その前の分析期間における前記算出温度とする、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の排気ガス分析用の演算処理装置。
前記第一ステップに要する温度概算時間が、或る演算器における計算開始から次の演算器における計算開始までの時間である計測周期よりも短く、かつ、前記計測周期が、前記温度概算時間および前記第二ステップに要する温度算出時間の合計時間よりも短い場合では、
或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その或る分析期間の前の分析期間における前記概算温度とする、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の排気ガス分析用の演算処理装置。
或る演算器における計算開始から次の演算器における計算開始までの時間である計測周期が、前記第一ステップに要する温度概算時間よりも短い場合では、
或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その或る分析期間の２つ以上前の分析期間における前記概算温度とする、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の排気ガス分析用の演算処理装置。
複数の演算器を並列させて、前記各演算器によって各分析期間において順次排気ガスの温度、及び、排気ガスの各成分の濃度を計算し、前記各演算器によって計算された排気ガスの温度データを順次温度メモリに記憶し、各演算器での排気ガスの温度の算出の際に前記温度メモリに記憶された最新の温度データを参照する排気ガス分析方法であって、
前記各演算器における排気ガスの温度計算の工程は、
前記各演算器が前記温度メモリの温度データを参照しつつ概算温度を求める第一ステップと、
前記各演算器が前記概算温度に基づいて算出温度を求める第二ステップと、を有し、
前記温度メモリの温度データには予め設定された温度および圧力毎に定義される波長スペクトルについての理論スペクトル群が含まれ、
前記第一ステップにおいて、前記各演算器は、前記理論スペクトル群のうち温度が前回算出された各分析期間における排気ガスの算出温度に基づいて設定される第一温度範囲に含まれるとともに圧力が排気ガスの実測圧力との圧力誤差を最小とする代表圧力である理論スペクトルの一部と、排気ガスの波長スペクトルについての実測スペクトルと、のマッチングを行うことにより概算温度を求め、
前記第二ステップにおいて、前記各演算器は、前記理論スペクトル群のうち温度が前記概算温度を基準とし前記第一温度範囲よりも狭い第二温度範囲に含まれるとともに圧力が排気ガスの実測圧力との圧力誤差を最小とする代表圧力である理論スペクトルの全部と、排気ガスの前記実測スペクトルと、のマッチングを行うことにより算出温度を求める、
ことを特徴とする排気ガス分析方法。
前記理論スペクトルは、水の理論スペクトルであり、
前記排気ガスの実測スペクトルは、前記排気ガス中の水の実測スペクトルである、
ことを特徴とする請求項７に記載の排気ガス分析方法。
前記第二ステップにおいて、前記各演算器は、排気ガスの実測圧力と前記代表圧力との圧力誤差に基づいて温度ずれ量を決定し、前記温度ずれ量を前記算出温度に加算することにより算出温度を補正する、
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の排気ガス分析方法。
前記第一ステップに要する温度概算時間および前記第二ステップに要する温度算出時間の合計時間が、或る演算器における計算開始から次の演算器における計算開始までの時間である計測周期よりも短い場合では、
或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その前の分析期間における前記算出温度とする、
ことを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか一項に記載の排気ガス分析方法。
前記第一ステップに要する温度概算時間が、或る演算器における計算開始から次の演算器における計算開始までの時間である計測周期よりも短く、かつ、前記計測周期が、前記温度概算時間および前記第二ステップに要する温度算出時間の合計時間よりも短い場合では、
或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その或る分析期間の前の分析期間における前記概算温度とする、
ことを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか一項に記載の排気ガス分析方法。
或る演算器における計算開始から次の演算器における計算開始までの時間である計測周期が、前記第一ステップに要する温度概算時間よりも短い場合では、
或る分析期間の前記第一ステップにおいて或る前記演算器に参照される前記温度データは、その或る分析期間の２つ以上前の分析期間における前記概算温度とする、
ことを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか一項に記載の排気ガス分析方法。