KR20080013949A - 배기가스 분석장치 - Google Patents

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KR20080013949A KR20077027646A KR20077027646A KR20080013949A KR 20080013949 A KR20080013949 A KR 20080013949A KR 20077027646 A KR20077027646 A KR 20077027646A KR 20077027646 A KR20077027646 A KR 20077027646A KR 20080013949 A KR20080013949 A KR 20080013949A
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가츠토시 고토
마사히로 야마카게
요시히로 데구치
다케토시 야마우라
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 배기경로의 일단면에서의 배기가스 성분의 농도나 온도 등을 스폿적으로 측정하여 실시간으로 분석할 수 있고, 분석 비용을 저감할 수 있는 배기가스 분석장치를 제공하는 것이다.
배기가스 분석장치(10)는, 엔진(2)의 배기가스를 배출하는 익조스트 매니폴트(3), 배기관(4), 촉매장치(5), 제 2 촉매장치(6), 머플러(7), 배기파이프(8)로 구성되는 배기경로에, 배기가스에 레이저광을 조사하는 광파이버(25)와, 광파이버로부터 조사되어 배기가스 중을 투과한 레이저광을 수광하는 디텍터(26)를 구비하는 센서부(11 ~ 14)를 설치하고, 디텍터로 수광된 레이저광에 의거하여 배기가스 성분의 농도나 온도 등의 상태를 측정하여 배기가스를 분석하는 장치이고, 센서부는 배기경로의 단면형상에 맞춘 형상의 배기가스가 통과할 수 있는 관통구멍(21)을 가지고 있으며, 적외 레이저광(R)은 광파이버(25)로부터 관통구멍(21)에 조사되어 배기경로를 가로질러 디텍터(26)로 수광된다.

Description

배기가스 분석장치{EXHAUST GAS ANALYZER}
본 발명은 자동차 등의 내연기관으로부터 배출되는 배기가스에 함유되는 성분을 분석하는 배기가스 분석장치에 관한 것으로, 특히 배기가스가 통과하는 경로의 하나의 단면에서 배기가스 중에서의 다성분의 농도를 동시에 측정할 수 있는 배기가스 분석장치에 관한 것이다.
종래, 이와 같은 종류의 배기가스 분석장치로서, 특허문헌 1에 기재된 차량 탑재형 HC 측정장치가 있다. 이 차량 탑재형 HC 측정장치는, 엔진에 연속되어 있는 배기관을 흐르는 배기가스 중의 HC(탄화수소)농도를 연속적으로 측정하기 위한 NDIR (비분산형 적외분광법)형 가스분석계와, 배기관을 흐르는 배기가스의 유량을 연속적으로 측정하는 배기가스 유량계와, NDIR형 가스분석계 및 배기가스 유량계의 각각의 출력을 연산처리하여 배기가스 중의 THC(전 탄화수소)량을 연속적으로 산출하는 연산처리회로를 차량 내에 탑재 가능하게 하고 있다.
또한, NDIR(Non-Dispersive Infrared Analyzer) 비분산형 적외분광법, FID( Flame Ionization Detector)법이나, CLD(Chemical Luminescence Detector)법 등을 이용한 각종 배기가스의 계측장치나 분석장치가 있다. 이들 측정법은, 모든 측정원리에 있어서 기준가스가 필요하다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2004-117259호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 배기가스 분석장치는, 실제의 도로를 주행하는 차량의 내연기관으로부터 배출되는 배기가스를, 배기경로 도중에서 인출하여 적외선 흡수 등의 분석방법을 이용하여 배기가스 중에 함유되는 THC 성분 등의 농도를 측정하는 것이다.
그러나, 이와 같은 배기가스 분석장치에서는 배기가스를 인출하는 동안에 배기경로를 흐르는 배기가스의 흐름이 혼합되기 때문에, 배기경로 중을 흐르는 배기가스의 상태를 실시간으로 분석할 수 없다. 따라서, 내연기관으로부터 배출되는 배기가스의 배기경로 중에 흐르는 상태에서의 배기가스 중에 함유되는 각 성분의 농도를 측정할 수 없다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은, 자동차 등의 내연기관으로부터 배출되는 배기가스의 성분농도를 그 배기경로 중을 흐르는 상태에서 정밀도 좋게 측정하는 것을 가능하게 하는 배기가스 분석장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하도록 본 발명에 관한 배기가스 분석장치는, 내연기관의 배기가스를 배출하는 배기경로에, 배기가스에 레이저광을 조사하는 조사부와, 그 조사부에서 조사되어 배기가스 중을 투과한 레이저광을 수광하는 수광부를 구비하는 센서부를 설치하고, 상기 수광부에서 수광된 레이저광에 의거하여 배기가스 성분의 농도나 온도를 측정하여 배기가스를 분석하는 장치에 있어서, 상기 센서부는, 배기경로의 단면형상에 맞춘 형상으로 형성되어 배기가스가 통과할 수 있는 관통구멍을 가지고 있고, 상기 레이저광은, 조사부에서 관통구멍 내에 조사되고, 배기경로를 가로 질러 수광부에서 수광되는 것을 특징으로 한다. 배기경로란, 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 흐르는 경로의 것을 나타내고 있고, 실시하는 형태에 따라 엔진 본체의 배기구멍에서부터 말단의 머플러까지, 또는 이 머플러에서부터 돌출하는 배기 파이프까지를 포함하는 것이다. 본 발명의 배기가스 분석장치는, 상기 배기경로를 흐르는 배기가스나, 배기경로로부터 배출되는 배기가스의 성분농도나 온도를 측정하는 것이다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 배기가스 분석장치는, 배기가스 성분의 농도나 온도 등의 상태를 측정하는 레이저광은, 배기가스가 통과하는 관통구멍 내에 조사되고, 배기가스 중을 가로 질러 투과하여 수광부에서 수광되기 때문에, 배기경로를 가로지르는 방향의 일단면에서의 배기가스 성분의 농도나 온도 등의 측정이 가능하게 된다. 또 배기가스가 관통하는 관통구멍의 형상이 배기경로의 단면형상과 맞춰져 있기 때문에 배기가스 흐름에 흩어짐이 발생하지 않고 배기손실이 생기지 않기 때문에 정밀도 좋은 측정이 가능하게 된다. 배기경로를 가로지르는 방향은 직각방향이 바람직하나, 일정한 각도로 가로지르는 구성이어도 된다. 레이저광을 배기가스 중에 조사하여 배기가스 중을 투과할 때의 감쇠를 측정하여 특정파장에 관한 흡수를 검출함으로써 배기가스 성분의 농도를 산출한다.
또, 센서부를 자동차 등의 배기경로 중에 용이하게 설치할 수 있고, 관통구멍 내의 배기가스에 레이저광이 조사되고, 레이저광은 배기가스 중을 투과하여 감쇠한 상태로 수광되며, 수광된 레이저광에 의거하여 배기가스 성분의 농도나 온도를 측정하기 때문에 실시간 측정이 가능하고, 내연기관으로부터 배출된 직후의 고온의 배기가스의 측정이 가능하게 된다. 또한 측정에 있어서, 기준가스 등이 필요하지 않아 비용을 저감할 수 있음과 동시에, 측정을 용이하게 또한 순간에 행할 수 있다.
상기 센서부는, 판형상의 센서 본체가 배기경로를 구성하는 부재 사이에 끼워진 상태로 설치되고, 배기경로의 단면형상은 원형이며, 센서 본체에는 배기경로의 원형 단면과 같은 직경의 원형을 기본 형상으로 하는 관통구멍이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하면 단면형상이 원형의 배기경로 중에, 원형의 직경이 같은 원형을 기본 형상으로 하는 원통구멍을 가지는 센서부를 설치하기 때문에, 센서부를 설치함에 의한 배기가스 흐름의 흩어짐이 적고, 배기손실이 발생하지 않기 때문에, 내연기관의 성능에 영향을 미치는 것이 방지되어, 효율이 좋은 배기와, 정밀도가 좋은 측정이 가능하게 된다. 또 센서부의 배기경로에 대한 설치를 용이하게 행할 수 있다.
관통구멍은 그 안 둘레면에 반사부가 형성되어 있고, 상기 조사부에서 조사된 레이저광은 반사부에서 반사된 후 수광부에서 수광되면 바람직하다. 이와 같이 구성된 배기가스 분석장치에서는 관통구멍 내에 조사된 레이저광은, 관통구멍의 안 둘레면에 형성된 반사부에서 반사되고, 배기가스 중을 긴 거리로 투과할 수 있기 때문에 배기가스 중을 투과한 레이저광의 감쇠가 커져 배기가스 성분의 농도나 온도를 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
반사부는, 관통구멍 내를 향하도록 대향하여 평행하게 배치된 2매의 반사판으로 구성되고, 레이저광은 배기경로에 대하여 직교하여 가로지르도록 반사되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성된 배기가스 분석장치에서는 평행한 2매의 반사판 사이를 레이저광이 관통구멍 내를 가로 질러 반사되어, 배기가스 중의 투과거리를 늘릴 수 있다. 이 결과, 레이저광의 광로길이를 길게 하여 이용효율을 향상시킬 수 있고, 조사된 레이저광의 광강도와, 투과 레이저광의 광강도의 비를 작게 할 수 있기 때문에 배기경로의 일단면에서의 정밀도가 좋은 배기가스 성분의 농도 측정 및 온도 측정이 가능하게 된다.
상기 조사부에서 조사되는 레이저광은, 배기가스의 복수의 성분에 맞춘 흡수파장을 가지는 레이저광을 합파하여 구성되는 것이 바람직하다. 배기가스의 분석장치의 조사부에서 조사되는 레이저광이 복수의 파장을 합파하여 구성되면 레이저광의 파장에 맞춰 배기가스 중에 함유되는 복수 성분의 농도나, 배기가스 온도를 정밀도 좋게 동시에 측정하여 배기가스의 분석을 행할 수 있다.
또, 상기 센서부는 상기 배기경로의 도중의 복수 부분에 설치되는 것이 바람직하다. 센서부를 배기경로의 복수 부분에 설치하면 배기경로의 도중에서의 배기가스의 상태를 용이하게 확인할 수 있다. 본 발명의 배기가스 분석장치에서 사용하는 센서부는, 레이저광을 조사하여 배기가스 성분의 농도를 측정하기 때문에, 고온에서의 측정이 가능하게 되고, 배기밸브로부터 배출된 직후의 배기경로에 설치할 수 있어, 고온에서의 성분의 농도의 측정이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 관한 배기가스 분석장치를 차량에 탑재한 일 실시형태의 주요부 구성도,
도 2는 본 발명에 관한 배기가스 분석장치를 엔진벤치에 탑재한 다른 실시형태의 주요부 구성도,
도 3은 하나의 센서부의 주요부가 분해된 상태의 사시도를 포함하는 배기가스 분석장치의 주요부 구성도,
도 4는 레이저 발진·수광 컨트롤러의 주요부 구성 및 신호 해석장치를 포함하는 배기가스 분석장치의 전체 구성을 나타내는 블럭도,
도 5는 흡수 스펙트럼의 압력의 영향을 나타내고, 도 5a는 저온일 때의 시그널 강도의 설명도, 도 5b는 고온일 때의 시그널 강도의 설명도,
도 6a는 종래의 흡수 스펙트럼으로부터 가스 성분의 농도를 산출하는 설명도,
도 6b는 본 발명의 흡수 스펙트럼으로부터 가스농도를 산출하는 설명도,
도 7은 본 발명에 관한 배기가스 분석장치에 사용하는 센서부의 다른 실시형태의 주요부 정면도,
도 8은 본 발명에 관한 배기가스 분석장치에 사용하는 센서부의 또 다른 실시형태의 주요부 정면도이다.
이하, 본 발명에 관한 배기가스 분석장치의 일 실시형태를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 관한 배기가스 분석장치를 자동차에 탑재한 주요부 구성도, 도 2는 도 1의 배기가스 분석장치를 엔진벤치에 설치한 상태의 주요부 구성도, 도 3은 센서부의 주요부가 분해된 상태의 사시도를 포함하는 배기가스 분석장치의 주요부 구성도, 도 4는 레이저 발진·수광 컨트롤러의 주요부 구성 및 신호 해석장치를 포함하는 배기가스 분석장치의 전체구성을 나타내는 블럭도이다.
도 1 내지 도 4에서 본 실시형태의 배기가스 분석장치는, 자동차(1)에 설치된 엔진(2)으로부터 배출되는 배기가스를 분석하는 장치이다. 또 도 2에 나타내는 바와 같이 엔진벤치(1A)에 설치된 엔진(2)의 배기가스를 분석하는 장치이다. 엔진(2)의 각 기통으로부터 배출되는 배기가스는, 익조스트 매니폴드(3)에서 합류되고, 배기관(4)을 통하여 제 1 촉매장치(5)에 도입되며, 또한 제 2 촉매장치(6)에 도입되고, 그 후 머플러(7)를 통하여 배기 파이프(8)로부터 대기 중으로 방출된다. 배기경로는 익조스트 매니폴드(3), 배기관(4), 제 1 촉매장치(5), 제 2 촉매장치(6), 머플러(7), 배기 파이프(8)로 구성되고, 엔진(2)으로부터 배출된 배기가스를 2개의 촉매장치(5, 6)로 정화하고, 머플러(7)에 의하여 소음, 감압하여 대기 중으로 방출한다. 또한 머플러는 메인 머플러와 서브 머플러 2개를 가지는 것이어도 좋다.
배기경로를 구성하는 복수의 부재는, 플랜지부끼리를 대향 접촉시켜 볼트 등으로 접속되어 있다. 예를 들면 제 1, 제 2 촉매장치(5, 6)는 큰 지름의 본체부의 상류, 하류측에 배기 파이프부가 연결되고, 이들 배기 파이프부의 끝부에 플랜지부 (F, F)가 용접 등에 의하여 고착되어 있다. 또 머플러(7)는 큰 지름의 본체부의 상류, 하류측에 배기 파이프부가 연결되고, 이들 배기 파이프부의 끝부에 플랜지부(F, F)가 고착되어 있다. 또한 말단의 배기 파이프(8)는 머플러(7)에 직접 용접 등에 의하여 고착되어 있다. 이와 같이 배기경로를 구성하는 복수의 부재는 플랜지부에 의하여 접속되고, 배기가스가 통과하는 단면형상이 직경(d)의 원형으로 형성되어 있다.
본 실시형태의 배기가스 분석장치(10)는, 상기한 배기경로의 복수부분에 설치된 복수의 센서부(11∼14)를 구비하여 구성된다. 제 1 센서부(11)는 제 1 촉매장치(5)보다 상류측의 엔진측의 배기관(4)과의 사이에 설치되고, 제 2 센서부(12)는 제 1 촉매장치(5)의 하류측에 설치되며, 제 3 센서부(13)는 제 2 촉매장치(6)의 하류측에 설치되어 있다. 그리고 제 4 센서부(14)는 머플러(7) 하류의 배기 파이프(8)에 설치되어 있다. 센서부(14)는 배기 파이프의 도중에 설치되어도, 배기 파이프의 말단의 개구부에 삽입하여 설치하는 것이어도 된다.
배기관(4)이나 제 1 촉매장치(5), 제 2 촉매장치(6), 머플러(7)는 플랜지부 (F, F)를 볼트로 조임으로써 연결되어 있고, 배기경로를 구성하는 부재의 사이에 설치되는 센서부(11, 12, 13)는, 플랜지부(F, F)에서 끼워진 상태로 설치되어 있다. 플랜지부(F, F)는 배기경로를 구성하는 부재의 양쪽 끝부에 형성되고, 플랜지부끼리의 접합면은 배기경로의 중심선에 대하여 직각으로 교차하고 있다. 이 결과, 센서부(11∼13)는 플랜지부(F, F)에 끼워져 배기경로를 가로지르도록 설치된다. 제 4 센서부(14)는, 배기가스가 대기 중으로 방출되기 직전의 분석을 행하는 것으로, 머플러(7)로부터 돌출하는 배기 파이프(8)의 중간부에 플랜지부(F, F)에서 끼워 설치하여도 좋다. 또한 센서부의 설치수는 임의로 설정하면 된다.
각 센서부(11∼14)는 동일 구성이고, 하나의 센서부(11)에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 센서부(11)는 직사각 형상의 박판재로 형성된 센서 본체(20)를 가지고, 이 센서 본체는 중심부에 배기 파이프부의 원형 단면의 내경(d)과 동일한 직경(d)의 관통구멍(21)이 형성되어 있고, 관통구멍 내를 배기가스가 통과한다. 판 형상의 센서 본체(20)의 두께는 레이저광의 조사부와 수광부를 고정할 수 있는 범위에서 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 구체적으로는 센서 본체(20)의 두께는 예를 들면 5∼20 mm 정도가 적합하다. 20 mm를 넘으면 배기가스 흐름에 흩어짐이 생기기 쉽고, 5 mm보다 얇으면 조사부나 수광부의 설치 고정이 번잡해진다. 또 배기경로의 임의의 부분에 필요에 따라 용이하게 설치할 수 있다. 또한 센서 본체(20)의 두께는 임의로 설정할 수 있다.
이와 같이 관통구멍(21)의 형상은, 배기가스 흐름을 흩뜨리지 않도록 배기 파이프부의 내경과 동일한 직경의 원형으로 형성되어 있다. 이 때문에 배기경로 중에 센서부(11∼14)를 설치하여도 배기가스 흐름을 흩뜨리지 않고 압력손실이 적게 원활하게 배기시킬 수 있다. 센서 본체를 구성하는 판재로서는 금속판재나 세라믹제의 판재를 사용하고 있으나, 재질에 대해서는 특별히 묻지 않는다. 센서 본체(20)에는 판 두께의 중앙을 끝면에서 관통구멍을 향하여 관통하는 2개의 센서구멍(22, 23)이 형성되어 있다. 센서구멍(22, 23)은 관통구멍(21)의 중심을 지나는 직선상에서 대향하고 있고, 그 센서 구멍을 연결하는 직선과 배기경로의 중심선은 직교하고 있다.
센서부(11)는 레이저광을 조사하는 조사부로서 광파이버(25)(25A)가 센서구멍(22)에 고정되고, 광파이버(25)로부터 조사되어 관통구멍(21) 내에 존재하는 배기가스 중을 투과한 레이저광을 수광하는 수광부로서, 디텍터(26)가 센서구멍(23)에 고정되어 있다. 즉, 센서 본체(20)에는 조사측의 광파이버(25)와, 수광부로서 디텍터(26)가 대향하여 고정되고, 광파이버(25)로부터 배기경로를 가로지르도록 조사된 레이저광은, 배기가스 중을 투과하여 감쇠하고, 디텍터(26)로 수광되는 구성으로 되어 있다.
환언하면, 배기경로와 직교하는 일단면을 따라 레이저광이 조사되고, 배기경로를 가로 질러 수광되는 구성이기 때문에, 배기경로의 하나의 단면에서의 스폿적인 배기가스의 측정이 가능하게 되는 구성으로 되어 있다. 이 때문에 배기가스가 배기경로 중의 소정의 단면상에서 어떻게 변화하여 가는 지를 순간에 측정할 수 있어, 배기가스의 상태를 시시각각, 스폿적으로 파악할 수 있다. 예를 들면 엔진으로부터 배출된 직후의 배기가스 성분의 농도나 온도, 배기경로의 도중에 설치된 촉매장치의 전후에서의 배기가스 성분의 농도나 온도 등을 순간에 스폿적으로 측정할 수 있기 때문에 엔진의 개발이나 배기가스 정화장치의 개발 등에 아주 유효한 데이터를 취할 수 있다.
센서 본체(20)는 플랜지부(F, F)에 끼워진 상태로 고정되고, 플랜지부(F)와 센서 본체(20)의 사이에는 가스킷(27, 27)이 끼워진 상태에서 도시 생략한 볼트, 너트 등에 의하여 고정된다. 가스킷(27)은 석면 등으로 형성되고, 배기관의 내경 과 동일한 직경의 관통구멍을 뚫려 있다. 이 구성에 의하여 플랜지부(F, F) 사이에 센서 본체(20)를 끼워 배기경로를 접속하여도 배기가스가 도중에서 누출되지 않고, 배기경로의 길이의 증가도 적다. 도 3은 배기관(4)의 하류단에 용접된 플랜지부(F)와, 촉매장치(5)의 상류측의 배기 파이프부(5a)의 끝부에 용접된 플랜지부(F)와의 사이에, 가스킷(27, 27)을 사이에 두고 센서 본체(20)가 고정되는 구성을 나타내고 있다.
광파이버(25) 및 디텍터(26)는 레이저 발진·수광 컨트롤러(30)에 접속되고, 레이저 발진·수광 컨트롤러(30)로부터 출사되는 적외 레이저광이 광파이버(25)를 통하여 센서 본체(20)의 관통구멍(21) 내에 조사되고, 배기가스 중을 투과한 적외 레이저광이 수광측의 디텍터(26)로 수광되어 신호선(28)(28A)을 거쳐 레이저 발진·수광 컨트롤러(30)에 입력되는 구성으로 되어 있다. 광파이버(25)로부터 조사된 발광강도와, 배기가스를 투과하여 디텍터(26)로 수광된 수광강도 등이, 분석장치인 퍼스널 컴퓨터(45)에 공급된다. 이와 같이 배기가스 분석장치(10)는, 복수의 센서부(11∼14)와, 레이저 발진·수광 컨트롤러(30)와, 퍼스널 컴퓨터(45)를 구비하여 구성된다.
여기서 레이저 발진·수광 컨트롤러(30)에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다. 레이저 발진·수광 컨트롤러(30)는 복수의 파장의 적외 레이저광을 조사하는 조사장치로서, 복수의 레이저 다이오드(LD1∼LD5)에 도시 생략한 펑션제네레이터 등의 신호발생기로부터 복수의 주파수의 신호를 공급하고, 레이저 다이오드(LD1∼LD5)는 각 주파수에 대응하여 각각 복수의 파장의 적외 레이저광을 조사한다. 레 이저 발진·수광 컨트롤러(30)의 신호 발생기로부터 출력되는 복수의 주파수의 신호가 레이저 다이오드(LD1∼LD5)에 공급되어 발광하고, 예를 들면 LD1은 파장이 1300∼1330 nm 정도, LD2는 1330∼1360 nm이라는 바와 같이 검출하고자 하는 성분가스의 피크파장이 존재하는 파장대가 연속되는 파장대의 적외 레이저광을 발생시키도록 설정되어 있다.
배기가스 중을 투과시키는 적외 레이저광의 파장은, 검출하는 배기가스의 성분에 맞추어 설정되고, 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 암모니아(NH3), 메탄(CH4), 물(H2O)을 검출하는 경우는, 5개의 파장의 적외 레이저광을 사용한다. 예를 들면 암모니아를 검출하는 데 적합한 파장은 1530 nm이고, 일산화탄소를 검출하는 데 적합한 파장은 1560 nm이며, 이산화탄소를 검출하는 데 적합한 파장은 1570 nm이다. 또 메탄을 검출하는 데 적합한 파장은 1680 nm이고, 물을 검출하는 데 적합한 파장은 1350 nm이다. 또한 다른 배기가스 성분의 농도를 검출하는 경우는, 배기가스 성분의 수에 맞추어 다른 파장의 적외 레이저광을 사용한다.
각 레이저 다이오드(LD1∼LD5)로부터 조사된 적외 레이저광은 광파이버(32 …)에 의하여 분파기(33…)에 도광되고, 센서부의 수에 맞추어 분파기(33…)에 의하여 분파된다. 도 4에서는 3개의 센서부(11∼13)에 맞추어 각 레이저 다이오드(LD1∼LD5)로부터 조사된 레이저광은 3개로 분파된다. 그리고 분파기(33…)로 분파된 레이저광은, 분파기(34A…, 34B…, 34C…)에 의하여 신호광과 측정광으로 나뉘어진다. 분파기(34A…)는 센서부(11)용이고, 분파기(34B…)는 센서부(12)용, 분파기(34C…)는 센서부(13)용이다. 센서부(11)용 5개의 분파기(34A…)로 나뉘어진 신호광은 광파이버를 통하여 합파기(35A)로 합파되고, 합파된 복수의 파장대의 신호광은 광파이버(37A)를 통하여 뒤에서 설명하는 차분형 광검출기(40A)에 도광된다. 한편, 5개의 분파기(34A…)로 나뉘어진 측정광은 광파이버를 통하여 합파기(36A)로 합파되고, 광파이버(25A)를 통하여 센서부(11)의 조사부에 도광된다.
또, 분파기(33…)로 분파된 적외 레이저광은, 센서부(12)용의 5개의 분파기(34B…)에 의하여 신호광과 측정광으로 나뉘어지고, 신호광은 합파기(35B)에서 복수의 파장대를 합파한 신호광이 되어 광파이버(37B)를 통하여 차분형 광검출기(40B)에 도광된다. 5개의 분파기(34B…)에 의하여 나뉘어진 측정광은 합파기(36B)로 합파되고, 광파이버(25B)를 통하여 센서부(12)의 조사부에 도광된다. 또한 분파기(33…)로 분파된 적외 레이저광은, 센서부(13)용의 5개의 분파기(34C…)에 의하여 신호광과 측정광으로 나뉘어지고, 신호광은 합파기(35C)에서 복수의 파장대의 신호광이 되어, 광파이버(37C)를 통하여 차분형 광검출기(40C)에 도광된다. 5개의 분파기(34C…)에 의하여 나뉘어진 측정광은 합파기(36C)로 합파되고, 광파이버(25C)를 통하여 센서부(13)의 조사부에 도광된다.
도 4에서는 3개의 센서부(11∼13)를 나타내고 있으나, 더 많은 센서부(14…)를 설치하는 경우는, 분파기(33)로 더 많은 레이저광으로 분파하고, 분파한 레이저광을 더 많은 분파기(34…)로 측정광과 신호광으로 분파하고, 신호용 레이저광을 합파기(35…)로 합파하고 나서 차분형 광검출기에 도광함과 동시에, 측정용 레이저광을 더 많은 센서부(14…)에 도광한다.
센서부(11∼13)의 수광부에 접속된 수광측의 디텍터(26A, 26B, 26C)는 레이저 발진·수광 컨트롤러(30)의 차분형 광검출기(40A, 40B, 40C)에 신호선(28A, 28B, 28C)을 거쳐 접속된다. 또 신호광은 광파이버(37A, 37B, 37C)를 통하여 차분형 광검출기(40A, 40B, 40C)에 도광된다. 차분형 광검출기에서는 배기가스 중을 투과하여 감쇠한 투과 레이저광과, 배기가스 중을 투과하고 있지 않은 신호 레이저광과의 차를 취하는 구성으로 되어 있다. 신호 레이저광은 포토다이오드 등에 입력되고, 그 출력은 예를 들면 도시 생략한 프리앰플리파이어로 증폭되어, A/D 변환기를 거쳐 신호 해석장치인 퍼스널 컴퓨터(45)에 입력된다. 퍼스널 컴퓨터(45)에서는 입력된 신호로부터 배기가스 성분의 농도나, 배기가스의 온도를 산출하여 배기가스를 분석한다.
본 발명의 배기가스 분석장치(10)는, 예를 들면 적외 레이저광을 배기가스 중에 투과시켜 입사광의 강도와 배기가스 중을 투과한 후의 투과광의 강도에 의거하여 배기가스 성분의 농도를 산출하고, 배기가스를 분석하는 것이다. 즉, 배기가스 성분의 농도(C)는, 이하의 수학식 (1)에서 산출된다.
C = -1n(I/I0)/kL
이 수학식 (1)에서, I는 투과광 강도, I0은 입사광 강도, k는 흡수율, L은 투과거리이다. 따라서 신호광인 입사광 강도(I0)에 대한 투과광 강도(I)의 비, 시그널 강도(I/I0)에 따라 배기가스 성분의 농도(C)는 산출된다. 투과광 강도(I)는 디텍터(26A, 26B, 26C)를 통하여 출력되고, 입사광 강도(I0)는 광파이버(37A, 37B, 37C)를 통하여 차분형 광검출기(40) 내의 포토다이오드 등의 광전 변환기로부터 출력된다. 본 실시형태에서는 입사광 강도(I0)로서 배기가스 중을 투과하지 않은 신호광 강도를 사용하고 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 실시형태의 배기가스 분석장치(10)의 동작에 대하여 이하에 설명한다. 배기가스 성분의 농도를 측정할 때는, 레이저 발진·수광 컨트롤러(30)의 신호발생기를 작동시켜 각 레이저 다이오드(LD1∼LD5)에 신호를 공급하여 각 레이저 다이오드(LD1∼LD5)로부터 소정 파장의 적외 레이저광을 발광시킨다. 각 레이저 다이오드(LD1∼LD5)로부터 발광된 적외 레이저광은, 광파이버(32…)를 통하여 분파기(33…)에 도달하고, 여기서 센서부의 수에 맞추어 분파된다.
이 후, 분파된 적외 레이저광은 분파기(34A…, 34B…, 34C…)로 측정광과 신호광으로 분파된다. 하나의 센서부(11)에 대하여 상세하게 설명하면 5개의 분파기(34A)로 분파된 신호광은 합파기(35A)로 합파되어 신호용 레이저광이 되고, 차분형 광검출기(40A)에 도광된다. 또 5개의 분파기(34A)로 분파된 측정광은 합파기(36A)로 합파되어 측정용 레이저광이 되고, 센서부(11)의 조사부에 광파이버(25A)를 통하여 도광된다. 다른 센서부(12, 13)에 대해서도 마찬가지로 분파기(33…)로 분파된 후, 분파기(34B, 34C)로 신호광과 측정광으로 분파되고, 합파기(35B, 35C)로 합파되며, 신호광은 차분형 광검출기(40B, 40C)에 도광되고, 측정광이 센서부(12, 13)에 도광된다.
그리고 센서부(11∼13)의 광파이버(25A, 25B, 25C)로부터 조사된 측정용 적외 레이저광(R)은, 배기가스가 통과하고 있는 관통구멍(21) 내에 조사된다. 적외 레이저광(R)은 배기경로인 관통구멍(21) 내를 가로 질러 배기가스 중을 투과하여 감쇠되고, 감쇠된 투과광이 수광부인 디텍터(26A, 26B, 26C)로 수광된다. 이와 같이 측정용 적외 레이저광(R)은 배기경로를 구성하는 관통구멍(21) 내의 배기경로와 직교하는 면 내를 가로 질러 수광되기 때문에, 직교하는 일단면에서의 배기가스 성분의 농도나 온도를 스폿적으로 측정할 수 있다. 즉, 배기경로를 따른 소정 길이 범위의 배기가스 성분의 농도나 온도를 측정하는 것이 아니고, 배기경로를 가로지르는 소정의 일면을 기준으로 한 배기가스 성분의 농도나 온도를 측정할 수 있기 때문에, 스폿적인 측정이 가능해진다.
환언하면 배기가스 중을 투과하는 레이저광의 투과면이, 배기가스의 흐름방향에 대하여 직교하고 있음으로써, 엔진으로부터 배출된 배기가스를 시계열적으로 측정하는 것이 가능하고, 엔진 자체의 성능 평가와 함께 엔진의 배기계통의 성능 평가를 고정밀도로 행하는 것이 가능하게 된다.
배기가스 중을 통하여 감쇠하여 수광부에 도달한 측정용 적외 레이저광(R)은 디텍터(26A, 26B, 26C)에서 전기신호로서 출력되고, 신호선(28A, 28B, 28C)을 거쳐 차분형 광검출기(40A, 40B, 40C)에 공급된다. 한편, 신호용 레이저광은 차분형 광검출기(40A, 40B, 40C)에 도광되고, 차분형 광검출기에서는 복수의 파장성분마다 투과광과 신호광의 차를 취하여 투과광 중의 특정 가스 성분의 피크 파장을 검출한다. 이와 같이 하여 차분형 광검출기로부터의 출력이 신호 해석장치인 퍼스널 컴 퓨터(45)에 입력된다. 퍼스널 컴퓨터(45)는 입력된 복수의 주파수대마다의 피크 파장에 의거하여 배기가스 성분의 농도 측정이나 온도 측정을 실시하여 분석한다.
기체는 각각 고유의 흡수 파장대를 가지고 있고, 그 흡수 파장대에는 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이 많은 흡수선이 존재하고 있다. 도 5a는 저온일 때의 시그널 강도(= 분자수 비율)를 나타내고 있고, 도 5b는 고온일 때의 시그널 강도를 나타내고 있다. 이와 같이 시그널 강도는 온도에 의존하여 변화하기 때문에, 시그널 강도비를 계측함으로써 측정시의 배기가스의 온도를 산출할 수 있다.
그리고 도 6에 나타내는 바와 같이 흡수선 중의 1개, 예를 들면 파장(λ1)에 대하여 레이저광의 발진파장을 소인함으로써 흡수를 측정한다. 이 파형과 신호 레이저광의 파형과의 비를 취함으로써, 스펙트럼 프로파일을 측정한다. 또 온도계측은 상기한 스펙트럼 프로파일을 다른 2개의 흡수선(λ1, λ2)에 대하여 계측하여, 그것들의 면적비(A1/A2)[또는 피크의 높이비(P1/P2)]를 취함으로써 구할 수 있다. 종래의 파장 변조법에서는 도 6a에 나타내는 바와 같이 흡수 스펙트럼 피크의 선단의 곡률에 의하여 성분의 농도를 산출하고 있었으나, 본 발명에서는 도 6b에 나타내는 바와 같이 흡수 스펙트럼의 면적에 의하여 성분의 농도를 산출하기 때문에, 압력의 영향을 받기 어려운 배기가스 성분의 농도의 산출이 가능하게 된다.
본 실시형태의 배기가스 분석장치(10)에서는 엔진(2)의 배기경로의 복수부분에서 배기가스 성분의 농도나 온도를 스폿적으로, 즉 배기경로를 가로지르는 방향의 일단면에서 측정할 수 있고, 또한 실시간으로 측정할 수 있다. 이 때문에 엔진으로부터 배출된 직후의 배기가스의 온도나 배기가스 성분의 농도, 제 1 촉매장 치(5), 제 2 촉매장치(6), 머플러(7)를 통과한 후의 배기가스의 온도나 배기가스 성분의 농도, 배기 파이프(8)로부터 대기 중으로 방출되기 직전의 배기가스의 상태 등을 순간에 측정할 수 있다. 이와 같이 본 실시형태의 배기가스 분석장치(10)는 배기경로의 도중 부분에서의 배기가스 성분의 농도를 임의의 일단면에서 측정할 수 있기 때문에 엔진의 개발이나, 엔진에 부속되는 정화장치 등의 개발에 있어서 적절한 때에 측정을 할 수 있어, 개발기간을 대폭으로 단축할 수 있다.
또, 본 실시형태의 배기가스 분석장치(10)는, 기준 가스 등을 필요로 하지 않는 간단한 구성이고, 배기가스의 분석을 행하는 센서부를 컴팩트하게 구성하고 있기 때문에 자동차 등에 용이하게 탑재할 수 있고, 자동차 등에 탑재한 상태에서 그 자동차에서 배출되는 배기가스의 분석을 할 수 있다. 이 때문에 자동차의 실주행 중에 배출되는 배기가스를 실시간으로 분석할 수 있다. 또한 배기가스 중의 레이저광의 투과거리를 길게 할 수 있기 때문에, 측정 정밀도를 높일 수 있음과 동시에, 측정시에 기준 가스 등이 필요하지 않아 배기가스 분석의 비용을 저감할 수 있다.
즉, 배기경로에 고정되는 센서부(11∼14)는 판 형상의 센서 본체(20)가 박형으로 구성되어 있고, 배기경로의 유체저항 등의 변화가 거의 없는 상태에서 설치할 수 있다. 이 배기가스 분석장치(10)는 고온상태에서도 측정할 수 있기 때문에, 엔진(2)으로부터 배출된 직후의 배기가스의 온도나 배기가스 성분의 농도를 측정하여 배기가스를 분석할 수 있다. 또 레이저광의 파장을 늘림으로써, 배기가스 중에 함유되는 많은 성분의 분석을 더욱 용이하게 행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태를 도 7에 의거하여 상세하게 설명한다. 도 7은 본 발명에 관한 배기가스 분석장치에 사용하는 센서부의 다른 실시형태의 주요부 단면도이다. 또한 이 실시형태는 상기한 실시형태에 대하여 복수의 센서부(15)는 광파이버(25)로부터 조사된 적외 레이저광(R)이 배기가스 중을 투과하여 직접 디텍터(26)에 수광되지 않고, 관통구멍 내에서 복수회 반사된 후 수광되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 적외 레이저광을 반사하는 반사면은, 관통구멍 내에 대향하여 배치한 2매의 반사판으로 구성되고, 2매의 반사판 사이에서 반사를 반복한 후 수광되도록 구성하고 있다. 그리고 다른 실질적으로 동등한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
도 7에서 이 실시형태에서는 센서부(15)의 센서 본체(50)에는 그 중심부에 배기가스를 통과시키는 관통구멍(51)이 형성되고, 관통구멍(51) 내에는 대향하여 상하 2매의 반사판(52, 53)이 관통구멍(51)을 향하도록 평행하게 배치되어 있다. 2매의 반사판은, 관통구멍(51) 내를 레이저광이 배기경로에 대하여 직교하여 가로지르도록 평행상태로 고정되고, 조사측의 광파이버(25)로부터 출사되는 적외 레이저광(R)이 먼저 아래 쪽의 반사판(53)에 의하여 위쪽을 향하여 반사되고, 이어서 위쪽의 반사판(52)에 의하여 아래쪽을 향하여 반사되며, 2매의 반사판(52, 53)에 의하여 교대로 반사됨으로써 수광측의 디텍터(26)에 도달하도록 구성되어 있다. 이 구성에 의하여 레이저광은 배기경로에 직교하는 일단면 내를 복수회 반사하고 나서 디텍터(26)로 수광되는 구성으로 되어 있다.
센서 본체(50)의 두께는 상기한 실시형태와 마찬가지로 5∼20 mm의 얇은 판 재가 사용되고 있고, 재질은 금속 또는 세라믹이 바람직하다. 이 센서 본체(50)는 도시 생략한 플랜지부(F, F)에 끼워져 고정되고, 배기경로 중에 설치되는 것으로, 외형의 좌우의 반원 형상의 노치는 플랜지부끼리를 접속하는 볼트에 대응하고 있다. 그리고 센서 본체(50)에 형성된 관통구멍(51)은 배기경로의 단면형상과 동일한 직경의 원 형상을 기본 형상으로 하여 형성되어 있다. 즉, 원형을 기본으로 하여 반사판(52, 53)을 고정하도록 상하에 평탄한 설치부가 형성되어 있다. 이와 같이 원형의 일부를 평탄하게 한 형상도 실질적으로 배기경로의 단면형상에 맞춘 형상의 범위에 들어 간다.
조사측의 광파이버(25)는 반사판의 수직선에 대하여 예를 들면 6도 정도 바깥쪽으로 경사져 고정되고, 수광측의 디텍터(26)도 마찬가지로 6도 정도 바깥쪽으로 경사져 고정되어 있다. 광파이버(25) 및 디텍터(26)가 2매의 반사판(52, 53)에 대하여 경사상태로 배치됨으로써, 조사측의 광파이버(25)로부터 출사된 적외 레이저광(R)은 상하의 반사판으로 교대로 반사되는 것을 반복하고, 최종적으로 적외 레이저광(R)은 배기가스 중을 긴 광로길이로 투과하여 수광측의 디텍터(26)에 수광되도록 구성되어 있다. 이 결과, 적외 레이저광은 반사판(52, 53)에서 반사를 반복할 수 있기 때문에, 중앙의 관통구멍(51)의 직경보다 긴 광로길이를 얻을 수 있다. 이 때문에 적외 레이저광이 배기가스 중을 투과할 때에 생기는 레이저광의 감쇠량이 커져 배기가스 중에 함유되는 성분의 농도 등을 측정하는 정밀도를 높일 수 있다. 또한 적외 레이저광의 반사판에서의 반사회수는 배기가스 중에 함유되는 성분의 농도나, 필요로 하는 측정 정밀도에 따라 적절하게 변경할 수 있다.
반사판(52, 53)은 장방형 형상의 평판에 형성되고, 베이스가 되는 기판은 열팽창이 작은 SiC, SiO2 또는 사파이어가 사용된다. 이 기판에 반사면으로서 금이나 백금의 박막이 형성되고, 그 위에 보호층으로서 MgF2나 SiO2의 박막이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 반사판(52, 53)은 센서 본체(50)에 접착 등에 의하여 고정되어 있으나, 반사판은 엔진의 기동 중은 배기가스에 노출되어 오염이 부착되기 때문에 떼어내어 청소할 수 있도록, 나사고정, 또는 스프링 등에 의한 고정으로 착탈 가능하게 고정하면 적합하다.
이 실시형태에 나타내는 센서부(15)에서는 조사부인 광파이버(25)로부터 조사된 적외 레이저광은 대향하는 반사판(52, 53)으로 교대로 반사가 반복되고, 광로길이가 길어져 배기가스 중의 레이저광의 투과거리를 크게 할 수 있다. 이와 같이 적외 레이저광은 배기가스 중을 투과하는 거리가 길어짐으로써 감쇠가 커져 정밀도가 좋은 배기가스 성분의 농도 측정을 순간에 행할 수 있다. 또 센서 본체(50)에 형성된 관통구멍(51)은 기본적으로 배기경로의 원형 단면과 같은 직경의 원형이고, 배기가스 흐름이 흩뜨러지지 않고, 기존의 배기경로에 센서부(15)를 고정함에 의한 배기저항의 변화를 무시할 수 있다. 또한 반사판(52, 53)은 평판으로 제작이 용이하고 센서 본체(50)로부터의 착탈이나 교환을 용이하게 행할 수 있다.
즉, 본 실시형태의 센서부(15)에서는 신호 레이저광의 광강도(I0)와, 측정용적외 레이저광(R)의 투과광 강도(I)와의 비(I/I0)인 시그널 강도를 산출하고, 이 시그널 강도비에 의거하여 배기가스 성분의 농도를 산출하고 있으나, 투과광 강도는 복수회의 반사에 의한 투과거리의 증대에 의하여 감쇠량이 크고, 정밀도가 좋은 배기가스 성분의 농도 측정이나 온도 측정이 가능하게 된다. 적외 레이저광(R)은 반사면(52, 53)에서 반복하여 반사되어 감쇠되나, 배기가스가 없는 상태에서 광파이버(25)로부터 조사된 광강도에 대하여 디텍터(26)로 수광되는 광강도는 30% 이상이되는 것이 바람직하다. 30%를 하회하면 노이즈와의 판별이 어렵게 되기 때문이다.
본 발명의 배기가스 분석장치의 센서부의 또 다른 실시형태에 대하여 도 8을 참조하여 설명한다. 이 실시형태의 센서부(16)는, 배기가스 중을 투과시키는 적외 레이저광(R)의 반사부로서 센서 본체(60)에 형성된 관통구멍(61)의 내면에 반사면(62)을 형성하고 있다. 즉, 센서 본체(60)에는 조사측의 광파이버(25)와 수광측의 디텍터(26)가 고정되고, 조사측의 광파이버(25)로부터 출사된 적외 레이저광(R)은 관통구멍(61)의 내면에 형성된 반사면(62)으로 반사되고, 복수회의 반사를 반복한 후 수광측의 디텍터(26)에 수광되는 구성으로 되어 있다.
또, 관통구멍(61)의 형상은 원형으로 형성되고, 그 직경은 배기경로의 원형 단면의 직경과 동일하게 설정되어 있다. 이 센서 본체(60)는 배기경로를 구성하는 부재를 연결하는 플랜지부(F, F)에 끼워진 상태에서 설치 고정된다. 그리고 관통구멍(61)의 내면을 반사면(62)으로 함으로써 센서 본체(60)와 다른 반사부재로서 미러 등이 불필요하게 되어 구성을 간단하게 할 수 있음과 동시에, 관통구멍(61)의 형상을 배기 파이프부의 단면형상과 동일하게 할 수 있기 때문에 배기가스 흐름을 흩뜨리지 않고, 기존의 배기경로에 설치하여도 배기가스 흐름이 흩어지지 않아, 배기효율을 저하시키지 않는다.
관통구멍(61)의 내면에 형성된 반사면(62)은 경면 마무리된 원주면에 형성되고, 이 원주면에 금이나 백금의 박막이 형성되며, 그 위에 보호층으로서 MgF2나 Si02의 박막이 형성되어 있다. 반사면(62)은 적외 레이저광을 효율좋게 반사할 수 있도록 반사율이 높은 것이 바람직하다. 반사면은 엔진의 기동 중은 배기가스에 노출되어 오염이 부착되기 때문에, 필요에 따라 플랜지부(F, F)로부터 센서 본체(60)를 떼어내어 청소하는 것이 바람직하다. 반사면(62)을 덮는 보호층을 닦음으로써, 부착된 오염을 용이하게 청소할 수 있고, 반사율을 향상시킬 수 있다.
이 구성에 의하여 조사측의 광파이버(25)로부터 조사된 적외 레이저광(R)은, 관통구멍(61) 내에서 반사면(62)에 의하여 복수회 반사되고, 긴 광로길이를 경유하여 수광측의 디텍터(26)로 수광되도록 구성되고, 관통구멍(61) 내에 위치하는 배기가스 중을 긴 투과거리로 투과하는 구성으로 되어 있다. 이 결과, 상기한 실시형태와 마찬가지로 레이저광을 유효 이용할 수 있고, 측정 정밀도를 높일 수 있다. 또 배기경로의 단면형상과, 센서부의 관통구멍의 단면형상이 동일하기 때문에 배기가스 흐름이 흩어지지 않게 되고, 배기경로에 센서부를 설치함에 의한 배기손실을 제거할 수 있다.
또한 배기경로의 단면형상이 원형이란, 진원 뿐만 아니라 타원 형상 등이어도 된다. 또 원형에 한정하지 않고, 장방형이나 다각 형상이어도 된다. 이 경우는 센서부를 구성하는 센서 본체에는 장방형이나 다각형의 관통구멍이 형성된다. 그리고 다각형을 구성하는 각 평면에 형성된 반사면에서 차례로 적외 레이저광을 반사하여 배기가스 중을 투과하는 레이저광의 투과거리를 길게 할 수 있다. 관통구멍의 형상은 각 면을 반사면으로서 사용하는 경우는 5각형 등의 기수의 다각형이 바람직하나, 면수를 더욱 늘려 배기가스 중의 투과거리를 증가시킬 수 있다. 센서 본체의 외형은 원형에 한정하지 않고, 장방형 등, 적절한 형상으로 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 설계변경을 행할 수 있는 것이다. 예를 들면 배기가스의 성분으로서 질소산화물(NOx)의 측정을 행할 수도 있다. 이 경우는 배기가스 중을 투과시키는 적외 레이저광으로서 NOx에 적합한 파장을 이용하는 것은 물론이다. 또 조사부에서 조사되는 레이저광은 적외 레이저광에 한정되지 않고, 가시 레이저광이나 자외 레이저광이어도 된다.
센서부의 센서 본체에 조사부로서 광파이버를, 수광부로서 디텍터를 구비하는 예를 나타내었으나, 센서 본체에 직접 레이저 다이오드 등의 조사부를 구비하여도 되고, 포토다이오드 등의 디텍터 대신에 수광용 광파이버를 장착하는 구성으로 하여도 된다. 또 광파이버의 조사부에 콜리메이터 렌즈를 설치하고, 콜리메이터 렌즈를 통하여 관통구멍 내에 레이저광을 조사하도록 하여도 된다. 또한 센서부는 내연기관의 실런더 블럭과 익조스트 매니폴드와의 사이에 설치하여도 된다.
본 발명의 배기가스 분석장치는 배기경로를 가로지르는 방향의 하나의 단면부분에서의 배기가스 성분의 농도나 온도의 측정이 가능하고, 배기가스 성분의 농 도 등을 배기경로 중에서 소정의 단면을 따라 스폿적으로 측정할 수 있고, 배기경로 중의 배기가스의 상태를 고정밀도로 실시간으로 측정할 수 있다. 이 때문에 내연기관 개발이나, 배기가스 정화장치의 개발에 아주 유효한 실시간의 배기가스분석이 가능하게 된다.
본 발명의 활용예로서 이 배기가스 분석장치를 사용하여 보일러 등의 연소장치의 배기가스분석을 행할 수 있고, 자동차의 배기가스분석 외에 선박이나 발전기 등에서 사용하는 내연기관의 배기가스분석의 용도에도 적용할 수 있다. 또 가솔린 엔진의 배기가스분석 외에 디젤 엔진의 배기가스분석을 행할 수 있고, 또한 다른 내연기관의 배기가스분석의 용도에도 적용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 내연기관의 배기가스를 배출하는 배기경로에, 배기가스에 레이저광을 조사하는 조사부와, 그 조사부로부터 조사되어 배기가스 중을 투과한 레이저광을 수광하는 수광부를 구비하는 센서부를 설치하고, 상기 수광부에서 수광된 레이저광에 의거하여 배기가스 성분의 농도나 온도를 측정하여 배기가스를 분석하는 장치에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 배기경로의 단면형상에 맞춘 형상의 배기가스가 통과할 수 있는 관통구멍을 가지고 있고,
    상기 레이저광은, 상기 조사부에서 상기 관통구멍 내에 조사되고, 배기경로를 가로 질러 상기 수광부에서 수광되는 것을 특징으로 하는 배기가스 분석장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배기경로의 단면형상은 원형이고, 상기 센서 본체에는, 상기 배기경로의 원형 단면과 동일한 직경의 원형을 기본 형상으로 하는 상기 관통구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 분석장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 관통구멍은, 그 안 둘레면에 반사부가 형성되어 있고, 상기 조사부에서 조사된 레이저광은 그 반사부에서 반사된 후, 상기 수광부에서 수광되는 것을 특징 으로 하는 배기가스 분석장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 반사부는, 상기 관통구멍 내를 향하도록 대향하여 평행하게 배치된 2매의 반사판으로 구성되고, 상기 레이저광은 배기경로에 대하여 직교하여 가로지르도록 반사되는 것을 특징으로 하는 배기가스 분석장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저광은, 배기가스의 복수의 성분에 맞춘 흡수파장을 가지는 레이저광을 합파하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 분석장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 배기경로의 도중의 복수 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 분석장치.
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