排气测量系统和适用于该排气测量系统的修正方法与流程

本发明涉及对从内燃机排出的排气进行取样并测量其成分等的排气测量系统等。

背景技术：

内燃机的排气测量装置的响应延迟主要由起因于其结构和电路的一次延迟或多次延迟要素以及包含转移时间的无效时间要素构成，该转移时间由从内燃机排出的排气到达排气测量装置的时间产生。

由于优选上述响应延迟尽量小，所以利用例如专利文献1公开的延迟修正计算，对所述一次延迟或多次延迟要素进行改善。

此外，对于无效时间要素，不仅使排气测量装置内的排气通道尽量变短，而且使从内燃机对排气进行取样并向排气测量装置引导的取样管尽量变短，从而对其进行改善。

另外，例如在使用多种排气测量装置的综合性排气测量系统的情况等中，因到达各排气测量装置的取样管的长度不同，特别是与无效时间要素相关的响应不均匀，因此以这种状态，有时难以对各测量结果进行对比。

因此，以往使标准气体从所述取样管的导入口流入，分别测量从其开始流入的时刻到各排气测量装置检测到标准气体的时刻(具体地说例如测量结果上升至50％的时刻)的时间。并且，将上述各时间分别预先确定为各排气测量装置的固有的响应延迟时间(无效时间)，并且基于各响应延迟时间，对各排气测量装置的测量结果进行修正而使其同步，从而有助于测量结果的对比和排气分析。

具体地说，与响应最迟的排气测量装置配合，实施使其他排气测量装置的测量结果输出延迟的修正，从而使各排气测量装置的测量结果同步。

然而，为了进一步提高测量精度而进行详细调查的结果，本发明发明者最先发现，各排气测量装置的测量结果有时产生偏差，并且其原因在于，在确定所述响应时间时，使取样管的导入口成为例如一个气压的定压并使标准气体流入。

即，在实际的排气测量中，根据排气排出量的变动等，取样管内的压力也变动。由此，根据上述压力的变动，取样管内的排气压缩、膨胀，因此所述无效时间要素和一次延迟要素在各排气测量装置发生变化。其结果，本发明发明者查明其原因在于，与原本固定的所述响应延迟时间产生偏差。

有时即使排气测量装置为一个，上述响应延迟时间的变动也会产生不良现象。例如，在分流稀释系统中，对排气的一部分进行取样来测量特定成分的浓度，但是在测量该特定成分的量时，需要将由排气测量装置测量的测量浓度与同时期排出的排气的流量相乘。此时，在使排气测量装置的响应延迟时间固定的以往的系统中，不能取得与测量流量的同步，有可能在测量的特定成分的量中产生误差。

专利文献1：日本专利公开公报特开2004-361241号

技术实现要素：

本发明的主要课题在于提供一种排气测量系统，该排气测量系统能够更高精度地修正起因于排气测量装置的响应延迟的测量结果的误差。

即，本发明提供一种排气测量系统，其具有：取样管，具有导入口和导出口，从所述导出口导出从所述导入口导入的排气；一种或多种排气测量装置，与所述导出口连接，测量在所述取样管内流动的排气的规定的物理量；修正装置，对由所述排气测量装置测量的测量结果进行修正。

并且，所述排气测量系统的特征在于，所述排气测量系统还具有测量所述取样管内的压力的压力传感器，所述修正装置将由所述压力传感器测量的测量压力作为参数，对起因于响应延迟而产生的所述测量结果的误差进行修正。

更具体地说，可以例举的是，所述修正装置对起因于所述响应延迟中的无效时间要素而产生的测量结果的误差进行修正。

在具有多个排气测量装置的所述排气测量系统中，因响应延迟使保持各排气测量装置的测量结果的同步成为较大的问题。为了解决上述问题，优选的是，所述修正装置将所述测量压力作为参数分别计算各排气测量装置的响应延迟，对各排气测量装置的测量结果进行修正并使它们同步。其结果，能够高精度地计算时时刻刻变动的排气中的各成分的浓度比和由此得出的燃料消耗等。

所述排气测量系统还具有调压机构，所述调压机构设置在所述取样管上，将比设置位置靠向下游的压力保持为一定，所述压力传感器可以设置在所述导入口和所述调压机构之间的任意位置上。

为了提高精度，优选的是，所述压力传感器设置在所述导入口的附近。

为了使压力变动区间尽可能地变小、减轻原始的响应延迟的变动、进而提高修正后的测量结果的精度，优选的是，所述排气测量系统还具有设置在所述取样管的中途的加热式过滤机构，所述调压机构附带设置在所述加热式过滤机构的下游侧。

此外，本发明还提供一种适用于排气测量系统的修正方法，所述排气测量系统具有：取样管，具有导入口和导出口，从所述导出口导出从所述导入口导入的排气；一种或多种排气测量装置，与所述导出口连接，测量在所述取样管内流动的排气的规定的物理量，所述适用于排气测量系统的修正方法的特征在于，测量所述取样管内的压力，并且将所述测量压力作为参数，对起因于响应延迟而产生的由所述排气测量装置测量的测量结果的误差进行修正。

按照上述结构，即使排气的压力变动，也能够使测量结果的误差比以往小，并且能够提高测量精度。

附图说明

图1是表示本发明一种实施方式的排气测量系统整体的示意图。

图2是表示在同一实施方式中因压力而使响应延迟变动的曲线图。

图3是表示本发明其他实施方式的排气测量系统整体的示意图。

图4是表示在同一实施方式中因压力而使响应延迟变动的曲线图。

附图标记说明

100排气测量系统

1a导入口

1b导出口

1取样管

2排气测量装置

3修正装置

4压力传感器

6调压机构(调节器)

5加热式过滤单元

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的一种实施方式进行说明。

本实施方式的排气测量系统100测量从汽车的内燃机排出的排气中包含的各种成分的浓度和量，如图1所示，其包括：取样管1，对所述排气进行部分取样并使其流通；多种排气测量装置2，与所述取样管1连接，并且测量该取样管1内流动的排气的规定的物理量；以及修正装置3，对各排气测量装置2的测量结果分别实施规定的计算来进行修正，使各测量结果同步。

对各部分进行说明。

所述取样管1由作为单一管的主管11和从上述主管11的末端分路的多个分路管12构成。该取样管1的始端即主管11的始端插入例如内燃机的排气管内，从设置在上述始端上的导入口1a导入排气。并且，该取样管1的末端即设置在各分路管12末端上的各导出口1b分别与各排气测量装置2连接。

为了防止在内部的冷凝和thc凝结等，所述主管11被未图示的加热器加热而保持为规定温度。

在上述主管11的导入口1a的下游侧附近设置有用于测量该导入口1a中的排气压力的压力传感器4，并且在该主管11的中途设置有除去在该主管11内流动的排气的粉尘等的加热式过滤单元5。

上述加热式过滤单元5具有未图示的壳体、收容在该壳体内的第一过滤器51以及未图示的加热器，该加热器对该第一过滤器51进行加热而将其保持为规定温度。

在上述加热式过滤单元5的出口以附带方式设置有调压机构6(以下也称为调节器6)，在所述取样管1中，将比上述调节器6的设置位置靠向下游侧的压力保持为一定。

作为排气测量装置2使用多种装置，用于分别测量包含在排气中的各种成分(例如co、co2、nox、thc、h2o等)的浓度。在上述实施方式中，上述排气测量装置2大体分为两类。即，收容在加热槽的内部在高温环境下测量排气成分的以及在常温下测量排气成分的两组。各组分别汇总而形成排气测量单元2a、2b。

另外，图1中，附图标记7是用于吸引排气的泵，附图标记8是设置在排气测量单元2a入口上的第二过滤器，附图标记9是捕获油分的滤油器。

所述修正装置3具有cpu、存储器和通信口等，通过按照存储在所述存储器内的规定的程序使cpu及其周边设备协作，从而发挥作为数据接收部31、响应延迟存储部32、同步部33和数据输出部34等的功能。

接着，与所述各部分的说明一起对上述修正装置3的动作进行详细说明。

所述数据接收部31将从各排气测量装置2逐次发送来的测量结果和从所述压力传感器4逐次发送来的测量压力，与各自的接收时刻一起取得。

在所述响应延迟存储部32内将各压力下的各排气测量装置2的响应延迟存储为例如表1所示。上述实施方式中的响应延迟是指无效时间要素，而排气从排气导入口1a到达各排气测量装置2的转移时间占据其主要原因。该表预先通过实验等得出。

表1

表1是由实验得出的一例，表示在作为排气测量装置2的一个的co2浓度测量装置(例如ndir)中的由实验得出的各压力和无效时间td的关系。

在上述实验中，取得作为标准气体的规定浓度的成分气体的co2进入导入口1a后的测量结果的阶跃响应波形，由此得出各压力下的无效时间(以下也称为转移时间)td。转移时间td理论上是指从成分气体导入导入口1a到作为所述测量结果最初成为超过0的值的时间，但是在此将截止到测量结果最初超过相对于所述规定浓度的一定比例浓度(例如5％或50％等)的时间作为转移时间td。可以看出压力越高无效时间越长。

另外，图2表示上述实验中的测量结果的时间变化的曲线图。

所述同步部33基于所述测量压力分别计算各排气测量装置2的响应延迟，并且基于上述响应延迟，逐次实时地对各排气测量装置2的测量结果进行修正并使它们同步。

着眼于某一排气测量装置2更具体地对上述同步部33的动作的一例进行说明。该同步部33逐次取得测量压力，并根据该取得的测量压力参照所述响应延迟存储部32的表，计算该排气测量装置2的响应延迟(在此为转移时间)td。

此时，所述同步部33可以代替所述表而利用存储在所述响应延迟存储部32内的以下式(1)，计算响应延迟td。

td＝td1+td2···式(1)

其中，td1是从导入口1a到调节器6的转移时间，td2是从调节器6到排气测量装置2的转移时间。

相对于td2是不受压力变动影响的一定值，td1因压力变动而变动，所以能够表示为以下的式(2)。

td1＝f(p)·ts···式(2)

其中，p是由所述压力传感器4测量的导入口1a中的测量压力，f(p)是由该测量压力p的函数表示的转移时间变动系数。ts是基准压力ps下的转移时间。上述基准压力ps可以是例如由调节器6调节的调节压力。

所述同步部33例如对存在于从所述导入口1a到调节器6之间的气体的摩尔数和由所述泵7从所述主管11送入所述排气测量装置的气体的摩尔数进行比较来计算所述td1，所述的存在于从所述导入口1a到调节器6之间的气体的摩尔数，根据由所述压力传感器4测量的导入口1a中的测量压力、由设置在所述排气测量系统100内的未图示的温度传感器测量出的温度、以及预先存储在所述修正装置3的存储器内的从所述导入口1a到调节器6的所述主管11内部的体积得出。

在这种情况下，所述f(p)例如可以表示为以下的式(3)。

f(p)＝p/ps···式(3)

在上述式(3)中，p是由所述压力传感器4测量出的导入口1a中的测量压力，ps是所述基准压力。

所述f(p)可以是数式，也可以是由实验得出的表形式，例如预先存储在所述响应延迟存储部32内，在所述同步部33计算td1时被参照。

所述同步部33利用以上述方式计算出的td1和例如预先存储在所述响应延迟存储部内的td2，由所述式(1)计算响应延迟td。

如上所述，在计算响应延迟td之后，所述同步部33得出在取得所述测量压力的压力测量时刻上加上所述无效时间td的延迟时刻，并且将在上述延迟时刻接收的排气测量装置2的测量结果作为实际上在所述压力测量时刻测量的测量结果，根据所述接收时刻对该排气测量装置2的测量结果的测量时刻进行修正。换句话说，如果在相同的测量时刻进行比较，则测量结果的值在修正前和修正后发生改变。

在此，存储在表内的压力是不连续的值，测量压力是其中间值时，所述同步部33利用插补计算来得出响应延迟。

如上所述，所述同步部33分别对全部排气测量装置2的起因于测量结果的响应延迟的误差进行修正，并且使各测量结果同步。

另外，所述时刻可以不是绝对时刻，例如可以是将响应延迟最大的排气测量装置2作为基准的相对时刻。在这种情况下，所述同步部33使其他排气测量装置2的测量结果与最迟的排气测量装置2的测量结果同步。

数据输出部34根据来自操作者的请求，将以上述方式同步的各测量结果的一部分或全部例如以横轴为时间的曲线图显示输出在显示器或打印机上。

于是按照上述方式，虽然排气的压力变动，但是能够以与以往相比小的误差保持各测量结果的同步，所以能够高精度地计算时时刻刻变动的排气中的各成分的浓度比和由此得出的燃料消耗等。

此外，在上述实施方式中，尽量在取样管1的上游侧即紧挨着加热式过滤单元5的下游侧设置调节器6，尽可能地使产生压力变动的区间短，所以起因于上述压力变动的响应延迟的变化幅度变小。因此，能够起到与其对应地使由所述修正装置3产生的同步误差也变小的效果。

另外，本发明并不限于所述实施方式。

例如，在所述实施方式中，仅考虑根据压力而变动的无效时间要素(转移时间)来对测量结果(更严密地说测量时刻)进行修正，但是也可以进一步考虑一次延迟要素、多次延迟要素。具体地说，例如，如表1所示，可以看出与一次延迟要素/多次延迟要素相关的上升时间(t0.5-90、t10-90、t0.5-99(数字是相对于饱和值的％))也根据压力而变动。因此，也可以考虑该上升时间的变动来对测量结果进行修正。

在测量结果的修正中参照表，但是也可以利用例如将压力作为参数的修正式。

压力传感器4只要设置在压力变动的区间即可。在所述实施方式中，设置在导入口1a，但是可以设置在其中途，也可以设置在多个位置并将压力梯度也作为修正参数。

在所述实施方式中，基于由一个压力传感器测量出的测量压力来计算所述f(p)，但是为了将压力梯度用作修正参数来更准确地计算所述f(p)，可以基于由设置在从所述导入口1a到调节器6之间的多个压力传感器测量出的压力值来计算所述f(p)。

调节器6并不是必须设置在加热式过滤单元5的出口。例如，如图3所示，可以分别设置在分路管12上。此时，优选的是，从分路点到各调节器6的距离相等。

但是，在该结构中，由于与所述实施方式相比压力变动区间变长，所以响应延迟的变动幅度变大，因此需要进行用于同步的修正，另外，有可能稍许残留误差。为了进行参考，将图3的结构的响应延迟的实验数据记载在表2、图4中(分别与表1、图2对应)。可以看出响应延迟的变动幅度变大。

表2

排气测量装置2可以是一个。

另外，只要不违反本发明的宗旨，可以对本发明进行各种变形和组合。