排气测量装置和排气测量装置的控制方法与流程

本发明涉及一种对从内燃机等排出的排气所包含的co等的浓度进行测量的排气测量装置等。

背景技术：

如专利文献1所示，这种排气测量装置测量从内燃机排出的排气所包含的各种成分的浓度。

其中，co浓度因发动机的运转状态和催化剂的预热状态而从数ppm数量级到％数量级在短时间内大幅度变化。

由于例如发动机初始动作时等，在大量供给燃料且催化剂未被充分加热的状态下，会产生不完全燃烧，并且未充分发挥催化剂功能，所以因不完全燃烧等产生的co在未被催化剂氧化成co2的状态下从车辆的排气管排出。因此，此时的co浓度极高。另一方面，由于如果预热，则所述co通过催化剂而几乎全部成为co2，所以如上所述地，排气中的co浓度成为数ppm的数量级。

如上所述，由于co的浓淡的差较大，所以以往例如设置测量范围不同的两种co浓度计来测量co浓度。

但是，由于必须使用两种co浓度计，所以导致维保成本和初期投资费用增加这样的不利情况。此外，在测量精度方面，有时切换两个co浓度计的时机的相关性成为问题。

在排气中的其它成分(例如thc(总碳氢化合物))的浓度测量时也可能产生同样的不利情况。

现有技术文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2014-174055号

技术实现要素：

本发明是鉴于所述的不利情况而做出的发明，本发明的目的在于提供一种排气测量装置，该排气测量装置能够通过更简单的结构以不会牺牲测量精度的方式测量各种状况下的排气所包含的规定成分的浓度。

即，本发明提供一种排气测量装置，其包括：取样机构，对从内燃机排出的排气进行取样，能够成为第一动作模式和第二动作模式的两种状态中的任一种，所述第一动作模式不对取样排气进行稀释并进行输出或使规定比例以下的稀释气体与所述取样排气混合并进行输出，所述第二动作模式使超过所述规定比例的稀释气体与所述取样排气混合并进行输出；测量装置主体，与所述取样机构连接，测量导入的气体所包含的规定成分的浓度；以及控制机构，当在所述取样机构以所述第一动作模式动作的状况下由所述测量装置主体测量到的浓度超过规定的第一阈值时，对所述取样机构进行控制，将所述取样机构的动作模式变更为所述第二动作模式。

按照这样的排气测量装置，即使因内燃机的状态的变化等，取样排气中的规定成分浓度升高，例如在原状下由于超过测量装置主体的测量范围而导致不能测量的情况下，也能够通过将取样机构的动作模式切换为第二动作模式，对取样排气进行稀释而使规定成分的浓度下降到在测量装置主体中能够测量的浓度范围，因此能够利用单一的测量装置主体测量规定成分的浓度。但让，在进行了稀释的情况下，需要在测量装置主体的测量浓度中考虑稀释率，来计算排气中的规定成分的浓度，但是由于不需要像以往那样，设置范围不同的多种测量装置主体(例如co浓度计)，所以能够使装置的结构简单化。此外，也不存在像以往那样切换多个测量装置主体而产生的相关性的问题，不仅能够保证测量精度而且能够有助于提高测量精度。

为了即使在取样排气中的规定成分浓度从高的状态变成低的状态时也能够应对，优选的是所述控制机构是以下的结构。

即，优选的是，当在所述取样机构以所述第二动作模式动作的状况下由所述测量装置主体测量到的浓度低于规定的第二阈值时，所述控制机构对所述取样机构进行控制，将所述取样机构的动作模式变更为所述第一动作模式。

作为具体的实施方式，在第二模式时，可以向第一模式时流动的取样排气中添加并混入稀释气体。但是，在该结构中，在第二动作模式时导入测量装置主体的气体的流量比第一模式时多稀释气体部分，在各动作模式下向测量装置主体导入的气体导入流量之间产生大幅度差异，有可能产生起因于此的测量误差。

因此，为了减少第一动作模式时和第二动作模式时对测量装置主体导入的气体导入流量的差，以减轻所述问题，优选的是，在第一动作模式和第二动作模式下，导入测量装置主体的取样排气的流量相互不同，并且设定成第一动作模式时的取样排气的流量比第二动作模式时的取样排气的流量大。

此外，本发明还提供一种排气测量装置的控制方法，所述排气测量装置包括：取样机构，对从内燃机排出的排气进行取样，能够成为第一动作模式和第二动作模式的两种状态中的任一种，所述第一动作模式不对取样排气进行稀释并进行输出或使规定比例以下的稀释气体与所述取样排气混合并进行输出，所述第二动作模式使超过所述规定比例的稀释气体与所述取样排气混合并进行输出；以及测量装置主体，与所述取样机构连接，测量导入的气体所包含的规定成分的浓度，当在所述取样机构以所述第二动作模式动作的状况下由所述测量装置主体测量到的浓度低于规定的第二阈值时，对所述取样机构进行控制，将所述取样机构的动作模式变更为所述第一动作模式。

按照本发明的排气测量装置，由于即使排气中的规定成分的浓度大幅度变动，也能够通过一个测量装置主体测量所述规定成分的浓度，所以能够使其构成简单化，此外，能够保证测量精度。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的排气测量装置整体的流体回路图。

图2是表示同一实施方式的排气测量装置的第一动作模式下的气体流动的流体回路图。

图3是表示同一实施方式的排气测量装置的第二动作模式下的气体流动的流体回路图。

图4是表示同一实施方式的排气测量装置的第一校准模式下的气体流动的流体回路图。

图5是表示同一实施方式的排气测量装置的第二校准模式下的气体流动的流体回路图。

图6是表示本发明第二实施方式的排气测量装置整体的流体回路图。

图7是表示本发明其它实施方式的排气测量装置整体的流体回路图。

附图标记说明

100···排气测量装置

1···取样机构

2···测量装置主体

3···控制机构

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的各种实施方式进行说明。

<第一实施方式>

如图1所示，本实施方式的排气测量装置100包括：取样机构1，对从内燃机(未图示)排出的排气的一部分进行取样；测量装置主体2，与所述取样机构1连接，测量从所述取样机构1输出的气体的规定成分(在此为co)的浓度；以及控制机构3，对所述取样机构1进行控制。

对各部分进行说明。

所述取样机构1通过切换其内部流道，能够切换为第一动作模式和第二动作模式中的任意一种，所述第一动作模式直接输出采集到的排气(以下也称为取样排气)，所述第二动作模式将一定比例的稀释气体与所述取样排气混合并进行输出。另外，在此所说的取样排气可以是从内燃机输出的原样的排气，也可以是通过稀释通道、cvs(定容采样装置)等稀释后的稀释排气。

更具体地进行说明。

所述取样机构1具备：第一流道系统11，在所述第一动作模式时取样排气流过该第一流道系统11；以及第二流道系统12，在所述第二动作模式时取样排气流过该第二流道系统12。

第一流道系统11具备导入所述取样排气的第一排气流道11a。所述第一排气流道11a在其始端设置有例如与外部泵p连接的第一排气导入口11b，如同一图所示的，对被所述外部泵p抽吸的排气进行取样，并且将该取样排气直接导入与其末端连接的测量装置主体2。另外，在同一图中，设置在第一排气流道11a的始端部的附图标记“v1”表示用于对该第一排气流道11a进行开闭的第一阀。

第二流道系统12包括：第二排气流道12a，导入所述取样排气；稀释气体流道12b，导入稀释气体(例如n2)；以及稀释部12c，以预先确定的一定比使分别流过所述第二排气流道12a和稀释气体流道12b的取样排气和稀释气体混合，并且将混合气体向所述测量装置主体2引导。

所述第二排气流道12a在其始端设置有与所述外部泵连接的第二排气导入口12d，如同一图所示，对被所述外部泵p抽吸的排气进行取样。另外，在同一图中，设置在第二排气流道12a的始端部的附图标记“v2”表示用于对所述第二排气流道12a进行开闭的第二阀。

所述稀释气体流道12b在其始端设置有与例如钢瓶等未图示的稀释气体源连接的稀释气体导入口12e，导入从稀释气体源供给的稀释气体。另外，在同一图中，设置在稀释气体流道12b的始端部的附图标记“v3”表示用于对稀释气体流道12b进行开闭的第三阀。

所述稀释部12c包括：排气取得部121和稀释气体取得部122，以成为所述一定比的方式分别取得流过所述第二排气流道12a的排气和流过稀释气体流道12b的稀释气体；以及混合部123，将从所述排气取得部121和稀释气体取得部122输出的排气和稀释气体混合。

所述排气取得部121包括：第一调压阀r1，与所述第二排气流道12a连接；以及毛细管等第一流体阻力元件c1，与所述第二排气流道12a的比所述第一调压阀r1更靠下游侧连接。所述第一调压阀r1通过将取样排气的一部分从其放气口排出，将第二排气流道12a内保持为预先确定的一定压力。所述第一流体阻力元件c1与保持为一定压力的第二排气流道12a连接，由此将流过所述第一流体阻力元件c1的排气的流量亦即从所述排气取得部121输出的取样排气的流量保持为预先确定的一定值。

所述稀释气体取得部122包括：第二调压阀r2，输入口与所述稀释气体流道12b的末端连接；以及毛细管等第二流体阻力元件c2，与所述第二调压阀r2的输出口连接。所述第二调压阀r2通过将稀释气体的一部分从其放气口排出，将其输出口保持为预先确定的一定压力。所述第二流体阻力元件c2与保持为一定压力的所述输出口连接，由此将流过所述第二流体阻力元件c2的稀释气体的流量亦即从该稀释气体取得部122输出的稀释气体的流量保持为一定。

所述混合部123导入从所述排气取得部121和所述稀释气体取得部122以一定比、一定流量分别输出的取样排气和稀释气体并对它们进行混合，并且将混合气体导入所述测量装置主体2，在此，与排气取得部121和所述稀释气体取得部122的输出口共同连接的配管构件承担所述功能。

另外，在所述实施方式中，从所述第二流道系统12输出的混合气体中的取样排气和稀释气体的比大约是1：19。虽然根据测量装置主体2的测量动态范围(测量上限值与测量下限值的比)和分辨率，确定所述稀释比(约20倍)，但是具体地说，稀释比设定为动态范围的1/5～1/500，优选的是设定为动态范围的1/10～1/100程度。另一方面，所述混合气体的流量设定成与从所述第一流道系统11输出的取样排气的流量大体一致。

所述测量装置主体2例如是吸光度式的，虽然未图示，但是将从光源射出的光向充满了测量对象气体的透光单元引导，根据此时的光的规定波长成分的吸光度，计算测量对象气体所包含的co的浓度。所述测量装置主体2的测量范围由所述单元的光路长度确定，由于伴随近来催化剂性能的提高，co浓度降低，所以在此采用单元长度长的低浓度测量范围的装置。另外，所述测量装置主体2并不限于吸光度式的装置主体。

所述控制机构3是由未图示的cpu、存储器、a/d转换器、d/a转换器和放大器等构成的电路，通过按照存储在所述存储器内的程序使cpu及其外围设备协同动作，对所述取样机构1进行控制，执行切换其动作模式的动作。

具体地说，当使所述取样机构1成为第一动作模式时，所述控制机构3发送开关信号而使第一阀v1打开并使第二阀v2和第三阀v3关闭(代替使第二阀v2和第三阀v3关闭，也可以使设置在连接混合部123和测量装置主体2的配管上的第四阀v4关闭)。由此，如图2所示，将通过第一流道系统11且未被稀释的取样排气向测量装置主体2引导。

另一方面，当使所述取样机构1成为第二动作模式时，所述控制机构3发送开关信号而使第二阀v2和第三阀v3(和第四阀v4)打开并使第一阀v1关闭。由此，如图3所示，取样排气被向第二流道系统12引导并被稀释，并且将稀释后的排气向测量装置主体2引导。

接着，对动作模式的切换时机进行说明。

在初始状态下，所述取样机构1处于第一动作模式。在该状态下，如图2所示，将未被稀释的取样排气向测量装置主体2引导并测量co浓度。

所述控制机构3接收从所述测量装置主体2发送来的co浓度测量数据并监视所述值。

此外，例如，当在预热结束前催化剂未被充分加热的状态等下，取样排气中的co浓度超过了规定的第一阈值时，所述控制机构3将取样机构1切换为第二动作模式。作为所述结果，如图3所示，将稀释后的取样排气(混合气体)向所述测量装置主体2引导，并且测量混合气体中的co浓度。另外，所述第一阈值被设定为所述测量装置主体2能够测量的上限值或比该上限值稍小的值。

另一方面，当在所述第二动作模式的状态下，对催化剂进行加热等而使催化剂发挥其功能，取样排气中的co浓度降低，混合气体中的co浓度低于规定的第二阈值时，所述控制机构3将取样机构1切换为第一动作模式。作为其结果，将未被稀释的取样排气向所述测量装置主体2引导，并且测量该取样排气中的co浓度。所述第二阈值被设定为所述测量装置主体2能够测量的下限值或比该下限值稍大的值。

附加说明如下，在所述实施方式中，取样机构1除了能够成为所述第一动作模式和第二动作模式以外，还能够成为第一校准模式和第二校准模式。

在第一校准模式下，能够对第一动作模式下的测量浓度进行校准。因此，在此引导co浓度低且已知的低浓度校准气体的第一校准气体流道41与所述第一排气流道11a的中途连接，在所述第一校准气体流道41的中途设置有第五阀v5。

此外，在所述第一校准模式下，按照来自所述控制机构3的指令，通过使所述第一阀v1关闭，另一方面使所述第五阀v5打开，代替取样气体，向所述第一排气流道11a引导所述低浓度校准气体。除此以外与第一动作模式相同。

由此，可以向测量装置主体2导入低浓度校准气体来对测量装置主体2进行校准。

在第二校准模式下，能够对第二动作模式下的测量浓度进行校准。因此，在此引导co浓度高且已知的高浓度校准气体的第二校准气体流道42与所述第二排气流道12a的中途连接，在所述第二校准气体流道42的中途设置有第六阀v6。

此外，在所述第二校准模式下，按照来自所述控制机构3的指令，通过使所述第二阀v2关闭，另一方面使所述第六阀v6打开，如图5所示，代替所述取样排气，向所述第二排气流道12a提供所述高浓度校准气体。除此以外与第二动作模式相同。

由此，可以向测量装置主体2导入高浓度校准气体来对测量装置主体2进行校准。

<第二实施方式>

在所述第一实施方式中，在第一动作模式时和第二动作模式时，使取样排气通过的流道系统分开，但是也可以在第二模式时，向第一模式时流动的取样排气中添加并混入稀释气体。

即，如图6所示，在所述第二实施方式中设置有：第一排气流道51，将取样排气导入测量装置主体2；以及稀释气体流道52，与所述第一排气流道51的中途连接。此外，在第一动作模式时，利用控制机构3，使设置在第一排气流道51上的阀v11打开，另一方面使设置在稀释气体流道52上的阀v12关闭，从而仅将取样排气导入测量装置主体2。另一方面，在第二动作模式时，使设置在稀释气体流道52上的阀v12打开，从而将取样排气和稀释气体混合后的混合气体向测量装置主体2引导。

但是，在该情况下，在第二动作模式时，向测量装置主体2引导的气体的流量与第一模式时相比多了稀释气体部分，在各动作模式下导入测量装置主体2的气体流量产生大幅度差异。因此，在单元内压力和此后的背压中产生差异等，有可能产生起因于此的测量误差。换句话说，在所述第一实施方式中，由于不论在第一动作模式下还是在第二动作模式下，向测量装置主体2引导的气体流量不存在大的差异，所以具有不容易产生起因于此的测量误差等不利情况的优点。

此外，在所述第一实施方式和第二实施方式中，由于排气测量装置通过第一动作模式和第二动作模式，使向测量装置主体2引导的气体的流量不同、或使到达测量装置主体2的流量长度不同，所以当切换第一动作模式和第二动作模式时，存在测量装置主体2的响应时间不同的可能性。作为使所述响应时间一致的方法，排气测量装置在切换第一动作模式和第二动作模式时，对于响应时间慢的模式，可以使用于计算测量浓度的移动平均时间变短而使响应时间变快，或者根据动作模式，设定不同的等待时间。

另外，本发明并不限于所述实施方式。

在所述第一模式下，向测量装置主体引导未被稀释的排气，但是也可以向测量装置主体引导以比第二动作模式低的稀释率稀释后的排气。

在所述第一实施方式中，选择性地仅使气体流过第一流道系统11和第二流道系统12中的任意一方，但是如图7所示，也可以采用下述方式：使气体在第一流道系统11(更具体地说，第一气体流道11a)和第二气体流道系统12(更具体地说，混合部123)中同时流动，在测量装置主体之前将任意一方导向测量装置主体2，将另一方向外部排出。另外，在所述图7中，对与所述第一实施方式对应的构件附加了相同的附图标记。

因此，在所述图7中的排气测量装置100中，还具备第一导出通道131和第二导出通道132，所述第一导出通道131设置在第一排气流道11a的与所述混合部123的合流点之前，所述第二导出通道132设置在所述混合部123的第四阀v4之前。

在所述第一排气流道11a上(更具体地说，第一排气流道11a上的比第一导出通道131更靠下游侧)设置有开关阀4，在所述第一导出通道131上设置有开关阀5。此外，通过打开所述开关阀4和所述开关阀5中的任意一方并且关闭另一方，在把流过第一排气流道11a的气体通过第一导出通道131向外部导出和把流过第一排气流道11a的气体向所述测量装置主体2引导之间进行切换。

另一方面，在所述第二导出通道132上设置有开关阀6。此外，通过打开所述开关阀6和所述第四阀v4中的任意一方并且关闭另一方，在把流过混合部123的气体通过第二导出通道132向外部导出和把流过混合部123的气体向所述测量装置主体2引导之间进行切换。

在图7中，根据来自控制机构3的指令，第一阀v1～第三阀v3在动作时处于常开状态。

此外，在所述第一动作模式时，控制机构3关闭所述第四阀v4并打开所述开关阀6，将混合气体从第二导出通道132放出，另一方面，通过关闭开关阀5并打开开关阀4，将流过所述第一流道系统11的气体(排气)导向测量装置主体2。

在所述第二动作模式时，控制机构3关闭所述开关阀4并打开所述开关阀5，将排气从所述第一导出通道131放出，另一方面，通过打开所述第四阀v4并关闭所述开关阀6，将流过所述第二流道系统12的气体(混合气体)导向测量装置主体2。

按照这样的结构，由于在所述第一动作模式和第二动作模式中的哪种情况下，都可以使所述第一流道系统11和第二流道系统12中气体流动停止的部分变短，所以当切换所述第一动作模式和第二动作模式时，可以使到来自所述第一流道系统11或第二流道系统12的气体流动稳定为止的时间变短。

特别是在所述第二流道系统12中，由于能够在切换前后稳定地保持排气和稀释气体的稀释比，所以是有利的。

在所述各实施方式中，利用调压阀和流体阻力元件，将气体流量控制成为一定，但是也可以利用质量流量控制器来控制稀释气体和取样排气的流量。此外，可以根据内燃机的种类和测试状况使稀释率变化。

也可以设置第三动作模式和更多的动作模式，能够以三阶段以上的方式改变稀释率。

在所述各实施方式中，利用所述第一校准模式对所述第一动作模式下的测量浓度进行校准，利用所述第二校准模式对所述第二动作模式下的测量浓度进行校准，但是也可以在所述第一动作模式的测量浓度和第二动作模式的测量浓度之间设定预先规定的相关系数，只要利用所述第一校准模式和第二校准模式中的任一种校准模式来进行校准，就能够利用所述相关函数对另一种动作模式也进行校准。

在该情况下，所述相关函数预先存储在所述存储器的规定区域内，作为所述相关函数的形式可以是数学式的形式，也可以是表形式。

此外，所述低浓度校准气体和高浓度校准气体可以分别从单独准备的钢瓶导入，也可以仅准备所述高浓度校准气体，通过对该高浓度校准气体进行稀释来调整所述低浓度校准气体。

另外，只要不违反本发明的宗旨，可以进行各种变形，并且可以对各实施方式的结构要素进行适当组合。

可以相互组合本发明的各个实施方式(实施例)中所记载的技术特征形成新的技术方案。