CN102590445B - 排气分析***和排气分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供排气分析***和排气分析方法，可以一举解决在车辆行驶中发动机转动停止的车辆的排气分析中因该发动机停止而导致的问题，所述排气分析***包括：排气导入配管(3)，一端在排气流路(300)内开口，另一端与排气分析设备(2)连接；以及切换机构(4)，在通过排气导入配管(3)对排气进行取样并将取得的排气样品导向分析设备(2)的取样路径(L1)和导入空气并将空气导向分析设备(2)的空气导入路径(L2)之间选择性地进行切换，当发动机运转时，通过切换机构(4)使通往分析设备(2)的路径成为取样路径(L1)，当发动机停止时，通过切换机构(4)使通往分析设备(2)的路径成为空气导入路径(L2)。

Description

排气分析***和排气分析方法
技术领域
本发明涉及对来自发动机(内燃机)的排气进行取样并分析的排气分析***和排气分析方法。
背景技术
近年来，伴随混合动力汽车和怠速停止汽车的增加，需要对行驶中发动机停止的车辆的排气进行测量。
在此，作为以往的排气分析装置，如专利文献1所示，公开有一种排气分析装置，该排气分析装置从发动机的排气流动的排气管对排气直接进行取样，并将取得的排气样品导入到排气分析装置中。
然而，当采用这种排气分析装置对所述混合动力汽车等的排气进行测量时，即使在发动机已经停止的情况下，也会通过排气分析装置的泵进行抽吸。由此，导致在发动机和排气管内产生与原来不同的气流，会导致例如使设置在排气管内的催化剂的温度变化，另一方面会导致使发动机排气口的压力降低等不良现象。
虽然此时可以考虑在发动机停止的同时，使排气分析装置的泵停止来停止测量，但是当使泵停止时，因泵的惯性导致不能瞬间停止抽吸气体，使发动机和排气管等配管内成为负压，从而存在使发动机条件变化、使排气分析装置的泵本身承受负荷、另一方面导致气体偶然地流动等问题。此外，在排气分析装置的泵停止后，如果在发动机启动的同时启动泵，则有可能导致泵等的启动延迟。
专利文献1：日本专利公开公报特开2010-139340号
发明内容
本发明的主要目的在于：在车辆行驶中发动机转动停止的车辆的排气分析中，一举解决因该发动机停止所导致的问题。
即，本发明提供一种排气分析***，其特征在于，所述排气分析***包括：排气导入配管，该排气导入配管的一端在来自发动机的排气流动的排气流路内开口，该排气导入配管的另一端与分析设备连接；以及切换机构，在取样路径和空气导入路径之间选择性地进行切换，所述取样路径通过所述排气导入配管对所述排气进行取样并将取得的所述排气的样品导向所述分析设备，所述空气导入路径导入空气并将所述空气导向所述分析设备，所述排气导入配管和所述切换机构设置在所述分析设备的上游，当所述发动机运转时，通过所述切换机构使通往所述分析设备的路径成为所述取样路径，当所述发动机停止时，通过所述切换机构使通往所述分析设备的路径成为所述空气导入路径，测量排气从所述排气导入配管的取样点流动到所述分析设备的延迟时间。
按照所述的排气分析***，由于当发动机处于运转(转动)状态时通过切换机构使通往所述分析设备的路径成为取样路径，并且当发动机停止时通过切换机构使通往所述分析设备的路径成为空气导入路径，所以即使在发动机停止时使分析设备保持工作状态，也不会将气体从排气流路抽吸到排气导入配管中。由此，可以解决发动机停止时在排气流路内意外的气流、催化剂的温度变化以及排气口的压力降低等问题。此外，由于即使发动机停止时也无需使分析设备的泵停止，所以可以解决因泵启动时的启动延迟或泵停止时的惯性所导致的问题。
为了不仅使所述排气分析***的结构简单并且通过降低成本使其价格低，而且使其操作简单，优选的是：所述排气导入配管具有：上游配管，该上游配管的一端在所述排气流路内开口；以及下游配管，该下游配管的另一端与所述分析设备连接，所述切换机构是三通阀，所述上游配管与该三通阀的第一口连接，所述下游配管与该三通阀的第二口连接，该三通阀的第三口向空气开放。
此外，为了可以对应于发动机的运转或停止自动地控制切换机构，优选的是，控制装置接收到发动机动作关联信号后，控制所述切换机构，所述发动机动作关联信号表示所述发动机是否处于运转状态。
此外，本发明还提供一种排气分析方法，其特征在于，将排气导入配管和切换机构设置在分析设备的上游，所述排气导入配管的一端在来自发动机的排气流动的排气流路内开口，所述排气导入配管的另一端与所述分析设备连接，所述切换机构在取样路径和空气导入路径之间选择性地进行切换，所述取样路径通过所述排气导入配管对所述排气进行取样并将取得的所述排气的样品导向所述分析设备，所述空气导入路径导入空气并将所述空气导向所述分析设备，当所述发动机运转时，通过所述切换机构使通往所述分析设备的路径成为所述取样路径，当所述发动机停止时，通过所述切换机构使通往所述分析设备的路径成为所述空气导入路径。
按照所述结构的本发明，可以解决发动机停止时在排气流路内的意外的气流、催化剂的温度变化以及排气口的压力降低等问题。此外，由于无需使分析设备的泵停止，所以可以解决因泵启动时的启动延迟或泵停止时的惯性所导致的问题。
附图说明
图1是简要表示本实施方式的排气分析***的结构的图。
图2是表示与图1为相同实施方式的取样路径和空气导入路径的图。
图3是表示变形实施方式的切换机构的图。
图4是简要表示其他排气分析***的结构的图。
附图标记说明
100···排气分析***
300···排气流路
2···排气分析装置(分析设备)
3···排气导入配管
L1···取样路径
L2···空气导入路径
4···切换机构(三通电磁阀)
5···控制装置
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的排气分析***的一个实施方式进行说明。
本实施方式的排气分析***100对来自装在发动机测功机200上的发动机的排气进行分析。
具体地说，如图1所示，排气分析***100包括：作为分析设备的排气分析装置2，对发动机E的排气进行分析；排气导入配管3，该排气导入配管3的一端开口于装在发动机测功机200上的发动机E的排气流动的排气流路300，并且该排气导入配管3的另一端与排气分析装置2连接；切换机构4，设置在所述排气导入配管3上，并且在取样路径L1和空气导入路径L2之间选择性地进行切换，所述取样路径L1通过所述排气导入配管3对排气进行取样，所述空气导入路径L2导入空气；以及控制装置5，控制所述切换机构4。另外，由所述排气导入配管3、切换机构4和控制装置5构成排气取样装置。
排气分析装置2测量排气中所含有的测量成分的浓度，例如通过NDIR法(非分散赤外線吸収法，非分散红外吸收法)测量CO、CO2的浓度，通过FID法(氢火焰离子化检测器法)测量THC的浓度，通过CLD法(化学发光法)测量NOX的浓度。
此外，在排气流路300中、且在相对于排气导入配管3的一端的开口(取样点)的上游和下游，分别设置有用于净化排气的排气净化催化剂。
本实施方式的切换机构4由配置在排气导入配管3上的三通电磁阀构成。该三通电磁阀4具有：上游口(第一口)P1，与构成排气导入配管3的上游配管31连接；下游口(第二口)P2，与构成排气导入配管3的下游配管32连接；以及向空气开放口(第三口)P3，向空气开放。另外，上游配管31的上游开口在所述排气流路300内开口。此外，下游配管32的下游与排气分析装置2的气体导入口连接。另外，也可以将向空气开放的配管与向空气开放口P3连接。
通过后述的控制装置5控制所述三通电磁阀4，如图2所示，所述三通电磁阀4在取样路径L1(参照图2的(A))和空气导入路径L2(参照图2的(B))之间选择性地进行切换，所述取样路径L1连通上游口P1和下游口P2，所述空气导入路径L2连通向空气开放口P3和下游口P2。为了使切换的响应性良好，优选的是使三通电磁阀4接近取样点，在本实施方式中，三通电磁阀4设置在排气导入配管3上、且位于形成排气流路300的配管的外侧附近。
控制装置5是具有CPU、存储器、输入输出通道和A/D转换器等的专用或通用计算机，通过按照存储在所述存储器中的控制程序，CPU和其***设备协作，与发动机E的运转或停止相配合来切换作为所述切换机构的三通电磁阀4。
具体地说，当发动机E处于运转状态时，控制装置5通过控制三通电磁阀4，切换为取样路径L1，当发动机E停止时，控制装置5通过控制三通电磁阀4，切换为空气导入路径L2。由此，当发动机E运转(转动)时，将排气的样品导入到排气分析装置2中，当发动机E停止时，将空气导入到排气分析装置2中。
所述控制装置5根据从发动机E或该发动机E的***装置得到的发动机动作关联信号，对所述三通电磁阀4进行切换控制。发动机动作关联信号是表示内燃机是否处于运转状态亦即发动机E是否转动(发动机E的运转(ON)或停止(OFF))的信号，发动机动作关联信号例如是如下的信号：从检测发动机E的转速的拾取传感器(ピックアップセンサ)得到的检测信号；发动机E的点火信号；通过分析发动机E的振动或噪音得到的发动机转速信号；从作为***装置的发动机测功机200得到的发动机转速信号；从检测在排气流路300内流动的排气流量的流量传感器得到的排气流量信号；从检测发动机E的吸气流量的流量传感器得到的吸气流量信号，等等。
此外，控制装置5取得所述的发动机动作关联信号，判断发动机E是否处于转动状态(发动机E的运转或停止)，当判断发动机E停止时，控制装置5对三通电磁阀4进行切换使通往排气分析装置2的路径成为空气导入路径L2。另一方面，当判断发动机E运转时，控制装置5对三通电磁阀4进行切换使通往排气分析装置2的路径成为取样路径L1。
另外，当采用所述的信号作为发动机动作关联信号时，相对于发动机的实际运转，切换时机有时会延迟。在这种情况下，也可以另外使用发动机启动信号作为发动机动作关联信号。此外，例如像怠速停止汽车那样，在测试模式区间内发动机E的运转或停止明确的情况下，也可以把通过分析测试模式而得到的分析信号作为发动机动作关联信号来使用，在应该成为发动机E运转或停止的时机，对切换机构4进行切换，从而切换为取样路径L1或空气导入路径L2。
按照所述结构的本实施方式的排气分析***100，通过三通电磁阀4，当发动机运转时使通往排气分析装置2的路径成为取样路径L1，并且当发动机停止时使通往排气分析装置2的路径成为空气导入路径L2，所以即使使排气分析装置2保持工作的状态，也不会在发动机停止时将排气从排气流路300抽吸到排气导入配管3中。由此，可以解决发动机停止时在排气流路300内的意外的气流、催化剂的温度变化以及排气口的压力降低等问题。
此外，由于即使发动机停止时也无须使排气分析装置2的泵停止，所以可以解决因泵启动时的启动延迟或泵停止时的惯性导致的问题。
此外，由于采用三通电磁阀4，所以不仅可以使排气分析***100的结构简单并且降低成本从而使价格低，还可以使排气分析***100的操作简单。
此外，通过设置三通电磁阀4，在不对排气进行取样的暖机模式的情况下，可以使气体从排气分析装置2一侧倒流来吹扫(purge)排气导入配管3。此外，即使在进行长时间测量时需要在中途进行吹扫的情况下，也可以不对发动机E一侧产生影响地进行吹扫。
另外，本发明不限于所述实施方式。
在配合发动机的停止或运转使测量停止或开始的情况下，使测量停止或开始的时机非常重要。在进行排气取样的排气分析***100的情况下，为了提高排出量计算的精度，排气从取样点流动到分析设备2的延迟时间也非常重要。由于延迟时间因分析设备2的种类和配管长度不同而不同，所以优选的是，按照每种成分测量延迟时间，并且在计算排出量时进行延迟时间修正。
为了测量所述延迟时间，例如向排气导入配管的上游开口提供成分浓度已知的标准气体等，并且将切换机构切换为取样路径。通过比较所述切换的时刻和分析设备指示的初始上升时刻，可以得出测量开始时的延迟时间。同样，在使浓度已知的标准气体等流动的状态下，将切换机构切换为空气导入路径。通过比较该切换的时刻和分析设备指示的下降时刻，可以得出测量停止时的延迟时间。另外，不另外设置提供成分浓度已知的标准气体的供给机构，通过使发动机处于稳定状态并使排气浓度固定，同样也可以测量延迟时间。
此外，在所述实施方式中，虽然切换机构4是三通电磁阀，并且控制装置5取得发动机动作关联信号后自动地切换三通电磁阀4，但是也可以由使用者通过操作控制装置5来切换三通电磁阀4。
此外，也可以由三通阀构成切换机构4，使用者通过手动来切换三通阀。
此外，虽然所述实施方式的排气分析装置采用了排气分析装置2作为分析设备，但是另外也可以采用PM(Particulate Matter，颗粒物)分析装置。
此外，如图3所示，作为切换机构4也可以设置从排气导入配管3分路的向空气开放配管41，并且在比分路点P靠向上游一侧分别设置开关阀42、43。
此外，也可以利用排气分析***100从设置在排气流路300内的排气净化催化剂的上游和下游，分别对排气进行取样，并且通过对取得的的排气的样品进行分析，来分析催化剂的净化效率。在这种情况下，如图4所示，排气分析***100包括：第一排气导入配管3A，从排气净化催化剂的上游对排气进行取样；以及第二排气导入配管3B，从排气净化催化剂的下游对排气进行取样，并且在第一排气导入配管3A和第二排气导入配管3B上分别设置有切换机构4A、4B，所述切换机构4A、4B在取样路径L1和空气导入路径L2之间选择性地进行切换。
此外，本发明不限于所述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内当然可以进行各种变形。

Claims (4)

1.一种排气分析***，其特征在于，所述排气分析***包括：
排气导入配管，该排气导入配管的一端在来自发动机的排气流动的排气流路内开口，该排气导入配管的另一端与分析设备连接；以及
切换机构，在取样路径和空气导入路径之间选择性地进行切换，所述取样路径通过所述排气导入配管对所述排气进行取样并将取得的所述排气的样品导向所述分析设备，所述空气导入路径导入空气并将所述空气导向所述分析设备，
所述排气导入配管和所述切换机构设置在所述分析设备的上游，
当所述发动机运转时，通过所述切换机构使通往所述分析设备的路径成为所述取样路径，当所述发动机停止时，通过所述切换机构使通往所述分析设备的路径成为所述空气导入路径，
测量排气从所述排气导入配管的取样点流动到所述分析设备的延迟时间。
2.根据权利要求1所述的排气分析***，其特征在于，
测量由所述切换机构切换为取样路径的时刻到所述分析设备的指示的初始上升为止的测量开始时的延迟时间以及由所述切换机构切换为空气导入路径的时刻到所述分析设备的指示的初始上升为止的测量停止时的延迟时间。
3.根据权利要求1所述的排气分析***，其特征在于计算所述排气中包含的测量成分的排出量，在排出量的计算时，使用所述延迟时间进行延迟时间的修正。
4.一种排气分析方法，其特征在于，
将排气导入配管和切换机构设置在分析设备的上游，所述排气导入配管的一端在来自发动机的排气流动的排气流路内开口，所述排气导入配管的另一端与所述分析设备连接，所述切换机构在取样路径和空气导入路径之间选择性地进行切换，所述取样路径通过所述排气导入配管对所述排气进行取样并将取得的所述排气的样品导向所述分析设备，所述空气导入路径导入空气并将所述空气导向所述分析设备，
当所述发动机运转时，通过所述切换机构使通往所述分析设备的路径成为所述取样路径，当所述发动机停止时，通过所述切换机构使通往所述分析设备的路径成为所述空气导入路径，
测量排气从所述排气导入配管的取样点流动到所述分析设备的延迟时间。
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