JP3645756B2

JP3645756B2 - 走行車両における窒素酸化物簡易測定方法

Info

Publication number: JP3645756B2
Application number: JP26447099A
Authority: JP
Inventors: 時弘塚本; 信隆木原
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2019-09-17
Also published as: JP2001091409A; US6619107B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、路面上を実際に走行している自動車など車両のエンジンから排出される窒素酸化物の重量を簡易に測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、自動車など車両のエンジンから排出されるガス（以下、排ガスという）のなかに含まれる成分のうち、大気汚染物質とされているものの一つに、窒素酸化物（以下、ＮＯ_x という）がある。そして、エンジンからの排ガスに含まれるＮＯ_x の濃度は、中速中負荷領域で最も高く、それ以外の領域では減少している。このため、ＮＯ_x の排出量を測定する場合、測定に供される自動車に適度の負荷を与えることが必要となる。
【０００３】
そこで、従来においては、自動車をシャシダイナモ装置に搭載して、この装置によって自動車を予め定められた走行パターンで走行させ、エンジン回転数やトルクなどを制御して、自動車に適宜の負荷を与え、そのとき自動車のエンジンから排出される排ガスに含まれるＮＯ_x を、例えば化学発光分析計（ＣＬＤ）などのようなＮＯx 計を用いて測定していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の測定手法においては、ＮＯ_x 計のほかにシャシダイナモ装置などかなり大掛かりな装置が必要になり、測定のための設備がコスト高となっていた。また、このシャシダイナモ装置を用いるＮＯ_x 測定は、完成車などまだ走行してない自動車におけるＮＯx 測定が大半であり、一旦使用に供された自動車、すなわち、いわゆる使用過程車については、この装置を用いた測定は行われたことがなかった。なお、使用過程車については、実体調査によって測定しているが、その比率は低い。
【０００５】
そして、上述したように、自動車から排出されるＮＯx 濃度および重量を測定するには、ＮＯ _x の濃度が最も高い中速中負荷領域で行なうことが望ましく、そのためには、自動車に適度な走行負荷が与えられた状態で測定するのが好ましい。
【０００６】
ところで、この出願の出願人は、自動車などの車両を実際に路面上を走行させたときにそのエンジンから排出されるＮＯ_x の重量を簡易に求める手法として、平成１１年１月２９日付けで、「走行車両における窒素酸化物簡易測定方法」を特許出願している（特願平１１−２３０１６号）。この特許出願に係るＮＯ_x 重量の測定方法は、ＮＯ_x 計によってＮＯ_x 濃度を測定する一方、吸入空気流量計または排気流量計を用いて排気流量を求め、前記ＮＯ_x 濃度と排気流量とによってエンジンから排出されるＮＯ_x の重量を簡易に求めるようにしたものである。
【０００７】
しかしながら、上記特許出願におけるＮＯ_x 重量の測定方法においては、吸入空気流量計または排気流量計を用いて排ガス流量を求めるようにしているため、この排ガス流量の計測に際して流量計の校正を行う必要があるとともに、圧損により排ガス流量の測定値に誤差が生ずることがあり、この点に改良の余地があった。
【０００８】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、自動車などの車両を実際に路面上を走行させたときにそのエンジンから排出されるＮＯ_x の重量を、簡易でありながらも精度よく測定することができる走行車両におけるＮＯ_x 簡易測定方法（以下、単にＮＯ_x 簡易測定方法という）を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の請求項１に係るＮＯ_x 簡易測定方法は、車両にＮＯ_x 計、空燃比センサおよびデータ収集装置を搭載し、前記車両を実際に路面上を走行させ、そのとき、エンジンから排出される排ガスをＮＯ_x 計に導き、このＮＯ_x 計によって排ガス中に含まれるＮＯ_x 濃度を求める一方、前記車両に搭載されている電子制御ユニットから出力されるフューエル・インジェクション・パルスの計測に基づいて得られる燃料噴射量と前記エンジンから排出される排ガスを空燃比センサに導いて空燃比を検出する空燃比センサの出力とから排ガス流量を求め、この排ガス流量と前記ＮＯ_x 濃度とから車両の実際の路面走行時にエンジンから排出されるＮＯ_x の重量を得るようにしたことを特徴としている。
また、この発明の請求項２に係る簡易測定方法は、車両のエンジンに連なる排気管に、エンジンから排出される排ガス中に含まれているＮＯ _x の濃度を測定する直挿型ＮＯ _x 計と前記排ガスから空燃比を検出する空燃比センサとが近接配置されているとともにデータ収集装置が設けられており、前記車両を実際に路面上を走行させ、そのとき、エンジンから排出される排ガス中のＮＯ _x 濃度をウエット状態に測定する一方、車両に搭載され、前記エンジンにおける燃料噴射量を制御する電子制御ユニットから出力されるフューエル・インジェクション・パルスの計測に基づいて得られる燃料噴射量と前記空燃比センサの出力とからウエット状態の排ガス流量を求め、この排ガス流量と前記ＮＯ _x 濃度とＮＯ _x 密度とから車両の実際の路面走行時にエンジンから排出されるＮＯ _x の重量を得るようにしたことを特徴としている。
【００１０】
この発明の請求項１及び請求項２に係るＮＯ_x 簡易測定方法においては、車両を走行速度やギア比を変えながら道路など実際の路面上を走行させることにより、車両に適度な走行負荷が与えられることとなり、その負荷の下において発生するＮＯ_x の濃度を車両に搭載されたＮＯ_x 計によって測定される。一方、前記車両に搭載されている電子制御ユニットから出力されるフューエル・インジェクション・パルスの計測に基づいて得られる燃料噴射量と排ガスから空燃比を検出する空燃比センサの出力とを用いて排ガス流量が求められる。したがって、この排ガス流量と前記ＮＯ_x 濃度とを用いて所定の演算を行うことにより、エンジンから排出されるＮＯ_x の重量を得ることができ、現実の路面走行においてエンジンによって発生するＮＯ_x の重量をリアルタイムに、かつ、計器に起因する誤差を生じることなく、簡易でありながらも精度よく測定することができる。
【００１１】
特に、請求項２のように、前記ＮＯ_x 計として直挿型ＮＯ_x 計を用い、この直挿型ＮＯ_x計及び空燃比センサを、エンジンに連なる排気管に取り付けることにより、従来の化学発光分析計（ＣＬＤ）などを用いる場合に比べて、測定系の構成が簡単かつコンパクトになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明のＮＯ_x 簡易測定方法を説明するための図で、この図において、１は試験に供される車両としての、例えば使用過程車で、ＭＴ（ＭａｎｕａｌＴｒａｎｓ-ｍｉｓｓｉｏｎ）車である。２はこの使用過程車１の例えばガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）で、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）３によって燃料噴射量等が制御される。このＥＣＵ３は、後述するデータ収集装置とデータを授受できるように構成されている。
【００１３】
４はエンジン２に連なる排気管、５はこの排気管４に設けられるマフラーである。６は排気管４の適宜の箇所に設けられるＮＯ_x の濃度を測定するための直挿型ＮＯ_x センサで、この直挿型ＮＯ_x センサ６としては、例えば、ジルコニア固体電解質を利用したＮＯ_xセンサ（例えば日本ガイシ（株）製）がある。７は排気管４に設けられる空燃比センサで、ＮＯ_x センサ６と並べて配置されている。これらのセンサ６，７の出力は、インタフェース８を介してデータ収集装置（後述する）に入力される。
【００１４】
そして、９，１０，１１はそれぞれエンジン回転数センサ、車速センサ、エンジン冷却水温度センサである。これらのセンサ９〜１１の出力は、インタフェース１２を介してデータ収集装置（後述する）に入力される。
【００１５】
１３はデータ収集装置としてのマイクロコンピュータで、使用過程車１の適宜の箇所に搭載されている。このデータ収集装置１３は、ＥＣＵ３やセンサ９〜１１からの信号などに基づいて適宜演算を行う。
【００１６】
なお、１４は路面である。
【００１７】
上記構成の使用過程車１においては、エンジン回転数センサ９や車速センサ１０などのセンサのほかにＮＯ_x 濃度測定用のＮＯ_x センサ６を搭載しているので、使用過程車１を道路など実際の路面１４を走行させ、そのときのエンジン回転数や車速とともに、ＮＯ_x 濃度（ウエット状態）Ｃ_NOX をリアルタイムで測定することができ、これらの測定データをマイクロコンピュータ１３において適宜データ処理することにより、特定のエンジン回転数とＮＯ_x 濃度との関係や、特定のギア位置・車速とＮＯ_x 濃度との関係や、特定のエンジン回転数とＮＯ_x 濃度との関係を簡単に得ることができる。
【００１８】
ところで、前記排ガス中に含まれるＮＯ_x の排出重量を算出するには、前記ＮＯ_x 濃度と排ガス流量（トータル流量：Ｑ_EX）が必要である。今、排ガス流量をＱ_EX、吸入空気量をＱ_Air 、空気の重量をＧ_Air 、空気の比重をγ_a 、燃料（ガソリン）の重量をＧ_f 、空燃比をＡ／Ｆとすると、これらの間には、以下の関係式が成り立つ。
Ｑ_EX＝Ｑ_Air＋ｋ・Ｇ_f ……（１）
Ｑ_Air＝Ｇ_Air ／γ_a ……（２）
Ｇ_Air ＝Ｇ_f ×Ａ／Ｆ ……（３）
但し、ｋは定数（既知）である
【００１９】
上記式（１）〜式（３）から、
Ｑ_EX＝Ｇ_f ×｛（Ａ／Ｆ）×（１／γ_a ）＋ｋ｝ ……（４）
という関係式が得られる。
【００２０】
ここで、前記式（４）におけるＡ／Ｆは、ＮＯ_x センサ６の近傍に設けられている空燃比センサ７によって検出される。また、γ_a およびｋは、既知の定数であるので、燃料重量Ｇ_f が分かれば、エンジン２からの排ガス流量Ｑ_EXは、前記式（４）を用いることにより、計算で求めることができる。
【００２１】
ところで、上記使用過程車１には、エンジン２を制御するためのＥＣＵ３が搭載されており、そのダイアグノスティック端子からは、図２（Ａ）に示すようなフューエル・インジェクション・パルス（ｔ_on）が出力されている。なお、同図（Ａ）において、Ｔはパルスの周期で、これはエンジン２の回転周期の１／２である。
【００２２】
そして、前記フューエル・インジェクション・パルス（ｔ_on）を計測することにより、公知の演算手法によって燃料噴射量（すなわち、燃料重量Ｇ_f ）を正確に求めることができる。すなわち、フューエル・インジェクション・パルスを計測することにより、
Ｇ_f ＝ａｔ＋ｂ ……（５）
（ここで、ａ，ｂは定数、ｔはバルブが開いている間の時間である。）
で表されるインジェクタ特性が求められ、燃料重量Ｇｆを求めることができる。そして、この求められた燃料重量Ｇ_f を、前記式（４）を用いることにより、排ガス流量Ｑ_EXが求められ、これを湿度、温度、圧力によって補正を行うことにより、ウエット状態の排ガス流量（ウエット状態）Ｑ_EXが求められる。
【００２３】
そして、ＮＯ_x 排出重量の算出に際しては、まず、ＮＯ_x 排出率Ｇ_NOX が必要である。このＮＯ排出率Ｇ_NOX は、上記排ガス流量Ｑ_EXに、ＮＯ_x 濃度Ｃ_NOX 及びＮＯ_x 密度（１．９１ｇ／Ｌ）を乗ずることにより求めることができる。すなわち、ＮＯ_x 排出率Ｇ_NOXは、
Ｇ_NOX ＝Ｑ_EX×Ｃ_NOX ×１０^-6×１．９１×１０００ ……（６）
と表される。
【００２４】
そして、データ収集した区間のＮＯ_x 排出量は、データサンプルごとの消費量の総和をとることにより求められる。すなわち、１秒ごとにデータ収集しているときは、ΣＧ_NOX／６０となる。この値を走行距離で除することにより、単位走行距離（例えば１ｋｍ）あたりのＮＯ_x 排出量ｇ／ｋｍが得られる。
【００２５】
上述したＮＯ_x の簡易測定方法においては、使用過程車１を実際に路面１４上を走行させたときにそのエンジン２から排出されるＮＯ_x の濃度を、エンジン２に連なる排気管４に取り付けられたＮＯ_x 計６によって測定する一方、前記排気管４に取り付けられた空燃比センサ７によって空燃比を求めるとともに、エンジン２における燃料噴射量を制御するＥＣＵ３から出力されるフューエル・インジェクション・パルスを計測し、このパルスに基づいて燃料噴射量を計算によって求め、前記空燃比と燃料噴射量とを用いてエンジン２から排出される排ガス流量を求め、この排ガス流量と前記ＮＯ_x 濃度とからエンジン２から排出されるＮＯ_x の重量を得るようにしている。
【００２６】
したがって、エンジン２からの排ガス中におけるＮＯ_x 濃度を簡単に測定することができるとともに、排ガス流量を、フューエル・インジェクション・パルスの計測に基づいて得られる燃料噴射量から求めるものであるので、冒頭に掲げた先願における測定方法とは異なり、計器に起因する誤差が生ずることがないため、簡便でありながらも精度の高い測定結果を得ることができる。
【００２７】
そして、特に、ＮＯ_x 計として直挿型ＮＯ_x 計を用い、この直挿型ＮＯ_x 計の直挿型センサ６を、エンジン２に連なる排気管４に取り付けて、ＮＯ_x 濃度を測定するようにしているので、従来の化学発光分析計などを用いる手法に比べて、ＮＯ_x 測定のための装置構成がコンパクトになる。
【００２８】
また、使用過程車１の排気量の如何にかかわらず、ＮＯ_x 測定を連続的に行うことができる。
【００２９】
なお、上述の実施の形態においては、使用過程車１を例示しているが、この発明はこれに限られるものではなく、車両として所謂新車を用いてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、シャシダイナモ装置を用いて行う場合のようなシミュレート運転ではなく、現実の路面走行においてエンジンによって発生し排出されるＮＯ_x 重量をリアルタイムに測定することができ、使用過程車が普段走行している状態において排出するＮＯ_x 重量を直接（生の状態で）測定することができる。また、シャシダイナモ装置を用いるものとは異なり、簡易な装置でありながらも精度よくＮＯ_x 測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のＮＯ_x 簡易測定方法を実施するための構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】（Ａ）はフューエル・インジェクション・パルスの一例を示す図、（Ｂ）はインジェクタの特性を表す図である。
【符号の説明】
１…車両、２…エンジン、３…電子制御ユニット、４…排気管、６…ＮＯ_x 計、７…空燃比センサ、１３…データ収集装置、１４…路面。

Claims

車両にＮＯ_x 計、空燃比センサおよびデータ収集装置を搭載し、前記車両を実際に路面上を走行させ、そのとき、エンジンから排出される排ガスをＮＯ_x 計に導き、このＮＯ_x 計によって排ガス中に含まれるＮＯ_x 濃度を求める一方、前記車両に搭載されている電子制御ユニットから出力されるフューエル・インジェクション・パルスの計測に基づいて得られる燃料噴射量と前記エンジンから排出される排ガスを空燃比センサに導いて空燃比を検出する空燃比センサの出力とから排ガス流量を求め、この排ガス流量と前記ＮＯ_x 濃度とから車両の実際の路面走行時にエンジンから排出されるＮＯ_x の重量を得るようにしたことを特徴とする走行車両における窒素酸化物簡易測定方法。
車両のエンジンに連なる排気管に、エンジンから排出される排ガス中に含まれているＮＯ _x の濃度を測定する直挿型ＮＯ _x 計と前記排ガスから空燃比を検出する空燃比センサとが近接配置されているとともに、データ収集装置が設けられおり、前記車両を実際に路面上を走行させ、そのとき、エンジンから排出される排ガス中のＮＯ _x 濃度をウエット状態に測定する一方、車両に搭載され、前記エンジンにおける燃料噴射量を制御する電子制御ユニットから出力されるフューエル・インジェクション・パルスの計測に基づいて得られる燃料噴射量と前記空燃比センサの出力とからウエット状態の排ガス流量を求め、この排ガス流量と前記ＮＯ _x 濃度とＮＯ _x 密度とから車両の実際の路面走行時にエンジンから排出されるＮＯ x の重量を得るようにしたことを特徴とする走行車両における窒素酸化物簡易測定方法。