(57)【要約】【課題】赤外光を用いた排ガス分析において、赤外光を吸収しないＯ２を測定できるようにする。【解決手段】内燃機関から排出される排ガスを分析する排ガス分析装置１００であって、排ガスに赤外光を照射する赤外光源１と、排ガスを透過した赤外光を検出する光検出器４と、光検出器４により得られた検出信号に基づいて排ガス中のＣＯ２濃度を算出するＣＯ２濃度算出部５１２と、燃料の燃焼反応式及び排気再循環システムのＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値を用いて、ＣＯ２濃度から排ガス中のＯ２濃度を算出するＯ２濃度算出部５２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排ガスを分析する排ガス分析装置であって、
前記排ガスに赤外光を照射する赤外光源と、
前記排ガスを透過した赤外光を検出する光検出器と、
前記光検出器により得られた検出信号に基づいて前記排ガス中のＣＯ２濃度を算出するＣＯ２濃度算出部と、
燃料の燃焼反応式及び排気再循環システムのＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値を用いて、前記ＣＯ２濃度から前記排ガス中のＯ２濃度を算出するＯ２濃度算出部とを備える、排ガス分析装置。
【請求項２】
前記Ｏ２濃度算出部は、前記燃焼反応式におけるＯ２の係数とＣＯ２の係数との比から求まる変換係数と、前記ＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値から求まるＥＧＲ補正係数と、前記ＣＯ２濃度算出部で算出したＣＯ２濃度変化量とを用いて、前記排ガス中のＯ２濃度を算出する、請求項１記載の排ガス分析装置。
【請求項３】
前記Ｏ２濃度算出部は、下記式に基づいてＯ２濃度を算出する、請求項２記載の排ガス分析装置。
［Ｏ２濃度］＝［元のＯ２濃度］−［変換係数］×［ＥＧＲ補正係数］×［ＣＯ２濃度変化量］
【請求項４】
前記Ｏ２濃度算出部は、ＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値とＣＯ２濃度との関係を示す関係式を予め記憶しており、当該関係式を用いて、前記ＣＯ２濃度から前記ＥＧＲ補正係数を算出する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の排ガス分析装置。
【請求項５】
前記関係式の各パラメータは、予め取得されたＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値と、前記ＣＯ２算出部又は他の分析装置により得られたＣＯ２濃度とを含む教師データを用いて機械学習により生成されるものである、請求項４記載の排ガス分析装置。
【請求項６】
前記内燃機関に接続された排気管に触媒が設けられており、前記触媒を通過した排ガスを分析するものであり、
前記Ｏ２濃度算出部は、前記燃焼反応式及び前記ＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値に加えて、前記触媒の酸素の放出量又は吸収量を示す値を用いて、前記排ガス中のＯ２濃度を算出する請求項１乃至５の何れか一項に記載の排ガス分析装置。
【請求項７】
前記Ｏ２濃度算出部は、前記燃焼反応式におけるＯ２の係数とＣＯ２の係数との比から求まる変換係数と、前記ＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値から求まるＥＧＲ補正係数と、前記触媒の酸素の放出量又は吸収量を示す値から求まる触媒補正係数と、前記ＣＯ２濃度算出部で算出したＣＯ２濃度変化量とを用いて、前記排ガス中のＯ２濃度を算出する、請求項６記載の排ガス分析装置。
【請求項８】
前記Ｏ２濃度算出部は、下記式に基づいてＯ２濃度を算出する、請求項７記載の排ガス分析装置。
［Ｏ２濃度］＝［元のＯ２濃度］−［変換係数］×［ＥＧＲ補正係数］×［触媒補正係数］×［ＣＯ２濃度変化量］
【請求項９】
前記Ｏ２濃度算出部は、前記触媒の酸素の放出量又は吸収量を示す値とＣＯ２濃度との関係を示す関係式を予め記憶しており、当該関係式を用いて、前記ＣＯ２濃度から触媒の酸素の放出量又は吸収量を示す値を算出する、請求項６乃至８の何れか一項に記載の排ガス分析装置。
【請求項１０】
フーリエ変換型赤外分光法を用いたものである、請求項１乃至９の何れか一項に記載の排ガス分析装置。
【請求項１１】
内燃機関から排出される排ガスを分析する排ガス分析方法であって、
前記排ガスに赤外光を照射して前記排ガス中のＣＯ２濃度を算出し、
燃料の燃焼反応式及び排気再循環システムのＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値を用いて、前記ＣＯ２濃度から前記排ガス中のＯ２濃度を算出する、排ガス分析方法。
【請求項１２】
内燃機関から排出される排ガスに赤外光を照射する赤外光源及び前記排ガスを透過した赤外光を検出する光検出器を有する排ガス分析装置に用いられるプログラムであって、
前記光検出器により得られた検出信号に基づいて前記排ガス中のＣＯ２濃度を算出するＣＯ２濃度算出部と、
燃料の燃焼反応式及び排気再循環システムのＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値を用いて、前記ＣＯ２濃度から前記排ガス中のＯ２濃度を算出するＯ２濃度算出部としての機能をコンピュータに備えさせることを特徴とするプログラム。
【請求項１３】
内燃機関から排出される排ガスに赤外光を照射して前記排ガスを透過した赤外光を検出し、その検出信号に基づいて前記排ガスを分析するために用いられる機械学習装置であって、
前記排ガス中のＣＯ２濃度とＯ２濃度とを含む教師データを取得する教師データ取得部と、
取得した前記教師データを用いて機械学習を行い、学習済データを生成する機械学習部とを備える機械学習装置。
【請求項１４】
内燃機関から排出される排ガスを分析する排ガス分析装置であって、
前記排ガスに赤外光を照射する赤外光源と、
前記排ガスを透過した赤外光を検出する光検出器と、
前記光検出器により得られた検出信号に基づいて前記排ガス中のＣＯ２濃度を算出するＣＯ２濃度算出部と、
前記排ガス中のＣＯ２濃度とＯ２濃度とを含む教師データから機械学習により生成された学習済データ及びＣＯ２濃度算出部により算出されたＣＯ２濃度から前記排ガス中のＯ２濃度を算出するＯ２濃度算出部とを備える、排ガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外光を用いて排ガス分析を行う排ガス分析装置、排ガス分析方法、排ガス分析用プログラム及び機械学習装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、排ガス中に含まれる成分を分析するものとしては、特許文献１に示すように、フーリエ変換型赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いたＦＴＩＲ分析計が用いられている。このＦＴＩＲ分析計により、排ガス中のＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、Ｈ２Ｏ、ＮＯ２、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、ＨＣＨＯ、ＣＨ４等の多成分を同時に分析することができる。
【０００３】
しかしながら、ＦＴＩＲ分析計では、赤外線を吸収する成分を分析することはできるものの、赤外線を吸収しない成分を分析することができない。そのため、赤外線を吸収しないＯ２の濃度を測定する場合には、ＦＴＩＲ分析計とは別に、磁気圧法（ＰＭＤ）又はジルコニア法を用いたＯ２計を設ける必要がある。その結果、ＦＴＩＲ分析計及びＯ２計の両方の設置スペースが必要となってしまい、排ガス分析装置が大型化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４６８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記の問題点を解決すべくなされたものであり、赤外光を用いた排ガス分析において、赤外光を吸収しないＯ２濃度を測定できるようにすることをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明に係る排ガス分析装置は、内燃機関から排出される排ガスを分析する排ガス分析装置であって、前記排ガスに赤外光を照射する赤外光源と、前記排ガスを透過した赤外光を検出する光検出器と、前記光検出器により得られた検出信号に基づいて前記排ガス中のＣＯ２濃度を算出するＣＯ２濃度算出部と、燃料の燃焼反応式及び排気再循環システムのＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値を用いて、前記ＣＯ２濃度から前記排ガス中のＯ２濃度を算出するＯ２濃度算出部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この排ガス分析装置であれば、Ｏ２濃度算出部が燃料の燃焼反応式及び排気再循環システムのＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値を用いて、排ガス中のＯ２濃度を算出するので、Ｏ２計を別途設けることなく、赤外光を吸収しないＯ２の濃度を測定することができる。その結果、排ガス分析装置を小型化して、低コスト化や可搬性の向上などを実現することができる。また、燃料の燃焼反応式だけでなく内燃機関の排気再循環システムの率又はＥＧＲ率に関連する値を用いているので、Ｏ２濃度を精度良く算出することができる。
【０００８】
本発明の排ガス分析装置は、排気再循環システムを有さない内燃機関から排出される排ガスを分析することもできる。この場合、Ｏ２濃度算出部は、燃料の燃焼反応式を用いて、前記ＣＯ２濃度から前記排ガス中のＯ２濃度を算出することになる。
【０００９】
具体的なＯ２濃度算出部の実施の態様としては、前記Ｏ２濃度算出部は、前記燃焼反応式におけるＯ２の係数とＣＯ２の係数との比から求まる変換係数と、前記ＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値から求まるＥＧＲ補正係数と、前記ＣＯ２濃度算出部で算出したＣＯ２濃度変化量とを用いて、前記排ガス中のＯ２濃度を算出することが考えられる。
【００１０】
前記ＥＧＲ率に関連する値としては、排気再循環システムで戻されるガス濃度、つまり、直前のＣＯ２濃度、直前のＯ２濃度、或いは、直前のＨ２Ｏ濃度を挙げることができる。ここで、直前の濃度は、所定時間前に測定された濃度である。
【００１１】
前記Ｏ２濃度算出部は、前記燃焼反応式から決まる変換係数と、前記ＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値から求まるＥＧＲ補正係数と、ＣＯ２濃度変化量とを用いて、前記ＣＯ２濃度から前記排ガス中のＯ２濃度を算出することが望ましい。
【００１２】
具体的にＯ２濃度算出部は、下記式に基づいてＯ２濃度を算出する。
［Ｏ２濃度］＝［元のＯ２濃度］−［変換係数］×［ＥＧＲ補正係数］×［ＣＯ２濃度変化量］
【００１３】
ここで、Ｏ２濃度算出部はＥＧＲ補正係数を求めるのに用いる前記ＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値を次のように算出することが考えられる。つまり、前記Ｏ２濃度算出部は、ＥＧＲ率とＣＯ２濃度との関係を示す関係式、ＥＧＲ率とＥＧＲ率に関連する値とＣＯ２濃度との関係を示す関係式、又はＥＧＲ率に関連する値とＣＯ２濃度との関係を示す関係式を用いて、前記ＣＯ２濃度から前記ＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値を算出することが考えられる。
【００１４】
前記関係式の各パラメータは、予め取得されたＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値と前記ＣＯ２濃度算出部又は他の分析装置により得られたＣＯ２濃度とを含む教師データを用いて機械学習により生成されるものであることが考えられる。例えば、ＥＧＲ率とＣＯ２濃度との関係を示す関係式の各パラメータは、外部から取得したＥＧＲ率と前記ＣＯ２算出部又は他の分析装置により得られたＣＯ２濃度とを含む教師データを用いて機械学習により生成することが考えられる。
【００１５】
本発明の排ガス分析装置は、前記内燃機関に接続された排気管に触媒が設けられており、前記触媒を通過した排ガスを分析するものであっても良い。
この場合、前記Ｏ２濃度算出部は、前記燃焼反応式及び前記ＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値に加えて、前記触媒の酸素の放出量又は吸収量を示す値を用いて、前記排ガス中のＯ２濃度を算出することが望ましい。
この構成であれば、触媒によるＯ２濃度の増減を考慮することができるので、Ｏ２濃度を精度良く算出することができる。
【００１６】
前記Ｏ２濃度算出部は、前記燃焼反応式におけるＯ２の係数とＣＯ２の係数との比から求まる変換係数と、前記ＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値から求まるＥＧＲ補正係数と、前記触媒の酸素の放出量又は吸収量を示す値から求まる触媒補正係数と、前記ＣＯ２濃度算出部で算出したＣＯ２濃度変化量とを用いて、前記排ガス中のＯ２濃度を算出することが望ましい。
【００１７】
具体的に前記Ｏ２濃度算出部は、下記式に基づいてＯ２濃度を算出する。
［Ｏ２濃度］＝［元のＯ２濃度］−［変換係数］×［ＥＧＲ補正係数］×［触媒補正係数］×［ＣＯ２濃度変化量］
【００１８】
ここで、Ｏ２濃度算出部は触媒補正係数を求めるのに用いる前記触媒の酸素の放出量又は吸収量を示す値を次のように算出することが考えられる。つまり、前記Ｏ２濃度算出部は、前記触媒の酸素の放出量又は吸収量を示す値とＣＯ２濃度との関係を示す関係式を用いて、ＣＯ２濃度から触媒の酸素の放出量又は吸収量を示す値を算出することが考えられる。
【００１９】
高分解能の赤外吸収スペクトルを得て、ＣＯ２濃度を精度良く求めるためには、フーリエ変換型赤外分光法を用いたものであることが望ましい。
【００２０】
また、本発明に係る排ガス分析方法は、内燃機関から排出される排ガスを分析する排ガス分析方法であって、前記排ガスに赤外光を照射して前記排ガス中のＣＯ２濃度を算出し、燃料の燃焼反応式及び排気再循環システムのＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値を用いて、前記ＣＯ２濃度から前記排ガス中のＯ２濃度を算出することを特徴とする。
【００２１】
さらに、本発明の排ガス分析装置に好適に用いることができる機械学習装置は、内燃機関から排出される排ガスに赤外光を照射して前記排ガスを透過した赤外光を検出し、その検出信号に基づいて前記排ガスを分析するために用いられる機械学習装置であって、前記排ガス中のＣＯ２濃度とＯ２濃度とを含む教師データを取得する教師データ取得部と、取得した前記教師データを用いて機械学習を行い、学習済データを生成する機械学習部とを備えることを特徴とする。
【００２２】
その上、本発明に係る排ガス分析装置は、内燃機関から排出される排ガスを分析する排ガス分析装置であって、前記排ガスに赤外光を照射する赤外光源と、前記排ガスを透過した赤外光を検出する光検出器と、前記光検出器により得られた検出信号に基づいて前記排ガス中のＣＯ２濃度を算出するＣＯ２濃度算出部と、前記排ガス中のＣＯ２濃度とＯ２濃度とを含む教師データから機械学習により生成された学習済データ及びＣＯ２濃度算出部により算出されたＣＯ２濃度から前記排ガス中のＯ２濃度を算出するＯ２濃度算出部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
以上に述べた本発明によれば、赤外光を用いた排ガス分析において、赤外光を吸収しないＯ２濃度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス測定システムの全体模式図である。
【図２】同実施形態の排ガス分析装置の構成を示す模式図である。
【図３】同実施形態の演算処理装置の機能ブロック図である。
【図４】変形実施形態の演算処理装置の機能ブロック図である。
【図５】変形実施形態の演算処理装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態に係る排ガス分析装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
本実施形態の排ガス分析装置１００は、例えば排ガス測定システム２００の一部を構成するものである。この排ガス測定システム２００は、図１に示すように、シャシダイナモ３００と、シャシダイナモ３００上を走行する供試体である試験車両ＶＨの排ガスを希釈することなくダイレクトにサンプリングする排ガス採取装置４００と、サンプリングされた排ガス中の測定対象成分を分析する排ガス分析装置１００とを備えている。なお、供試体の試験車両Ｖは、排気再循環（ＥＧＲ）システムを有する内燃機関Ｅを有している。
【００２７】
具体的に排ガス分析装置１００は、図２に示すように、赤外光源１、干渉計（分光部）２、測定セル３、光検出器４、演算処理装置５等を具備した、フーリエ変換型赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いた分析装置である。
【００２８】
赤外光源１は、ブロードなスペクトルを有する赤外光（多数の波数の光を含む連続光）を射出するものであり、例えばタングステン・ヨウ素ランプや、高輝度セラミック光源が用いられる。
【００２９】
干渉計２は、同図に示すように、１枚のハーフミラー（ビームスプリッタ）２１、固定鏡２２及び移動鏡２３を具備した、いわゆるマイケルソン干渉計を利用したものである。この干渉計２に入射した赤外光源１からの赤外光は、ハーフミラー２１によって反射光と透過光に分割される。一方の光は固定鏡２２で反射され、もう一方は移動鏡２３で反射されて、再びハーフミラー２１に戻り、合成されて、この干渉計２から射出される。
【００３０】
測定セル３は、サンプリングされた排ガスが導入される透明セルであり、干渉計２から出た光が、測定セル３内の排ガスを透過して光検出器４に導かれるようにしてある。
【００３１】
光検出器４は、排ガスを透過した赤外光を検出して、その検出信号（光強度信号）を演算処理装置５に出力するものである。本実施形態の光検出器４は、ＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）検出器であるが、その他の赤外線検出素子を有する光検出器であっても良い。
【００３２】
演算処理装置５は、バッファ、増幅器などを有したアナログ電気回路と、ＣＰＵ、メモリ、ＤＳＰなどを有したデジタル電気回路と、それらの間に介在するＡ／Ｄコンバータ等を有したものである。
【００３３】
この演算処理装置５は、メモリに格納した所定プログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が協動することにより、図３に示すように、試料を透過した光のスペクトルを示す透過光スペクトルデータを光検出器４の検出信号から算出し、透過光スペクトルデータから赤外吸収スペクトルデータを算出して、排ガス中の種々の成分を特定し、かつそれぞれの成分濃度を算出する主分析部５１としての機能を発揮する。
【００３４】
この主分析部５１は、スペクトルデータ生成部５１１と、ＣＯ２濃度算出部として機能する個別成分分析部５１２とを具備している。
【００３５】
移動鏡２３を進退させ、排ガスを透過した光強度を移動鏡２３の位置を横軸にとって観測すると、単波数の光の場合、干渉によって光強度はサインカーブを描く。一方、排ガスを透過した実際の光は連続光であり、前記サインカーブは波数毎に異なるから、実際の光強度は、各波数の描くサインカーブの重ね合わせとなり、干渉パターン（インターフェログラム）は波束の形となる。
【００３６】
スペクトルデータ生成部５１１は、移動鏡２３の位置を例えば図示しないＨｅＮｅレーザなどの測距計（図示しない）によって求めるとともに、移動鏡２３の各位置における光強度を光検出器４によって求め、これらから得られる干渉パターンを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することによって、各波数成分を横軸とした透過光スペクトルデータに変換する。そして、例えば測定セルが空の状態で予め測定しておいた透過光スペクトルデータに基づいて、排ガスの透過光スペクトルデータを赤外吸収スペクトルデータにさらに変換する。
【００３７】
個別成分分析部５１２は、例えば赤外吸収スペクトルデータの各ピーク位置（波数）及びその高さから測定試料に含まれる種々の成分（例えばＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、Ｈ２Ｏ、ＮＯ２等）を特定し、かつそれぞれの成分の濃度を算出する。
【００３８】
しかして、本実施形態では、赤外線を吸収しない排ガス成分であるＯ２の濃度を算出できるように、演算処理装置５がＯ２濃度算出部５２等として機能を有する。
【００３９】
Ｏ２濃度算出部５２は、燃料の燃焼反応式を用いて、ＣＯ２濃度算出部である個別成分分析部５１２により得られたＣＯ２濃度から、排ガス中のＯ２濃度を算出する。なお、燃料の燃焼反応式は、燃料を燃焼させた際に発生するＣＯ２とＨ２Ｏとの関係を示すものである。
【００４０】
このＯ２濃度算出部５２は、以下の条件を前提として、排ガス中のＯ２濃度を算出する。
（１）燃料である炭化水素（ＣｘＨｙ）は完全燃焼している（不完全燃焼を無視し、ＣＯ生成反応で生じるＯ２は無視できるほど少ない。）。
（２）ＮＯｘ、ＳＯｘの生成量は少ない（それらを還元する反応で生じされるＯ２は無視できるほど少ない。）。
（３）燃料に含まれるアルコール等のＯ成分は無視できるほど少ない。
（４）燃料である炭化水素（ＣｘＨｙ）のｘ、ｙは一定（実際には、各炭化水素量による重み付け平均値が一定）である。
【００４１】
そして、Ｏ２濃度算出部５２は、以下の燃焼反応式を用いて、ＣＯ２濃度からＯ２濃度を算出することができる。
【００４２】
【数１】
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【００４３】
具体的にＯ２濃度算出部５２は、以下の換算式を用いて、ＣＯ２濃度からＯ２濃度を算出する。
【００４４】
［Ｏ２濃度］＝［元のＯ２濃度］−［変換係数］×［ＣＯ２濃度変化量］
【００４５】
ここで、［元のＯ２濃度］は、エンジンに吸気される空気中のＯ２濃度（反応前の初期濃度、例えば２０．７％）である。
［ＣＯ２濃度変化量］は、［燃焼反応によって生じるＣＯ２濃度］−［反応前の空気中のＣＯ２濃度］である。
本実施形態では、［反応前の空気中のＣＯ２濃度］が３９０ｐｐｍ程度であり、［燃焼反応によって生じるＣＯ２濃度］に比べて非常に小さいため、［ＣＯ２濃度変化量］を［燃焼反応によって生じるＣＯ２濃度］、つまり、ＣＯ２濃度算出部である個別成分分析部５１２により得られたＣＯ２濃度としている。
［変換係数］は、完全燃焼反応において消費されるＯ２と生成されるＣＯ２の比を表しており、上記の燃焼反応式におけるＯ２の係数（ｘ＋ｙ／４）とＣＯ２の係数ｘとから求まる。この［変換係数］は、例えばガソリンでは１．５程度である。つまり、上記の換算式において、［変換係数］×［ＣＯ２濃度変化量］は、完全燃焼反応において生じるＯ２濃度の変化を示している。
【００４６】
なお、Ｏ２濃度算出部５２は、Ｈ２Ｏ濃度を加味した以下の換算式を用いてＯ２濃度を算出するものであっても良い。これにより、燃焼反応式における全モル数変化を考慮することになり、Ｏ２濃度の精度を向上することができる。
【００４７】
［Ｏ２濃度］＝［元のＯ２濃度］−［変換係数１］×［ＣＯ２濃度変化量］−［変換係数２］×［Ｈ２Ｏ濃度変化量］
【００４８】
［変換係数１］は、上述した［変換係数］と同様であり、完全燃焼反応において生じされるＯ２と生成されるＣＯ２の比を表しており、上記の燃焼反応式におけるＯ２の係数（ｘ＋ｙ／４）とＣＯ２の係数ｘとから求まる。
［変換係数２］は、完全燃焼反応において消費されるＯ２と生成されるＨ２Ｏ濃の比を表しており、上記の燃焼反応式におけるＯ２の係数（ｘ＋ｙ／４）とＨ２Ｏ濃の係数ｙ／２とから求まる。
【００４９】
上記の換算式は、燃焼反応式のみに着目したものであるが、実際の内燃機関Ｅには、排気再循環（ＥＧＲ）システムが設けられている場合があり、また、内燃機関Ｅに接続された排気管ＥＰには、三元触媒等の触媒（ＣＡＴ）が設けられている。
【００５０】
このため、Ｏ２濃度算出部５２は、排気再循環（ＥＧＲ）システムの動作状態を示すＥＧＲモデルを加味したＯ２濃度を算出する機能と、触媒（ＣＡＴ）の触媒反応を触媒モデルを加味したＯ２濃度を算出する機能とを有している。
【００５１】
Ｏ２濃度算出部５２は、ＥＧＲモデルを加味したＯ２濃度を算出する場合には、以下の換算式を用いて、ＣＯ２濃度からＯ２濃度を算出する。
【００５２】
［Ｏ２濃度］＝［元のＯ２濃度］−［変換係数］×［ＥＧＲ補正係数］×［ＣＯ２濃度変化量］
【００５３】
ここで、［ＥＧＲ補正係数］は、ＥＧＲモデルにより決まる係数であり、ＥＧＲ率をパラメータとする。
本実施形態の［ＥＧＲ補正係数］は、ＥＧＲ率とＣＯ２濃度との関係を示す関係式から求めたＥＧＲ率から求まる。
【００５４】
なお、ＥＧＲ率に関する関係式は、吸気側のＣＯ２濃度と排気側のＣＯ２濃度とから求めたＥＧＲ率と、ＣＯ２算出部（個別成分分析部５１２）のＣＯ２濃度との関係を最小二乗法等で近似することにより求めることができる。また、関係式は、例えばシグモイド関数等を用いて設定しても良い。さらに、関係式は、外部から取得したＥＧＲ率とＣＯ２算出部（個別成分分析部５１２）のＣＯ２濃度とを含む教師データを用いて関係式の各係数を機械学習により求めることもできる。
【００５５】
なお、Ｏ２濃度算出部５２は、［ＥＧＲ補正係数］に加えて、直前のＯ２濃度、直前のＣＯ２濃度等をパラメータとする関数ｆを加えて、Ｏ２濃度をより精度よく推定するものであっても良い。
【００５６】
［Ｏ２濃度］＝［元のＯ２濃度］−［変換係数］×［ＥＧＲ補正係数］×［ＣＯ２濃度変化量］＋ｆ（直前のＣＯ２濃度，直前のＯ２濃度，直前のH2O濃度，ＥＧＲ率ｒ）
【００５７】
ここで関数ｆは、単純には例えば、ｒ×［ＥＧＲ補正係数２］×［直前のＯ２濃度］＋ｒ×［ＥＧＲ補正係数３］×［直前のＣＯ２濃度］＋ｒ×［ＥＧＲ補正係数４］×［直前のＨ２Ｏ濃度］で表すことができる。なお、直前とは、例えば１秒未満である。
【００５８】
Ｏ２濃度算出部５２は、触媒モデルを加味したＯ２濃度を算出する場合には、以下の換算式を用いて、ＣＯ２濃度からＯ２濃度を算出する。
【００５９】
［Ｏ２濃度］＝［元のＯ２濃度］−［変換係数］×［触媒補正係数］×［ＣＯ２濃度変化量］
【００６０】
ここで、［触媒補正係数］は、触媒モデルにより決まる係数であり、触媒の酸素の放出量及び吸収量の両方をまとめて補正する補正係数であってもよいし、触媒の酸素の放出量及び吸収量それぞれを個別に補正する個別の補正係数であっても良い。
【００６１】
個別の補正係数の場合には、例えば次のように求めることができる。
触媒の酸素の放出量を補正する補正係数は、触媒の酸素の放出量を示す値とＣＯ２濃度との関係を示す関係式から求めた触媒の酸素の放出量を示す値から求める。触媒の酸素の放出量を示す値は、例えば、触媒における気相中のＯ２との反応割合である。
【００６２】
なお、放出量に関する関係式は、触媒における気相中のＯ２との反応割合とＣＯ２算出部（個別成分分析部５１２）のＣＯ２濃度との関係を実験的に求め、その関係を最小二乗法等で近似することにより求めることができる。また、関係式は、例えばシグモイド関数等を用いて設定しても良い。さらに、関係式は、外部から取得した反応割合とＣＯ２算出部（個別成分分析部５１２）のＣＯ２濃度とを含む教師データを用いて関係式の各係数を機械学習により求めることもできる。その他、関係式は、Ｏ２濃度をパラメータとする関数としても良いが、この場合は、変換式全体を[Ｏ２濃度]について解いて、右辺から[Ｏ２濃度]を除去することが考えられる。
【００６３】
また、触媒の酸素の吸収量を加味した補正係数は、触媒の酸素の吸収量を示す値とＣＯ２濃度との関係を示す関係式から求めた触媒の酸素の吸収量を示す値から求める。触媒の酸素の吸収量を示す値は、例えば、酸素取り込み可能な触媒上の欠損サイト割合である。
【００６４】
なお、吸収量に関する関係式は、酸素取り込み可能な触媒上の欠損サイト割合とＣＯ２算出部（個別成分分析部５１２）のＣＯ２濃度との関係を実験的に求め、その関係を最小二乗法等で近似することにより求めることができる。また、関係式は、例えばシグモイド関数等を用いて設定しても良い。さらに、関係式は、外部から取得した触媒上の欠損サイト割合とＣＯ２算出部（個別成分分析部５１２）のＣＯ２濃度とを含む教師データを用いて関係式の各係数を機械学習により求めることもできる。その他、関係式は、Ｏ２濃度をパラメータとする関数としても良いが、この場合は、変換式全体を[Ｏ２濃度]について解いて、右辺から[Ｏ２濃度]を除去することが考えられる。
【００６５】
また、Ｏ２濃度算出部５２は、上記のように、ＥＧＲモデルを加味したＯ２濃度と、触媒モデルを加味したＯ２濃度とを別々に算出する構成について説明したが、ＥＧＲモデル及び触媒モデルの両方を加味したＯ２濃度を算出するようにしても良い。
【００６６】
Ｏ２濃度算出部５２は、ＥＧＲモデル及び触媒モデルの両方を加味したＯ２濃度を算出する場合には、以下の換算式を用いて、ＣＯ２濃度からＯ２濃度を算出する。
【００６７】
［Ｏ２濃度］＝［元のＯ２濃度］−［変換係数］×［ＥＧＲ補正係数］×［触媒補正係数］×［ＣＯ２濃度変化量］
【００６８】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態の排ガス分析装置１００によれば、Ｏ２濃度算出部５２が燃料の燃焼反応式及び排気再循環（ＥＧＲ）システムの動作状態を示すＥＧＲモデルを用いて、排ガス中のＯ２濃度を算出するので、Ｏ２計を別途設けることなく、赤外光を吸収しないＯ２の濃度を測定することができる。その結果、排ガス分析装置１００を小型化して、低コスト化や可搬性の向上などを実現することができる。また、内燃機関Ｅの排気再循環（ＥＧＲ）システムの動作状態を示すＥＧＲモデルを用いているので、Ｏ２濃度を精度良く算出することができる。
【００６９】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００７０】
例えば、前記実施形態では、［変換係数］とは別に［ＥＧＲ補正係数］と「触媒補正係数」とを求める形態であったが、［変換係数］と［ＥＧＲ補正係数］とを合わせて１つの係数として求めてもよいし、［変換係数］と［触媒補正係数］とを合わせて１つの係数として求めても良い。また、［変換係数］と［ＥＧＲ補正係数］と「触媒補正係数」とを合わせて１つの係数として求めても良い。
【００７１】
前記実施形態のＯ２濃度算出部５２が、燃焼反応式のみを加味したＯ２濃度の算出機能と、ＥＧＲモデルを加味したＯ２濃度の算出機能と、触媒モデルを加味したＯ２濃度の算出機能と、ＥＧＲモデル及び触媒モデルを加味したＯ２濃度の算出機能とで切り替えるように構成しても良い。この場合、切り替える態様は、ユーザが切替信号を入力することにより切り替えるようにしても良いし、個別成分分析部５１２によりにより得られたＣＯ２濃度等の成分濃度に基づいて、上記の各算出機能を切り替えるようにしても良い。
【００７２】
また、演算処理装置５は、図４に示すように、燃料の種類毎の［変換係数］、［ＥＧＲ補正係数］又は［触媒補正係数］を記憶する記憶部５３を有しており、Ｏ２濃度算出部５２が燃料の種類に応じて［変換係数］、［ＥＧＲ補正係数］又は［触媒補正係数］を選択して、その選択した［変換係数］、［ＥＧＲ補正係数］又は［触媒補正係数］を用いてＯ２濃度を算出するようにしても良い。
【００７３】
ＥＧＲモデルを加味したＯ２濃度の算出機能において、［Ｏ２濃度］＝［元のＯ２濃度］−［変換係数］×［ＣＯ２濃度変化量］の換算式を用いて反応式換算後のＯ２濃度を算出し、その反応式換算後のＯ２濃度を、ＥＧＲモデルを用いて補正するようにしても良い。同様に、ＥＧＲモデルを加味したＯ２濃度の算出機能において、［Ｏ２濃度］＝［元のＯ２濃度］−［変換係数］×［ＣＯ２濃度変化量］の換算式を用いて反応式換算後のＯ２濃度を算出し、その反応式換算後のＯ２濃度を、触媒モデルを用いて補正するようにしても良い。
【００７４】
前記実施形態のＯ２算出部５２は、ＣＯ２濃度からＯ２濃度を算出するものであったが、個別成分分析部５１２により得られたＨ２Ｏ濃度と燃焼反応式とを用いてＯ２濃度を算出するようにしても良い。この場合、ＣＯ２濃度から求めたＯ２濃度とＨ２Ｏ濃度から求めたＯ２濃度とから、それらを重み付け平均するなどにより平均Ｏ２濃度を算出するようにしても良い。
【００７５】
その上、例えばＦＴＩＲ計によって測定されたＣＯ２濃度とＦＩＤ計によって測定されたＯ２濃度と含む教師データを用いて機械学習を行う機械学習装置を用いてＯ２濃度を算出するようにしても良い。
【００７６】
具体的に機械学習装置は、燃料の燃焼反応式及びＥＧＲにおける各原子の保存則の関係と、ＦＴＩＲ計によって測定されたＣＯ２濃度とＦＩＤ計によって測定されたＯ２濃度を含む教師データを用いて機械学習を行う。
【００７７】
また、教師データには、ＦＴＩＲ計によって測定されるＨ２Ｏ、ＣＯ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏなどの濃度、ＥＧＲ計によって得られるＥＧＲ率、測定条件等の周辺状況を含めてもよい。ここで、周辺状況として、例えば、測定試料の温度及び圧力等の物理的属性に係る値、エンジンの燃焼情報（過給、ＥＧＲ、リッチ／ストイキ／リーン、層流、均一流、直噴、ポート噴射などに係る情報）、エンジンのヘッド形状、点火時期、触媒の構成、燃料の酸素量、無機ガス成分、Ｓｏｏｔ濃度、ＳＯＦ濃度、エンジン型式、エンジン回転数、負荷情報、ホットスタート、コールドスタート、触媒温度、ギア比等を挙げることができる。機械学習モデルにより表される相関は、これらの周辺状況の一部又は全部をパラメータとしていてもよい。また、Ｏ２計で取得されるＯ２濃度に影響を強く及ぼす（つまり関連の高い）周辺状況のみをパラメータとしていてもよい。
【００７８】
そして、排ガス分析装置１００の演算処理装置５は、図５に示すように、前記機械学習装置により得られた学習済データを記憶する記憶部５３を有しており、Ｏ２濃度算出部５２が、学習済データとＣＯ２濃度算出部（個別成分分析部５１２）のＣＯ２濃度等とを用いて、Ｏ２濃度を算出する。
【００７９】
また、排ガス分析装置１００のＯ２濃度算出部５２は、ＥＧＲ率又はＥＧＲ率に関連する値を用いることなく、燃焼反応式及び触媒の酸素の放出量又は吸収量を示す値を用いて、排ガス中のＯ２濃度を算出するものであっても良い。
【００８０】
前記実施形態のＯ２濃度算出部５２は、燃料が完全燃焼していることを前提として排ガス中のＯ２濃度を算出するものであったが、燃料が不完全燃焼であることを前提として排ガス中のＯ２濃度を算出するものであっても良い。
【００８１】
さらに、前記実施形態の排ガス測定システム２００は、シャシダイナモを用いて完成車両Ｖを試験するものであったが、例えばエンジンダイナモメータを用いてエンジンの性能を試験するものであっても良いし、ダイナモメータを用いてパワートレインの性能を試験するものであっても良い。
【００８２】
前記実施形態の排ガス分析装置は、ＦＴＩＲ法を用いたものであったが、赤外光を用いる他の分析方法、例えば、非分散型赤外吸収（ＮＤＩＲ）法を用いたものであってもよい。
【００８３】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００８４】
１００・・・排ガス分析装置
１    ・・・赤外光源
４    ・・・光検出器
５１２・・・個別成分分析部（ＣＯ２濃度算出部）
５２  ・・・Ｏ２濃度算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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