(57)【要約】  排気ガス源（２２）と、混合管路（１４）と、希釈空気が搬送される希釈空気管路（１２）と、排気ガス空気混合気が通流する混合管路（１４）の第１の質量流量計（３６）と、希釈空気管路（１２）の較正すべき第２の質量流量計（４２）と、混合管路（１４）内の排気ガス空気混合気の二酸化炭素濃度（ｃｍｉｘＣＯ２）を、所定の測定サイクルの間、サンプルバッグ（３２）を介して連続的および／または非連続的に測定する第１のガス分析機器（３４）と、排気ガス管路（２０）内の生の排気ガスの二酸化炭素濃度（ｃｅｘｈＣＯ２）を連続的に測定する第２のガス分析機器（４０）と、を備えた、定容量サンプリング（ＣＶＳ）排気ガス分析システムにおける質量流量計を較正するための方法は、公知である。排気ガス欠陥を決定する際の質量流量計の測定誤差の相違による誤差を防ぐために、本発明によれば、  第２の質量流量計（４２）のための較正係数（ＦＫａｌ）が、第１のガス分析機器（３４）で測定された前記二酸化炭素濃度（ｃｍｉｘＣＯ２）を介して決定される第１の二酸化炭素質量（ｍｍｉｘＣＯ２）と、第２のガス分析機器（４０）の測定された二酸化炭素濃度（ｃｅｘｈＣＯ２）および２つの質量流量計（３６，４２）の質量流量2021517967.tif 000032に依存して決定される第２の二酸化炭素質量（ｍｅｘｈＣＯ２）との比較によって決定される。
2021517967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合管路（１４）に通じる排気ガス管路（２０）に排気ガスを導入させる排気ガス源（２２）と、
混合管路（１４）に通じ、希釈空気が搬送される希釈空気管路（１２）と、
排気ガス空気混合気が通流し、排気ガス分析システムの前記混合管路（１４）内の排気ガス空気混合気の質量流量
【数１】
2021517967.tif 000017
を測定する、前記混合管路（１４）の第１の質量流量計（３６）と、
前記排気ガス分析システム内に吸入された空気の質量流量
【数２】
2021517967.tif 000018
を測定する、前記希釈空気管路（１２）の較正すべき第２の質量流量計（４２）と、
前記混合管路（１４）内の排気ガス空気混合気の二酸化炭素濃度（ｃｍｉｘＣＯ２）を、所定の測定サイクルの間、サンプルバッグ（３２）を介して連続的および／または非連続的に測定する第１のガス分析機器（３４）と、
前記排気ガス管路（２０）内の生の排気ガスの二酸化炭素濃度（ｃｅｘｈＣＯ２）を連続的に測定する第２のガス分析機器（４０）と、
を備えた、定容量サンプリング（ＣＶＳ）排気ガス分析システムにおける質量流量計を較正するための方法において、
前記第２の質量流量計（４２）のための較正係数（ＦＫａｌ）が、前記第１のガス分析機器（３４）で測定された前記二酸化炭素濃度（ｃｍｉｘＣＯ２）を介して決定される第１の二酸化炭素質量（ｍｍｉｘＣＯ２）と、前記第２のガス分析機器（４０）の測定された二酸化炭素濃度（ｃｅｘｈＣＯ２）および前記２つの質量流量計（３６，４２）の前記質量流量
【数３】
2021517967.tif 000019
に依存して決定される第２の二酸化炭素質量（ｍｅｘｈＣＯ２）と、の比較によって決定されることを特徴とする、
方法。
【請求項２】
前記較正係数（ＦＫａｌ）を決定するために、前記第１のガス分析機器（３４）において求められた第１の二酸化炭素質量（ｍｍｉｘＣＯ２）が、第２の二酸化炭素質量（ｍｅｘｈＣＯ２）と等しくされ、ここで前記第２の二酸化炭素質量（ｍｅｘｈＣＯ２）は、前記第２のガス分析機器（４０）の前記二酸化炭素濃度（ｃｅｘｈＣＯ２）に、前記第１の質量流量計（３６）の前記質量流量
【数４】
2021517967.tif 000020
と、前記較正係数（ＦＫａｌ）を乗じる前記第２の質量流量計（４２）の前記質量流量
【数５】
2021517967.tif 000021
と、の差分を乗じて時間（ｔ）に関して積分することによって計算される、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２の質量流量計（４２）のための前記較正係数（ＦＫａｌ）は、反復によって決定される、
請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第２の質量流量計（４２）のための前記較正係数（ＦＫａｌ）は、分析的に決定される、
請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記第１のガス分析機器（３４）において求められた前記第１の二酸化炭素質量（ｍｍｉｘＣＯ２）は、前記第１の質量流量計（３６）の前記質量流量
【数６】
2021517967.tif 000022
および前記第１のガス分析機器（３４）で測定された前記二酸化炭素濃度（ｃｍｉｘＣＯ２）に依存して計算される、
請求項２から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記第１の質量流量計（３６）の前記質量流量
【数７】
2021517967.tif 000023
と前記較正係数（ＦＫａｌ）を乗じる前記第２の質量流量計（４２）の前記質量流量
【数８】
2021517967.tif 000024
との前記差分と、前記第２のガス分析機器（４０）の前記二酸化炭素濃度（ｃｅｘｈＣＯ２）と、の積は、乾燥状態から湿潤状態に換算することによって補正される、
請求項２から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
反復の第１のステップでは、値１からの所定の正および負の偏差を確定し、前記混合管路（１４）で求められた前記第１の二酸化炭素質量（ｍｍｉｘＣＯ２）と、前記二酸化炭素濃度（ｃｅｘｈＣＯ２）および前記質量流量計（３６，４２）の測定された前記質量流量
【数９】
2021517967.tif 000025
を用いて求められた前記排気ガス管路（２０）内の前記第２の二酸化炭素質量（ｍｅｘｈＣＯ２）と、の差分を、２つの所定の補助較正係数のために計算することによって第１の補助較正係数を確定する計算窓が確定され、
第２のステップでは、２つの点が線形関数によって相互に接続され、そのゼロ交差が、前記混合管路（１４）で求められた前記第１の二酸化炭素質量（ｍｍｉｘＣＯ２）と、前記濃度（ｃｅｘｈＣＯ２）および前記質量流量計（３６，４２）の前記質量流量
【数１０】
2021517967.tif 000026
を用いて求められた前記排気ガス管路（２０）内の前記第２の二酸化炭素質量（ｍｅｘｈＣＯ２）と、の前記差分に関して求められ、これが事前較正係数として想定され、
第３のステップでは、先行の反復ステップの偏差の５０％に対応する事前較正係数からの負および正の偏差を確定することによって新規の補助較正係数を確定し、これらの補助較正係数について、前記混合管路（１４）で求められた前記第１の二酸化炭素質量（ｍｍｉｘＣＯ２）と、前記濃度（ｃｅｘｈＣＯ２）および前記質量流量計（３６，４２）の前記質量流量
【数１１】
2021517967.tif 000027
を用いて求められた前記排気ガス管路（２０）内の前記第２の二酸化炭素質量（ｍｅｘｈＣＯ２）と、の前記差分が計算され、ステップ２が続行され、この反復が所定の頻度で繰り返され、偏差０で最後に求められた事前較正係数が前記較正係数（ＦＫａｌ）として使用される、
請求項２から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記第１のガス分析機器（３４）は、サンプルバッグ（３２）からの二酸化炭素濃度（ｃｍｉｘＣＯ２）から前記第１の二酸化炭素質量（ｍｍｉｘＣＯ２）を決定する、
請求項２から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記排気ガス管路（２０）内の質量流量
【数１２】
2021517967.tif 000028
が、前記較正係数（ＦＫａｌ）と前記第２の質量流量計（４２）の前記質量流量
【数１３】
2021517967.tif 000029
との積、および、非線形係数（Ｆｌｉｎ）と前記較正係数（ＦＫａｌ）との積、および、前記第２の質量流量計（４２）の最大質量流量
【数１４】
2021517967.tif 000030
と前記第２の質量流量計（４２）の現下の質量流量
【数１５】
2021517967.tif 000031
との差分の合計から計算される、
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記非線形係数（Ｆｌｉｎ）は、付加的な反復によって得られ、それによって、すべての測定段階についてすべての較正係数（ＦＫａｌ）の偏差が最小化される、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記非線形係数（Ｆｌｉｎ）は、多項式関数として表される、
請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のガス分析機器（３４）は、連続的に前記二酸化炭素濃度（ｃｍｉｘＣＯ２）を測定し、較正のために、長さが異なる複数の測定段階が確定され、前記２つの二酸化炭素質量（ｍｅｘｈＣＯ２，ｍｍｉｘＣＯ２）相互の偏差が最小の場合に求められた計算された較正係数（ＦＫａｌ）が使用される、
請求項２から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
較正のために、測定期間全体にわたって複数の測定結果が考慮される、
請求項２から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
様々な測定段階において求められた事前較正係数の平均値が求められ、前記平均値が将来的な較正係数（ＦＫａｌ）として使用される、
請求項２から１２までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合管路に通じる排気ガス管路に排気ガスを導入させる排気ガス源と、混合管路に通じ、希釈空気が搬送される希釈空気管路と、排気ガス空気混合気が通流し、排気ガス分析システムの混合管路内の排気ガス空気混合気の質量流量を測定する、混合管路の第１の質量流量計と、排気ガス分析システム内に吸入された空気の質量流量を測定する、希釈空気管路の較正すべき第２の質量流量計と、混合管路内の排気ガス空気混合気の二酸化炭素濃度を、所定の測定サイクルの間、サンプルバッグを介して連続的および／または非連続的に測定する第１のガス分析機器と、排気ガス管路内の生の排気ガスの二酸化炭素濃度を連続的に測定する第２のガス分析機器と、を備えた、定容量サンプリング（ＣＶＳ）排気ガス分析システムにおける質量流量計を較正するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の排気ガス分析システムならびにそれらの操作に係る方法は公知であり、法規制の下に置かれており、これらの法規制により、例えば、自動車のエンジンは、所定の排出制限値を超えることは許されず、そのため、例えば、ヨーロッパ地域についてはＥＣＥ基準Ｒ８３あるいは米国地域については「連邦規則集第４０巻」が遵守される。これらの規則では、排出制限値の他に、排出量を測定するための可変希釈を伴うシステムによるサンプリング方式も大幅に規制されている。
【０００３】
この種のシステムは、ＣＶＳ（「constant volume sampling」）システムとの用語で公知である。これらのシステムでは、混合管路の端部において超臨界的に操作されるベンチュリノズルによって保証される空気排気ガス混合気の十分に一定した総質量流量が生じるくらいの空気が排気ガスに混合される。これらのシステムを介してバッグに採取されたサンプルは、次のように分析器において汚染物質成分に関して分析される。特に、二酸化炭素、一酸化炭素、炭化水素、ならびに窒素酸化物の成分が測定される。
【０００４】
付加的に、内燃機関のエグゾーストテールパイプのすぐ下流側、つまり排気ガスがまだ希釈されずに存在する領域において排気ガス分析の測定が行われる測定機器が公知である。そのような測定は、特に、電気駆動の段階で汚染物質が生じない特にハイブリッド車両において生じるような低排出量の場合に必要である。
【０００５】
排気ガスバッグに収集されたサンプルは、相応に希釈された排気ガスサンプルであり、そのため、実際に放出された排気ガス質量流量への換算が必要である。なぜなら、純粋な排気ガスの質量流量の正確な直接測定は現時点では実施することが非常に困難となる可能性があり、この種の測定機器は、高度に汚染された環境に基づき過度に煤汚れする傾向にあるため、これによって、測定結果が場合によっては改ざんされるからである。それゆえ、排気ガス質量流量を決定するためには、これを、測定すべき希釈空気質量流量と、同様に測定すべき混合ガス質量流量とから計算することが必要である。混合ガス総質量流量は、通常、超臨界的に動作するベンチュリノズルに基づき一定であり、例えば、較正されたベンチュリ管、層状流量計、または較正されたインペラ流量計として設計できる第１の質量流量計を介して測定される。希釈空気流量は、例えば、超音波流量計として設計できる第２の質量流量計を介して測定される。第１の質量流量計は、ここでは、法規定に従って較正する必要がある。
【０００６】
２つの質量流量計は、法規や顧客の要望に応じて、例えば０．５％の高い精度で較正する必要がある。ただし、問題となるのは、排気ガス質量流量を、第１および第２の質量流量計の２つの大きな体積流量からの差分形成によって決定する必要があることである。このことは、２つの質量流量計の測定値が反対方向にずれている場合に、総流量に対する排気ガス流量の相対的な規模に応じて、排気ガス流量に関する２桁の高いパーセンテージ範囲かあるいは３桁の低いパーセンテージ範囲にも及ぶ非常に大きな測定誤差が生じかねないという結果をもたらす。
【０００７】
この理由から、２つの質量流量計は、反対方向へのドリフトを回避するために相互に調整されている。この目的のために、例えば、排気ガス流を遮断し、２つの質量流量計を同じ測定値に設定することによって較正を行うことが公知である。ただし、このやり方では所要の精度値を達成できなかったことが判明している。
【０００８】
また欧州特許出願公開第２５１５０９５号明細書では、排気ガス流量の決定のための２つの質量流量計間の差分形成が省かれ、それによって、２つの質量流量計の逆方向の偏差による誤差が防止される、排気ガス流量を求めるための方法が記載されている。この目的のために、空気管路内の排気ガス流のための導入箇所の上流側に、空気を吸引することができるさらなる分岐が設けられる。この付加的な空気管路には、ポンプと第３の質量流量計が存在する。続いて、システムの吐出ポンプは、第１および第２の質量流量計の測定値がそれぞれ同じになるように制御され、そのため、第３の測定器の測定値は排気ガス質量流量に正確に対応し、これによって、その決定に対して差分形成を省くことができる。ただし、この方法は、第一に、部品コストを著しく高めることになり、第二に、それぞれポンプもしくは導管に配置された流量制御器を介して再調整する必要があり、このことは、特に、より短い測定間隔で非定常的な動作状態の場合に誤差につながる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
それゆえ、本発明の課題は、２つの質量流量計の測定値の不正確さによる誤差を最小化することにより、付加的部品コストなしで排気ガス質量流量を決定する際の高い精度を保証することができる定容量サンプリング（ＣＶＳ）排気ガス分析システムにおける質量流量計を較正するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、独立請求項の特徴を有する定容量サンプリング（ＣＶＳ）排気ガス分析システムにおける質量流量計を較正するための方法によって解決される。
【００１１】
第２の質量流量計のための較正係数が、第１のガス分析機器で測定された二酸化炭素濃度を介して決定される第１の二酸化炭素質量と、第２のガス分析機器の測定された二酸化炭素濃度および２つの質量流量計の質量流量に依存して決定される第２の二酸化炭素質量との比較によって決定されることにより、そのための付加的な機器を必要とすることなく、２つの質量流量計の間の偏差が最小化される。ここでは、本願の趣旨において、体積流量計も、質量流量計として有効であることに触れておく。なぜなら、体積流量計も、密度を考慮した換算によって質量流量計として使用することができるからである。
【００１２】
好適には、このことは、較正係数を決定するために、第１のガス分析機器において求められた第１の二酸化炭素質量ｍＭｉｘＣＯ２を、第２の二酸化炭素質量ｍｅｘｈＣＯ２と等しくすることによって行われる。この第２の二酸化炭素質量ｍｅｘｈＣＯ２は、第２のガス分析機器の二酸化炭素濃度ｃｅｘｈＣＯ２に、第１の質量流量計の質量流量
【数１】
2021517967.tif 000003
と、較正係数ＦＫａｌを乗じる第２の質量流量計の質量流量
【数２】
2021517967.tif 000004
との差分を乗じて時間に関して積分することによって計算される。
【００１３】
この目的のために対応する式は以下のとおりである。
【数３】
2021517967.tif 000005
【００１４】
この積分は、ここでは、総質量流量の差分と、直接排気管路で連続的に測定されるＣＯ２の濃度を乗じて補正された希釈空気流量から計算され引き続き測定時間にわたって積分される排気ガス質量流量に対応し、これは、混合管路の端部で測定されるＣＯ２の質量に対応する必要がある。ここで較正係数は、二酸化炭素濃度に依存して決定されるため、２つの質量流量計の間の測定誤差は、排気管路で計算されたこのＣＯ２質量を、混合管路の端部のＣＯ２質量と等しくすることによって最小化される。この場合、混合管路の端部の質量は、第１の質量流量計を用いて測定された排気ガス流量に依存する。
【００１５】
既存の測定結果の数に依存することなく、第２の質量流量計のための較正係数が反復によって決定される場合、較正係数について良好な結果が得られる。
【００１６】
代替的に、第２の質量流量計のための較正係数を分析的に決定することが可能である。ただし、そのような分析手段は、考慮されるサイクル長全体にわたって一定の流量が生じ、結果においてさらなる信号処理の実施が不要な場合にのみ実施できる。
【００１７】
ここでは、第１のガス分析機器において求められる二酸化炭素質量は、第１の質量流量計の質量流量および第１のガス分析機器で測定された二酸化炭素濃度に依存して計算される。それに応じてこの場合も、直接測定された値ではなく、既知の測定装置からもたらされる計算すべき値である。
【００１８】
好適には、排気ガス管路における排気ガス質量は、第１の質量流量計の質量流量と較正係数を乗じた第２の質量流量計の質量流量との差分と、第２のガス分析機器の二酸化炭素濃度との積が、乾燥状態から湿潤状態への換算によって補正されることによって補正される。このことは、係数ｕＣＯ２および係数Ｋｄｒｙ２ｗｅｔに、排気ガス質量流量と二酸化炭素濃度との積を乗じることによって行われる。この場合、係数Ｋｄｒｙ２ｗｅｔは、排気ガス流の乾燥状態から既存の湿潤状態に換算する係数であり、係数ｕＣＯ２は、排気ガス密度に対する二酸化炭素密度の商である。そのため、較正係数を決定するための計算値は、排気ガス流の様々な密度および湿度の考慮に基づいて改善される。
【００１９】
反復法の場合、反復の第１のステップでは、値１からの所定の正および負の偏差を確定し、混合管路で求められた二酸化炭素質量と、濃度および質量流量計の値を用いて求められた排気ガス管路内の二酸化炭素質量との差分を、２つの所定の補助較正係数のために計算することによって第１の補助較正係数を確定する計算窓が確定され、
第２のステップでは、２つの点が線形関数によって相互に接続され、そのゼロ交差が、混合管路で求められた二酸化炭素質量と、濃度および質量流量計の値を用いて求められた排気ガス管路内の二酸化炭素質量との差分に関して求められ、これが事前較正係数として想定され、
第３のステップでは、先行の反復ステップの偏差の５０％に対応する事前較正係数からの負および正の偏差を確定することによって新規の補助較正係数を確定し、これらの補助較正係数について、混合管路で求められた二酸化炭素質量と、濃度および質量流量計の値を用いて求められた排気ガス管路内の二酸化炭素質量との差分が計算され、続いて、ステップ２に進み、この場合、この反復は所定の頻度で繰り返され、最後の事前較正係数が第１の質量流量計のための較正係数として使用される。
【００２０】
このようにして、通常、５回の反復ステップのみで較正係数は十分な精度で決定される。これにより、排気ガスバッグ内の二酸化炭素質量と生の測定値との偏差は０に収束する。
【００２１】
好適には、第１のガス分析機器によって、二酸化炭素質量が、サンプルバッグからの二酸化炭素濃度から決定される。排気ガスサンプルバッグの分析のためのこの方法は、法的に定められており、法的規定を満たす結果につながる。
【００２２】
本方法のさらに好適な実施形態では、排気ガス管路内の質量流量は、較正係数と第２の質量流量計の質量流量との積、および非線形性係数と較正係数との積、および第２の質量流量計の最大質量流量と第２の質量流量計の現下の質量流量との差分の合計から計算される。このようにして、希釈空気流量を測定する第２の質量流量計の測定結果の非線形性による誤差を消去することができる。
【００２３】
この場合、好適には、非線形性係数は、付加的な反復によって得られ、それにより、すべての較正係数の偏差がすべての測定段階について最小化される。
【００２４】
代替的な実施形態では、非線形性係数は多項式関数として表され、対応する値は、様々な空気質量流量において第２の質量流量計のために使用される。これにより、結果が再び改善される。
【００２５】
較正係数を決定するためのさらなる代替的な手段では、第１のガス分析機器が連続的に二酸化炭素濃度を測定し、較正のために異なる長さの測定段階が確定され、この場合、２つの二酸化炭素質量相互の偏差が最小の場合に求められた計算された較正係数が使用される。ここでは、例えば、１０秒または２０秒の任意の測定期間を使用できる。
【００２６】
特に良好な結果は、較正のために、測定期間全体にわたって複数の測定結果が考慮される場合に得られる。そのような多数の使用により、測定期間全体を考慮し、ひいてはすべての可能な偏差を考慮した較正係数のための平均値が求められ、それによって、すべての測定段階についても十分正確に排気ガス質量流量を求めることが達成される。
【００２７】
この場合、好適には、様々な測定段階において求められた事前較正係数の平均値も求めることができ、この平均値は将来的な較正係数として使用される。
【００２８】
したがって、求めるべき排気ガス質量流量の過度に高い偏差が確実に回避される、定容量サンプリング（ＣＶＳ）排気ガス分析システムにおける質量流量計を較正するための方法が提供される。それどころか、この方法を用いた排気ガス質量流量の精度は、１桁の小さなパーセンテージ範囲の偏差で決定することができる。
【００２９】
以下では本発明による方法を、図に示された実施例に基づいて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本方法を実施するための排気ガス分析システムの構造を示した図
【図２】例示的に反復法のグラフ表示を示した図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明による排気ガス分析システムは、空気フィルタ１０からなり、この空気フィルタ１０を介して空気が希釈空気管路１２に到達する。この希釈空気管路１２は、混合管路１４に通じており、その端部では、臨界的に動作するベンチュリノズル１６を通って吸引された混合流が圧縮機１８を用いて搬送される。付加的に、排気ガス管路２０がこの混合管路１４に通じており、その反対側の端部は、排気ガス源２２として用いられる内燃機関に接続され、それによって、排気ガス管路２０からの排気ガス流と希釈空気管路１２からの希釈空気とが排気ガス管路２０の合流部２４で混合される。この混合を改善するために、図には示されていないオリフィスまたは特殊な流入管路を使用することも可能である。合流部の下流側領域は、混合管路１４の始端として用いられる混合領域２６を相応に形成する。
【００３２】
この混合領域２６の下流側、つまり、希釈空気と排気ガスとが可及的に均一に混合された後、ベンチュリノズル１６の上流側では、１つ以上のサンプリングプローブ２８が混合管路１４内に突出しており、それを介してサンプルガス流に用いられる排気ガス空気混合気を採取することができる。このサンプルガス流は、この排気ガス空気混合気で満たされるサンプルバッグ３２が配置されたキャビネット３０に案内される。これらのサンプルバッグ３２は、第１のガス分析機器３４にも接続され、この第１のガス分析機器３４を用いて、例えばＴＨＣ、ＮＯ／ＮＯ２／ＮＯｘ，ＣＯ，ＣＯ２，Ｏ２，ＣＨ４，Ｎ２Ｏ，ＮＨ３およびＳＯ２などの排気ガス空気混合気の様々な成分の濃度が分析され得る。この目的のために、量子カスケードレーザー、火炎イオン化検出器、化学発光検出器、常磁性酸素ガス分析機器、特に二酸化炭素濃度を測定するための赤外線検出器がガス分析機器３４に配置され、分析のために混合ガスが供給される。
【００３３】
さらに、混合管路１４内もしくは混合管路１４上に第１の質量流量計３６が配置され、これを介して、混合管路１４内の質量流量または体積流量を直接測定することができる。ただし、この第１の質量流量計３６は、別個の質量流量計として設計する必要はなく、むしろＣＶＳシステムのこの箇所では、圧力および温度の測定値とともに、臨界的に動作するベンチュリノズルを質量流量計として使用するために用いることができる。この質量流量計３６を用いることで、ガス分析機器３４を介して決定される混合管路１４内のガス濃度をガス質量に換算することができる。
【００３４】
さらなるサンプリングプローブ３８が排気ガス管路２０に配置され、第２のガス分析機器４０に接続されており、この第２のガス分析機器４０を用いて、希釈されていない排気ガス流が直接かつ連続的に分析される。
【００３５】
しかしながら、高負荷の測定雰囲気にもかかわらず、長い寿命期間にわたって信頼できる結果を提供する高い信頼性のもとで動作する排気ガス質量流量計は知られていないので、希釈空気管路１２には第２の質量流量計４２が配置され、希釈空気の質量流量を連続的に測定する。
【００３６】
それに応じて、排気ガス質量を計算するために必要である排気ガス質量流量は、ガス分析機器３４，４０が濃度しか測定できないため、混合流と希釈空気流との差分形成によって計算することができる。ただし、問題となるのは、２つの比較的大きな質量流量があり、そこから小さな質量流量が計算されることにある。というのもこのようなケースでは、２つの質量流量計３６，４２で異なった方向に偏差が生じた場合、排気ガス質量流量が間違って計算される可能性が非常に高く、排気ガス質量の計算の際に大きな誤差が発生するからである。
【００３７】
この理由から、これらの倍増する測定誤差を回避するために、第２の質量流量計４２を第１の質量流量計３６に対して較正する必要がある。
【００３８】
この目的のために、本発明によれば、第１のガス分析機器３４の質量流量から生じる二酸化炭素質量を、第２のガス分析機器４０の測定値から生じる排気ガス質量に等しくすることによって、空気流を測定する第２の質量流量計４２が、空気排気ガス混合流を測定する第１の質量流量計３６に対して較正される。
【００３９】
この目的のための式は次のとおりである。
ｍｍｉｘＣＯ２＝ｍｅｘｈＣＯ２      定められた測定段階ごと
この場合、ｍｍｉｘＣＯ２は、第１のガス分析機器３４ならびに混合管路１４の第１の質量流量計３６の測定値から直接得られ、これについての式は次のとおりである。
【数４】
2021517967.tif 000006
ここで、
【数５】
2021517967.tif 000007
は、第１の質量流量計で測定された排気ガス空気混合気の質量流量であり、ｃｍｉｘＣＯ２は、第１の排気ガス分析機器で求められた二酸化炭素濃度である。
【００４０】
排気ガス管路２０内で決定すべき二酸化炭素質量は、以下の式から得られる。
【数６】
2021517967.tif 000008
ここで、
【数７】
2021517967.tif 000009
つまり、排気ガス管路２０内のガス質量流量であり、これは、混合管路１４内のガス質量流量
【数８】
2021517967.tif 000010
と、較正係数ＦＫａｌを乗じた希釈空気管路１２内の希釈空気質量流量
【数９】
2021517967.tif 000011
との差分から計算される。較正係数ＦＫａｌは、正確に同じように測定する質量流量計の場合には相応に１となるであろう。ｃｅｘｈＣＯ２は、第２のガス分析機器で測定された排気ガス管路２０内の二酸化炭素濃度である。
【００４１】
これらの測定値を補正するためには、さらに、質量流量を基準空気に換算すること、つまり、湿度センサーを用いて決定すべき要因を考慮することが必要である。ここでは、一方では、排気ガス流の乾燥状態から既存の湿潤状態に換算する係数Ｋｄｒｙ２ｗｅｔが使用され、他方では、排気ガスの密度に対する二酸化炭素の密度の商を形成する係数ｕＣＯ２が使用されるため、密度の違いも考慮される。
【００４２】
解くべき式は次のとおりである。
【数１０】
2021517967.tif 000012
この式を解き、較正係数ＦＫａｌを決定するために、本発明によれば、反復法が適用され、ここでは、最初に、値１から等距離を有する２つの補助較正係数、つまり、例えば０．９８および１．０２が確定される。これらの２つの係数については、結果的に生じる二酸化炭素質量の差分の間の比較が計算でなされる。これに関する式は次のとおりである。
【数１１】
2021517967.tif 000013
これらの値は、任意の測定期間ｔに対して具体的に計算でき、線形方程式ｇ（ｘ）を用いて相互に接続される。続いて、図２にも示されているように、値ｇ（０）がこの方程式のために求められる。
【００４３】
以下では、２つの補助較正係数が再度確定される。これらは、求められた値ｇ（０）（図２による実施例では１．００５にある）から最初に値０からの偏差として想定されたものに比べてわずか半分の距離である。したがって、このケースでは、０．０１の距離である。したがって、以下のようにこれらの方程式は次のとおりである。
【数１２】
2021517967.tif 000014
これらの２つの値は、再度、線形方程式ｇ（ｘ）によって相互に接続され、再度、この方程式ｇ（０）に対して決定される。そのように求められた値は、事前較正係数として定められる。それにしたがって、窓は再び、詳細には点ｇ（０）周りで半分になる。
【００４４】
このようにして、約５回の反復ステップの後には、事前較正係数についての非常に正確な結果が得られる。したがって、この事前構成係数は、次の測定段階で較正係数ＦＫａｌとして使用される。
【００４５】
この較正係数が、異なる質量流量の伴う異なる測定段階に対して決定されるならば、２つの質量流量計の測定値の間にドリフトが生じていることがわかる。このドリフトは、例えば、質量流量の増加に伴って著しく高くなる。このことを考慮に入れるために、異なる測定値に対して固有の較正係数を保存するか、較正係数の対応する関数を計算することができる。
【００４６】
この種の非線形係数は、例えば、次の式を使った付加的な線形反復法によって得ることができる。
【数１３】
2021517967.tif 000015
ここで、Ｆｌｉｎは非線形性係数であり、
【数１４】
2021517967.tif 000016
は最大希釈空気質量流量を形成する。
【００４７】
非線形性係数の反復決定の他に、このことは、場合によっては、多項式関数によって決定することも可能である。
【００４８】
これらの計算については、様々な測定値または測定段階を較正係数の決定のために使用することができ、あるいはこれらの測定値または測定段階を、通常の測定モード中に常時適合化することができる。
【００４９】
較正係数のこの決定は、希釈空気管路内の質量流量計および混合管路内の質量流量計の測定値から排気ガス質量流量を計算する際の過度な偏差を確実に防ぐ。それに応じて、付加的な部品または質量流量計を使用する必要はなく、既存の測定機器を用いて２つの質量流量計を相互に調整することができ、誤差を回避することができる。
【００５０】
本発明は、記載された実施例に限定されるものではないことが明らかにされるべきであろう。特に、他の反復法または場合によっては分析法も、較正係数の決定のために使用することができる。この方法は、必ずしも二酸化炭素での使用に限定されるわけではないが、特定のガスが十分に高い濃度で排気ガス流に存在している必要がある。さらに、希釈空気中に含まれる二酸化炭素は、法的に定められているように希釈係数を介した計算では控除されることも明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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