(57)【要約】      （修正有）【課題】  複数の箇所からガスを採取し、採取したガスの濃度差を精度良く測定することが可能なガス濃度差測定装置、及び、そのガス濃度差測定装置を用いた触媒浄化率測定装置を提供する。【解決手段】触媒１３上流における流入ガスと、触媒１３の下流における流出ガスを所定の切替周波数で切り替える切り替え手段２３と選択的にガス濃度検出手段２６へ供給し、流入ガス濃度と流出ガス濃度との検出ガス濃度差が算出される。一方、前記所定の切替制御手段２７による周波数で前記複数のガス採取管を切り替えた場合における前記検出ガス濃度差との関係に基づいて、流入ガス濃度と流出ガス濃度との検出ガス濃度差から、流入ガス濃度と流出ガス濃度の実際のガス濃度差が算出される。そして、流入ガスと流出ガスの実際のガス濃度差に基づいて、触媒の浄化率が算出される。【選択図】      図１
2005172631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の切替周波数で複数のガス採取管を切り替えて１つのガス採取管を選択し、選択したガス採取管中のガスを採取するガス採取手段と、
前記ガス採取手段により採取されたガスの濃度を検出するガス濃度検出手段と、
選択された複数のガス採取管における、前記ガス濃度検出手段により検出されたガス濃度差である検出ガス濃度差を算出する検出ガス濃度差算出手段と、
前記所定の切替周波数で前記複数のガス採取管を切り替えた場合の前記選択された複数のガス採取管における前記検出ガス濃度差と、前記選択された複数のガス採取管における実際のガス濃度差との関係に基づいて、前記選択された複数のガス採取管における実際のガス濃度差を取得する実濃度差算出手段と、を備えることを特徴とするガス濃度差測定装置。
【請求項２】
前記実濃度差算出手段は、
前記所定の切替周波数で前記選択された複数のガス採取管を切り替えた場合における検出ガス濃度差と、前記実際のガス濃度差との関係を示すマップと、
前記マップを参照し、前記検出ガス濃度差から前記実際のガス濃度差を求める手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度差測定装置。
【請求項３】
前記ガス採取手段は、前記検出ガス濃度差が所定値より大きいときには前記所定の切替周波数を維持して前記複数のガス採取管を切り替え、前記検出ガス濃度差が前記所定値以下であるときには前記検出ガス濃度差が一定値となるように前記切替周波数を変更し、
前記実濃度差算出手段は、前記検出ガス濃度差が前記所定値より大きいときには、前記検出ガス濃度差と前記実際のガス濃度差との関係に基づいて前記実際のガス濃度差を算出し、前記検出ガス濃度差が前記所定値以下であるときには前記切替周波数と前記実際のガス濃度差との関係に基づいて前記実際のガス濃度差を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス濃度差測定装置。
【請求項４】
前記切替周波数に同期したレンジ切替タイミングで、前記ガス濃度検出手段によるガス濃度の検出レンジを切り替えるレンジ切替手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガス濃度差測定装置。
【請求項５】
前記レンジ切替手段は、前記所定の切替周波数で前記複数のガス採取管が切り替えられるタイミング及び所定の遅れ時間に基づいて前記レンジ切替タイミングを設定することを特徴とする請求項４に記載の濃度測定装置。
【請求項６】
前記レンジ切替手段は、前記ガス濃度の検出信号のピーク値に基づいて前記レンジ切替タイミングを決定することを特徴とする請求項４に記載の濃度測定装置。
【請求項７】
車両の触媒への流入ガス及び前記触媒からの流出ガスを採取する２つのガス採取管と、
所定の切替周波数で前記ガス採取管を切り替えて１つのガス採取管を選択し、当該ガス採取管中のガスを採取するガス採取手段と、
前記ガス採取手段により採取されたガスの濃度を検出するガス濃度検出手段と、
前記２つのガス採取管における、前記ガス濃度検出手段により検出されたガス濃度差である検出ガス濃度差を算出する検出ガス濃度差算出手段と、
前記所定の切替周波数で前記２つのガス採取管を切り替えた場合の前記２つのガス採取管における前記検出ガス濃度差と、前記２つのガス採取管における実際のガス濃度差との関係に基づいて、前記２つのガス採取管における実際のガス濃度差を取得する実濃度差算出手段と、
前記実際のガス濃度差に基づいて、前記触媒における浄化率を算出する浄化率算出手段と、を備えることを特徴とする触媒浄化率測定装置。
【請求項８】
前記ガス濃度検出手段により検出された前記流入ガスの濃度と前記流出ガスの濃度との平均値である平均ガス濃度を算出する平均ガス濃度算出手段を備え、
前記浄化率算出手段は、前記実際のガス濃度差及び前記平均ガス濃度とに基づいて前記浄化率を算出することを特徴とする請求項７に記載の触媒浄化率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の箇所からガスを採取し、採取したガスの濃度差を精度良く測定することが可能なガス濃度差測定装置及びそれを用いた車両の触媒浄化率測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンから排出される排気ガスは排気通路に設けられた浄化触媒により浄化される。この浄化触媒の性能を決定するために、有害なガス（例えば、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ、ＨＣなどが挙げられる）の浄化率測定が行われる。一般的に、浄化率は、触媒の前後における浄化対象ガスの濃度差に基づいて算出される。
【０００３】
触媒における浄化率の測定装置として、特許文献１に記載された技術では、浄化触媒の前後にそれぞれ１つ、合計２つの空燃比センサ（即ち、酸素濃度を測定するセンサ）を設け、この２つのセンサが検出する濃度から浄化触媒の浄化率を算出している。
【０００４】
また、特許文献２に記載された浄化率測定装置は、複数点に接続されているガスの採取管を切り替えることで、複数点から採取したガスの濃度を一台の装置で測定している。さらに、特許文献３にも、特許文献２と同様に複数点からガスを採取し、一台の装置にてガス濃度を測定する技術が記載されている。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された技術では、２つのセンサ間において干渉やドリフトなどの機差（センサ特性の個体差など）が存在するため、これが測定結果に誤差を生じさせてしまう。さらに、濃度測定装置としてセンサを２つを設けているため、測定装置全体の大型化やコストアップを招いてしまう問題があった。一方、特許文献２及び特許文献３に記載された技術では、ガスを採取する位置を連続的に切り替えてガスの濃度を測定しており、この切り替え周波数が高くなると濃度の測定値に影響を与えてしまい、測定精度の低下を招いてしまうという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２９３５４４号公報
【特許文献２】特開平８−１２２２３０号公報
【特許文献３】特開平１−１７４９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、複数の箇所からガスを採取し、採取したガスの濃度差を精度良く測定することが可能なガス濃度差測定装置を提供すること、及び、そのガス濃度差測定装置を用いた触媒浄化率測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点では、ガス濃度差測定装置は、所定の切替周波数で複数のガス採取管を切り替えて１つのガス採取管を選択し、選択したガス採取管中のガスを採取するガス採取手段と、前記ガス採取手段により採取されたガスの濃度を検出するガス濃度検出手段と、選択された複数のガス採取管における、前記ガス濃度検出手段により検出されたガス濃度差である検出ガス濃度差を算出する検出ガス濃度差算出手段と、前記所定の切替周波数で前記複数のガス採取管を切り替えた場合の前記選択された複数のガス採取管における前記検出ガス濃度差と、前記選択された複数のガス採取管における実際のガス濃度差との関係に基づいて、前記選択された複数のガス採取管における実際のガス濃度差を取得する実濃度差算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記のガス濃度差測定装置は、濃度の異なる複数のガス間の濃度差を測定することができ、例えば車両の触媒の前後のガス濃度の検出に適用することができる。複数のガス採取管から１つのガス採取管が選択され、そのガス採取管内のガス濃度が検出される。このガス採取管の切替は所定の切替周波数にて行われる。そして、ガス採取管が切り替えられて他のガス採取管が選択され、そのガス濃度が検出される。こうして、検出されたガス濃度の差が検出ガス濃度差として算出される。複数のガス採取管を切り替えてガス濃度を検出する場合、切替周波数が高いと、ガスが十分に輸送される前にガス濃度が測定されることが起きやすくなり、検出されるガス濃度は一般的に減衰する。そこで、複数のガス採取管を所定の切替周波数で切り替えた場合における検出ガスの濃度差と、実際のガス濃度差との関係を予め取得しておき、その関係に基づいて、検出ガス濃度差から実際のガス濃度差を算出する。よって、切替周波数を高く設定することによりガス濃度差の測定を高速に行った場合でも、実際のガス濃度差を正確に算出することができる。
【００１０】
上記のガス濃度差測定装置の一態様では、前記実濃度差算出手段は、前記所定の切替周波数で前記選択された複数のガス採取管を切り替えた場合における検出ガス濃度差と、前記実際のガス濃度差との関係を示すマップと、前記マップを参照し、前記検出ガス濃度差から前記実際のガス濃度差を求める手段と、を備える。
【００１１】
この態様によれば、前記所定の切替周波数で前記複数のガス採取管を切り替えた場合における検出ガス濃度差と、前記実際のガス濃度差との関係を予め測定し、マップとして記憶しておく。そして、実際のガス濃度差の測定時には、当該マップを参照して、検出ガス濃度差に対応する実際のガス濃度差を算出する。
【００１２】
上記のガス濃度差測定装置の一態様では、前記ガス採取手段は、前記検出ガス濃度差が所定値より大きいときには前記所定の切替周波数を維持して前記複数のガス採取管を切り替え、前記検出ガス濃度差が前記所定値以下であるときには前記検出ガス濃度差が一定値となるように前記切替周波数を変更し、前記実濃度差算出手段は、前記検出ガス濃度差が前記所定値より大きいときには、前記検出ガス濃度差と前記実際のガス濃度差との関係に基づいて前記実際のガス濃度差を算出し、前記検出ガス濃度差が前記所定値以下であるときには前記切替周波数と前記実際のガス濃度差との関係に基づいて前記実際のガス濃度差を算出する。
【００１３】
この態様によれば、検出ガス濃度差が所定値より大きいときには、測定された検出ガス濃度差は信頼できるものとし、検出ガス濃度差と実際のガス濃度差との関係に基づいて実際のガス濃度差を算出する。一方、検出ガス濃度差が所定値以下であるときには、その値自体に誤差などを含む可能性があり、信頼性が低いと判断される。よって、切替周波数を固定せず、検出ガス濃度差が一定値となるように複数の試料採取管の切替周波数を変動させる。そして、予め用意された切替周波数と実際のガス濃度差との関係に基づいて、切替周波数から実際のガス濃度差を算出する。これにより、検出ガス濃度差の信頼性が高いときにはそれを利用して実際のガス濃度差を算出し、検出ガス濃度差の信頼性が低いときには、変動させた切替周波数に基づいて実際のガス濃度差を算出することにより、実際のガス濃度差をどの条件下でも正確に算出することが可能となる。
【００１４】
上記のガス濃度差測定装置の他の一態様では、前記切替周波数に同期したレンジ切替タイミングで、前記ガス濃度検出手段による前記ガス濃度の検出レンジを切り替えるレンジ切替手段を備える。
【００１５】
この態様によれば、複数の試料採取管内のガス濃度に大きな差がある場合には、同一の検出レンジでそれらのガス濃度を検出すると、ガス濃度の大きい方が検出レンジを超えてしまって測定できなくなる、又は、ガス濃度の小さい方が検出値に誤差を多く含むなどの問題が生じうる。そこで、複数の試料採取管の切替周波数に同期したタイミングで、ガス濃度検出手段の検出レンジを切り替え、常に適正な検出レンジで正確なガス濃度を検出することを可能とする。
【００１６】
この場合、好適な例では、前記レンジ切替手段は、前記所定の切替周波数で前記複数のガス採取管が切り替えられるタイミング及び所定の遅れ時間に基づいて前記レンジ切替タイミングを設定することができる。また、他の好適な例では、前記レンジ切替手段は、前記ガス濃度の検出信号のピーク値に基づいて前記レンジ切替タイミングを決定することができる。
【００１７】
本発明の他の観点では、触媒浄化率測定装置は、車両の触媒への流入ガス及び前記触媒からの流出ガスを採取する２つのガス採取管と、所定の切替周波数で前記ガス採取管を切り替えて１つのガス採取管を選択し、当該ガス採取管中のガスを採取するガス採取手段と、前記ガス採取手段により採取されたガスの濃度を検出するガス濃度検出手段と、前記２つのガス採取管における、前記ガス濃度検出手段により検出されたガス濃度差である検出ガス濃度差を算出する検出ガス濃度差算出手段と、前記所定の切替周波数で前記２つのガス採取管を切り替えた場合の前記２つのガス採取管における前記検出ガス濃度差と、前記２つのガス採取管における実際のガス濃度差との関係に基づいて、前記２つのガス採取管における実際のガス濃度差を取得する実濃度差算出手段と、前記実際のガス濃度差に基づいて、前記触媒における浄化率を算出する浄化率算出手段と、を備える。
【００１８】
上記の触媒浄化率測定装置は、車両の排気通路などに配置された触媒の前後における排気ガス中の特定のガス濃度を測定することにより、触媒の性能や劣化程度などを調べることができる。触媒上流における流入ガスと、触媒の下流における流出ガスを所定の切替周波数で切り替えて選択的にガス濃度検出手段へ供給し、流入ガス濃度と流出ガス濃度との検出ガス濃度差が算出される。一方、前記所定の切替周波数で前記複数のガス採取管を切り替えた場合における前記検出ガス濃度差と、実際のガス濃度差との関係が予め用意されており、その関係に基づいて、流入ガス濃度と流出ガス濃度との検出ガス濃度差から、流入ガス濃度と流出ガス濃度の実際のガス濃度差が算出される。そして、流入ガスと流出ガスの実際のガス濃度差に基づいて、触媒の浄化率が算出される。
【００１９】
複数のガス採取管を切り替えてガス濃度を検出する場合、切替周波数が高いと、ガスが十分に輸送される前にガス濃度が測定されることが起きやすくなり、検出されるガス濃度は一般的に減衰する。そこで、複数のガス採取管を所定の切替周波数で切り替えた場合における検出ガスの濃度差と、実際のガス濃度差との関係を予め取得しておき、その関係に基づいて、検出ガス濃度差から実際のガス濃度差を算出する。よって、切替周波数を高く設定することにより、ガス濃度差の測定を高速に行った場合でも実際のガス濃度差を正確に算出することができる。よって、触媒の浄化率測定を高速に行うことが可能となる。
【００２０】
上記の触媒浄化率測定装置の好適な例は、前記ガス濃度検出手段により検出された前記流入ガスの濃度と前記流出ガスの濃度との平均値である平均ガス濃度を算出する平均ガス濃度算出手段を備え、前記浄化率算出手段は、前記実際のガス濃度差及び前記平均ガス濃度とに基づいて前記浄化率を算出する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２２】
［触媒浄化率測定装置の構成］
図１は、本発明の実施例に係る触媒浄化率測定装置の概略構成を示すブロック図である。なお、この例は、本発明に係るガス濃度差測定装置を車両の触媒浄化率測定装置に適用したものである。
【００２３】
図１に示すように、車両は、エンジン１０、排気通路１１、触媒１３を備える。触媒浄化率測定装置（以下、「浄化率測定装置」と呼ぶ。）１００は、試料採取管２１、試料採取管２２、三方電磁弁２３、試料採取管２５、分析計２６、及び、制御コンピュータ２７を備えて構成される。
【００２４】
エンジン１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関である。エンジン１０から排出される排気ガスは排気通路１１を流れる。エンジン１０から排出される排気ガスは、触媒１３へ流入ガスＧinとして送られる。この流入ガスＧin中には例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などの有害なガスが含まれている。浄化触媒１３はこれら有害なガスを浄化し、流出ガスＧoutを排気管通路１１に排出する。触媒１３としては、例えば三元触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒などを用いることができる。
【００２５】
本実施例では、浄化率測定装置１００は、車両が備える触媒１３の前後の流入ガスＧinと流出ガスＧoutの濃度差を算出し、算出された濃度差に基づいて触媒１３の浄化率を算出する。なお、浄化率測定装置１００のうち、流入ガスＧinと流出ガスＧoutの濃度差を算出する部分が濃度測定装置として機能する。
【００２６】
浄化率測定装置１００は車両の排気通路１１に接続される。具体的には、触媒１３の上流側の排気通路１１に試料採取管２１が接続され、触媒１３の下流側の排気通路１１に試料採取管２２が接続される。浄化率測定装置１００は、試料採取管２１及び２２から選択的にガスを採取して、触媒１３に対する流入ガスＧinと流出ガスＧoutの濃度差を算出する。
【００２７】
試料採取管２１、２２及び２５は三方電磁弁２３により接続されている。三方電磁弁２３は、印加される電圧等によって弁の開閉が行われる電磁弁である。本実施例では、三方電磁弁２３の切り替えにより、試料採取管２１と試料採取管２２のいずれか一方の試料採取管を流通したガスが、試料採取管２５へと導入される。すなわち、浄化率測定装置１００は、触媒１３による浄化前の流入ガスＧinと、浄化後の流出ガスＧoutを別々に採取して、それらの濃度差を算出する。なお、本実施例で用いる三方電磁弁２３は、高速に弁の開閉を切り替えることができる高速電磁弁であるものとする。三方電磁弁２３の弁の開閉は、制御コンピュータ２７からの制御信号３０に応じて行われる。
【００２８】
試料採取管２５には、分析計２６が接続されている。分析計２６は、ガス中に含まれるＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ、ＨＣなどの濃度を測定する装置である。分析計２６は、流入した全ガス中に含まれる測定対象ガスを分析して、測定対象ガスの濃度を算出する。そして、測定対象ガスの濃度に相当する濃度値（実際には、濃度値に対応する電気信号である）を出力する。分析計２６から出力された濃度値３２は、制御コンピュータ２７に取り込まれて処理が行われる。なお、本実施例で用いる分析計２６は、高速にガスの成分などを分析することができる装置であるものとする。
【００２９】
制御コンピュータ２７は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成される。制御コンピュータ２７は、先に述べたように三方電磁弁２３を制御する。また、制御コンピュータ２７は、分析計２６から供給される濃度値３２に基づいて触媒１３の浄化率を算出する。なお、触媒１３の浄化率の算出を含む制御コンピュータ２７の処理については、詳細は後述する。
【００３０】
上記の触媒浄化率測定装置１００は車両の外部に設けてもよいし、車両の内部に設けてもよい。車両の内部に設ける場合には、車両内の図示しないＥＣＵ（Engine Control Unit）が制御コンピュータ２７の役割を担うように構成することもできる。なお、本発明に係るガス濃度差測定装置の適用は車両の触媒浄化率測定装置には限定されず、複数の点におけるガス濃度を同時に測定する必要がある各種の状況に適用することができる。
【００３１】
［濃度差測定方法］
次に、上記の浄化率測定装置による濃度差測定方法の原理について説明する。前述のように、分析計２６は試料採取管２５を通じて供給されたガスに含まれる特定の測定対象ガスの濃度値３２を電気信号の形態で出力する。試料採取管２５を通じて供給された全ガス中における測定対象ガスの濃度が高ければ濃度値３２は高くなり、測定対象ガスの濃度が低ければ濃度値３２は低くなる。図１において触媒１３の上流側の試料採取管２１により採取される流入ガスＧinは測定対象ガスの浄化前であるので濃度値３２は高く、触媒１３の下流側の試料採取管２２により採取される流出ガスＧoutは測定対象ガスの浄化後であるので濃度値３２は低くなる。
【００３２】
図１に示すように、本実施例では、排気通路１１上で触媒１３の上流点と下流点に接続された試料採取管２１及び２２からのガスを三方電磁弁２３により交互に切り換えて濃度測定を行う。しかし、実際には、三方電磁弁２３を切り替えてから、その切り替えにより選択された方のガスが分析計２６に到達するまでには時間を要する（以下、この時間を「ガスの輸送時間」とも呼ぶ。）。即ち、三方電磁弁２３を切り替えてから、ガスの輸送時間に相当する程度の十分な時間が経過した後であれば、分析計２６から出力される濃度値３２は実際のガス濃度を正確に示すものとなる。しかし、三方電磁弁２３の切り替え周期がガスの輸送時間に比して短い（即ち切替周波数が高い）と、三方電磁弁２３の切り替えにより選択されたガスが分析計２６に十分に到達する前に分析計２６が濃度値３２を出力してしまうこととなる。このため、例え同じ濃度のガスを分析計２６に供給した場合でも、三方電磁弁２６をゆっくりと（即ち低い切替周波数で）切り替えれば分析計２６が出力する濃度値は大きくなるが、三方電磁弁２３を早く（即ち高い周波数で）切り替えると分析計２６が出力する濃度値３２は小さくなる。
【００３３】
図２に三方電磁弁２３の切替周波数を変えた場合に分析計２６が出力する濃度値３２の波形例を示す。図２（ａ）は三方電磁弁２３を低い切替周波数ｆａでゆっくりと切り替えた場合の濃度値３２の波形例を示す。低い切替周波数ｆａで切り替えているので、測定対象ガスが分析計２６内に十分に移動してから濃度が測定される。よって、流入ガスＧinに対応する濃度値３２は高いレベルＣinとなり、流出ガスＧoutに対応する濃度値３２は低いレベルＣoutとなり、その結果、濃度値３２の差（電気信号の振幅）ａ１は大きくなる。従って、三方電磁弁２３の切替周波数を測定対象ガスの輸送時間に対して十分に低くすれば、検出された濃度値３２はほぼ実際の測定対象ガスの濃度値と一致する。
【００３４】
図２（ｂ）は三方電磁弁２３を高い切替周波数ｆｂ（＞ｆａ）で高速に切り替えた場合の濃度値３２の波形例を示す。なお、流入ガスＧinと流出ガスＧoutの実際のガス濃度は図２（ａ）の場合と同じであり、三方電磁弁２３の切替周波数のみが異なる。図示のように、三方電磁弁２３の切替周波数を高くすると、ガスの輸送が十分に行われないうちに濃度が測定されるため、濃度値３２の差ａ２は小さくなる。即ち、濃度が高い流入ガスＧinが十分に分析計２６に到達する前に濃度値３２が出力されるため、流入ガスＧinに対応する濃度値３２のレベルＣinは図２（ａ）におけるレベルＣinより低くなる。また、濃度が低い流出ガスＧoutが十分に分析計２６に到達する前に濃度値３２が出力されるため、流出ガスＧoutに対応する濃度値３２のレベルＣoutは図２（ａ）におけるレベルＣoutより高くなる。この結果、同じ濃度のガスを三方電磁弁２３により切り替えて分析計２６に供給した場合でも、三方電磁弁２３の切替周波数が高いと、濃度値３２が減衰し、濃度値の差が実際のガス濃度差よりも小さくなることがわかる。よって、切替周波数が高い場合の濃度値を使用して触媒の浄化率を算出すると、誤差が生じうる。その反面、測定対象ガスの濃度を正確に測定するために三方電磁弁２３の切替周波数を低くすると、高速な測定ができなくなり、測定効率が低下してしまうことになる。
【００３５】
そこで、本発明では、三方電磁弁２３の切替周波数はある程度高い周波数に設定した上で、その切替周波数ｆで三方電磁弁２３の切り替えを行った場合に濃度値３２の差（電気信号の振幅）がどの程度減衰するかを予め調べておく。具体的には、濃度差が既知である２つガスを用意し、それらを切替周波数ｆで切り替えたときの濃度値３２の差を予め測定してマップ化しておく。そして、実際のガス濃度差測定時には、分析計２６により検出された濃度値３２の差（以下、「検出ガス濃度差」とも呼ぶ。）に基づいて、マップを参照して実際のガス濃度差を算出する。これにより、三方電磁弁２３の切替周波数をある程度高い周波数ｆに維持して高速に測定を行っても、流入ガスＧinと流出ガスＧoutとの間の実際のガス濃度差を正確に測定することが可能となる。
【００３６】
次に、浄化率測定装置１００にて行われる具体的な濃度差測定について説明する。なお、濃度差測定に係る処理は、主に制御コンピュータ２７が主体となって行う。
【００３７】
分析計２６が出力する濃度値３２の一波形例を図３に示す。図３において、横軸は時間を示し、縦軸は分析計２６の濃度値３２のレベル（例えば、電圧値）を示す。この例では、三方電磁弁２３を測定対象ガスの輸送時間と比較して高い周波数ｆで切り替えて、試料採取管２１と試料採取管２２から流入ガスＧinと流出ガスＧoutを交互に採取し、その中の測定対象ガスの濃度を測定している。
【００３８】
図３において、濃度値ＤＣinは触媒１３の上流から試料採取管２１を通じて採取した流入ガスＧinの検出ガス濃度であり、濃度値Ｃoutは触媒１３の下流から試料採取管２２を通じて採取した流出ガスＧoutの検出ガス濃度である。また、濃度値Ｃaveは触媒１３の前後のガス、即ち流入ガスＧinと流出ガスＧoutの検出ガス濃度の平均値を示す。また、検出ガス濃度差ＤＣampは流入ガスＧinと流出ガスＧoutの検出ガス濃度の差を示す。また、期間Ｔは、三方電磁弁２３による選択を切り替える周期を示している。以下の説明では、三方電磁弁２３の切替周波数をｆとする。
【００３９】
図２に示すように、三方電磁弁２３の切替周波数ｆを高く設定すると、分析計２６により検出される検出ガス濃度差３２のレベルは減衰する。そこで、本発明では、三方電磁弁２３の切替周波数をｆに設定したときに、検出ガス濃度差が実際のガス濃度差に対してどの程度減衰するかを予め調べてマップ化しておく。そして、実際の測定において得られた検出ガス濃度差に対応する実際のガス濃度差を上記マップを参照して求める。これにより、高い切替周波数ｆで測定を実施しても、正確にガス濃度差を得ることが可能となる。
【００４０】
検出ガス濃度差と実際のガス濃度差とのマップの一例を図４に示す。図４において、横軸は検出ガス濃度Ｄampを示し、これは図３に示すように高い切替周波数ｆで三方電磁弁２３を切り替えた場合に検出されたガス濃度値の差である。一方、縦軸は実際の測定に使用したガスの濃度差である。
【００４１】
図４に示すマップの作成方法の一例としては、図１に示す浄化率測定装置１００を車両の排気通路１１に接続せず、試料採取管２１及び２２にそれぞれ異なる既知の濃度を有する測定対象ガスを供給する。そして、三方電磁弁２３の切替周波数ｆを固定し、分析計２６から出力される２つの測定対象ガスの濃度差を取得する。この作業を、試料採取管２１及び２２に供給するガスの実際のガス濃度差を変更して複数回行い、複数のサンプル点における実際のガス濃度差と検出ガス濃度差の関係をマップとして保存する。こうして、その浄化率測定装置１００において高い切替周波数ｆで三方電磁弁２３を切り替えた場合に得られる検出ガス濃度差ＤＣampから、実際のガス濃度差Ｃampを算出するためのマップを作成することができる。
【００４２】
次に、上記のマップを使用して、触媒１３前後の流入ガスＧinと流出ガスＧoutの実際のガス濃度差を求める処理について説明する。図５は流入ガスＧinと流出ガスＧoutの実際のガス濃度差を求める処理のフローチャートである。
【００４３】
まず、図１に示すように、車両の排気通路１１に試料採取管２１及び２２を接続し、流入ガスＧin及び流出ガスＧoutを流す（ステップＳ１）。次に、三方電磁弁２３を切替周波数ｆで切り替えつつ、分析計２６によりガス濃度値を検出し、制御コンピュータ２７により検出ガス濃度差ＤＣamp（＝Ｄin−Ｄout）を算出する（ステップＳ２）。そして、図４に例示するマップを参照して、算出された検出ガス濃度差Ｄｃampから実際のガス濃度差Ｃampを求める（ステップＳ３）。こうして、高い切替周波数ｆでガスを切り替えつつ、実際のガス濃度差Ｃampを正確に得ることができる。
【００４４】
次に、こうして得られた流入ガスＧinと流出ガスＧoutの実際のガス濃度差を用いて、触媒１３の浄化率を求める方法について説明する。
【００４５】
一般的に、触媒１３の浄化率は、触媒１３による浄化前の流入ガスＧinのガス濃度値Ｃinと、浄化後の流出ガスＧinのガス濃度値Ｃoutとに基づいて、式１のように表される。
【００４６】
浄化率（％）＝（Ｃin−Ｃout）／Ｃin×１００    式（１）
ここで、図２（ａ）を参照すると、流入ガスＧinと流出ガスＧoutの実際のガス濃度差Ｃampは、
Ｃamp＝Ｃin−Ｃout    式（２）
で表される。また、流入ガスＧinと流入ガスＧoutの実際のガス濃度の平均値Ｃaveは、
Ｃave＝（Ｃin＋Ｃout）／２    式（３）
で表される。よって、式（２）及び（３）を式（１）に代入し、実際のガス濃度差Ｃamp及び実際のガス濃度の平均値Ｃaveを用いて式１書き直すと式（４）が得られる。
【００４７】
浄化率（％）＝２×Ｃamp／（２×Ｃave＋Ｃamp）×１００    式（４）
式（４）から理解されるように、触媒１３の浄化率を求めるには、実際のガス濃度差Ｃamp及び実際のガス濃度の平均値Ｃaveが必要となることがわかる。
【００４８】
ここで、実際のガス濃度差Ｃampは、上述のように、高い切替周波数ｆで得られた検出ガス濃度差ＤＣampからマップを利用して求めることができる。一方、実際のガス濃度の平均値Ｃaveは、図２（ａ）と図２（ｂ）を比較するとわかるように、検出ガス濃度の平均値ＤＣaveと略等しい。これは、切替周波数を変更しても、検出されるガス濃度差（即ち電気信号の振幅）は減衰するが、その中心値は変わらないからである。
【００４９】
よって、実際のガス濃度差Ｃampはマップを用いて取得し、実際のガス濃度の平均値は、
Ｃave＝ＤＣave＝ＤＣin−ＤＣout    式（５）
として求めることができる。これらを式（１）に代入することにより、触媒１３の浄化率を求めることができる。
【００５０】
また、実際の流入ガスＧinの濃度Ｃin及び流出ガスＧoutの濃度Ｃoutは、実際のガス濃度差Ｃampと、実際のガス濃度の平均値Ｃaveを用いて以下の式にて算出することができる。
【００５１】
Ｃin＝（２×Ｃave＋Ｃamp）／２    式（６）
Ｃout＝（２×Ｃave−Ｃamp）／２    式（７）
このように、本実施形態の浄化率測定装置では、三方電磁弁２３を高速な切替周波数ｆで切り替えて測定を行うので、迅速に浄化率を得ることができる。その際、切替周波数ｆを高くすると検出されるガス濃度値の振幅が減衰するが、予め用意したマップを用いて検出ガス濃度差から実際のガス濃度差を算出するので、実際の流入ガス及び流出ガスの濃度差を正確に得ることができる。よって、高速にかつ正確に触媒の浄化率を測定することができる。
【００５２】
次に、分析計の検出レンジの切替処理について説明する。図３などからわかるように、浄化前の流入ガスＧinに対応する検出ガス濃度差ＤＣinに対して、浄化後の流出ガスＧoutに対応する検出ガス濃度差はＤＣoutは小さい。よって、分析計２６の検出レンジを流入ガスの検出ガス濃度差ＤＣinに合わせると流出ガスの検出ガス濃度差ＤＣoutの検出精度が低下する。一方、分析計２６の検出レンジを流出ガスの検出ガス濃度差ＤＣoutに合わせると、流入ガスの検出ガス濃度差ＤＣinは飽和してしまい検出できなくなる。そこで、測定対象となるガスに応じて、分析計２６の検出レンジを変更する。この検出レンジの変更は、分析計２６内のアンプの増幅率を変更することにより行われる。
【００５３】
具体的には、流入ガスＧinの濃度検出中には分析計２６内のアンプの増幅率を小さくし、検出レンジを広く設定する。一方、流出ガスＧoutの濃度検出中には分析計２６内のアンプの増幅率を大きくし、検出レンジを狭く設定する。これにより、流入ガス及び流出ガスの濃度範囲に応じて正確なガス濃度値の測定が可能となる。
【００５４】
分析計２６内のアンプの増幅率の切替は、図１に示すように、制御コンピュータ２７から分析計２６に供給される切替信号３３により行う。切替信号３３の波形例を図６に示す。図６（ａ）は制御コンピュータ２７が生成する三方電磁弁２３の切替信号３０の波形を示し、図６（ｂ）は分析計２６が出力する濃度差３２の波形を示す。また、図６（ｃ）は、分析計２６内のアンプの増幅率の切替信号３３（以下、「検出レンジ切替信号３３」と呼ぶ。）の波形を示す。検出レンジ切替信号３３は、制御コンピュータ２７により生成され、信号レベルがハイ（Hi）のときは分析計２６の検出レンジを広く設定（即ち、分析計２６内のアンプの増幅度を小さく設定）し、信号レベルがロー（low）のときは分析計２６の検出レンジを狭く設定（即ち、分析計２６内のアンプの増幅度を大きく設定）する。
【００５５】
前述のように、三方電磁弁２６を切り替えてから、実際に測定対象ガスが分析計２６に到達するまでにはガスの輸送時間などに起因する遅延が生じ、図６（ｂ）に示す分析計２６が出力する濃度差３２は、図６（ａ）に示す三方電磁弁２３の切替信号３０の波形に対して所定の遅延時間Ｄ１を有する。なお、この遅延時間Ｄ１は使用するガス及び系に固有のものとなる。よって、制御コンピュータ２７は、図６（ｃ）に示すように、三方電磁弁２３の切替信号３０から遅延時間Ｄ１だけ遅れた位相を有する切替信号３３により分析計２６の検出レンジを切り替える。これにより、分析計２６内の検出レンジの切替位相を、分析計２６により検出される濃度値３２の出力位相と一致させることができる。
【００５６】
また、その代わりに、制御コンピュータ２７は、分析計２６から得られる濃度値３２の位相に基づいて、分析計２６内の検出レンジ切替信号３３を生成してもよい。その場合は、制御コンピュータ２７は例えば濃度値３２の波形のピークを検出し、その時点から所定の遅延時間Ｄ２を有するように分析計２６の検出レンジ切替信号３３を生成すればよい。
【００５７】
また、上記のように分析計２６の検出レンジの切り替えを行う場合には、検出レンジ切替信号３３の位相を、切替周波数ｆに基づく位相範囲（２π以下）内で微調整可能とし、切替信号３０と位相同期させることが好ましい。
【００５８】
［変形例］
上記の実施形態では、三方電磁弁２３の切替周波数を固定し、検出ガス濃度差ＤＣampと実際のガス濃度差Ｃampの関係をマップ化しておき、検出ガス濃度差ＤＣampから実際のガス濃度差Ｃampを算出した。しかし、流入ガスＧinや流出ガスＧoutの実際のガス濃度が低い場合には、検出ガス濃度差ＤＣampの振幅が小さくなるため、検出ガス濃度差ＤＣampの値が誤差を含みやすくなる。そこで、本例では、検出ガス濃度差ＤＣampが所定値より大きい場合には上述のように切替周波数を固定して検出ガス濃度差ＤＣampを検出し、それに基づいて図４に示すマップを利用して実際のガス濃度差を算出する。しかし、検出ガス濃度差ＤＣampが所定値より小さくなった場合は、制御コンピュータ２７は検出ガス濃度差ＤＣampの値が所定値となるように切替周波数ｆの方を変化させて測定を行う。検出ガス濃度差ＤＣampを固定値とすると、実際のガス濃度差と切替周波数との間には相関関係が存在するので、予めその関係を求めてマップ化しておくことにより、切替周波数から実際のガス濃度差Ｃampを算出することができる。
【００５９】
具体的には、図７に示すように、検出ガス濃度差ＤＣampが所定値Ｃ１より大きい場合（領域Ｒ２）には検出ガス濃度差ＤＣampと実際のガス濃度値Ｃampとの関係を示すマップ（図４参照）を用いて、検出ガス濃度差ＤＣampから実際のガス濃度値を算出する。一方、検出ガス濃度差ＤＣampが所定値Ｃ１以下である場合（領域Ｒ１）は、その値は信頼性が低いと考えられるので、検出ガス濃度値ＤＣamp＝Ｃ１の関係を維持するように制御コンピュータ２７が切替周波数ｆを変化させ、そのときの切替周波数ｆを検出周波数ＤＦとして出力する。
【００６０】
実際のガス濃度差Ｃampと検出周波数ＤＦとの相関関係を示すマップの例を図８（ａ）に示す。図８（ａ）において、横軸は検出周波数ＤＦを示し、縦軸は実際のガス濃度差Ｃampを示す。検出ガス濃度差（即ち、図３における検出ガス濃度値の振幅）ＤＣampを固定すると、切替周波数ＤＦが高いときほど、濃度値の波形の減衰率が高いので、実際のガス濃度差は大きいことになる。よって、検出周波数ＤＦに基づいて、図８（ａ）に示すマップを参照して実際のガス濃度差を算出することができる。こうして、検出ガス濃度差ＤＣampが小さいときには、その信頼性の低い検出ガス濃度差ＤＣampの値ではなく、検出周波数ＤＦを用いて実際のガス濃度差Ｃampを算出するので、正確なガス濃度差の測定が可能となる。
【００６１】
なお、図８（ａ）に示したのは検出周波数ＤＦと実際のガス濃度差Ｄampとの関係を示すマップの例であったが、その代わりに、図８（ｂ）に示すように、検出周波数の逆数である検出周期ＤＴと実際のガス濃度差Ｄampとの関係を示すマップを用意してもよい。その場合は、制御コンピュータ２７は切替信号３０の周期を検出周期ＤＴとして検出し、図８（ｂ）に示すマップを参照して実際のガス濃度差Ｃampを算出すればよい。なお、検出周期ＤＴは検出周波数ＤＦの逆数であるので、図８（ｂ）に示すように、検出周期ＤＴと実際のガス濃度差Ｃampとの関係は、検出周期ＤＴが大きくなるほど実際のガス濃度差Ｃampが小さくなる関係になる。
【００６２】
なお、上記の実施形態では、図４に例示する検出ガス濃度差と実際のガス濃度差の関係をマップとして記憶しているが、両者の関係が特定の式により表される場合には、マップとして記憶する代わりに、制御コンピュータ２７が当該式に基づいて演算を行うことにより、検出ガス濃度差から実際のガス濃度差を算出してもよい。例えば、図４に示すように実際のガス濃度差Ｃampと検出ガス濃度差ＤＣampが比例関係にある場合には、その比例定数（図４における直線の傾き）を記憶しておき、制御コンピュータ２７は検出ガス濃度差ＤＣampにその比例定数を乗算して実際のガス濃度差Ｃampを算出してもよい。
【００６３】
これは、図８（ａ）及び（ｂ）に例示した検出周波数ＤＦ又は検出周期ＤＴと実際のガス濃度差Ｃampとの関係についても同様であり、マップを記憶する代わりに対応する演算式を利用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態に係る触媒浄化率測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】三方電磁弁の切替周波数を変えたときの分析計による検出ガス濃度値の波形例を示す。
【図３】三方電磁弁の切替周波数が高いときの検出ガス濃度値の波形を示す。
【図４】三方電磁弁の切替周波数を固定した場合の検出ガス濃度差と実際のガス濃度差との関係を示すグラフである。
【図５】高い切替周波数で三方電磁弁を切り替えた場合の実際のガス濃度差の算出方法を示すフローチャートである。
【図６】分析計の検出レンジの切替信号波形例を示す。
【図７】変形例における検出ガス濃度差と実際のガス濃度差との関係を示すグラフである。
【図８】変形例における、切替周波数又は切替周期と、実際のガス濃度差との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１０  エンジン
１１  排気通路
１３  浄化触媒
２１、２２、２５  試料採取管
２３  三方電磁弁
２６  分析計
２７  制御コンピュータ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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