(57)【要約】スペース内の酸素の消耗の状態を表示する方法が開示されている。酸素の消耗を測定する方法は、空気中において消耗される、あるいは、置換される酸素の量の代用インジケータとして、二酸化炭素の変化率を使用して行われる。置換は、二酸化炭素濃度の変化率が、変化率の範囲内にあるか、あるいは、酸素の置換を表示する変化率のしきい値レベル以上又は以下になるときに測定することができる。
2004531721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペース内の酸素の消耗の状態を表示する方法であって、
（ａ）スペースへの二酸化炭素漏れ状態を決定するステップと、
（ｂ）酸素の置換を表示する二酸化炭素の変化率の範囲又はしきい値レベルを設定するステップと、
（ｃ）予め定められた時間におけるスペース内の二酸化炭素濃度の変化率を決定するステップと、
（ｄ）そのスペース内の二酸化炭素濃度の変化率が、前記変化率の範囲内にあるかどうか、又は、前記変化率のしきい値レベル以上又は以下になるかどうかを判断するステップと、
（ｅ）その判断の結果、スペース内の二酸化炭素濃度の変化率が、前記変化率の範囲内にあるか、又は、前記変化率のしきい値レベル以上又は以下になるときに１つ以上の警報反応を起こすステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
（ａ）から（ｃ）までのステップが、ステップ（ｄ）の実行に先立って、いかなる順序でも実行される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ａ）が、スペースへの二酸化炭素の注入を含んだ、二酸化炭素がスペースに入り得るすべての原因を考慮するステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｂ）において、二酸化炭素の変化率のしきい値レベルとして３０，０００ｐｐｍを上限に設定する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｂ）において、二酸化炭素の変化率の範囲を３５０〜４５０ｐｐｍに設定する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｃ）が、所定の要因から得られる変化率のデータを使用することによって一部実行される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
二酸化炭素の変化率のデータを得る所定の要因が、スペースの容積、スペースに対する空気漏れ割合の仮定、スペース内の自然及び機械的換気法の１つ、及び、スペース内の各占有者についての二酸化炭素生成割合に関係した計算を少なくとも含んでいる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
二酸化炭素生成割合が、各占有者の背格好、各占有者の年齢および各占有者の活動度レベルに関係する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
二酸化炭素濃度の変化率が、３０，０００ｐｐｍの上限を超えるときに二酸化炭素による酸素置換が表示される請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
二酸化炭素濃度の変化率が、３５０〜４５０ｐｐｍの変化率の範囲内にあるか、又は、４５０ｐｐｍの変化率のしきい値レベルの下限以下に低下するとき、酸素置換が表示される請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
ステップ（ｅ）において、ブザー、ホーンを鳴らす、フラッシュライト又はスペースの開放の方式とした少なくとも１つの可視警報又は可聴警報を作動させる請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ステップ（ｅ）において、所定の変化率値検出の単発的発生時に、少なくとも１つの可視警報又は可聴警報を作動させる請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
ステップ（ｅ）において、所定の変化率値が１以上の周期にわたり検出されると、少なくとも１つの可視警報又は可聴警報を作動させる請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
異なる所定の二酸化炭素の変化率値に応じて異なる警報反応を起こす請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
１の以上の警報反応が、１以上の各所定の変化率値についてそれぞれ生成される請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
変化率値が、少なくとも１分当たり５０ｐｐｍである請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
異なる二酸化炭素の変化率値が、低い値から高い値まで増加する請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権の表示】
【０００１】
本出願は、２００１年４月２７日出願の米国特許出願０９／８４２，６３６「Ｕｓｉｎｇ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｄｉｏｘｉｄｅ  ｔｏ  Ｉｎｄｉｃａｔｅ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ」および１９９８年１月２７日出願の米国特許出願０９／００４，１４２「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  Ｖｅｎｔｉｎｇ  ｏｆ  ａ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ａｐｐｌｉａｎｃｅ  Ｗｉｔｈｉｎ  Ａｎ  Ｉｍｐｒｏｐｅｒ  Ｓｐａｃｅ」に関連し、その開示内容はここに参照され含まれている。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般に、センサテクノロジーの分野に関する。より詳細には、本発明は特に、ディーゼルエンジンの排気ガス再循環（ＥＧＲ）を測定／制御する技術に関し、二酸化炭素検知と関連する様々な赤外線（ＩＲ）ガスセンサテクノロジー応用開発に関する。
【背景技術】
【０００３】
あらゆる種類の所望の情報を獲得するために、物理的パラメータの測定が行われる必要がある。これらの測定を可能とする装置は、おおまかに、センサとして類別されている。“ｓｅｎｓｏｒｓ（センサ）"という用語は、物理的刺激（すなわち、光、熱、音、圧力、磁気、特定の運動など）に反応し、そして、一般に、測定のため、あるいは、制御操作するために結果として生ずるインパルスを伝送する広範囲にわたるテクノロジーと装置とを包含する。
【０００４】
センサは、多数の異なる応用分野に広範囲に使用されている。あるものは、熱電対の直接測定のように簡単なものであり、またあるものは、あらゆる天候に適したイメージングシステムのように複雑なものもある。どんな複雑なセンサでも、センサとその物理的環境との間の相互作用は、結局、所望の情報へと導くいくつかの種類の信号を生成する。
【０００５】
多くの場合、センサテクノロジーは、技術開発の基礎となっている。センサへの関心の急速な増加は、血液中の選択された化合物の分析などの非常に多くの応用によって駆り立てられ、その分析において、センサは、周知の多くの利益を供給することが可能である。
【０００６】
そのうえに、センサは、安全性関連エリアにおいて非常に重要であり、応用分野は、航空機の保全を評価することから火災安全装置のモニタリングまでの範囲にわたる。これらの多様な応用における共有のリサーチおよびテクノロジー論点は、濃度、温度、あるいは、熱特性などの関心の量に関してのスペクトルシグネチャの解釈を含んでいる。
【０００７】
たとえば、二酸化炭素の濃度レベルを測定するためのガス測定規格における市場の需要は、換気およびＩｎｄｏｏｒ  Ａｉｒ  Ｑｕａｌｉｔｙ（屋内空気の質：ＩＡＱ）を識別しそしてモニタする際にある程度役に立つので、ＣＯ２テクノロジーにおける活況のますますの増大へと駆り立てている。ＡＳＨＲＡＥ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｈｅａｔｉｎｇ  Ａｉｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）Ｓｔａｎｄａｒｄ６２−９９などの建築基準法規およびビルディングにおける標準統制換気は、１人当たりに必要な最小容量屋外空気を設定した。
【０００８】
人は、一般に、推定可能な量の二酸化炭素を発散させるので、１つの応用として、そのパラメータを使用して占有を検知することができる。二酸化炭素の増加レベル、あるいは、減少レベルは、屋内ゾーンへの進入、あるいは、屋内ゾーンからの退出を表示することができる。
【０００９】
そのうえ、屋外レベルはきわめて低く且つ一定であるので、屋内の測定において、スペースの占有者数の動的測定および汚染物質濃度希釈のために導入された低濃度屋外空気量の測定を行うことも可能である。その結果、スペース内の二酸化炭素測定は、スペース内の一人当たりの換気割合を測定したり、あるいは制御に使用することが可能である。
【００１０】
従って、二酸化炭素は、屋内空気の質の直接測定でないとはいえ、それは、効果的な換気（機械的換気プラス浸透）に対する他よりすぐれた測定である可能性を有している。一般に、二酸化炭素の濃度が高ければ高いほど、換気量は低い。換言すれば、屋内の二酸化炭素レベルがきわめて高く（たとえば１８００ｐｐｍ以上）、そして、換気量が低い（一人当たり７ｃｆｍ以下）とき、これらの状態は、汚染物質を蓄積させて、刺激および不快感を生ずることになる。
【００１１】
二酸化炭素の濃度レベルを測定することは、家庭、オフィスビル、学校および他の商業上の環境に有効な強力な機能である。ただし、実行可能な応用範囲は、製造その他のコストや、健康、安全性、質および他の条件によって制限される。
【００１２】
たとえば、健康および安全性分野において、酸素センサが酸素の消耗を測定するのに使用されてきた。しかし、酸素センサは、費用がかかるだけではなく、一般に、周期的な置換、あるいは、再校正（キャリブレーション）を必要とする。従って、酸素消耗を測定する費用のかからない新たな検知方法を得られれば望ましい。
【００１３】
自動車産業界において、さらに、自動車の品質、安全性および心地よさを改善するために、二酸化炭素センサテクノロジーの必要性が増大している。たとえば、エンジンへの燃焼空気中の二酸化炭素濃度は、エンジンの燃焼空気に再導入される排気ガスの量を決定するのに使用可能であることは周知である。これは、エンジンの排気の二酸化炭素濃度は、周囲の空気と比べてかなり高い（すなわち、９パーセント対３５０ｐｐｍ−５５０ｐｐｍ）からである。
【００１４】
とはいえ、エンジン内のガスのための従来の検知アプローチは、測定されるガスの流れに直接露呈される位置にあるセンサを利用している。特に、高い温度の苛酷なエンジンの環境にこれらのタイプのセンサを露呈させることは、検知の質と結果とをレベルの低いものとし得る。従って、二酸化炭素濃度を測定するために、エンジンの苛酷な環境に耐え、そしてさらに、精密な測定を生成することが可能な新たな検知アプローチを得ることが望ましい。
【００１５】
同時に自動車産業において重要なドライバが、人命延長および安全性改善を援助する自動車製品にセンサとともに組み込まれている。１つの例において、故意ではなくとも死に至る危険性がある閉じ込めを防止するために、自動車のトランク内の人の存在を検知する必要がある。
【００１６】
センサの再校正の分野において、再校正時間が短く且つ安定した、誤りのない読み取りを提供する自動校正モード特性を有するセンサの必要性が増大している。
【００１７】
それゆえに、二酸化炭素の濃度レベル特性の指標として使用可能な費用のかからないセンサテクノロジーの制御アプローチの必要性がある。加えて、多数の異なる応用分野全体にわたり適切である（すなわち、標準化可能な）制御アプローチの必要性もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述およびその他の必要性は、二酸化炭素などのガスの濃度レベルを決定するきわめて信頼性のある方法を含む本発明によって解決される。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
より詳細に、本発明は、光学的方法を使用して、二酸化炭素濃度の変化率およびその変化を測定することに基づくガス測定基準の使用により遂行される。光学的方法は、二酸化炭素が、他のガスとの反応が不十分であり、そして、物理的、あるいは、化学的反応によるセンサで確実に測定することは難しいという二酸化炭素の不活性の性質のために、二酸化炭素を測定するための最も精密な、そして、信頼性のある方法である。
【００２０】
本発明の１つの態様において、酸素の消耗を測定する方法は、空気中において消耗されるか又は置換される酸素量の代用のインジケータとして二酸化炭素の変化率を使用して行われる。酸素の消耗は、２つの例の１つで測定することが可能である。
【００２１】
第１の例において、酸素が二酸化炭素に置換される場合、当然の結果として、二酸化炭素は、酸素のかなりの量（たとえば、３０，０００ｐｐｍ、あるいは、ＣＯ２の３パーセント以上）を置換するために、きわめて高いレベルに上がる。
【００２２】
逆に、そして第２の例において、酸素が別のガスに置換される場合、このときの二酸化炭素の濃度は、結局、３５０ｐｐｍから４５０ｐｐｍの標準大気のレベル以下に低下し始めることが結果として起こる。ＣＯ２の低下の割合が２４時間以内に３００ｐｐｍ以下まで低下するような場合、そのような低下は、たとえば酸素の消耗を適切に表示して警告や制御を誘導することができる。
【００２３】
より精密な制御レベルは、スペース容積情報が把握されていれば達成可能である。さらに、二酸化炭素の変化率は、その変化率が、占有者によって生成されると予測することのできる標準の割合を超える場合に使用可能である。
【００２４】
本発明の別の態様において、二酸化炭素センサが、ディーゼルエンジンの排気ガス再循環（ＥＧＲ）を測定し制御するために、リモートコントロールにより自動車のエンジン又はディーゼルエンジン内に構成されている。ＥＧＲテクニックは、ＥＰＡあるいは他の環境の必要条件を満たすために、窒素酸化物（ＮＯＸ）などの特定の汚染物質の排気を減少するのに使用されている。
【００２５】
エンジンの最適な作動状態を維持するために、そして同時に、ＮＯＸなどの排気を減少させるために、エンジン吸気口に再循環される排気ガス対エンジンへ導入される新鮮な外気の割合は、比較的一定している必要がある。この割合を維持することは、変化する動作スピードとエンジンの対応する燃焼空気必要条件のために難しいことがある。
【００２６】
この割合は、エンジンデザインで変わり得るが、一般に、新鮮な空気に対しておよそ２０パーセントから２５パーセントＥＧＲである。外気はきわめて低い濃度を有し、一方、エンジン排気はきわめて高い濃度（すなわち、容積当たり９パーセントから１２パーセント）を有しているので、混合空気区画内の二酸化炭素濃度は、ＥＧＲ空気混合に対する外気の表示を提供することが可能であり、そして、適切なＥＧＲ割合を維持するために使用することが可能である。このアプローチは、二酸化炭素濃度を決定するためにサンプル法を用いている。
【００２７】
このアプローチにおいて、伝導性のサンプルチューブが、エンジンの予燃、空気混合チャンバに取り付けられ、そして、離れたＣＯ２センサに空気を導く。このチャンバは、排気ガスが燃焼のためにエンジンに導入される前に周囲の空気と化合されるエリアである。このチャンバは、エンジンの内側にあるか、又はエンジンに取り付けられるアセンブリの一部としてもよい。
【００２８】
伝導性のサンプルチューブは、サンプルされたガスの温度が、摂氏５０度以下となるようにサンプルの付加的な冷却を可能とするのに十分な長さであるが、反応時間においてかなりの遅延を生ずるほど長すぎないように構成されている。予燃空気混合チャンバからのサンプルされた空気は、チャンバの圧力（たとえば、１気圧以上）とエンジン周りの周囲圧力との間の圧力差によって押し出される。
【００２９】
オプションの別の方法として、このサンプリングアプローチは、必要な場合、濾過の必要な微粒子を取り除く制御方式を容易にする。そのうえ、サンプルの温度を下げることは、高い温度環境で作動するコンポーネントおよび校正の必要性を排除することによって、簡素化され、より低コストのＣＯ２センサテクノロジーの使用を可能とする。
【００３０】
本発明のこの態様の別の特徴および利点は、条件付のサンプルが使用される場合に提供される。すなわち、５０℃以下の温度で光学的方法を使用したより容易な測定の結果、ＮＯＸのような他のガスのいっそう容易な測定を可能とする。
【００３１】
本発明の第３の態様において、二酸化炭素濃度レベルの変化率が、自動車のトランク内の人の存在を表示するのに使用される。精密なＣＯ２のセンサ読み取りに影響を及ぼすため考慮に入れるべき二酸化炭素の他の原因がいくつかある。２つの主たる原因は：（１）トランク区画室への二酸化炭素排気の漏れ；（２）たとえば自動的にトランクを開かせるために故意にセンサを作動させるため、トランクの区画室へ二酸化炭素を故意に注入する行為である。
【００３２】
これら２つの状態の発生を防止するために、本発明のＣＯ２センサおよびその警告／制御ロジックは、１人以上の人間がトランク内に閉じ込められたときに起こり得る二酸化炭素の変化率を識別するように構成されることが好ましい。
【００３３】
人の二酸化炭素生成は、活動度と背格好との関数である。従って、制御ロジック内の作用／制御ポイントは、たとえば、所定の範囲又は１以上の活動度レベルに対する二酸化炭素生成割合の可能範囲を含む変化率データに基づき計算可能である。制御ロジック内の作用／制御ポイントは、変化率データに基づいて計算することも可能であり、その計算は、たとえば、トランクの容積；トランクに関する空気漏れ割合の仮定；占有者の年齢などを含んでいる。
【００３４】
これらの計算により、占有者がトランク内にいることを適切な精度で測定し得る二酸化炭素の変化率の範囲を好ましくは提供する。トランク内で測定される変化率が、計算された範囲内である場合、所望の制御又は警報方式を作動させることが可能である。制御又は警報方式は、インジケータライト、ブザー、トランクの開放、フラッシュライト、ホーンを鳴らす等の方式が可能である。疑わしいＣＯ２レベルが、予定された又は所定の検知範囲を超えて検出される場合、別のインジケータを作動させることも可能である。
【００３５】
本発明の第４の態様において、二酸化炭素センサのための自動校正モードが提供されている。この校正（キャリブレーション）は、校正用のゼロのガスを使用することに基づいている。このアプローチは、加えて、二酸化炭素センサ同様に、他の赤外線センサに対しても使用可能である。
【００３６】
二酸化炭素の周囲レベルが通常の３５０ｐｐｍあるいはそれ以上で与えられており、その二酸化炭素レベルがスペース内で徐々に変化して与えられると、本発明のこの態様のＣＯ２センサは、ゼロ校正ルーチンを指示する二酸化炭素濃度の特有な変化率パターンと認識するように設計されている。この特有のパターンが識別されると、当該センサは校正モードになり、そして、校正モードの間に測定されるＣＯ２濃度に基づきその校正でリセットを行うように誘発される。
【００３７】
好ましい態様において、その特有のパターンは、センサ読み取りにおいて、およそ１５秒から３０秒間にわたり２００ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ、あるいはそれ以上の顕著な低下を含むものとできる。別の特有のパターンでは、その後の３０秒間に一定の読み取りを含み、センサに校正ガスの一定の流れを提供する。このパターンは、任意に、センサの校正モードを作動させることができる。二酸化炭素濃度レベルが、校正周期（たとえば、１分から５分）を通して一定であるとすれば、センサは、測定対象と同じガスに基づき自身をゼロ校正することができる。
【００３８】
以上、次に続く詳細な説明がよりよく理解できるように、そして、本発明の技術貢献がよりよく明らかとなるように、本発明の主要特徴を比較的おおまかに概説した。いうまでもなく、以下に記述され、そして、特許請求の範囲に係る本発明のさらなる特徴もある。
【００３９】
この点で、詳細に本発明の少なくとも１つの実施例を説明する前に、本発明は、以下の説明に述べられるか、あるいは、図示された構造の詳細やコンポーネントの配置に限定されるものではないということは理解されるべきである。本発明は、その他の実施例が可能であり、様々な方法で実施且つ利用され得る。さらに、ここに使用されている用語等や要約書は説明のためであり、限定するものとみなされるものでないということは理解されるべきである。
【００４０】
本書の開示が基礎としている概念は、本発明のいくつかの目的を遂行するために、他の構造、方法およびシステム設計の基礎として使用され得るということは、当業者には明らかある。それゆえ、特許請求の範囲は、本発明の精神と範囲とを逸脱しないかぎりで、そのような同等の構造を含んでいるとみなされるべきであることは重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
二酸化炭素は、屋外の空気中に存在しているが、一般に、きわめて低い濃度；すなわち、おおよそ１００万分の３５０から４５０（ｐｐｍ）である。人間は、建物内の二酸化炭素の主要な誘因であり、そして、スペースの換気が不完全な場合、３，０００ｐｐｍほどのレベルに高めることを可能とするに足りるほどに二酸化炭素生成の一因となる。二酸化炭素の濃度レベルは高くなることがあり得るが、そのような高い濃度は、通常の環境のもとでは異常である。
【００４２】
スペース内の二酸化炭素濃度の所定の特徴は、健康および／または安全性へのリスクの状態を表示することを可能にする。このような特徴は、絶対閾値レベルの達成、別の活動度に関連して生ずるＣＯ２レベルの観察可能な増加、あるいは、所定の時間にわたるＣＯ２レベルの変化率を含んでいる。
【００４３】
スペース内のガスの濃度レベルを決定するために変化率概念を使用する本発明のガス測定テクニックは、多くの異なる現実の状況への応用に有用性を発揮する。この理論的根拠は、その変化率方法論が、単独の基準として使用されようが、あるいは、他の測定テクニックと組み合わせて使用されようがいずれにせよ有効であることである。
【００４４】
単独の基準として変化率を利用する本発明の一例は、家庭において例示されている。住宅建築物内での最も普通の占有に関し、たとえば、モデリング研究では、人間が、１分当たり５ｐｐｍ以下の変化率のＣＯ２レベルに結果としてなる二酸化炭素レベル生成の一因であるということを示している。
【００４５】
対照的に、同様なモデリング研究で、暖房炉の排気筒（一般に、９０，０００ｐｐｍと１２０，０００ｐｐｍとの間のＣＯ２を含有する）が、建築物内へ直接的に排出される場合、１分当たり２０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ、あるいはそれ以上の二酸化炭素レベルの上昇率の一因となることがあるということを示している。このように、測定されるロケーションおよび囲まれたスペースの容積により、二酸化炭素濃度の上昇率が、燃焼有毒ガスなどの存在の精密なインジケータとなる。
【００４６】
暖房炉などの制御された燃焼プロセスは、作動の間に、比較的一定した変化率をもたらすということに留意することは重要である。これは、制御されない火炎と対照的であり、そのことは、サイズが増大される制御されていない火炎に従って、二酸化炭素レベルが着実に増大する変化率をもたらす。
【００４７】
スペースの容積により、二酸化炭素濃度の上昇率は、さらに、燃焼漏れの精密なインジケータとなる。たとえば、１分当たり３０ｐｐｍから５０ｐｐｍを超える二酸化炭素の上昇率は、家庭の生活スペースへ漏れる暖房炉、あるいは、ファイアプレースの燃焼生成物を表示している。このタイプの測定は、家庭の一般的な生活スペースにおいて、暖房炉ルームにおいて、ユーティリティールームおいて、あるいは、家屋に付属したガレージにおいて行うことが可能である。別の方法として、オプションで、１分当たりおよそ２５ｐｐｍの二酸化炭素の上昇レベルの閾値割合を、不適切な排気を表示する基準として使用し得る。
【００４８】
本発明の一実施例によれば、二酸化炭素濃度の変化率は、スペースにおける１人以上の人間の存在を表示するための精密な基準として使用されている。この基準は、さらに、密航発見への応用において、囲まれたコンテナ内に入っている人間の概算数を検出するのに有用である。また、スペースが自動車のトランク区画室である場合、過ちか何かの理由でトランク内に閉じ込められた人の死を防止することでき、本発明の別の有益な応用である。
【００４９】
より詳細には、二酸化炭素濃度の変化率特性を決定するために、出願人は、時間の周期全体にわたり生じた結果としてのＣＯ２の変化率を計算する際に多数の要因を考慮に入れるシミュレーションモデルを導き出した。その要因は、スペースの容積、そのスペースの空気漏れ、そして、もしあるなら、そのスペースに入ることがある二酸化炭素の他の原因を含んでいる。
【００５０】
そのシミュレーションモデルが考慮に入れるもう一組の要因は、人の二酸化炭素生成割合である。人による二酸化炭素生成の割合は、年齢を含む人の背格好と活動度レベルとに関連する。たとえば、休息モードにおける成人（すなわち、１４歳から６５歳）は、一般に、１分当たりおよそ０．２５リットルで、一定した割合のＣＯ２を生成する。この範囲における生成率は、人間が閉じられたスペース内に隠れているときに生ずるようなものである。車のトランクに閉じ込められた人に関しては、活動度レベルはより高く、生成率は１分当たり０．５リットルから１．５リットルの範囲にわたることがある。
【００５１】
本発明のシミュレーションモデルに使用される変化率方法論の計算は、たとえば；（１）スペース内の人の数およびかれらの予想年齢ならびに活動度レベルと；（２）スペースの容積と；（３）屋外空気でスペース濃度を希釈することができるあらゆる自然な換気方法又は機械的換気方法とを考慮に入れて、時間全体にわたる二酸化炭素の増加を調べる。これらの関係は、以下の方程式１に従う。
【００５２】
［数１］
Ｃｔ＝［（Ｃｔ−１＋Ｎ／Ｖ−ＣＯＡ）（１−Ａ／Ｖ）］＋ＣＯＡ
式中、
Ｃｔ＝時間ｔでのＣＯ２濃度（ｐｐｍ）；
Ｃｔ−１＝前の時間周期におけるＣＯ２濃度（ｐｐｍ）；
ＣＯＡ＝屋外空気中のＣＯ２濃度（ｐｐｍ）；
Ｎ＝人の占有者によるＣＯ２生成率（ｃｆｍ）；
Ｖ＝スペースの容積（ｃｕ．ｆｔ．）；
Ａ＝スペースに導入される希釈空気の容量
【００５３】
上記の方程式を使用すると、変化率プロフィールは、スペース内の１人以上の個体の存在を意味する可能な／所望の状態の範囲に対し明らかにされる。その変化率データが上述の状態の１つ又はすべてについて決定されるとき、所定のトランク又は閉鎖スペースについて起こり得るＣＯ２の変化率レベルを示すためにＣＯ２濃度値の範囲が明らかにされる。
【００５４】
この範囲は、たとえば、スペースの容積、活動度レベル、屋外の二酸化炭素レベルおよび／または換気における変化を変える低限の二酸化炭素濃度値と高限の二酸化炭素濃度値とを計算することによって達せられる。二酸化炭素濃度値は、時間に対して表示すると図１のグラフが作成される。高限値と低限値との間のエリアが警報ゾーンとして最も適切に記述され、１つ以上の警報方式が、二酸化炭素の濃度レベルがその警報ゾーンにあるときに作動する。
【００５５】
図２を参照すると、本発明のシミュレーションモデルの変化率方法論を使用して、スペース内の人の存在を決定するためのプロセスを説明した判断ロジックのフローチャートが示されている。
【００５６】
前述のように、当該プロセスは、スペースのほぼ許容された漏れ状態の決定から開始される（ステップＳ２０）。一例では、スペースは自動車のトランク区画室を意味している。別の例では、スペースは船舶のコンテナなどを意味することができる。スペースが自動車のトランク区画室であれば、たとえば、トランク区画室への二酸化炭素排気の漏れが決定される。
【００５７】
“標準の"漏れが決定されると、次のステップＳ２２では、スペースへのすべての他の適切なＣＯ２の漏れを決定、あるいは、計算する。たとえば、トランク区画室への二酸化炭素の故意の注入は、それにより、トランクを開放するためにセンサを故意に作動させるよう機能し得るので、他の適切な漏れ状態の可能性に含まれ得る。他のそのような可能性を決定すべきである。
【００５８】
これらおよび他の可能性の発生を防護するために、あるいは、これらの可能性によって生成される好ましくない誤りの警報を防止するために、警告／制御ロジックは、これらの起こりそうな状況、および／または、歓迎されない状況を具体化するように構成されることが好ましい。本質的に、その警告／制御ロジックは、１人以上の人がトランク又は閉鎖スペース内に閉じ込められたときなどに、１つ以上のトリガ値を表わすＣＯ２レベルの変化率を識別するように構成されている（Ｓ２４）。
【００５９】
好ましい例において、この識別は、変化率データに基づき計算される１つ以上の作動／制御ポイントを使用することによってある程度遂行される。変化率データは、たとえば、トランク容積の情報、；トランクに関する空気漏れ割合の仮定；二酸化炭素生成割合（たとえば、１分当たりの発散データ）；想定された範囲又は活動度レベルで起こり得る二酸化炭素生成の範囲（たとえば、低活動度レベル発散対高活動度レベル発散／分のデータ）；そして、占有者の年齢（たとえば、成人対子供）についての計算を含んでいる。
【００６０】
これらの計算は、スペース内の二酸化炭素変化率を適切な精度で決定しそして最終的に車のトランク又は閉鎖スペース内の占有者有無を決定するのに有用な二酸化炭素変化率を好適に提供する（Ｓ２６）。
【００６１】
スペース内の二酸化炭素濃度の変化率レベルが、計算された範囲（すなわち、トリガ）外にある場合（Ｓ２８）、プロセスは過程を繰り返す。一方、ＣＯ２濃度の変化率レベルがトリガ内にある場合は、１つ以上の制御又は警報方式が作動する（Ｓ３０）。
【００６２】
好ましい例において、警報は、１分当たり少なくともおよそ５０ｐｐｍの二酸化炭素の変化率がトランク区画室又は閉鎖スペースにおいて検出される場合に鳴らされる。その警報は、インジケータライトの形をとってもよい。
【００６３】
必要な周期の間警報信号を発生するための変化率値の所望のトリガは変更可能であり、スペース容積に左右される。たとえば、制御又は警報方式は、二酸化炭素の変化率が単発的に検出されたときに警報を発するのではなく、変化率が多数回にわたり連続的に検出されると発するようにも使用可能である。変化率が２周期以上、たとえば５周期以上などの多周期にわたって検出されるまで警報信号を発しないようにすることによって、誤警報の可能性を低く抑えられる。
【００６４】
別の方法として、オプションで、異なるトリガ値で異なる警報信号を発生させることもできる。たとえば、初期警報信号を、１分当たりおよそ５ｐｐｍ以上の変化率が検出されたときに発生し、第２の警報を、１分当たりおよそ１０ｐｐｍ以上の変化率が検出されたときに発生し、および／または、第３の警報を、１分当たりおよそ２５ｐｐｍ以上の変化率が検出されたときに発生するようにしてもよい。各警報は、ブザー、トランク区画室の開放、フラッシュライト、ホーンを鳴らすなどの手法をとることができる。
【００６５】
可聴警報信号は、警報信号が発生された理由を解釈するのにも重要である。たとえば、疑わしい変化率値がトランク区画室の検知範囲外で検出された場合に、きわめて低い可聴警報信号を、低い存在レベルを表示するように作動させることができる。
【００６６】
本発明の別の実施例において、上記の変化率概念が、酸素消耗の状態を表示するのに使用されている。図３を参照すると、本発明の変化率方法論の変形を使用して、酸素消耗の状態を決定するためのプロセスを示すフローチャートが示されている。ここでの概念は、酸素の置換を表示するレベル以上に上昇する又はレベル以下に低下するＣＯ２濃度の変化率を使用することである。
【００６７】
そのプロセスは、スペースへのすべての直接関係のある二酸化炭素漏れ状態の決定から開始される（Ｓ４０）。スペースは、家屋の部屋、オフィスビル、あるいは商業上のビルディング、劇場などの聴衆席等、あらゆる多様な閉鎖スペースを意味することができる。直接関係のある漏れ状態は、ユーザーおよび状況で定義する。
【００６８】
次のステップは、酸素の置換を表示する二酸化炭素の変化率レベルを決定することである（Ｓ４２）。たとえば、酸素が二酸化炭素に置換されるときに相当量の酸素が置換されるので、二酸化炭素はきわめて高いレベル（たとえば、＞３０，０００ｐｐｍ）に上がることがある。
【００６９】
別の方法として、逆に、３５０ｐｐｍから４５０ｐｐｍの標準大気レベル以下の割合に二酸化炭素の濃度が低下したときは、酸素が別のガスに置換されていることを表示すると言える。このレベル以下への連続した一定の低下は、二酸化炭素の置換を識別する。このように、二酸化炭素は、スペースにおいて消耗又は置換される酸素の量の代用インジケータとして機能する。
【００７０】
次のステップは、スペースの二酸化炭素濃度の変化率を決定することである（Ｓ４４）。以上の各決定は、スペースのＣＯ２変化率が所定のＣＯ２変化率レベル以上か以下かの判断であるステップＳ４６に先立って行われるかぎり、必ずしも上記の通りの順序で行う必要はない。
【００７１】
警告／制御ロジックは、さらに、酸素の置換を表示する二酸化炭素変化率の範囲、あるいは、変化率閾値レベルのいずれかを識別するように構成可能である。変化率データは、スペース容積の情報；空気漏れ割合の仮定；二酸化炭素生成割合；想定された範囲又は活動度レベルのための二酸化炭素生成の範囲；そして、１人以上の占有者の年齢を含むことができる。
【００７２】
さらに、好ましくない上昇又は低下が決定されると、警告又は制御警報が、前述のように、オプションで、発せられる（Ｓ４８）。警告又は警報は、可視信号や可聴信号の手法をとることができる。
【００７３】
より精密な制御レベルは、スペース容積情報を知っているとすれば、確立可能である。スペース容積は、変化率値を計算する際に重要なファクターである。さらに、二酸化炭素濃度の変化率は、占有者による生成であると予測可能な標準率を変化率が超える場合に使用可能である。
【００７４】
本発明のさらに別の実施例において、二酸化炭素センサのための自動校正モードが提供されている。二酸化炭素センサ又は他の赤外線センサにおける自動校正は、校正用のゼロガス(zero gas)を使用することに基づいている。図４を参照すると、その概念は、センサにゼロガスを注入し（Ｓ５２）、そして、センサ作動のための所定の又は所望のベースライン（Ｓ５０）を下回る二酸化炭素濃度の顕著な低下を調べる（Ｓ５４）ことである（３５０ｐｐｍ以下の二酸化炭素の大気濃度は一般に起こり得ない）。ゼロガスは、窒素などのセンサテストに一般に使用されるガスでないことが好ましい。
【００７５】
その顕著な低下は、望み通りに決定することができる。好ましい実施例において、該低下は、５分周期にわたり２００ｐｐｍ以上であるように決定することができる。すなわち、指定又は所望の時間周期にわたり２００ｐｐｍ以上の低下が起こる場合（Ｓ５６）、センサは、マイクロプロセッサ駆動スイッチのスイッチオンで自動的に自分を再校正する（Ｓ５８）するように構成されている。本質的に、５分間にわたるセンサ読み取りにおける顕著な低下は、ゼロガスを表示し、そしてセンサは、ゼロポイントになるようにその読み取りを再校正する。
【００７６】
別の実施例において、顕著な低下は、センサ読み取りにおいて１５秒から３０秒ほどにわたり２００ｐｐｍから３００ｐｐｍ程度、あるいはそれ以上の範囲であるように決定することもできる。その他にオプションで、トリガ状態は、次の３０秒間に一定した読み取りを含み、センサに一定した校正ガスの流れを提供する。このパターンは、任意に、センサの校正モードを作動させることができる。二酸化炭素濃度レベルが、校正周期（たとえば、１分から５分間）を通して安定したままであるとすれば、センサは、測定対象としている同じガスに基づき自身のゼロ校正を行うことができる。
【００７７】
診断ルーチンは、さらにオプションで、１分等の時間の周期全体にわたり読み取りの安定性を決定するような機能を含むことが可能である。測定の読み取りにおける変化は、センサのバックグラウンドノイズの限度を超えないことが好ましい。
【００７８】
本発明の別の態様において、二酸化炭素濃度の変化の割合は、さらに、エンジンの予燃、空気混合チャンバ１０の再循環された空気で測定可能である。図５に示すチャンバ１０は、わかりやすいように簡素化して示している。
【００７９】
伝導性サンプルチューブ１２は、空気をチャンバから導くために、エンジンの予燃チャンバ１０に取り付けられている。チャンバ１０において、排気ガス(ERG)は、燃焼のためエンジン（図示せず）へ導入される前に外気(Outside Air)と混合される。なお、チャンバ１０は、エンジンの内側に、すなわち、エンジンに取り付けられるアセンブリの一部として配置することができる。
【００８０】
サンプルチューブ１２の長さは重要である。好ましい実施例において、サンプルチューブ１２は、サンプルされたガスの温度が摂氏５０度以下であるように、サンプル空気の付加的な冷却を可能とするのに十分な長さであるが、反応時間に遅延を生ずるほど長すぎないように構成される。チャンバ１０からのサンプルされた空気は、チャンバ１０の圧力（すなわち、１気圧以上）とエンジン周りの周囲空気圧力との間の圧力差によってチューブ１２を通って押し出される。
【００８１】
二酸化炭素センサ１４は、チャンバ１０から遠く離れて伝導性のサンプルチューブ１２上に構成されている。この装置によって、エンジンへの予燃空気内の二酸化炭素濃度は、苛酷なエンジン環境にもかかわらず精密に測定される。
【００８２】
別の方法として、オプションで、この装置は、必要な場合、濾過を必要とすることがある空気の微粒子を取り除くのに有効である。そして、サンプル温度を低減可能な設置位置にある場合、高温環境で動作するコンポーネントおよび較正が不要なので、より簡素化された、従ってより費用のかからない、温度感度の高くない二酸化炭素センサテクノロジーでも使用可能である。
【００８３】
さらに、管理されたサンプルが使用される別の場合に、本発明のこの装置は、摂氏５０度以下の温度で光学的テクニックを使用して容易に測定される窒素酸化物（ＮＯＸ）などの他のガスの容易な測定を促進することができる。すなわち、排気ガスのＮＯＸレベルの計算は、チャンバ１０内で測定されるＮＯＸ及び二酸化炭素レベルから計算したチャンバ１０に導入される排気ガス再循環（ＥＧＲ）のパーセンテージに基づき決定することが可能である。換言すれば、ＥＧＲのパーセンテージを特定の量に保つことによって、ＮＯＸのレベルは、少なくとも特定のレベルに維持することが可能である。
【００８４】
二酸化炭素濃度の変化率を測定する際に、絶対濃度を測定することは必ずしも必要でないということを認識することは重要である。重大なポイントは、濃度における相対的変化である。コストを最小とするために、Ｎｏｎ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ（非分散型赤外線）（ＮＤＩＲ）センサを、本発明の実施例において、二酸化炭素センサとして使用することが考えられる。ＮＤＩＲ検出器は、ＣＯ２によく反応し、平均感度よりも優れ、そして、電気化学的検出器より耐久性がある。
【００８５】
さらに、二酸化炭素における変化率が、所望のレベルと同等であるものの限界を超えるときを決定するために、比率テクニックによる二酸化炭素検出器を使用することが可能である。ＮＤＩＲセンサに使用される比率テクニックの説明は、米国特許第５，０２６，９９２号に述べられており、その開示は、ここに参照として含まれている。
【００８６】
上記の説明および図面は、本発明の目的、特徴および利点を遂行する好ましい実施例の単なる例示であり、本発明がそれに限定されることを意図したものではない。ここに記述されている実際の概念におけるさらなる変更および修正が、特許請求の範囲に定義されるように本発明の精神と範囲とから逸脱することなく容易に行われることが可能であるということは当業者には容易に明らかである。
【００８７】
たとえば、様々なロジック選択を含み、および／または、そのようなロジック選択を置き替えあるいは修正するためにプログラミング可能である、本発明の実施に使用可能な単一の装置を設計することは可能である。さらに、警報信号は、可視警告や可聴警告などのあらゆる様々な形をとることが可能である。
【００８８】
あるいは、警報信号は、警報信号を受けて作動する装置に送られる電気信号とすることができる。従って、たとえば、警報信号の発生は、自動車のエンジンを止めるたり、あるいは、その動作を変更するなどの別の事柄を誘発することも可能である。別の方法として、別の装置、あるいは、プロセスが、空気の微粒子を取り除くための作動へと誘発される場合もある。
【００８９】
本発明の多数の特徴および利点は、詳細な説明から明らかであり、従って、本発明の真の精神と範囲内にある本発明のすべての上述の特徴および利点をカバーすることは、特許請求の範囲によって意図されるものである。そのうえに、多数の修正および変更は、容易に当業者には思い浮かぶので、例示されそして記述されている詳細な構造および動作に本発明を限定することは、好ましくなく、それゆえ、すべての適切な修正および同等物は、本発明の範囲内にあると訴えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の変化率方法論に従い時間に対する二酸化炭素濃度値を表示するグラフ。
【図２】本発明の一実施例を示し、スペース内の人の存在を決定するための決定ロジックを示すフローチャート。
【図３】本発明のシミュレーションモードの変化率方法論の変形を使用して、酸素消耗の状態を決定するための決定ロジックを示すフローチャート。
【図４】本発明の別の実施例を示し、二酸化炭素センサのための自動校正モードの決定ロジックを示すフローチャート。
【図５】本発明のさらに別の実施例を示し、ディーゼルエンジンへの排気ガス再循環を決定し制御するために使用した二酸化炭素センサを示しているエンジンのチャンバの透視図。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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