(57)【要約】【課題】排ガスの圧力変動や温度の影響を受けにくく、排ガスに含まれる成分の濃度を高精度にリアルタイムで算出して、分析できる排ガス分析方法を提供する。【解決手段】内燃機関から排出される排ガスにレーザ光を照射し、排ガス中を透過したレーザ光を受光し、受光されたレーザ光に基づいて排ガス中に含まれる成分の濃度を測定する排ガス分析方法は、受光されたレーザ光より排ガス中に吸収されたレーザ光の吸収スペクトルを検出（Ｓ１）し、吸収スペクトルから特定ガス成分の濃度を算出（Ｓ２）し、吸収スペクトルより排ガスの温度を算出（Ｓ３）し、吸収スペクトルより排ガスの圧力を算出（Ｓ４〜Ｓ６）し、算出された排ガス中に含まれる成分の濃度を算出された温度で補正（Ｓ７）し、算出された圧力で補正（Ｓ８）して、濃度の真値を出力（Ｓ９）する。【選択図】  図６
2007163422.tif 000002
【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にレーザ光を照射し、排ガス中を透過したレーザ光を受光し、受光されたレーザ光に基づいて前記排ガス中に含まれる成分の濃度を測定する排ガス分析方法であって、
受光されたレーザ光より、排ガス中に吸収されたレーザ光の吸収スペクトルを検出し、この吸収スペクトルから前記排ガス中に含まれる成分の濃度、排ガス温度、および排ガス圧力を算出し、前記排ガス中に含まれる成分の濃度を、前記排ガス温度および排ガス圧力を用いて補正することを特徴とする排ガス分析方法。
【請求項２】
内燃機関から排出される排ガスにレーザ光を照射し、排ガス中を透過したレーザ光を受光し、受光されたレーザ光に基づいて前記排ガス中に含まれる成分の濃度を測定する排ガス分析方法であって、
受光されたレーザ光より、排ガス中に吸収されたレーザ光の吸収スペクトルを検出し、この吸収スペクトルから前記排ガス中に含まれる成分の濃度、排ガス温度および排ガス圧力を算出し、
前記吸収スペクトルから算出された排ガス温度、排ガス圧力、および排ガス中に含まれる成分の濃度によって決定される理論スペクトルと、検出された前記吸収スペクトルとに基づいて濃度の補正値を算出し、
この補正値により前記算出された排ガス中に含まれる成分の濃度を補正することを特徴とする排ガス分析方法。
【請求項３】
前記排ガス中に含まれる成分の濃度の算出は、分析される排ガスの特定成分の理論スペクトルを成分濃度に応じて変化させた複数のスペクトルパターンを用いて、最近似スペクトルパターンの排ガス濃度より算出されることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス分析方法。
【請求項４】
前記排ガス温度の算出は、Ｈ２Ｏの前記吸収スペクトルのうちの選択された少なくとも２波長の透過光強度比から算出されることを特徴とする請求項１または２記載の排ガス分析方法。
【請求項５】
前記排ガス圧力の算出は、Ｈ２Ｏの吸収スペクトルのピーク波長のスペクトル幅に基づいて算出されることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス分析方法。
【請求項６】
内燃機関から排出される排ガスにレーザ光発生手段から発生させたレーザ光を照射し、排ガス中を透過したレーザ光を受光し、受光されたレーザ光に基づいて前記排ガス中に含まれる成分の濃度を測定する排ガス分析装置であって、
この排ガス分析装置は、受光されたレーザ光より排ガス中に吸収されたレーザ光の吸収スペクトルを検出する検出手段と、
前記吸収スペクトルから排ガス中に含まれる成分の濃度、排ガス温度および排ガス圧力を算出する算出手段と、
前記算出された排ガス中に含まれる成分の濃度を、前記算出された排ガス温度および排ガス圧力で補正する補正手段とを備えることを特徴とする排ガス分析装置。
【請求項７】
内燃機関から排出される排ガスにレーザ光発生手段から発生させたレーザ光を照射し、排ガス中を透過したレーザ光を受光し、受光されたレーザ光に基づいて前記排ガス中に含まれる成分の濃度を測定する排ガス分析装置であって、
この排ガス分析装置は、受光されたレーザ光より排ガス中に吸収されたレーザ光の吸収スペクトルを検出する検出手段と、
前記吸収スペクトルから前記排ガス中に含まれる成分の濃度、排ガス温度および排ガス圧力を算出すると共に、算出された排ガス温度、排ガス圧力、および排ガスの成分の濃度によって決定される理論スペクトルと、検出された前記吸収スペクトルとに基づいて濃度の補正値をさらに算出する算出手段と、
前記算出された前記排ガス中に含まれる成分の濃度を前記補正値により補正する補正手段とを備えることを特徴とする排ガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の内燃機関から排出される排ガスの分析方法と、排ガス分析装置に係り、特に、排ガス中に含まれる成分の濃度や温度等を正確かつリアルタイムに算出して測定し分析する排ガス分析方法と排ガス分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排ガス分析装置として、特許文献１に記載の車載型ＨＣ測定装置がある。この車載型ＨＣ測定装置は、エンジンに連なる排気管を流れる排ガス中のＨＣ（炭化水素）濃度を連続的に測定するためのＮＤＩＲ（非分散型赤外分光法）型ガス分析計と、排気管を流れる排ガスの流量を連続的に測定する排ガス流量計と、ＮＤＩＲ型ガス分析計および排ガス流量計のそれぞれの出力を演算処理して、排ガス中のＴＨＣ（全炭化水素）量を連続的に算出する演算処理回路を車両内に搭載可能としている。
【０００３】
また、赤外線レーザ光を用いた計測（赤外吸収法）を排ガス配管内に適用すると、以下のような課題がある。すなわち、配管内の排ガス濃度をレーザ光の吸収スペクトル形状により演算して求めているが、排ガス配管内では、エンジンの運転状況により急激な圧力変動や濃度変化が発生する。圧力変動が発生すると、ブロードニングという現象のためレーザ光の吸収スペクトル形状が変化してしまい、正確な濃度値を求められなくなる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１７２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸収スペクトル形状より求めた排ガス中に存在しているガス成分の濃度は、圧力や温度により変動するため、正確な濃度値を得るためには排ガスの圧力を計測する必要があり、圧力の計測手法として、通常、圧力計を設置するが、部品点数の増加等、システムが複雑化する。そのため、吸収スペクトル形状を補正するように、配管内の排ガス圧力をリアルタイムに計測し、濃度補正する必要がある。このとき、吸収スペクトル形状をパラメータとした計算で濃度を求めようとすると、繰り返し計算が必要となり、解析時間が増大してリアルタイム計測が困難となる。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、排ガスの圧力変動や温度の影響を受けにくく、排ガスに含まれる成分の濃度を高精度にリアルタイムで算出して測定し分析することができる排ガス分析方法と、排ガス分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成すべく、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にレーザ光を照射し、排ガス中を透過したレーザ光を受光し、受光されたレーザ光に基づいて前記排ガス中に含まれる成分の濃度を測定する排ガス分析方法であって、受光されたレーザ光より、排ガス中に吸収されたレーザ光の吸収スペクトルを検出し、この吸収スペクトルから排ガス中に含まれる成分の濃度、排ガス温度、および排ガス圧力を算出し、排ガス中に含まれる成分の濃度を、算出された排ガス温度および排ガス圧力を用いて補正することを特徴としている。
【０００８】
前記のごとく構成された本発明の排ガス分析方法は、内燃機関から排出される排ガス中を透過し受光されたレーザ光から、排ガス中で吸収された吸収スペクトルを検出し、この吸収スペクトルの減衰量、すなわち、排ガス中を透過した光強度と透過しない光強度との比に基づいて特定ガス成分、例えば一酸化炭素、窒素酸化物等の排ガス中に含まれる成分の濃度を算出する。そして、吸収スペクトルから排ガス温度および排ガス圧力を算出し、算出された排ガス温度と排ガス圧力により、算出された成分の濃度を補正するため、排ガス流路中の圧力や温度の挙動変化に忠実な測定精度の高い成分の濃度を得ることができ高精度分析が行える。しかも、圧力計を使用せずに圧力を算出できるため、リアルタイム測定が可能となり、構成が簡単となると共に、コストを低減できる。
【０００９】
本発明に係る排ガス分析方法の他の態様としては、内燃機関から排出される排ガスにレーザ光を照射し、排ガス中を透過したレーザ光を受光し、受光されたレーザ光に基づいて前記排ガス中に含まれる成分の濃度を測定する排ガス分析方法であって、受光されたレーザ光より、排ガス中に吸収されたレーザ光の吸収スペクトルを検出し、この吸収スペクトルから前記排ガス中に含まれる成分の濃度、排ガス温度および排ガス圧力を算出し、前記吸収スペクトルから排ガス温度、排ガス圧力、および排ガス中に含まれる成分の濃度によって決定される理論スペクトルと、検出された吸収スペクトルとに基づいて濃度の補正値を算出し、この補正値により算出された排ガス中に含まれる成分の濃度を補正することを特徴としている。
【００１０】
具体的には、理論スペクトルと吸収スペクトルとを重ね合わせ、理論スペクトルを積分した第１の積分値（第１の面積）と、一方のスペクトルより他方のスペクトルが大きい部分の第２の積分値（第２の面積）と、他方のスペクトルより一方のスペクトルが大きい部分の第３の積分値（第３の面積）とを算出し、（第１の積分値−第２の積分値＋第３の積分値）／第１の積分値より補正値を算出し、算出された濃度（第１の面積）に該補正値を掛けて補正する。
【００１１】
このように構成された排ガス分析方法では、算出された排ガス温度、排ガス圧力、排ガス中に含まれる成分の濃度によって一義的に決まる理論スペクトルと、検出された吸収スペクトルとを比較し、２つのスペクトルに基づいて濃度の補正値を得ることができ、具体的には２つのスペクトルで区切られた面積を算出して補正値を得ることができ、この補正値を算出された濃度に掛けることで、精度の良い排ガスの特定成分濃度を得ることができ、高精度な排ガス分析が可能となる。
【００１２】
本発明に係る排ガス分析方法の好ましい具体的な態様としては、前記排ガス中に含まれる成分の濃度の算出は、分析される排ガスの特定成分の理論スペクトルを排ガス濃度に応じて変化させた複数のスペクトルパターンを用いて、最近似スペクトルパターンの排ガス濃度より算出されることを特徴としている。この構成によれば、例えば、水蒸気の理論スペクトルを排ガス濃度に応じて変化させた複数のスペクトルパターンと、最も近似している吸収スペクトルパターンを選び、そのスペクトルパターンの排ガス濃度より決定することで算出できる。
【００１３】
また、本発明に係る排ガス分析方法において、前記排ガスの温度の算出は、Ｈ２Ｏの前記吸収スペクトルのうちの選択された少なくとも２波長の透過光強度比から算出されることが好ましい。この構成によれば、排ガスが通過する排気経路中に常時存在するＨ２Ｏを使用して温度を算出することができるため、精度の良い温度測定が可能となり、結果として高精度な排ガス分析を可能とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る排ガス分析方法において、前記排ガスの圧力の算出は、Ｈ２Ｏの吸収スペクトルのピーク波長のスペクトル幅に基づいて算出されることが好ましい。具体的には、吸収スペクトルのピーク波長のピーク値の半値のスペクトル幅を検出し、検出されたスペクトル幅を前記算出された温度で補正し、該補正された前記スペクトル幅より圧力を算出して求める。この構成によれば、排気経路中に常時存在するＨ２Ｏを使用し、その吸収スペクトルのピーク波長のスペクトル幅から容易に、高精度で圧力を算出することができる。
【００１５】
また、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にレーザ光発生手段から発生させたレーザ光を照射し、排ガス中を透過したレーザ光を受光し、受光されたレーザ光に基づいて前記排ガス中に含まれる成分の濃度を測定する装置で、受光されたレーザ光より排ガス中に吸収されたレーザ光の吸収スペクトルを検出する検出手段と、前記吸収スペクトルから排ガス中に含まれる成分の濃度、排ガス温度および排ガス圧力を算出する算出手段と、前記算出された排ガス中に含まれる成分の濃度を前記算出された排ガス温度および排ガス圧力で補正する補正手段とを備えることを特徴としている。
【００１６】
このように構成された排ガス分析装置は、排ガスにレーザ光を照射して透過光を受光し、受光されたレーザ光から排ガス中に吸収されたレーザ光の吸収スペクトルを検出する。そして、吸収スペクトルから排ガス中に含まれる成分の濃度を算出し、排ガス温度と排ガス圧力を算出し、算出された成分の濃度を算出された排ガス温度と排ガス圧力で補正するため、圧力変動や温度の影響を受けない真の排ガス中に含まれる成分の濃度を算出することができ、排ガスの分析を精度良く行なうことができる。
【００１７】
本発明に係る排ガス分析装置の他の態様は、内燃機関から排出される排ガスにレーザ光発生手段から発生させたレーザ光を照射し、排ガス中を透過したレーザ光を受光し、受光されたレーザ光に基づいて排ガス中に含まれる成分の濃度を測定する装置で、受光されたレーザ光より排ガス中に吸収されたレーザ光の吸収スペクトルを検出する検出手段と、前記吸収スペクトルから排ガス中に含まれる成分の濃度、排ガス温度および排ガス圧力を算出すると共に、算出された排ガス温度、排ガス圧力、および排ガスの成分の濃度によって決定される理論スペクトルと、検出された吸収スペクトルとに基づいて濃度の補正値をさらに算出する算出手段と、算出された排ガス中に含まれる成分の濃度を前記補正値により補正する補正手段とを備えることを特徴としている。
【００１８】
このように構成された排ガス分析装置は、排ガスにレーザ光を照射して透過光を受光し、受光されたレーザ光から排ガス中に吸収されたレーザ光の吸収スペクトルを検出する。そして、吸収スペクトルから排ガス中に含まれる成分の濃度、排ガス温度および排ガス圧力を算出し、算出された排ガス温度、排ガス圧力、および排ガスの成分の濃度によって決定される理論スペクトルと、検出された前記吸収スペクトルとに基づいて濃度の補正値をさらに算出し、算出された排ガス中に含まれる成分の濃度を前記補正値で補正するため、圧力変動や温度の影響を受けない濃度を算出することができ、排ガスの分析を精度良く行なうことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の排ガス分析方法および排ガス分析装置は、排ガス中にレーザ光を透過させ、排ガス中を透過したレーザ光の吸収スペクトルから排ガス中の特定成分のガス濃度を算出して排ガス分析する際に、算出されたガス濃度は温度に起因する誤差、及び圧力に起因する誤差を含んでいるため、それらの誤差をリアルタイムで補正することができ、精度の高いガス濃度を算出して測定し分析することができる。また、圧力を検出する際に、吸収スペクトルの形状から圧力を算出するため、圧力計が不要で装置構成を簡単にできると共に、迅速な圧力測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係るガス分析装置を自動車の排ガス分析装置に用いた一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る排ガス分析装置を自動車に搭載した要部構成図、図２は、図１の排ガス分析装置をエンジンベンチに搭載した状態の要部構成図、図３は、センサ部の要部の分解した状態の斜視図を含む排ガス分析装置の要部構成図、図４は、図３のセンサ部の詳細を示す一部を破断した正面図と、Ａ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図およびＣ−Ｃ線要部断面図、図５は、レーザ発振・受光コントローラの要部構成および信号解析装置を含む排ガス分析装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１〜５において、本実施形態の排ガス分析装置は、分析対象ガスとして、自動車１に設置されたエンジン（内燃機関）２から排出される排ガスを分析する装置である。また、図２に示すように、エンジンベンチ１Ａに設置されたエンジン２の排ガスを分析する装置である。エンジン２の各気筒から排出される排ガスは、エキゾーストマニホルド３で合流され、排気管４を通して第１触媒装置５に導入され、さらに第２触媒装置６に導入され、そのあとマフラー７を通して排気パイプ８から大気中に放出される。排ガスが流れる流路（経路）を構成する排気経路は、エキゾーストマニホルド３、排気管４、第１触媒装置５、第２触媒装置６、マフラー７、排気パイプ８から構成され、エンジン２から排出された排ガスを２つの触媒装置５，６で浄化し、マフラー７により消音、減圧して大気中に放出する。なお、マフラーはメインマフラーとサブマフラーの２つを有するものでもよい。
【００２２】
排気経路を構成する複数の部材は、フランジ部同士を対接させてボルト等で接続されている。例えば、第１、第２触媒装置５，６は大径の本体部の上流、下流側に排気パイプ部が連結され、これらの排気パイプ部の端部にフランジ部Ｆ，Ｆが溶接等により固着されている。また、マフラー７は大径の本体部の上流、下流側に排気パイプ部が連結され、これらの排気パイプ部の端部にフランジ部Ｆ，Ｆが固着されている。なお、末端の排気パイプ８はマフラー７に直接溶接等により固着されている。このように、排気経路を構成する複数の部材はフランジ部により接続され、排ガスが通過する断面形状が直径ｄの円形に形成されている。
【００２３】
本実施形態の排ガス分析装置１０は、前記の排気経路の複数個所に設置された複数のセンサ部１１〜１４を備えて構成される。第１のセンサ部１１は第１触媒装置５より上流側のエンジン側の排気管４との間に設置され、第２のセンサ部１２は第１触媒装置５の下流側に設置され、第３のセンサ部１３は第２触媒装置６の下流側に設置されている。そして、第４のセンサ部１４はマフラー７の下流の排気パイプ８に設置されている。センサ部１４は排気パイプの途中に設置されても、排気パイプの末端の開口部に挿入して設置するものでもよい。第１のセンサ部１１の上流側の、エキゾーストマニホルド３で合流する前の１気筒毎の排気管にセンサ部を設置してもよい。
【００２４】
排気管４や第１触媒装置５、第２触媒装置６、マフラー７はフランジ部Ｆ，Ｆをボルトで締め付けることで連結されており、排気経路を構成する部材の間に設置されるセンサ部１１，１２，１３は、フランジ部Ｆ，Ｆで挟まれた状態で設置されている。フランジ部Ｆ，Ｆは、排気経路を構成する部材の両端部に形成され、フランジ部同士の接合面は排気経路の中心線に対して直角に交差している。この結果、センサ部１１〜１３はフランジ部Ｆ，Ｆに挟まれて排気経路を横切るように設置される。第４のセンサ部１４は排ガスが大気中に放出される直前の分析を行なうものであり、マフラー７から突出する排気パイプ８の中間部にフランジ部Ｆ，Ｆで挟んで設置してもよい。なお、センサ部の設置数は任意に設定すればよい。
【００２５】
各センサ部１１〜１４は同一構成であり、１つのセンサ部１１について図３，４を参照して説明する。センサ部１１は矩形状の薄板材から形成されたセンサベース２０を有し、このセンサベースは中心部に排気パイプ部の円形断面の内径ｄと同じ直径ｄの排ガス通過孔２１が形成されており、排ガス通過孔内を排ガスが通過する。板状のセンサベース２０の厚さはレーザ光の照射部と受光部とを固定できる範囲で、できるだけ薄いことが好ましい。具体的にはセンサベース２０の厚さは、例えば５〜２０ｍｍ程度が好適である。２０ｍｍを超えると排ガス流れに乱れが生じやすく、５ｍｍより薄いと測定用のレーザ光の照射部や、排ガス中を透過したレーザ光の受光部の取付固定が煩雑となる。また、排気経路の任意の個所に必要に応じて容易に設置できる。なお、センサベース２０の厚さは任意に設定できる。
【００２６】
このように、センサベース２０に形成された排ガス通過孔２１の形状は、排ガス流れを乱さないように排気パイプ部の内径と同じ直径の円形に形成され、しかもセンサベース２０は薄く形成されている。このため、排気経路中にセンサ部１１〜１４を取付けても排ガス流れを乱すことがなく、圧力損失が少なく円滑に排気させることができる。排ガス通過孔２１の形状は、例えば直径ｄが３０ｍｍの場合、３０±１〜２ｍｍ程度であれば排ガス流れの乱れが起きにくいので、このような範囲に設定されると好ましい。この程度の範囲が実質的に同じ断面形状として好ましい範囲である。センサベース２０を構成する板材としては金属板材やセラミック製の板材を用いているが、材質については特に問わない。
【００２７】
センサベース２０はフランジ部Ｆ，Ｆに挟まれた状態で固定され、フランジ部Ｆ，Ｆとセンサベース２０との間にはガスケット２２，２２が挟まれた状態で図示していないボルト、ナット等により固定される。ガスケット２２は石綿等で形成され、排気管の内径と同じ直径の排ガス通過孔が開けられている。この構成により、フランジ部Ｆ，Ｆの間にセンサベース２０を挟んで排気経路を接続しても、排ガスが途中で漏れることはなく、排気経路の長さの増加も少ない。図３は、排気管４の下流端に溶接されたフランジ部Ｆと、触媒装置５の上流側の排気パイプ部５ａの端部に溶接されたフランジ部Ｆとの間に、ガスケット２２，２２を挟んでセンサベース２０が固定される構成を示している。
【００２８】
センサベース２０には、板厚の中央を端面から排ガス通過孔に向けて貫通する２つのセンサ孔２３，２４が形成されている。センサ孔２３は排ガス通過孔２１に向けて開口しており、照射されたレーザ光が排ガス通過孔２１を通して受光部に到達できるように形成された照射光通過孔を構成している。また、センサ孔２４は排ガス通過孔２１に向けて開口しており、レーザ光が受光部に到達できるように形成された透過光通過孔を構成しており、センサ孔２３，２４は排ガスの流れる方向と直交して開口している。
【００２９】
センサ部１１はレーザ光を照射する照射部として光ファイバ２５Ａがセンサ孔２３に固定され、光ファイバ２５Ａから照射され排ガス通過孔２１内に存在する排ガス中を透過したレーザ光を受光する受光部として、ディテクタ２６Ａがセンサ孔２４に固定されている。すなわち、センサ部１１は、照射側の光ファイバ２５Ａから排気経路を横切るように照射されたレーザ光が、２つのミラー３０，３１で反射され、排ガス中を透過して減衰し、ディテクタ２６Ａで受光される構成となっており、ミラーは照射されたレーザ光を反射してディテクタに導光している。
【００３０】
センサ孔２３は排ガス通過孔２１と照射部である光ファイバ２５とを連通させ、前記のように光ファイバから照射される測定用レーザ光が通過する照射光通過孔を構成する。また、センサ孔２４は排ガス通過孔２１と受光部であるディテクタ２６とを連通させ、排ガス中を透過したレーザ光が通過してディテクタ２６に到達する透過光通過孔を構成する。センサ孔２３の内周面に、レーザ光の散乱光を排除する手段と備えることが好ましい。散乱光排除手段としては、センサ孔の内周にめねじを形成すると好適である。めねじは貫通孔にタップを通すことで容易に形成することができる。
【００３１】
２つのミラー３０，３１は、図４に詳細に示すようにセンサベース２０の中心部の円形の排ガス通過孔２１外に、排ガス通過孔を挟持する対向位置において各々取り付けられており、ミラーの反射面が互いに平行となるようにして２枚配置され、測定用のレーザ光を反射させるように上下に設置固定される。すなわち、ミラー３０，３１は排ガス通過孔２１の外周に、排ガス通過孔を挟んで対向して平行状態に配置されている。ミラー３０，３１は排ガス通過孔２１の外周側に平行に形成された２つの挿入溝３２，３３内に着脱可能に固定されており、光ファイバ２５Ａから排ガス通過孔２１に向けて照射されたレーザ光をディテクタ２６Ａに到達させる機能を有している。ミラー３０，３１は厚さが数ｍｍ程度の長方形状の基板状に形成され、基板の一方の面に金やプラチナの薄膜が反射面として形成され、その上に保護層として、ＭｇＦ２やＳｉＯ２の薄膜が形成されている。なお、保護膜は形成しなくてもよい。
【００３２】
センサベース２０の排ガス通過孔２１の外周に形成された挿入溝３２，３３は、ミラー３０，３１が緩く挿入できる程度の大きさに設定されている。挿入溝３２，３３はセンサベース２０を貫通して両面側に開口しても、あるいは片面側に開口して他面側が閉塞している形状でもよい。ミラー３０，３１は挿入溝３２，３３内で取付ビス３６によりスペーサ３７を介して固定されている。ミラーが熱ショック等により破損した場合は、取付ビス３６を緩めることで取り外して新しいミラーを固定することができる。また、ミラーが汚れたときに、センサベース２０から取り外して清掃することもできる。
【００３３】
ミラー３０，３１は取付ビス３６によりスペーサ３７を介して固定されているため、エンジンの振動や排気管等の排気経路の振動でミラーが振動することを防止している。ミラーと取付ビスとの熱膨張の差を吸収するためスペーサ３７が挟まれており、緩衝材として機能している。スペーサとしては耐環境性に優れ、弾性変形するものが好ましい。例えば、雲母系やカーボン系、銅等の板材が好ましい。このように、スペーサを介して取付ビスで固定することにより、８００℃程度の高温状態でも振動することなく、安定して固定することができる。
【００３４】
ミラー３０，３１は石英、若しくはサファイア、セラミック等の母材の表面に反射材をコーティングして作製する。コーティング材としては、金や酸化チタン等のレーザ波長に合った反射率の高いものを選択することが好ましい。また、反射材を保護するコーティングとしてＳｉＯ２等の透明で耐熱性に優れ、耐環境性に優れたものを最上面に形成することが好ましい。耐熱性に優れ、反射率の高いミラーを用いることで精度良い測定が可能となる。また、反射材として酸化チタンを用いるときは、酸化チタンが単独で耐環境性に優れ、光触媒として汚れ防止に有効であるため保護膜を形成する必要がなく、そのままの状態で測定することが好ましい。
【００３５】
排ガス通過孔２１の内周面とミラーを固定する挿入溝３２，３３との間には、測定用のレーザ光がミラーに到達できるように光通過孔が形成されている。光通過孔としては貫通するスリットや、貫通する光通過孔等が形成される。本実施形態では、排気経路に直交する方向に直径が数ｍｍ程度の光通過孔３８，３８…が排ガス通過孔２１の内周面から挿入溝３２，３３まで貫通して形成され、光通過孔は排ガス通過孔２１の内周面とミラー３０，３１とを貫通している。この構成により、測定用の赤外レーザ光が照射部である光ファイバ２５から排ガス通過孔２１内に照射されると下方の光通過孔３８を通して下方のミラー３１に到達し、下方のミラーで上方に反射され、次いで上方の光通過孔３８を通して上方のミラー３０に到達し、上方のミラーで下方に反射され、上下で反射を繰返したあと上方に固定されたディテクタ２６に受光される構成となっている。
【００３６】
光ファイバ２５Ａおよびディテクタ２６Ａはレーザ発振・受光コントローラ４０に接続され、レーザ発振・受光コントローラ４０から出射される赤外レーザ光が光ファイバ２５Ａを通してセンサベース２０の排ガス通過孔２１内に照射され、排ガス中を透過した赤外レーザ光が受光側のディテクタ２６Ａで受光され、信号線２８Ａを介してレーザ発振・受光コントローラ４０に入力される構成となっている。光ファイバ２５Ａから照射された発光強度と、排ガス中を透過してディテクタ２６Ａで受光された受光強度等が、分析装置であるパーソナルコンピュータ５５に供給される。このように、排ガス分析装置１０は、複数のセンサ部１１〜１４と、レーザ発振・受光コントローラ４０と、パーソナルコンピュータ５５とを備えて構成される。
【００３７】
ここで、レーザ発振・受光コントローラ４０について、図５を参照して説明する。レーザ発振・受光コントローラ４０は、複数の波長の赤外レーザ光を照射する照射装置として、複数のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ５に、図示していないファンクションジェネレータ等の信号発生器から複数の周波数の信号を供給し、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ５は各周波数に対応してそれぞれ複数の波長の赤外レーザ光を照射する。レーザ発振・受光コントローラ４０の信号発生器から出力される複数の周波数の信号がレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ５に供給されて発光し、例えばＬＤ１は波長が１３００〜１３３０ｎｍ程度、ＬＤ２は１３３０〜１３６０ｎｍというように、検出しようとする成分ガスのピーク波長が存在する波長帯が連続するような波長帯の赤外レーザ光を発生させるように設定されている。
【００３８】
排ガス中を透過させる赤外レーザ光の波長は、検出する排ガスの成分に合わせて設定され、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、アンモニア（ＮＨ３）、メタン（ＣＨ４）、水（Ｈ２Ｏ）を検出する場合は、５つの波長の赤外レーザ光を使用する。例えば、アンモニアを検出するのに適した波長は１５３０ｎｍであり、一酸化炭素を検出するのに適した波長は１５６０ｎｍであり、二酸化炭素を検出するのに適した波長は１５７０ｎｍである。また、メタンを検出するのに適した波長は１６８０ｎｍであり、水を検出するのに適した波長は１３５０ｎｍである。さらに、他の排ガスの成分の濃度を検出する場合は、排ガス成分の数に合わせて異なる波長の赤外レーザ光を使用する。なお、ガス濃度の検出は、同じ成分でも異なる波長である場合があり、異なる波長の中から選択して用いるようにしてもよい。
【００３９】
各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ５から照射された赤外レーザ光は光ファイバ４２…により分波器４３…に導光され、センサ部の数に合わせて分波器４３…により分波される。図５では３つのセンサ部１１〜１３に合わせて各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ５から照射されたレーザ光は３つに分波される。そして分波器４３…で分波されたレーザ光は、分波器４４Ａ…、４４Ｂ…、４４Ｃ…により信号光と測定光に分けられる。分波器４４Ａ…はセンサ部１１用であり、分波器４４Ｂ…はセンサ部１２用、分波器４４Ｃ…はセンサ部１３用である。センサ部１１用の５つの分波器４４Ａ…で分けられた信号光は光ファイバを通して合波器４５Ａで合波され、合波された複数の波長帯の信号光は光ファイバ４７Ａを通して後述する差分型光検出器５０Ａに導光される。一方、５つの分波器４４Ａ…で分けられた測定光は光ファイバを通して合波器４６Ａで合波され、光ファイバ２５Ａによりセンサ部１１の照射部に導光される。
【００４０】
また、分波器４３…で分波された赤外レーザ光は、センサ部１２用の５つの分波器４４Ｂ…により信号光と測定光に分けられ、信号光は合波器４５Ｂで複数の波長帯を合波した信号光となり、光ファイバ４７Ｂを通して差分型光検出器５０Ｂに導光される。５つの分波器４４Ｂ…により分けられた測定光は合波器４６Ｂで合波され、光ファイバ２５Ｂによりセンサ部１２の照射部に導光される。さらに、分波器４３…で分波された赤外レーザ光は、センサ部１３用の５つの分波器４４Ｃ…により信号光と測定光に分けられ、信号光は合波器４５Ｃで複数の波長帯の信号光となり、光ファイバ４７Ｃを通して差分型光検出器５０Ｃに導光される。５つの分波器４４Ｃ…により分けられた測定光は合波器４６Ｃで合波され、光ファイバ２５Ｃによりセンサ部１３の照射部に導光される。
【００４１】
図５では、３つのセンサ部１１〜１３を示しているが、さらに多くのセンサ部１４…を設置する場合は、分波器４３でさらに多くのレーザ光に分波し、分波したレーザ光をさらに多くの分波器４４…で測定光と信号光に分波し、信号用のレーザ光を合波器４５…で合波してから差分型光検出器５０…に導光すると共に、測定用のレーザ光を合波器４６…で合波してから、さらに多くのセンサ部１４…に導光する。
【００４２】
本実施形態の排ガス分析装置１０は、測定用の赤外レーザ光をミラー３０，３１で反射させ排ガス中の透過距離を大きくするように構成されており、ミラー３０，３１で繰り返し反射された測定用のレーザ光がディテクタで受光される構成となっている。センサ部１１〜１３の受光部に接続された受光側のディテクタ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃはレーザ発振・受光コントローラ４０の差分型光検出器５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに信号線２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃを介して接続される。また、合波器４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃで合波された信号光は光ファイバ４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃを通して差分型光検出器５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに導光される。
【００４３】
３つの差分型光検出器５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃでは、排ガス中を透過して減衰した透過レーザ光と、排ガス中を透過していない信号レーザ光との差を取る構成となっている。信号レーザ光はフォトダイオード等に入力され、電気信号に変換される。差分型光検出器で算出された信号光と測定光の差分に相当する電気信号は、例えば図示していないプリアンプで増幅され、Ａ／Ｄ変換器を介して信号解析装置であるパーソナルコンピュータ５５に入力される。パーソナルコンピュータ５５では、入力された信号から排ガス中に含まれる成分の濃度や、排ガスの温度、圧力等を算出して排ガスを分析する。
【００４４】
本発明の排ガス分析装置１０は、例えば赤外レーザ光を排ガス中に透過させ、入射光の強度と排ガス中を透過したあとの透過光の強度に基づいて排ガスの成分の濃度を算出し、排ガスを分析するものである。すなわち、排ガスの成分の濃度Ｃは、以下の数式（１）から算出される。
【００４５】
Ｃ＝−ｌｎ（Ｉ／Ｉ０）／ｋＬ…（１）
【００４６】
この数式（１）において、Ｉは透過光強度、Ｉ０は入射光強度、ｋは吸収率、Ｌは透過距離である。したがって、信号光である入射光強度（Ｉ０）に対する透過光強度（Ｉ）の比、シグナル強度（Ｉ／Ｉ０）に基づいて排ガスの成分の濃度Ｃは算出される。透過光強度Ｉは、ディテクタ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを通して出力され、入射光強度Ｉ０は、光ファイバ４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃを通して差分型光検出器５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ内のフォトダイオード等の光電変換器から出力される。本実施形態では入射光強度Ｉ０として、排ガス中を透過しない信号光強度を用いている。
【００４７】
前記の如く構成された本実施形態の排ガス分析装置１０の動作について以下に説明する。エンジンが作動している状態で、排ガス分析装置１０を作動させる。エンジン２から排出された排ガスは排気経路であるエキゾーストマニホルド３で合流され、排気管４を通して第１触媒装置５に導入され、さらに第２触媒装置６に導入され、そのあとマフラー７を通して排気パイプ８から大気中に放出される。そして、排気経路中に設置されたセンサ部１１〜１４のセンサベース２０に形成された排ガス通過孔２１を排ガスが通過する。排ガスの特定成分の濃度等を測定するときは、排ガス通過孔２１内にレーザ光を照射して、排ガス中を透過したレーザ光の光強度を測定する。
【００４８】
すなわち、レーザ発振・受光コントローラ４０の信号発生器を作動させて各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ５に信号を供給して各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ５から所定の波長の赤外レーザ光を発光させる。各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ５から発光された赤外レーザ光は、光ファイバ４２…を通して分波器４３…に至り、ここでセンサ部の数に合わせて分波される。このあと、分波された赤外レーザ光は分波器４４Ａ…，４４Ｂ…，４４Ｃ…で測定光と信号光に分波される。
【００４９】
１つのセンサ部１１について詳細に説明すると、５つの分波器４４Ａで分波された信号光は合波器４５Ａで合波されて信号用レーザ光となり、差分型光検出器５０Ａに導光される。また、５つの分波器４４Ａで分波された測定光は合波器４６Ａで合波されて測定用レーザ光となり、センサ部１１の照射部に光ファイバ２５Ａを通して導光される。他のセンサ部１２，１３についても、同様に分波器４３…で分波されたあと、分波器４４Ｂ…，４４Ｃ…で信号光と測定光に分波され、合波器４５Ｂ，４５Ｃで合波されて、信号光は差分型光検出器５０Ｂ，５０Ｃに導光され、合波器４６Ｂ，４６Ｃで合波されて、測定光がセンサ部１２，１３に導光される。
【００５０】
そして、センサ部１１〜１３の光ファイバ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃから照射された測定用の赤外レーザ光は、照射光通過孔であるセンサ孔２３を通して排ガスが通過している排ガス通過孔２１内に照射される。赤外レーザ光は排気経路である排ガス通過孔２１内を横切り、光通過孔３８を通してミラー３１に到達し下方のミラー３１で上方に反射され、ついで光通過孔３８を通してミラー３１に到達し上方のミラー３０で下方に反射され、反射を繰返すことで排ガス中の透過距離が大きくなり、最後にセンサ孔２４を通してディテクタ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃで受光される。すなわち、測定用の赤外レーザ光は排ガス中を透過して減衰され、減衰された透過光が受光部であるディテクタで受光され、透過光（測定光）の光強度が測定される。
【００５１】
排ガス中を通り減衰して受光部に到達した測定用の赤外レーザ光はディテクタ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃで電気信号として出力され、信号線２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃを介して差分型光検出器５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに供給される。一方、信号用レーザ光は差分型光検出器５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに供給され、差分型光検出器では、複数の波長成分毎に透過光（測定光）と信号光の差を取り、透過光のうちの特定ガス成分のピーク波長が検出された吸収スペクトルが検出される。このようにして、差分型光検出器からの出力が信号解析装置であるパーソナルコンピュータ５５に入力される。パーソナルコンピュータ５５は、入力された吸収スペクトルの複数の周波数帯ごとのピーク波長に基づいて、排ガスの成分の濃度や温度、圧力を算出して測定し分析する。
【００５２】
本実施形態の排ガス分析装置１０は、前記のようにして得られた透過レーザ光の吸収スペクトルを図６のフローチャートにしたがって処理し排ガスを分析する。ステップＳ１では、排ガス中を透過した測定用レーザ光と、排ガスを透過しない信号用レーザ光とを差分型検出器に入力して吸収スペクトルを検出する。そして、排ガス中を透過した測定用レーザ光の光強度Ｉと、排ガスを透過しない信号用レーザ光の光強度Ｉ０の比から、排ガス中の特定成分の濃度を算出する（ステップＳ２）。この算出は前記の数式（１）から算出される。
【００５３】
このあと、算出された特性成分のガス濃度を補正する。先ず、ステップＳ３で、温度による補正を行うために、排ガスの温度を算出する。すなわち、ステップ１で検出された吸収スペクトルの特定の２波長の比から、流通している排ガスの温度を算出して測定する。排ガスの温度の算出は以下のように行う。気体は、それぞれ固有の吸収波長帯を持っており、その吸収波長帯には、例えば図７に示すように、多くの吸収線が存在している。図７では３００Ｋ，８００Ｋ，１０００Ｋのときのシグナル強度（＝分子数割合）を示している。このように、シグナル強度は温度に依存して変化するため、シグナル強度比を測定することにより、測定時の排ガスの温度を算出することができる。
【００５４】
すなわち、排ガス中を透過した透過光強度は濃度、温度、圧力により変化し、特定の２波長の透過光強度Ｉの比率は濃度、圧力の影響がなく、温度に依存することが知られている。したがって、特定のλ１、λ２におけるＨ２Ｏ濃度Ｃ１，Ｃ２を前記の数式（１）から算出し、２つの濃度が等しいことから濃度を算出する数式中の温度を算出することができるのである。具体的には、数式（１）の吸収率ｋは、吸収線強度Ｓ（Ｔ）と、ガス圧力Ｐabsとの積で表わされ、ｋ＝Ｓ（Ｔ）・Ｐabsであり、吸収線強度Ｓ（Ｔ）は吸収率断面積αと、アボガドロ数Ｎａと、気体定数Ｒと、温度Ｔとを用いて、
Ｓ（Ｔ）＝α・（Ｎａ／ＲＴ）で表わされる。温度の算出には、排ガス中に常時存在しているＨ２Ｏ（水蒸気）が適している。図７では、１３７９ｎｍ付近の波長帯を変調範囲として測定しており、透過光強度は下方が大きくなるように示されている。なお、排ガス温度の算出は、特定の２波長から算出することに限られず、選択された少なくとも２波長から算出すればよい。
【００５５】
次いで、圧力による補正を行うために、図６の太線の矩形で囲んだステップＳ４〜Ｓ６で、排ガスの圧力を算出する。従来は、太線の矩形の工程を、排気経路中に設置した圧力センサにより圧力を計測していたが、本実施形態では圧力センサを用いずに、検出された吸収スペクトルに基づいて圧力を算出する。このため、圧力センサを省略できて構成が簡単となり、算出された圧力を用いて濃度をリアルタイムで補正することができる。圧力の算出に用いる特定のガス成分としては、計測する排気経路に常時存在しているＨ２Ｏ、すなわち水蒸気が好ましい。
【００５６】
吸収スペクトルを用いた圧力の算出は、Ｈ２Ｏの吸収スペクトルのピーク値の半値幅を用いて算出する。すなわち、図８に示されるように、吸収スペクトルは圧力によって、その形状が変化するものであり、具体的には圧力が高くなるとピーク部分が押しつぶされて扁平な形状となるため、その扁平度をピーク値の半値幅で近似して圧力を算出するものであり、ステップＳ４で吸収スペクトルの幅（半値幅）を検出する。そして、ステップＳ５では、ステップＳ３で算出した排ガスの温度に基づいて、吸収スペクトルの幅を補正する。この補正は、図９（ａ）の補正グラフにより行われ、横軸の温度に対応して線幅補正量を得て、この補正量を掛けて補正する。このようにして補正されたスペクトル幅から、図９（ｂ）で示される線図を用いて圧力を算出する（ステップＳ６）。
【００５７】
本実施形態では、圧力センサを用いないで吸収スペクトルの形状から圧力を算出するため、リアルタイムで排ガスの圧力データを得ることができる。そして、ステップＳ７では、ステップＳ３で算出された温度データにより、ステップＳ２で算出された濃度を補正し、ステップＳ８では、ステップＳ６で算出された圧力データにより、直前のステップで補正された濃度をさらに補正する。この補正は、実際には、ステップＳ８、Ｓ９の補正は、同時に行われ、理論スペクトルを求める理論式中の温度と圧力の項に、実際に算出された温度と圧力の数値を代入して理論スペクトルの補正を行い、その結果と実際に測定して検出した吸収スペクトルとの関係から真の濃度を求めることができる。
具体的には、以下に示される数式（２）の温度と圧力の項に数値を代入して理論スペクトルの補正を行う。すなわち、一般に分子から発せられる光のスペクトルは完全な線スペクトルとはならず、ある広がりを持つことが知られている。その広がりの種類には、自然広がり、衝突広がり、ドップラー広がりの３つの広がりがあり、自然広がりは分子エネルギーの不確定性から生じるものであり、衝突広がりは分子間衝突による分子振動のみだれから生じるものであり、ドップラー広がりは分子並進運動と光のドップラー効果から生じるものである。
【００５８】
これらの３つの広がりを整理して、所定の温度、圧力、ガスの濃度における理論スペクトルを算出する数式を表わすと、結果としてＶｏｉｇｔ関数と呼ばれている、以下の数式（２）となる。
【００５９】
【数１】
2007163422.tif 000003
【００６０】
前記数式（２）で用いられるＩλは、波長ラムダにおける吸収量であり、λｃは吸収ライン波長であり、Ａdbsは吸収線の光吸収量であり、ＷＬは圧力ブロードニングの半値幅であり、Ｗｇは温度ブロードニングの半値幅である。そして、
Ａdbs＝［１−ｅｘｐ（−α・Ｎ・Ｌ）］であり、αは吸収率、Ｌは透過距離、Ｎは分子の個数である。また、ＷＬ＝Ｐ・（２９４／Ｔ）ａ１、Ｗｇ＝ｂ１・Ｔａ２であり、Ｔは温度、Ｐは圧力、ａ１、ａ２、ｂ１は各分子に起因する係数である。そして、ステップＳ７，Ｓ８における濃度の補正は、前記数式（２）の温度の項と圧力の項に、ステップＳ３で算出された温度と、ステップＳ６で算出された圧力を代入して理論スペクトルを補正し、ステップＳ９で濃度の真値を出力する。
【００６１】
前記のフローチャートによる演算や信号解析は、パーソナルコンピュータ５５内のメモリー内に蓄積されたデータや、数式に基づいて演算処理が行なわれると共に、算出された数値の補正処理も行なわれ、付属のディスプレイで表示して出力される。すなわち、パーソナルコンピュータ５５のディスプレイでは、複数のセンサ部１１〜１４ごとに、排ガス中の特定のガス成分ごとに、真のガス濃度が表示され、排ガス分析が行なわれる。このように、差分型光検出器５０は、受光されたレーザ光より吸収スペクトルを検出する検出手段を構成し、パーソナルコンピュータ５５は、排ガスの濃度を算出し、吸収スペクトルより排ガスの温度を算出し、吸収スペクトルより排ガスの圧力を算出する算出手段を構成すると共に、算出されたガスの濃度を補正する補正手段を構成している。
【００６２】
なお、図示していないが、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ４とステップＳ５との間に、濃度による吸収スペクトル幅補正の工程を入れてもよい。この場合は、ステップＳ２で算出されたＨ２Ｏ濃度から図９（ｃ）の補正線図を用いて線幅補正量を求め、この補正量をステップＳ４で検出した吸収スペクトル幅に掛けて補正するように構成する。この工程も、パーソナルコンピュータ５５内で、一連の演算処理として実行される。
【００６３】
つぎに、本発明の他の実施形態について、図１０を参照して説明する。図１０は、検出された吸収スペクトルから、そのときの排ガスの特定成分のガス濃度を算出する説明図である。この実施形態は、前記した実施形態のフローチャート（図６）のステップＳ４〜Ｓ６において、圧力を算出する代わりに行われる。すなわち、ステップＳ１で吸収スペクトルを検出し、ステップＳ２で吸収スペクトルの吸収比から濃度を算出し、ステップＳ３で２波長の比から排ガスの温度を算出したあと、図１０で説明するパターンマッチングによるフィッティング手法により、排ガスの濃度を算出するものである。
【００６４】
この手法による圧力の算出は、（ｂ）で示す予め算出された多数の理論スペクトルの形状と、ステップＳ１で検出された（ａ）で示す吸収スペクトルの形状を比較し、最近似スペクトルを求めて、このスペクトルを基に濃度を決定する。図示の例では、ガス濃度が１％、０．９％、０．８％…、１０００ＰＰＭ、９００ＰＰＭ、８００ＰＰＭ…、２００ＰＰＭ、１５０ＰＰＭ、１００ＰＰＭ、５０ＰＰＭ…というように予め算出された理論スペクトルと、実測された吸収スペクトルの形状とを比較して、最も近い形状の理論スペクトルから、そのときのガス濃度を決定する。このようにして、ガス濃度を算出すると、解析時間が長くなる問題が発生するが、演算装置の処理能力を上げることで対処できる。
【００６５】
本発明のさらに他の実施形態について、図１１を参照して説明する。図１１は、検出された吸収スペクトルを用いて、ガス濃度の補正を行う説明図である。図１１において、横軸は波長であり、縦軸は光強度である。この実施形態は、前記した実施形態のフローチャート（図６）のステップＳ２において算出されたガス濃度を補正して濃度の真値を出力することを特徴としている。すなわち、この実施形態では、ステップＳ１で検出された吸収スペクトルと、ステップＳ２で算出された濃度、ステップＳ３で算出された温度、ステップＳ４〜Ｓ６で算出された圧力で一義的に決まる理論スペクトルとを比較し、ステップＳ７、Ｓ８の代わりに濃度の補正値を算出する工程と、算出された補正値で補正する工程とを備え、濃度を補正して濃度真値を出力するものである。
【００６６】
この実施形態では、（ａ）に示すように理論スペクトルＳ１と吸収スペクトルＳ２とを重ねて、先ず理論スペクトルの積分値（第１の面積Ａ）を算出する。そして、吸収スペクトルＳ２より理論スペクトルＳ１が大きい部分の積分値（第２の面積Ｂ）と、理論スペクトルＳ１より吸収スペクトルＳ２が大きい部分の積分値（第３の面積Ｃ）とを算出する。このようにして算出された３つの面積Ａ，Ｂ，Ｃより、以下の数式（３）により補正値ｘを算出する。
すなわち、
補正値ｘ＝（第１の面積Ａ−第２の面積Ｂ＋第３の面積Ｃ）／第１の面積Ａ…（３）
したがって、第２の面積Ｂと第３の面積Ｃとが等しい場合は、補正値ｘは「１」となる。
【００６７】
このようにして濃度の補正値ｘを算出して、前記の理論スペクトルの面積Ａに相当するガス濃度にこの補正値ｘを掛けて、ガス濃度の真値を得ることができる。ガス濃度の真値は、以下の数式（４）で算出される。
すなわち、
ガス濃度の真値＝理論スペクトルＳ１の面積（第１の面積Ａ）×補正値ｘ…（４）
【００６８】
この実施形態においては、吸収スペクトルの形状から算出されたガス濃度を、理論スペクトルと吸収スペクトルとの形状に基づいて補正値を算出して補正するため、ガス濃度の真値を得るための演算時間を大幅に短縮することができる。この結果、排ガス分析の迅速な処理が可能となり、エンジンの開発等における排ガス分析に貢献することができる。これらの演算はパーソナルコンピュータ５５で実行される。この実施形態では、前記実施形態のようにパターンマッチングを行わずに計算で補正値を算出してガス濃度を補正するため、計算速度が向上してリアルタイムでガス濃度の計測が可能となる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、排ガスの成分の濃度の算出で、数式（１）により算出する例と、吸収スペクトルの形状の面積を求めて算出する例、吸収スペクトルの形状と、温度、圧力、ガス濃度によって一義的に決まる理論スペクトルの形状とを比較して、パターンマッチングによりガス濃度を決定する例を示したが、他の手法によりガス濃度を算出するようにしてもよい。
【００７０】
また、センサ部の形態は１つの例を示すものであり、この形態に限られるものではなく、ガス通過孔に対向するようにレーザ光の照射部と受光部とを配置し、ミラー等の反射部材を使用しないでレーザ光を直接受光するように構成してもよい。また、ミラーを１枚使用し、照射部から照射されたレーザ光をミラーで１度だけ反射させて受光するように構成してもよい。
【００７１】
さらに、ミラーの表面に、例えば二酸化チタン（ＴｉＯ２）の薄膜からなる光触媒層を形成してもよい。この薄膜は紫外光等の光触媒用の光線を吸収して活性化し、表面に付着した汚れを浮上らせ、浮上った汚れは排ガス流れにより流されて排気経路から外部に排出されるように機能するため、ミラーの表面を清浄化でき、反射率を高めることができて好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の活用例として、この排ガス分析装置を用いてボイラー等の燃焼装置の排ガス分析を行うことができ、自動車の排ガス分析の他に船舶や発電機等で使用する内燃機関の排ガス分析の用途にも適用できる。また、ガソリンエンジンの排ガス分析の他にディーゼルエンジンの排ガス分析を行なうことができ、さらに他の内燃機関の排ガス分析の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る排ガス分析装置を車両に搭載した一実施形態の要部構成図。
【図２】本発明に係る排ガス分析装置をエンジンベンチに搭載した他の実施形態の要部構成図。
【図３】１つのセンサ部の要部の分解した状態の斜視図を含む排ガス分析装置の要部構成図。
【図４】（ａ）は図３のセンサ部の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）は（ｃ）のＣ−Ｃ線要部断面図。
【図５】レーザ発振・受光コントローラの要部構成および信号解析装置を含む排ガス分析装置の全体構成を示すブロック図。
【図６】本発明に係る排ガス分析方法の工程を示すフローチャート。
【図７】吸収スペクトルの温度の影響を示し、温度により吸収スペクトルが変化する状態を示す説明図。
【図８】吸収スペクトルおよび理論スペクトルの温度による変化の状態を示す線図と、スペクトル幅を示す説明図。
【図９】図６のフローチャートで使用する補正線図であり、（ａ）は温度（Ｋ）と線幅補正量との補正線図、（ｂ）は圧力（ＭＰａ）と線幅との補正線図、（ｃ）は他の実施形態のＨ２Ｏ濃度と線幅補正量との補正線図。
【図１０】本発明に係る排ガス分析方法の他の実施形態の吸収スペクトルから圧力を算出する説明図。
【図１１】本発明に係る排ガス分析方法のさらに他の実施形態におけるガス濃度補正の説明図。
【符号の説明】
【００７４】
１：自動車、１Ａ：エンジンベンチ、２：エンジン（内燃機関）、３：エキゾーストマニホルド（排気経路）、４：排気管（排気経路）、５：第１触媒装置（排気経路）、６：第２触媒装置（排気経路）、７：マフラー（排気経路）、８：排気パイプ（排気経路）、１０：排ガス分析装置（ガス分析装置）、１１〜１４：センサ部、２０：センサベース、２１：排ガス通過孔、２３：センサ孔（照射光通過孔）、２４：センサ孔（透過光通過孔）、２５：光ファイバ（照射部）、２６：ディテクタ（受光部）、３０，３１：ミラー、３８：光通過孔、３９：スリット（光通過孔）、４０：レーザ発振・受光コントローラ、４３：分波器、４４Ａ〜４４Ｃ：分波器、４５Ａ〜４５Ｃ，４６Ａ〜４６Ｃ：合波器、５０Ａ〜５０Ｃ：差分型光検出器（検出手段）、５５：パーソナルコンピュータ（信号解析装置、算出手段、補正手段）、Ｒ：レーザ光
【図１】
2007163422.tif 000004
【図２】
2007163422.tif 000005
【図３】
2007163422.tif 000006
【図４】
2007163422.tif 000007
【図５】
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【図６】
2007163422.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
2007163422.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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