(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両にＮＯｘ計、吸入空気流量計、空気過剰率センサおよびデータ収集装置を搭載し、前記車両を実際に路面上を走行させている状態で、エンジンから排出される排ガスをＮＯｘ計に導き、このＮＯｘ計によって排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を測定し、その測定したＮＯｘ濃度を前記データ収集装置に入力する一方、前記吸入空気流量計および空気過剰率センサの出力を前記データ収集装置に入力し、このデータ収集装置において吸入空気流量を大気温度補正、大気圧補正及び水蒸気分圧補正して求められた標準状態における乾燥空気流量と入力される空気過剰率から燃料消費重量を算出し、この燃料消費重量と前記吸入空気流量から排ガス流量を算出し、この算出された排ガス流量と前記ＮＯｘ濃度及びＮＯｘ密度を乗ずることによりＮＯｘ排出量を算出するようにしたことを特徴とする走行車両における窒素酸化物簡易測定方法。
【請求項２】
前記ＮＯｘ計として直挿型ＮＯｘセンサを用い、この直挿型ＮＯｘセンサを、エンジンに連なる排気管に取り付けてなる請求項１に記載の走行車両における窒素酸化物簡易測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、路面上を実際に走行している自動車など車両のエンジンから排出される窒素酸化物の排出量を簡易に測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、自動車など車両のエンジンから排出されるガス（以下、排ガスという）の中に含まれる成分のうち、大気汚染物質とされているものの一つに、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）がある。そして、エンジンからの排ガスに含まれるＮＯｘの濃度は、中速中負荷領域で最も高く、それ以外の領域では減少している。このため、ＮＯｘの排出量を測定する場合、測定に供される自動車に適度の負荷をかけることが必要となる。
【０００３】
そこで、従来においては、自動車をシャシダイナモ装置に搭載して、この装置によって自動車を予め定められた走行パターンで走行させ、エンジン回転数やトルクなどを制御して、自動車に特定の負荷を与え、そのとき自動車のエンジンから排出される排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を例えば化学発光分析計（ＣＬＤ）などのようなＮＯｘ計を用いて測定していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の手法においては、ＮＯｘ計のほかにシャシダイナモ装置などかなり大掛かりな装置が必要になり、測定のための設備がコスト高となっていた。また、このシャシダイナモ装置を用いるＮＯｘ測定は、完成車などまだ走行してない自動車におけるＮＯｘ測定が大半であり、一旦使用に供された自動車、すなわち、いわゆる使用過程車については、この装置を用いた測定は行われたことがなかった。なお、使用過程車については、実体調査によって測定しているが、その比率は低い。
【０００５】
そして、上述したように、自動車から排出されるＮＯｘ濃度を測定するには、自動車に適度な走行負荷が掛けられた状態で測定するのが好ましい。
【０００６】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、自動車などの車両を実際に路面上を走行させたときにそのエンジンから排出されるＮＯｘの排出量を簡易かつ高精度に測定することができる走行車両におけるＮＯｘ簡易測定方法（以下、単にＮＯｘ簡易測定方法という）を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明のＮＯｘ簡易測定方法は、車両にＮＯｘ計、吸入空気流量計、空気過剰率センサ（以下、λセンサという）およびデータ収集装置を搭載し、前記車両を実際に路面上を走行させている状態で、エンジンから排出される排ガスをＮＯｘ計に導き、このＮＯｘ計によって排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を測定し、その測定したＮＯｘ濃度を前記データ収集装置に入力する一方、前記吸入空気流量計およびλセンサの出力を前記データ収集装置に入力し、このデータ収集装置において吸入空気流量を大気温度補正、大気圧補正及び水蒸気分圧補正して求められた標準状態における乾燥空気流量と入力される空気過剰率から燃料消費重量を算出し、この燃料消費重量と前記吸入空気流量から排ガス流量を算出し、この算出された排ガス流量と前記ＮＯｘ濃度及びＮＯｘ密度を乗ずることによりＮＯｘ排出量を算出するようにしている（請求項１）。
【０００８】
【０００９】
この発明のＮＯｘ簡易測定方法においては、車両を走行速度やギア比を変えながら道路など実際の路面上を走行させることにより、車両に適度な走行負荷がかかることとなり、その負荷の下においてＮＯｘが発生する。このＮＯｘの濃度を車両に搭載されたＮＯｘ計によって測定することにより、現実の路面走行においてエンジンによって発生するＮＯｘ濃度をリアルタイムに測定することができる。
【００１０】
そして、前記測定されたＮＯｘ濃度と、吸入空気流量計およびλセンサの出力が入力されるデータ収集装置において吸入空気流量の大気温度補正、大気圧補正及び水蒸気分圧補正して求められた乾燥空気流量と空気過剰率から算出される燃料消費重量と吸入空気流量から算出される排ガス流量及びＮＯｘ密度を乗算することによりＮＯｘ排出量を得る（測定する）ことができる。
【００１１】
前記ＮＯｘ計として直挿型ＮＯｘセンサを用い、この直挿型ＮＯｘセンサを、エンジンに連なる排気管に取り付けた場合、測定系の構成が簡単になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明のＮＯｘ簡易測定方法を説明するための図で、この図において、１は試験に供される車両としての例えば使用過程車で、ＭＴ（Ｍａｎｕａｌ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）車である。２はこの使用過程車１の例えばディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）、３はエンジン２に連なる排気管、４はこの排気管３に設けられるマフラーである。５は排気管３の適宜の箇所に設けられるＮＯｘの濃度を測定するための直挿型ＮＯｘセンサで、この直挿型ＮＯｘセンサ５としては、例えば、ジルコニア固体電解質を利用したＮＯｘセンサ（例えば日本ガイシ（株）製）がある。このＮＯｘセンサ５の測定能力は、最大１０００ｐｐｍ、分解能０．５ｐｐｍである。６は直挿型ＮＯｘセンサ５の出力をインタフェース７を介して取り込むデータ収集装置としてのマイクロコンピュータで、使用過程車１の適宜の箇所に搭載されている。
【００１３】
８，９，１０はそれぞれエンジン回転数センサ、車速センサ、エンジン冷却水温センサである。これらのセンサ８〜１０の出力は、インタフェース１１を介してマイクロコンピュータ６に入力される。そして、車速は、車速センサ９からのパルスをＦ／Ｖコンバータで電圧変換して得られる。最高速度は２００ｋｍ／ｈ、分解能は０．１ｋｍである。また、エンジン冷却水温センサ１０は、例えばＫ熱電対よりなり、ラジェータ入口に挿入されている。なお、１２は路面である。
【００１４】
上述したように、使用過程車１にはエンジン回転数センサ８や車速センサ９などのセンサのほかにＮＯｘ濃度測定用の直挿型ＮＯｘセンサ５を搭載しているので、使用過程車１を道路など実際の路面１２を走行させて、そのときのエンジン回転数や車速とともに、ＮＯｘ濃度をリアルタイムで測定することができ、これらの測定データをマイクロコンピュータ６において適宜データ処理することにより、特定のエンジン回転数とＮＯｘ濃度との関係や、特定のギア位置・車速とＮＯｘ濃度との関係や、特定のエンジン回転数とＮＯｘ濃度との関係を簡単に得ることができる。
【００１５】
そして、上述した測定方法においては、ＮＯｘ計として直挿型ＮＯｘセンサを用い、この直挿型ＮＯｘセンサ５を、エンジン２に連なる排気管３に取り付けて、ＮＯｘ濃度を測定するようにしているので、従来の化学発光分析計などを用いる手法に比べて、ＮＯｘ測定のための装置構成がコンパクトになり、しかも簡便に精度よく測定を連続的に行うことができる。このため、使用過程車１の排気量の如何にかかわらず、ＮＯｘ測定を簡便に行うことができる。
【００１６】
上述の実施の形態においては、使用過程車１にＮＯｘセンサ５とコンピュータ６とを搭載し、使用過程車１を実際に路面１２上を走行させている状態で、エンジン２から排出される排ガスをＮＯｘセンサ５に導き、このＮＯｘセンサ５によって排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を測定するようにしているが、この構成の他に、吸入空気流量計およびλセンサを付加して、単位ｋｍ当たりのＮＯｘ発生量（ｇ／ｋｍ）を測定するようにしている。以下に、これを説明する。
【００１７】
図１において、１３はエンジン２の近傍に設けられるエアクリーナ（図示していない）に設けられる吸入空気流量計（ＡＦＳ）で、例えばカルマン流量計よりなり、その出力はインタフェース１１を介してマイクロコンピュータ６に入力される。また、１４は排気管３に設けられた空気過剰率を測定するためのλセンサで、前記ＮＯｘセンサ５と並べて配置され、その出力はインタフェース７を介してマイクロコンピュータ６に入力される。なお、図示してないが、カルマン流量計１３の近傍には、吸気温度（ｔ℃）および吸気湿度（％）をそれぞれ計測するセンサが設けられている。
【００１８】
なお、上記使用過程車１には、上記センサ５，８〜１０、１３，１４のほか、図示してないが、吸気管内圧を測定するためのブーストセンサ、カルマン流量計１３後の圧力損失を測定する圧力センサ、噴射ポンプに装置されている噴射量を決めるレバーの開度を測定するためのポテンショメータなどが設けられている。
【００１９】
次に、前記使用過程車１を道路など実際の路面１２を走行させて、ＮＯｘ排出量を測定する手法について説明する。ＮＯｘ濃度の測定については、上記に説明したものと同様にすればよいので、その詳細な説明は省略する。そして、使用過程車１を走行させたときに発生するＮＯｘ排出量および燃費を求めるには、次のようにすればよい。
【００２０】
（１）吸入空気流量
１−１）  カルマン流量計１３の検定
カルマン流量計１３を層流流量計で検定する。カルマン周波数ｆと流量係数Ｋ（Ｌ／ｍｉｎ／Ｈｚ）の関係を求める。
１−２）  水蒸気分圧の算出
空燃比は、乾燥空気重量と燃料重量との比であるから、乾燥空気重量を求める必要がある。この場合、大気温度をＴ（℃）と水蒸気分圧Ｐ（Ｐａ）との関係を求め、吸気中の水蒸気圧ＰＷ（ｍｍＨｇ）を求める。
ＰＷ＝Ｐ×７６０×Ｈｕ ／１０１３２５
ここで、Ｈｕは相対湿度（％）である。
１−３）  前記１−１）で求めたカルマン流量計１３の流量係数Ｋにカルマン周波数ｆを乗ずると、２０℃換算の吸入空気流量（Ｌ／ｍｉｎ）が求められる。これを大気温度補正、大気圧補正（実際にはカルマン流量計１３の圧力損失補正）、水蒸気分圧補正して標準状態（２０℃、７６０ｍｍＨｇ）における乾燥空気流量Ｑｄを求める。このとき、Ｑｄは、
Ｑｄ＝｛Ｋ×ｆ×２９３×（ＰＡＦＳ−ＰＷ）｝／｛（２７３＋Ｔ）×７６０
×１０００｝
と表される。
ここで、ＰＡＦＳ（ｍｍＨｇ）は流量計後流の圧力である。
【００２１】
（２）燃料消費率の算出
２−１）  燃料消費重量の算出
上記（１）において求めた乾燥空気流量Ｑｄと空気過剰率λから燃料消費重量ｆg （ｋｇ／ｍｉｎ）を求める。この場合、軽油のＨ／Ｃを１．９とし、理論空燃比を１４．７とすると、燃料消費重量ｆg は、
ｆｇ＝Ｑd ×１．２０５／（λ×１４．７）
と表される。
ここで、１．２０５は標準状態における空気の密度である。
２−２）  燃料消費率の算出
軽油の比重を０．８４とすると、燃料消費率ｆｑ（Ｌ／ｈ）は、
ｆｑ＝６０×ｆｇ／０．８４
と表される。
２−３）  燃料消費量の算出
データ収集した区間（時間）の燃料消費量は、データサンプルごとの消費量の総和をとることにより求められる。今、１秒ごとにデータ収集しているものとすると、
燃料消費量＝Σｆｑ／３６００
と表される。
【００２２】
（３）排ガス流量の算出
ＮＯｘ濃度をウェット状態で測定しているので、排ガス流量もウェット状態で算出する。つまり、吸入空気流量を水分のある状態で算出し、燃焼によるモル増加分を加えると、排ガス流量ＱＥＸ（Ｌ／ｍｉｎ）は、
ＱＥＸ＝Ｋ×ｆ×２９３×ＰＡＦＳ ／｛（２７３＋Ｔ）×１０００｝
＋０．７４９×ｆｇ
と表される。
【００２３】
（４）ＮＯｘ排出重量の算出
ＮＯｘ排出重量ＧＮＯｘ（ｇ／ｍｉｎ）は、上記（３）で求めた排ガス流量ＱＥＸにＮＯｘ濃度ＣＮＯｘおよびＮＯｘ密度（１．９１ｇ／Ｌ）を乗ずることにより、求めることができる。すなわち、ＮＯｘ排出重量ＧNOX は、
ＧＮＯｘ＝ＱＥＸ×ＣＮＯｘ×１０-6×１．９１×１０００
と表される。
そして、データ収集した区間のＮＯｘ排出量は、データサンプルごとの消費量の総和をとることにより求められる。すなわち、１秒ごとにデータ収集しているときは、ΣＧＮＯｘ ／６０となる。この値を走行距離で除すると、ｇ／ｋｍが得られる。
【００２４】
ここで、前記図１に示した使用過程車１を実際の路面１２において走行させたときに得られたデータの一例を図２〜図６に示す。試験のための走行は、京都市内で行った。
【００２５】
そして、図２および図３は前記走行における吸入空気流量（ｍ3 ／ｍｉｎ）および排ガス流量（ｍ3 ／ｍｉｎ）の時間的変化を示すものである。
【００２６】
また、図４は前記走行における燃費率（Ｌ／ｈ）の時間的変化を示すものである。
【００２７】
そして、図５は前記走行においてＮＯセンサ５によって測定されたＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）の時間的変化を示すものである。
【００２８】
さらに、図６は前記（１）〜（４）に示した演算式によって求められたＮＯｘ排出量（ｇ／ｍｉｎ）の時間的変化を示すものである。
【００２９】
上述したように、上記の実施の形態によれば、使用過程車１を実際に走行させたときにエンジン２が発生するＮＯｘの濃度のみならず、ＮＯｘの排出量を測定することができる。したがって、環境保全や道路交通行政などにおいていわゆる車両排気ガスの規制などにおけるＮＯｘの測定に大きな威力を発揮することが期待される。
【００３０】
【００３１】
なお、上述の実施の形態においては、いずれも車両１が使用過程車であったが、この発明はこれに限られるものではなく、車両１として所謂新車を用いてもよい。また、ガソリンエンジン車にも適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、シャシダイナモ装置を用いて行う場合のようにシミュレート運転ではなく、現実の路面走行においてエンジンによって発生するＮＯｘの濃度をリアルタイムに測定することができ、使用過程車が普段走行している状態において排出するＮＯｘの濃度を直接（生の状態で）測定することができる。また、シャシダイナモ装置を用いるものとは異なり、簡易な装置でありながらも精度よくＮＯｘ濃度を測定することができる。
【００３３】
しかも、上述のようにリアルタイムに精度よく測定されるＮＯｘ濃度と、吸入空気流量計およびλセンサの出力の演算により求められる燃料消費重量と吸入空気流量から算出される排ガス流量及びＮＯｘ密度の乗算によりＮＯｘの排出量を求めることができるので、簡易な装置を用いながら確実、高精度なＮＯｘ排出量の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態におけるＮＯｘ簡易測定方法を実施するための構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】  前記走行により得られた吸入空気流量の時間的変化を示す図である。
【図３】  前記走行により得られた排ガス流量の時間的変化を示す図である。
【図４】  前記走行により得られた燃費率の時間的変化を示す図である。
【図５】  前記走行により得られたＮＯｘ濃度の時間的変化を示す図である。
【図６】  前記走行により得られたＮＯｘ排出量の時間的変化を示す図である。
【符号の説明】
１…使用過程車、２…エンジン、３…排気管、５…ＮＯｘ計、６…データ収集装置、１２…路面、１３…吸入空気流量計、１４…λセンサ。
【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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