(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出されるガスをサンプルガスとして採取し、これを水素炎イオン化検出器に導入し、そのとき水素炎イオン化検出器から出力されるオリジナル信号からパルス状のＳｏｏｔ信号を抽出するようにした排ガス中のＰＭ測定装置において、前記オリジナル信号から一定時間遅らせたオリジナルシフト信号を作成し、このオリジナルシフト信号を前記オリジナル信号から差し引いて減算パルス信号を作成し、この減算パルス信号の正の成分のみを抽出して正のパルス信号を作成し、この正のパルス信号を前記一定時間遅らせた正のシフト信号を作成し、この正のシフト信号を前記減算パルス信号に加算して正および負の加算パルス信号を作成し、この加算パルス信号に閾値を設けて、
Ｓｏｏｔ信号を検出する一連の演算を行うことにより、Ｓｏｏｔ信号であるパルス状信号を抽出するように構成したことを特徴とする排ガス中のＰＭ測定装置。
【請求項２】
内燃機関から排出されるガスをサンプルガスとして採取し、これを水素炎イオン化検出器に導入し、そのとき水素炎イオン化検出器から出力されるオリジナル信号からパルス状のＳｏｏｔ信号を抽出するにあたり、
（１）前記オリジナル信号〔ｆ（ｔ）〕から一定時間（ｔ0 ）だけ遅らせたオリジナルシフト信号〔ｆ（ｔ−ｔ0 ）〕を作成する第１の工程と、
（２）前記オリジナル信号〔ｆ（ｔ）〕から前記オリジナルシフト信号〔ｆ（ｔ−ｔ0 ）〕を減算して正および負のパルス成分からなる減算パルス信号〔Ｆ（ｔ）＝ｆ（ｔ）−ｆ（ｔ−ｔ0 ）〕を作成する第２の工程と、
（３）前記正および負のパルス成分のうち、正の成分のみを抽出して正のパルス信号Ｆ+ （ｔ）を作成する第３の工程と、
（４）前記正のパルス信号Ｆ+ （ｔ）を前記一定時間（ｔ0 ）だけ遅らせた正のシフト信号〔Ｆ+ （ｔ−ｔ0 ）〕を作成する第４の工程と、
（５）この第４の工程で作成した前記正のシフト信号〔Ｆ+ （ｔ−ｔ0 ）〕を、前記第２の工程で作成した前記減算パルス信号〔Ｆ（ｔ）〕に加算して正および負の加算パルス信号〔Ｇ（ｔ）＝Ｆ（ｔ）＋Ｆ+ （ｔ−ｔ0 ）〕を作成する第５の工程と、
（６）前記正および負の加算パルス信号Ｇ（ｔ）を構成するパルス成分のうち、正の成分のみを抽出して正の加算信号Ｇ+ （ｔ）を作成して、この正の成分にて前記オリジナル信号のパルス成分を再現する第６の工程と、
（７）前記正の加算信号Ｇ+ （ｔ）に閾値を設けてＳｏｏｔ信号を検出する第７の工程とを含むことを特徴とする排ガス中のＰＭ測定におけるＳｏｏｔ信号検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばディーゼルエンジンなど内燃機関から排出されるガス中に含まれるＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ、すすなどの微粒子状物質）の主として炭素成分であるｄｒｙ  Ｓｏｏｔ（以下、単にＳｏｏｔという）の信号を効率よく検出できる新規な排ガス中のＰＭ測定装置および排ガス中のＰＭ測定におけるＳｏｏｔ信号検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示すように、排気管２を流れるディーゼルエンジン１からの排ガスＧは、その一部がプローブ４を経てサンプルガス流路３にサンプルガスＳとして取り込まれる。そして、このサンプルガスＳは、水素炎イオン化検出器（ＦｌａｍｅＩｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下、ＦＩＤという）５に導入され、サンプルガスＳ中に含まれるＴＨＣ（Total Hydro Carbon；全炭化水素）およびＳｏｏｔの量に比例した電流出力（ＦＩＤ信号）ｆが信号ライン６に出力される。ＦＩＤ信号（アナログ信号）ｆは、ＴＨＣの量に比例したＴＨＣ信号に、Ｓｏｏｔの量に比例した比較的低周波のパルス信号が重畳したものとなっている。このパルス信号はＳｏｏｔの粒径に応じた大小の信号からなる。そして、ＦＩＤ信号ｆは、ＦＩＤ５の後段に設置されたプリアンプ７によって適当に増幅および波形整形されてオリジナル信号ａとなり、この状態でパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）を用いた信号処理装置８に入力される。
【０００３】
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図７の上段に示すようにオリジナル信号ａ（以下、Ｆ（ｔ）とする）のベースが変動した場合、大きな誤差が発生し、正確にパルス信号１１の抽出ができず、結果として、Ｓｏｏｔの量を精度良く検出できなかった。
【０００５】
この発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、ベースが変動した場合にもＳｏｏｔ信号を精度よく検出できる排ガス中のＰＭ測定装置および排ガス中のＰＭ測定におけるＳｏｏｔ信号検出方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、内燃機関から排出されるガスをサンプルガスとして採取し、これを水素炎イオン化検出器に導入し、そのとき水素炎イオン化検出器から出力されるオリジナル信号に閾値を設けてパルス状のＳｏｏｔ信号を抽出するようにした排ガス中のＰＭ測定装置において、前記オリジナル信号から一定時間遅らせたオリジナルシフト信号を作成し、このオリジナルシフト信号を前記オリジナル信号から差し引いて減算パルス信号を作成し、この減算パルス信号の正の成分のみを抽出して正のパルス信号を作成し、この正のパルス信号を前記一定時間遅らせた正のシフト信号を作成し、この正のシフト信号を前記減算パルス信号に加算して正および負の加算パルス信号を作成し、この加算パルス信号に閾値を設けて、Ｓｏｏｔ信号を検出する一連の演算を行うことにより、Ｓｏｏｔ信号であるパルス状信号を効率よく抽出するように構成したことを特徴とする排ガス中のＰＭ測定装置（第１発明）を提供する。
【０００７】
また、この発明は別の観点から、内燃機関から排出されるガスをサンプルガスとして採取し、これを水素炎イオン化検出器に導入し、そのとき水素炎イオン化検出器から出力されるオリジナル信号に閾値を設けてパルス状のＳｏｏｔ信号を抽出するにあたり、（１）前記オリジナル信号〔ｆ（ｔ）〕から一定時間（ｔ0 ）だけ遅らせたオリジナルシフト信号〔ｆ（ｔ−ｔ0 ）〕を作成する第１の工程と、
（２）前記オリジナル信号〔ｆ（ｔ）〕から前記オリジナルシフト信号〔ｆ（ｔ−ｔ0 ）〕を減算して正および負のパルス成分からなる減算パルス信号〔Ｆ（ｔ）＝ｆ（ｔ）−ｆ（ｔ−ｔ0 ）〕を作成する第２の工程と、
（３）前記正および負のパルス成分のうち、正の成分のみを抽出して正のパルス信号Ｆ+ （ｔ）を作成する第３の工程と、
（４）前記正のパルス信号Ｆ+ （ｔ）を前記一定時間（ｔ0 ）だけ遅らせた正のシフト信号〔Ｆ+ （ｔ−ｔ0 ）〕を作成する第４の工程と、
（５）この第４の工程で作成した前記正のシフト信号〔Ｆ+ （ｔ−ｔ0 ）〕を、前記第２の工程で作成した前記減算パルス信号〔Ｆ（ｔ）〕に加算して正および負の加算パルス信号〔Ｇ（ｔ）＝Ｆ（ｔ）＋Ｆ+ （ｔ−ｔ0 ）〕を作成する第５の工程と、
（６）前記正および負の加算パルス信号Ｇ（ｔ）を構成するパルス成分のうち、正の成分のみを抽出して正の加算信号Ｇ+ （ｔ）を作成して、この正の成分にて前記オリジナル信号のパルス成分を再現する第６の工程と、
（７）前記正の加算信号Ｇ+ （ｔ）に閾値を設けてＳｏｏｔ信号を検出する第７の工程とを含むことを特徴とする排ガス中のＰＭ測定におけるＳｏｏｔ信号検出方法（第２発明）を提供する。
【０００８】
以下、第１，２発明で用いた演算処理の原理を図１を用いて説明する。なお、上述したように図７の上段にはベースが変動した場合の実際のオリジナル信号ｆ（ｔ）を示しているが、前記原理を説明する上でこの実際のオリジナル信号ｆ（ｔ）を図１（Ａ）に示す形状に簡略化する。
【０００９】
図１（Ａ）において、ベースが変動した場合のオリジナル信号ｆ（ｔ）を、
ｆ（ｔ）＝ｆpulse （ｔ）＋ｆDC（ｔ）                            …  式（１）
とする。
ここで、ｆpulse （ｔ）はパルス成分Ｐ1 〜Ｐ6 、ｆDC（ｔ）はベース信号を示す。また、パルス成分Ｐ1 〜Ｐ6 は、図６の上段に示したパルス成分１０，１０ａ…に対応する。
【００１０】
続いて、オリジナル信号ｆ（ｔ）を一定時間ｔ0 だけ遅らせた信号ｆ（ｔ−ｔ0 ）を作成する〔図１（Ｂ）参照〕。すなわち、前記式（１）から、
ｆ（ｔ−ｔ0 ）＝ｆpulse （ｔ−ｔ0 ）＋ｆDC（ｔ−ｔ0 ）          …  式（２）
となる。
ここで、ｆpulse （ｔ−ｔ0 ）はパルス成分Ｐ1 ’〜Ｐ6 ’、ｆDC（ｔ−ｔ0 ）はベース信号を示す。
【００１１】
そこで、本発明者らは、前記式（１）のベース信号ｆDC（ｔ）と前記式（２）のベース信号ｆDC（ｔ−ｔ0 ）は略等しいことに着目した。というのは、前記式（１）から前記式（２）を差し引くと、ベース成分が除去された信号Ｆ（ｔ）が得られることになるからである。すなわち、図１（Ｃ）に示す信号Ｆ（ｔ）は、ベース部分が差し引かれた、正および負のパルス成分Ａ1 〜Ａ6 およびＢ1 〜Ｂ6 で構成されることになる。この場合、
Ｆ（ｔ）＝ｆpulse （ｔ）−ｆpulse （ｔ−ｔ0 ）                  …  式（３）
である。
なお、第１発明は、この原理を用いたＰＭ測定装置である。
【００１２】
そして、第１，２発明では、オリジナル信号ｆ（ｔ）の前記パルス成分Ｐ1 〜Ｐ6 のみを精度よく再現させるために、パルス成分Ｐ1 〜Ｐ6 と前記パルス成分Ｐ1 ’〜Ｐ6 ’が重なった場合に生じる誤差を補正している。パルス成分Ｐ1 〜Ｐ6 とパルス成分Ｐ1 ’〜Ｐ6 ’同士の重なりは、エラーの原因となる。このエラーを少なくして精度の低下を防止する必要がある。
【００１３】
図１（Ｂ）におけるＫは、パルス成分Ｐ1 〜Ｐ6 とパルス成分Ｐ1 ’〜Ｐ6 ’同士が重なる領域を示している。この補正演算は、図１（Ｃ）の信号Ｆ（ｔ）から正のパルス成分Ａ1 〜Ａ6 のみを抽出し、得られた信号Ｆ+ （ｔ）〔図１（Ｄ）参照〕を一定時間ｔ0 だけ遅らせた図１（Ｅ）で示す信号Ｆ+ （ｔ−ｔ0 ）に、前記式（３）で示す信号Ｆ（ｔ）を加えることにより行われる。
【００１４】
得られた信号Ｇ（ｔ）〔図１（Ｆ）参照〕は正および負のパルス成分Ｃ1 〜Ｃ6 およびＤ1 〜Ｄ6 となるが、この信号Ｇ（ｔ）から正のパルス成分Ｃ1 〜Ｃ6 だけを抽出する操作を行う。得られた信号Ｇ+ （ｔ）の最終パルス成分Ｃ1 〜Ｃ6 は、オリジナル信号ｆ（ｔ）の前記パルス成分Ｐ1 〜Ｐ6 のみを精度よく再現していることが、図１（Ａ）および図１（Ｇ）から分かる。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施例を、図を参照しながら説明する。
まず、図３を用いて、参考例について説明する。
【００１９】
図３の上段は、ベースが変動した場合のオリジナル信号ｆ（ｔ）とこのオリジナル信号ｆ（ｔ）を一定時間（ｔ0 ）だけ遅らせた信号ｆ（ｔ−ｔ0 ）を示す。このオリジナル信号ｆ（ｔ）は、形状が多少は異なるが図７の上段に示したオリジナル信号ｆ（ｔ）に対応しているものとする。
【００２０】
図３の下段は、ベース部分が差し引かれた、正および負のパルス成分Ａ…およびＢ…で構成される信号Ｆ（ｔ）と、この信号Ｆ（ｔ）から正のパルス成分Ａ…のみを抽出して得られた信号Ｆ+ （ｔ）を示す。また、図５は、用いるＰＭ測定装置（第１発明）の一例を概略的に示す。なお、オリジナル信号（アナログ信号）ｆ（ｔ）を得るまでの動作は従来例と同様であるので、その説明を省略する。
【００２１】
ＦＩＤ５を用いてＳｏｏｔの量を検出する際、図４のステップ２０１で得たＦＩＤ５からのオリジナル信号（ｔ）（図１（Ａ）参照）を図４のステップ２０２でＰＣに取り込む。以下はＰＣ上での演算操作である。まず、ステップ２０３に示すように、オリジナル信号（ｔ）を一定時間（ｔ0 ）だけ遅らせた信号ｆ（ｔ−ｔ0 ）を作成する（図１（Ｂ）参照）。続いて、ベース変動の補正のためオリジナル信号（ｔ）から信号ｆ（ｔ−ｔ0 ）を差し引く（ステップ２０４参照）。これにより得られた信号Ｆ（ｔ）（図１（Ｃ）参照）は、ベース部分が差し引かれた正と負のパルス成分Ａ…，Ｂ…で構成されることになる。
続いて、ステップ２０５で、正のパルス成分Ａ…のみを抽出する（図１（Ｄ）参照）。続いて、正のパルス成分Ａ…に対し、予め設定されている閾値を適用することにより、正のパルス成分Ａ…の抽出を簡易的に行う（ステップ２０６参照）。
【００２２】
このように、従来では例えば図３に示すようにオリジナル信号ｆ（ｔ）のベースが変動した場合、パルス２０…を認識させる一定の閾値ｔｈを設定してパルス信号を抽出しており、パルス２０ａ…は認識されず、大きな誤差が発生していたのに対して、参考例では、上述した簡易演算法により、ベース変動の補正を行った後に正のパルス成分Ａ…のみを抽出し、このパルス成分Ａ…に対し閾値を適用するようにしたので、ベースが変動した場合にもＳｏｏｔ信号を簡易的に検出することができる。
【００２３】
そのため、パルス信号が重畳するＴＨＣ信号も従来に比して精度よく得られる。
【００２４】
次に、図１、図３および図２を用いて第１，２発明について説明する。なお、図２において、図１、図３で用いた符号と同一のものは、同一または相当物である。
【００２５】
図１〜図３において、図１（Ｄ）に示す操作までは前記参考例と同じであるので、説明を省略する。
【００２６】
補正演算は、信号Ｆ（ｔ）から正のパルス成分Ａ1 〜Ａ6 （Ａ）のみを抽出し、得られた信号Ｆ+ （ｔ）を一定時間ｔ0 だけ遅らせた図１（Ｅ）で示す信号Ｆ+ （ｔ−ｔ0 ）に、前記式（３）で示す信号Ｆ（ｔ）を加えることにより行われる。
【００２７】
得られた信号Ｇ（ｔ）は正および負のパルス成分Ｃ1 〜Ｃ6 （Ｃ）およびＤ1 〜Ｄ6 となるが、この信号Ｇ（ｔ）から正のパルス成分Ｃ1 〜Ｃ6 （Ｃ）だけを抽出する操作を行う。得られた信号Ｇ+ （ｔ）のパルス成分Ｃ1 〜Ｃ6 （Ｃ）は、オリジナル信号ｆ（ｔ）の前記パルス成分Ｐ1 〜Ｐ6 （Ｐ）のみを精度よく再現している。
【００２８】
このように、第１〜２発明では、パルスを含むオリジナル信号から一定時間ずらせた信号を作り、これをオリジナル信号から差し引く演算を行うことにより、ベース信号の変動を打ち消したベース変動補正信号Ｆ（ｔ）を作成している。これにより、パルス信号のみを再現させることができる。そして、このパルス信号を用いることにより、パルス信号を抽出することができる。
【００２９】
そして、パルス成分Ｐ1 〜Ｐ6 と前記パルス成分Ｐ1 ’〜Ｐ6 ’が重なった場合に生じる誤差の補正を行っている。これにより、エラーを少なくしてＳｏｏｔ信号であるパルス信号のみを効率よく抽出でき、ＴＨＣ信号も効率よく検出できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、第１〜２発明では、パルスを含むオリジナル信号から一定時間ずらせた信号を作り、これをオリジナル信号から差し引く演算を行うことにより、ベース信号の変動を打ち消すことができ、パルス信号のみを再現させることができ、ベース信号の変動が生じた場合でも、Ｓｏｏｔ信号であるパルス信号およびＴＨＣ信号を精度よく検出できる。
【００３１】
また、オリジナル信号のパルス成分と、オリジナル信号を一定時間だけ遅らせた信号のパルス成分が重なった場合に生じる誤差の補正を行っているので、重なりが原因で生じるエラーを少なくしてＳｏｏｔ信号であるパルス信号のみを更に効率よく抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第２発明の原理および第１発明で適用された原理を説明するための図である。
【図２】  第１，２発明を説明するための図である。
【図３】  参考例を説明するための図である。
【図４】  参考例を説明するためのフローである。
【図５】  第１発明のＰＭ測定装置を示す構成説明図である。
【図６】  従来例を説明するためのフローである。
【図７】  従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、５…水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）、７…プリアンプ、８…信号処理装置、ａ…オリジナル信号、Ｇ…排ガス、Ｓ…サンプルガス、ｆ…ＦＩＤ信号。
【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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