吸附性氣體分析裝置和吸附性氣體分析方法
【專利摘要】本發(fā)明提供吸附性氣體分析裝置和吸附性氣體分析方法。吸附性氣體分析裝置包括：氣體測量機(jī)構(gòu)(21)，測量與在氣體配管(1)內(nèi)流動的吸附性氣體的量相關(guān)聯(lián)的值；氣體注入機(jī)構(gòu)(3)，至少在所述氣體測量機(jī)構(gòu)(21)測量所述吸附性氣體期間，從比該氣體測量機(jī)構(gòu)(21)測量所述吸附性氣體的測量點(diǎn)靠向上游，向所述氣體配管(1)內(nèi)注入規(guī)定量的具有吸附性的注入氣體。由此，可以在吸附性氣體的測量中減小響應(yīng)延遲，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行各種條件下的吸附性氣體的測量。
【專利說明】吸附性氣體分析裝置和吸附性氣體分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于測量與具有吸附性的測量對象氣體的量相關(guān)聯(lián)的值的吸附性氣體分析裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]例如對從汽車發(fā)動機(jī)排出的排氣中的NOx等成分進(jìn)行測量。近年來，在這種排氣分析裝置中，對于除了 NOx以外成分的NH3等具有吸附性的氣體的分析，其重要性不斷增加。
[0003]作為測量NH3等具有吸附性的氣體的具體例子，可以列舉能高效率驅(qū)動柴油發(fā)動機(jī)，并且可以抑制NOx的生成量的尿素SCR (Selective Catalytic Reduction、選擇性催化還原)系統(tǒng)的研究開發(fā)的情況等。具體說明所述尿素SCR系統(tǒng)，S卩，其構(gòu)成為通過把尿素向從柴油發(fā)動機(jī)排出的高溫排出氣體中霧狀噴射，把因尿素?zé)岱纸舛傻腘H3作為還原劑提供給SCR催化劑，從而將排出氣體中的NOx還原成無害的N2和H20。
[0004]在前述的尿素SCR系統(tǒng)中，如果提供了過量的尿素，則變成在排出氣體中含有NH3而發(fā)出惡臭或不能滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了要知道在各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件下是否適當(dāng)?shù)靥峁┝四蛩兀獙ε艢庵械腘H3進(jìn)行測量。
[0005]然而，與以往的作為測量對象的NOx那樣的氣體不同，在NH3這樣的吸附性氣體的情況下，在到達(dá)可以測量NH3的量的氣體分析機(jī)構(gòu)之前，NH3被吸附在配管的內(nèi)壁等上，難以實(shí)時(shí)測量準(zhǔn)確值。
[0006]更具體而言，排氣分析裝置100A具有對在圖7 Ca)所示的氣體配管IA內(nèi)流動的排氣的一部分進(jìn)行取樣的取樣配管2A、設(shè)在取樣配管2A上的測量NH3濃度的濃度傳感器21A，在這樣的排氣分析裝置100A中，例如需要使排氣從汽車消音器流動到所述濃度傳感器21A。在排氣開始流動時(shí)，如作為圖7 (a)的區(qū)域R的放大圖的圖7 (b)所示，由于NH3被吸附在所述氣體配管IA和所述取樣配管2A的內(nèi)表面上，如圖8的坐標(biāo)圖所示，輸出比實(shí)際流動的濃度低的值。不久如圖7 (c)和圖8的坐標(biāo)圖所示，可以測量與實(shí)際流動的NH3的濃度大致相同的濃度，但如果停止流入排氣，則此時(shí)如圖7 (d)所示，附著在內(nèi)壁面上的NH3被剝離，盡管實(shí)際上排氣沒有流動應(yīng)該不能檢測出NH3，但如圖8的坐標(biāo)圖所示，測量出了 NH3的濃度。
[0007]這樣，通過在排氣流動的配管內(nèi)表面上吸附了 NH3等吸附性氣體，在實(shí)際流動的NH3的濃度和測量的NH3的濃度指示值之間產(chǎn)生時(shí)間延遲，不能實(shí)時(shí)測量。換言之，關(guān)于NH3等具有吸附性的氣體，排氣分析裝置的響應(yīng)速度不夠。
[0008]此外，還存在的問題是如果測量NH3等具有吸附性的氣體，則在測量開始初期應(yīng)該測量的圖7的區(qū)域SI的部分表現(xiàn)為與在測量快要結(jié)束時(shí)圖7的區(qū)域S2的部分相等，缺少了什么時(shí)間排出了 NH3這樣的與時(shí)間相關(guān)的一部分信息。
[0009]可是在專利文獻(xiàn)I中，公開了為了改善氨分析裝置的響應(yīng)速度，把所述取樣配管內(nèi)表面浸潰在NaOH水溶液中進(jìn)行堿處理，以使NH3不吸附在配管的內(nèi)表面上?？墒牵词诡A(yù)先進(jìn)行了這樣的堿處理，例如排氣中的煙灰等附著在配管內(nèi)表面上等時(shí)，產(chǎn)生了沒有被堿處理的部分，在這部分上產(chǎn)生了 NH3的吸附。即，在考慮持續(xù)使用的情況下，用專利文獻(xiàn)I所示的方法不能完全解決在具有吸附性的氣體的測量中產(chǎn)生的響應(yīng)延遲的問題。
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開公報(bào)特開2000-155115號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種吸附性氣體分析裝置，在具有吸附性的氣體的測量中可以減小響應(yīng)延遲，并且可以實(shí)時(shí)進(jìn)行各種條件下的具有吸附性的氣體的測量。
[0012]S卩，本發(fā)明的吸附性氣體分析裝置包括:氣體測量機(jī)構(gòu)，測量與在氣體配管內(nèi)流動的具有吸附性的測量對象氣體的量相關(guān)聯(lián)的值；以及氣體注入機(jī)構(gòu)，至少在所述氣體測量機(jī)構(gòu)測量所述測量對象氣體期間，從比所述氣體測量機(jī)構(gòu)測量所述測量對象氣體的測量點(diǎn)靠向上游，向所述氣體配管內(nèi)注入規(guī)定量的具有吸附性的注入氣體。
[0013]此外，本發(fā)明的吸附性氣體分析方法包括:氣體測量步驟，測量與在氣體配管內(nèi)流動的具有吸附性的測量對象氣體的量相關(guān)聯(lián)的值；以及氣體注入步驟，至少在作為測量所述測量對象氣體期間的所述氣體測量步驟中，從比測量所述測量對象氣體的測量點(diǎn)靠向上游，向所述氣體配管內(nèi)注入規(guī)定量的具有吸附性的注入氣體。
[0014]由此，至少在具有吸附性的測量對象氣體的測量時(shí)，把具有吸附性的所述注入氣體注入所述氣體配管內(nèi)，因在所述氣體配管內(nèi)的壁面上預(yù)先吸附有所述注入氣體，使所述測量對象氣體不直接與內(nèi)壁面接觸，可以使所述內(nèi)壁面難以吸附。
[0015]此外，即使在用所述注入氣體覆層的所述氣體配管內(nèi)附著了煙灰等污垢，因用所述氣體注入機(jī)構(gòu)注入的新的注入氣體，在該污垢表面上也立刻形成吸附了注入氣體的層。
[0016]因此，如以往那樣僅僅對氣體配管內(nèi)進(jìn)行了堿處理的話，因新產(chǎn)生的煙灰等污垢使防止測量對象氣體吸附的效果降低，但本發(fā)明通過利用注入氣體總是形成新的覆層，可以防止所述測量對象氣體吸附。
[0017]因此，至少在所述測量氣體的測量時(shí)，通過使所述注入氣體持續(xù)在氣體配管內(nèi)流動，由于總是在所述氣體配管內(nèi)形成新的覆層，所以可以防止測量對象氣體因所述注入氣體的吸附而產(chǎn)生的測量誤差和響應(yīng)延遲。
[0018]為了進(jìn)一步減小在測量對象氣體的測量中的測量誤差和響應(yīng)延遲，只要所述注入氣體是與所述測量對象氣體成分相同且能由所述氣體測量機(jī)構(gòu)測量的氣體即可。
[0019]由此，通過調(diào)整注入氣體的注入量，可以在氣體配管內(nèi)吸附注入氣體和測量對象氣體成為飽和量以上，可以使氣體向壁面的吸附保持平衡狀態(tài)。即，即使假設(shè)測量對象氣體被吸附在壁面上，也可以使與其量等量的所述注入氣體立刻從壁面剝離，流到所述氣體分析機(jī)構(gòu)，所以可以防止因吸附造成用所述氣體分析機(jī)構(gòu)測量的量發(fā)生變動。
[0020]由于這樣在氣體配管內(nèi)保持測量對象氣體和注入氣體的吸附平衡，所以可以防止具有吸附性的測量對象氣體被吸附并持續(xù)停留在氣體配管內(nèi)表面上而造成測量的量損失或產(chǎn)生響應(yīng)延遲，可以用所述氣體測量機(jī)構(gòu)測量所述測量對象氣體流入的量。此時(shí)，從用所述氣體測量裝置測量并指示的量，減去用所述氣體注入機(jī)構(gòu)注入的注入氣體的量，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出在流入所述氣體配管的時(shí)刻的測量對象氣體量。
[0021]此外，關(guān)于這樣的結(jié)構(gòu)的作用和效果，換言之，由于不是完全防止具有吸附性的測量對象氣體吸附在所述氣體配管內(nèi)表面上，而是把本來應(yīng)該僅用所述測量對象氣體進(jìn)行測量的量，根據(jù)不吸附在內(nèi)表面上而到達(dá)所述測量點(diǎn)的測量對象氣體的量、以及替代吸附在氣體配管內(nèi)表面上的所述測量對象氣體從氣體配管內(nèi)表面上剝離的所述測量對象氣體或所述注入氣體的量，進(jìn)行測量，所以對于與吸附性氣體的量相關(guān)聯(lián)的值，不會產(chǎn)生響應(yīng)延遲，可以準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)測量。
[0022]此外，即使在所述氣體配管內(nèi)附著煙灰等污垢，在該污垢表面也形成吸附注入氣體的層，在此也大致保持平衡，從而可以防止因所述注入氣體的吸附而產(chǎn)生響應(yīng)延遲。
[0023]作為盡可能不產(chǎn)生響應(yīng)延遲的所述注入氣體注入量的具體例子，可以列舉所述規(guī)定量設(shè)定為，相比于向所述氣體配管的內(nèi)表面吸附所述測量對象氣體和所述注入氣體的吸附量與所述測量對象氣體和所述注入氣體從所述氣體配管的內(nèi)表面剝離的剝離量大致平衡的量，成為等量或等量以上。
[0024]對于流入所述氣體配管內(nèi)的測量對象氣體量的計(jì)算，為了即使不進(jìn)行減去所述注入氣體量的操作，也可以容易地計(jì)算出大致準(zhǔn)確的值，只要所述規(guī)定量設(shè)定為，使所述氣體測量機(jī)構(gòu)表示的與所述注入氣體的量相關(guān)的值在容許差以下即可。
[0025]按照這樣的本發(fā)明的 吸附性氣體分析裝置，由于構(gòu)成為邊用所述氣體注入機(jī)構(gòu)把具有吸附性的注入氣體注入所述氣體配管內(nèi)，邊對具有吸附性的所述測量對象氣體進(jìn)行測量，所以即使產(chǎn)生了煙灰等污垢，由于可以立刻生成新的注入氣體的覆層，可以始終使測量對象氣體難以吸附在所述氣體配管內(nèi)的內(nèi)表面上。因此，可以防止測量對象氣體產(chǎn)生測量誤差和響應(yīng)延遲。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的排氣分析裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0027]圖2是表示同一實(shí)施方式的污垢判斷時(shí)的濃度變化和響應(yīng)速度的示意性坐標(biāo)圖。
[0028]圖3是把圖1的示意圖中用虛擬線表示的區(qū)域放大的圖，并且是表示NH3在內(nèi)表面上的吸附、剝離狀態(tài)的示意圖。
[0029]圖4是表不同一實(shí)施方式和現(xiàn)有技術(shù)中的NH3濃度測量時(shí)的響應(yīng)差異的坐標(biāo)圖。
[0030]圖5是表不同一實(shí)施方式和現(xiàn)有技術(shù)中的NH3微量濃度測量時(shí)的響應(yīng)差異的坐標(biāo)圖。
[0031]圖6是表示對同一實(shí)施方式中的注入氣體的量與上升時(shí)間、下降時(shí)間之間關(guān)系的驗(yàn)證結(jié)果的坐標(biāo)圖。
[0032]圖7是表示以往的排氣分析裝置的結(jié)構(gòu)和用虛擬線表示的區(qū)域中的NH3吸附狀態(tài)變化的示意圖。
[0033]圖8是表示以往的排氣分析裝置在NH3的濃度測量中的響應(yīng)特性的示意性坐標(biāo)圖。
[0034]附圖標(biāo)記說明
[0035]100…排氣分析裝置(吸附性氣體分析裝置)
[0036]I …氣體配管
[0037]21…氣體測量機(jī)構(gòu)
[0038]3 …氣體注入機(jī)構(gòu)【具體實(shí)施方式】
[0039]參照附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0040]本實(shí)施方式的吸附性氣體分析裝置是所謂的排氣分析裝置100，用于測量從安裝有尿素SCR系統(tǒng)的柴油發(fā)動機(jī)排出的排氣中含有的NH3的濃度。
[0041]更具體而言，如圖1所示，其包括:氣體配管1，流通有作為試樣氣體的排氣；取樣配管2，從所述氣體配管I內(nèi)對排氣的一部分進(jìn)行取樣；氣體測量機(jī)構(gòu)21，在所述取樣配管2內(nèi)具有測量點(diǎn)M，測量排氣中含有的NH3的濃度；氣體注入機(jī)構(gòu)3，把與具有吸附性的測量對象氣體相同成分的氣體注入所述氣體配管I內(nèi)；以及控制機(jī)構(gòu)4，對各部分進(jìn)行控制。換言之，由所述氣體配管I和所述取樣配管2形成排氣流動的流動通道11。此外，圖1中用虛擬線包圍的區(qū)域R表示后面敘述的圖3中放大的部分。
[0042]對各部分進(jìn)行說明。
[0043]所述氣體配管I是未圖示的汽車消音器所安裝的大致圓筒形的管，例如是不銹鋼管，在與所述排氣接觸的內(nèi)表面上進(jìn)行了電解磨削等表面加工，以便不容易附著NOx和煙灰等。此外，導(dǎo)入所述氣體配管I中的排氣的大部分直接從下游側(cè)的開口向外部導(dǎo)出。
[0044]所述取樣配管2是彎曲成L形的大致細(xì)圓筒形的不銹鋼管，使其一端相對于所述氣體配管I的中央部向半徑方向插入，并且在該氣體配管I的內(nèi)部開口，從而可以對排氣的一部分進(jìn)行取樣。在所述取樣配管2上從上游依次設(shè)置有開關(guān)閥23、吸引泵22和所述氣體測量機(jī)構(gòu)21。在測量排氣中的NH3氣體的濃度的情況下，打開所述開關(guān)閥并且利用所述吸引泵22進(jìn)行吸引，使規(guī)定流量的排氣流入所述取樣配管2內(nèi)。此外，所述取樣配管2也與所述氣體配管I相同，對內(nèi)表面用電解磨削等進(jìn)行表面加工。
[0045]所述氣體測量機(jī)構(gòu)21構(gòu)成為例如利用FTIR (傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析儀)不僅可以測量排氣中含有的NH3，而且同時(shí)測量N0x、C0、C02、烴等各種成分的濃度，例如以I秒的周期更新并輸出測量的各成分的濃度。即，可以大致實(shí)時(shí)更新排氣中含有的各種成分的濃度指示值。此外，本實(shí)施方式中的所述氣體測量機(jī)構(gòu)21的測量點(diǎn)M相當(dāng)于在取樣配管2中設(shè)置該氣體測量機(jī)構(gòu)21的位置。
[0046]所述氣體注入機(jī)構(gòu)3把作為測量對象的成分中的具有吸附性的NH3作為注入氣體,注入所述氣體配管I內(nèi)，其包括:氣體注入管34，一端連接于貯存有NH3的注入氣體源31，另一端在所述氣體配管I內(nèi)開口 ；設(shè)置在所述氣體配管I上的開關(guān)閥33 ;以及流量控制閥32。所述氣體注入機(jī)構(gòu)3至少在用所述氣體測量機(jī)構(gòu)21測量排氣中的NH3的濃度期間，把規(guī)定量的NH3持續(xù)向所述氣體配管I內(nèi)提供。此外，通過導(dǎo)入NH3的零點(diǎn)氣體、標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行測量前校正時(shí)也使用所述氣體注入機(jī)構(gòu)3。
[0047]如果詳細(xì)說明所述氣體注入管34在所述氣體配管I內(nèi)開口的位置，則注入氣體被導(dǎo)入的位置設(shè)定在比所述氣體測量機(jī)構(gòu)21的測量點(diǎn)M更靠向上游。更具體而言，比所述取樣配管2在所述氣體配管I內(nèi)開口的位置更靠向上游，且在所述氣體配管I安裝于消音器一側(cè)的開口附近，使所述氣體注入管34的一端開口。即，構(gòu)成為可以沿導(dǎo)入排氣直到所述測量點(diǎn)M為止的流動通道11的大致整個(gè)區(qū)域，利用所述氣體注入機(jī)構(gòu)3使NH3氣體分散。再換言之，在比測量點(diǎn)M靠向上游的配管內(nèi)設(shè)定注入氣體的注入位置，使作為所述測量對象氣體的排氣中的NH3和注入氣體雙方與內(nèi)表面接觸的面積，比僅排氣中的NH3接觸的面積要足夠大。例如設(shè)定成即使在僅排氣中的NH3接觸的內(nèi)表面產(chǎn)生吸附，也只能吸附所述氣體測量機(jī)構(gòu)21的測量限度以下的量。
[0048]所述控制機(jī)構(gòu)4是具有輸入輸出接口、存儲器、CPU、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等的所謂計(jì)算機(jī)，通過執(zhí)行存儲在所述存儲器中的程序，進(jìn)行各種閥的控制等，以及至少發(fā)揮作為污垢判斷部41的功能。
[0049]所述污垢判斷部41根據(jù)與所述氣體測量機(jī)構(gòu)21檢測吸附性氣體時(shí)的響應(yīng)速度相關(guān)聯(lián)的值，判斷在所述流動通道11中有無污垢。具體而言，利用所述氣體注入機(jī)構(gòu)3向所述氣體配管I和所述取樣配管2導(dǎo)入濃度或流量已知的吸附性氣體(注入氣體)，在根據(jù)此時(shí)的所述氣體測量機(jī)構(gòu)21輸出的測量值計(jì)算出的與響應(yīng)速度相關(guān)的值比預(yù)先規(guī)定的規(guī)定值惡化的情況下，判斷與作為試樣氣體的排氣流動的流動通道11相連的內(nèi)表面附著有超過容許的煙灰等污垢。
[0050]在本實(shí)施方式中，所述污垢判斷部41根據(jù)從作為與所述響應(yīng)速度相關(guān)的值什么也沒有檢測出的狀態(tài)，到以規(guī)定值穩(wěn)定所需要的響應(yīng)時(shí)間，來判斷污垢，在所述響應(yīng)時(shí)間超過了預(yù)先規(guī)定的規(guī)定時(shí)間的情況下，判斷在所述氣體配管I或所述取樣配管2內(nèi)的內(nèi)表面上附著有容許量以上的污垢。
[0051]對這樣構(gòu)成的排氣分析裝置100在NH3氣體測量時(shí)的一系列動作等進(jìn)行說明。
[0052]首先，對用所述污垢判斷部41檢測排氣流動的流動通道11中的污垢的動作進(jìn)行說明。
[0053]在用所述氣體測量機(jī)構(gòu)21開始測量排氣中的NH3之前，通過用所述氣體注入機(jī)構(gòu)3注入的零點(diǎn)氣體和標(biāo)準(zhǔn)氣體，對所述氣體測量機(jī)構(gòu)21的輸出值進(jìn)行校正。此外，在污垢檢測中使排氣等試樣氣體不導(dǎo)入到所述氣體配管I內(nèi)。
[0054]所述污垢判斷部41測量響應(yīng)時(shí)間tn，響應(yīng)時(shí)間tn是把NH3的濃度設(shè)定為所述氣體測量機(jī)構(gòu)21的滿刻度附近的標(biāo)準(zhǔn)氣體注入所述氣體配管I內(nèi)，并用所述氣體測量機(jī)構(gòu)21測量的NH3氣體的濃度變化穩(wěn)定為止所需要的時(shí)間。
[0055]在此，如圖2的坐標(biāo)圖所示，可以看出有污垢的情況下的響應(yīng)時(shí)間tn比沒有污垢的初始狀態(tài)的響應(yīng)時(shí)間h變長。這是因?yàn)椋绻跉怏w配管I和取樣配管2內(nèi)附著有煙灰等污垢，則表面積相應(yīng)地增加，可以更多地吸附冊13等吸附性氣體。因此，即使從所述氣體注入機(jī)構(gòu)3注入標(biāo)準(zhǔn)氣體，在污垢增多時(shí)被困住的NH3氣體的量增多，指示值要到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)氣體設(shè)定的濃度需要時(shí)間。即，所述污垢判斷部41利用因吸附性氣體被污垢吸附而造成的所述氣體測量機(jī)構(gòu)21的響應(yīng)性惡化，進(jìn)行污垢的檢測。按照這樣構(gòu)成的污垢判斷部41，由于根據(jù)作為吸附性氣體的NH3的吸附性檢測污垢，所以難以用流量和其他參數(shù)等進(jìn)行檢測，并且可以立刻檢測出對吸附性氣體的測量有特別惡劣影響的污垢。在檢測到污垢的情況下，例如對氣體配管I和取樣配管2自動進(jìn)行清潔，可以改善NH3測量中所述氣體測量機(jī)構(gòu)21的響應(yīng)速度，以及防止在標(biāo)準(zhǔn)氣體被污垢吸附的狀態(tài)下進(jìn)行不準(zhǔn)確的校正，在此后的測量中存在大的誤差的狀態(tài)下繼續(xù)測量等情況。
[0056]下面對校正結(jié)束后的排氣中的NH3氣體濃度的測量中各部分的動作等進(jìn)行說明。此外，校正結(jié)束后，通過把所述注入氣體源31切換成其他注入氣體源，能以與所述標(biāo)準(zhǔn)氣體不同的濃度，把NH3作為注入氣體提供給所述氣體配管I和取樣配管2。此時(shí)，作為注入氣體的NH3的濃度在所述氣體測量機(jī)構(gòu)21可以測量的范圍內(nèi)，例如設(shè)定為一半以下的值等，此外使得即使補(bǔ)充源于排氣的NH3，在所述氣體測量機(jī)構(gòu)21中其濃度指示值也不飽和。
[0057]所述氣體注入機(jī)構(gòu)3在排氣流入所述氣體配管I內(nèi)之前，即，從使汽車發(fā)動機(jī)啟動前的狀態(tài)，開始向所述氣體配管I內(nèi)注入作為注入氣體的nh3。此時(shí)，也開始驅(qū)動設(shè)在所述取樣配管2上的吸引泵22，也使注入氣體流入所述取樣配管2內(nèi)。然后如圖3 (a)所示，在所述氣體配管I和所述取樣配管2的內(nèi)表面上變成吸附NH3為飽和量后，導(dǎo)入排氣。例如可以在所述氣體注入機(jī)構(gòu)3開始注入NH3后，經(jīng)過了規(guī)定時(shí)間后導(dǎo)入排氣，也可以在所述氣體測量機(jī)構(gòu)21中測量的氣體濃度以由所述氣體注入機(jī)構(gòu)3注入的氣體濃度大致穩(wěn)定的情況下，開始導(dǎo)入排氣。
[0058]在此，從所述氣體注入機(jī)構(gòu)3注入的注入氣體的量即所述規(guī)定量被設(shè)定為，如圖3(b)所示，相比于向所述氣體配管I的內(nèi)表面吸附所述吸附氣體和所述注入氣體的吸附量與所述測量對象氣體和所述注入氣體從所述氣體配管I內(nèi)表面剝離的剝離量大致平衡的量，成為等量或等量以上。
[0059]這樣，從發(fā)動機(jī)啟動到停止的期間，對于由所述氣體測量機(jī)構(gòu)21測量的氣體濃度變化，比較了以往的排氣分析裝置的測量結(jié)果和本實(shí)施方式的排氣分析裝置100的測量結(jié)果，并進(jìn)行說明。
[0060]如圖4的坐標(biāo)圖所示，在使用以往的排氣分析裝置的情況下，不是在發(fā)動機(jī)啟動后立刻表示實(shí)際的濃度值，因在配管內(nèi)表面上吸附NH3而產(chǎn)生了響應(yīng)延遲。雖然不久穩(wěn)定在實(shí)際的濃度值，但在發(fā)動機(jī)停止后盡管沒有流入排氣，也檢測出從內(nèi)表面剝離的NH3,濃度指示值平穩(wěn)下降。
[0061]另一方面，按照本實(shí)施方式的排氣分析裝置100，由于從測量開始前使NH3氣體作為注入氣體以一定的濃度值在所述氣體配管I和取樣配管2中流動，所以從導(dǎo)入排氣前成為使規(guī)定的濃度指示值升高的狀態(tài)。然后由于成為圖3 (b)所示那樣的NH3向內(nèi)表面的吸附和剝離大致平衡的狀態(tài)，所以即使假設(shè)在內(nèi)表面吸附源于排氣的NH3，也代之以大致等量的NH3W內(nèi)表面剝離。因此，幾乎不會發(fā)生因吸附造成的響應(yīng)延遲，所以所述氣體測量機(jī)構(gòu)21輸出的濃度指示值可以大致實(shí)時(shí)地再現(xiàn)源于實(shí)際的排氣的濃度變化。
[0062]下面對于不是源于前述的大量排氣的NH3流入的情況，而是例如使發(fā)動機(jī)冷啟動時(shí)等僅僅輸出微量NH3的情況，邊比較以往的排氣分析裝置和本實(shí)施方式的排氣分析裝置100的測量結(jié)果邊進(jìn)行說明。
[0063]如圖5 Ca)的坐標(biāo)圖所示,剛剛開始測量后,在微量的NH3流入排氣分析裝置100的情況下，在以往的情況下，全部的NH3被吸附在氣體配管I和取樣配管2的內(nèi)表面上，甚至所述氣體測量機(jī)構(gòu)21不能檢測出來。即使發(fā)動機(jī)啟動后經(jīng)過了規(guī)定的時(shí)間后，在相對于實(shí)際的NH3濃度出現(xiàn)小的值，或發(fā)生響應(yīng)波形不一致等現(xiàn)象后，實(shí)際的值和測量值一致并穩(wěn)定。此外，在發(fā)動機(jī)停止后，雖然應(yīng)該不會檢測出NH3，但吸附在氣體配管1、取樣配管2上的NH3依次剝離，濃度指示值平穩(wěn)地降低，不能再現(xiàn)實(shí)際的波形。換言之，不僅不能實(shí)時(shí)測量，而且存在其測量值缺少與時(shí)間相關(guān)的信息的缺陷。
[0064]另一方面,在本實(shí)施方式中，從發(fā)動機(jī)啟動前導(dǎo)入注入氣體,使在內(nèi)表面上的NH3的吸附量達(dá)到飽和，所以在發(fā)動機(jī)啟動后，即使是微量的源于排氣的NH3也不吸附在內(nèi)表面上，或者即使吸附也從內(nèi)表面剝離大致等量的NH3。因此，如圖5 (b)所示，即使在剛剛開始測量后存在微量的源于排氣的NH3的情況下，也可以準(zhǔn)確檢測，并可以測量其濃度。即，以往容易誤判斷為本來沒有排出NH3，而本發(fā)明即使是微量的NH3，也不會丟失與排出的時(shí)間相關(guān)的信息，可以準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)測量。因此，可以在排氣測量中得到以往沒有得到的見解，可以更有助于尿素SCR的開發(fā)。
[0065]此外，參照圖6對本實(shí)施方式的排氣分析裝置100測量NH3時(shí)的上升時(shí)間、下降時(shí)間的實(shí)測結(jié)果進(jìn)行說明。在所述實(shí)測中，用氣體注入機(jī)構(gòu)3使規(guī)定量的作為注入氣體的NH3流動，同時(shí)從氣體配管I的入口側(cè)以階躍輸入的方式導(dǎo)入已知量的NH3，對氣體測量機(jī)構(gòu)21的響應(yīng)速度進(jìn)行了評價(jià)。如圖6 (a)所示，(I)在沒有從氣體注入機(jī)構(gòu)3注入NH3，并把NH3導(dǎo)入氣體配管I的情況下，(2)在從氣體注入機(jī)構(gòu)3持續(xù)注入13ppm的NH3,并且再把NH3導(dǎo)入氣體配管I的情況下，(3)在從氣體注入機(jī)構(gòu)3持續(xù)注入23ppm的NH3,并且再把NH3導(dǎo)入氣體配管I的情況下，分別進(jìn)行了測量。
[0066]圖6 (b)是上升時(shí)的放大圖，圖6 (C)是下降時(shí)的放大圖，從圖6 (b)、圖6 (C)可以看出，在(1)、(2)、(3)的試驗(yàn)條件下的上升時(shí)間和下降時(shí)間分別為26s、6s、2s。S卩，注入氣體量增加，NH3越接近吸附在內(nèi)表面上的飽和量，則越具有縮短上升時(shí)間、下降時(shí)間的傾向。此外，在如本實(shí)施方式的排氣分析裝置那樣測量排氣時(shí)，通過邊從所述氣體注入機(jī)構(gòu)3使NH3持續(xù)流動，邊測量排氣中的NH3,證實(shí)了可以改善與氣體測量機(jī)構(gòu)21的NH3測量相關(guān)的響應(yīng)性。
[0067]對其他的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0068]在所述實(shí)施方式中，以排氣分析裝置為例對本發(fā)明的氣體分析裝置進(jìn)行了說明，但也可以是測量其他的氣體作為試樣氣體。此外，作為具有吸附性的測量對象氣體以NH3為例，但也可以是HC1、碳?xì)浠衔?HC)等其他的具有吸附性的氣體。作為碳?xì)浠衔?HC)的例子，可以列舉甲苯等芳香族烴、甲醇和乙醇等醇、高沸點(diǎn)HC等。此外，作為吸附性高的氣體的例子可以列舉N02、SO2, H2O等帶有極性的氣體。
[0069]不僅可以使所述規(guī)定量為保持吸附和剝離平衡狀態(tài)的量，并且可以把所述規(guī)定量設(shè)定為，使所述氣體測量機(jī)構(gòu)表示的與所述注入氣體的量相關(guān)的值在容許差以下。在此，容許差例如表示相對于某種測量儀可以測量的滿刻度預(yù)先容許的誤差量，具體而言，是用滿刻度的幾％左右等數(shù)值表示的值。即，通過保持平衡狀態(tài)，并且預(yù)先使源于注入氣體的濃度指示值為所述氣體測量機(jī)構(gòu)容許的濃度測量值的誤差以內(nèi)，幾乎沒有把測量范圍變窄，而且不進(jìn)行從為了知道源于排氣的濃度值而得到的值減去來自注入氣體的濃度值的操作，也可以知道足夠準(zhǔn)確的值。
[0070]所述污垢判斷部構(gòu)成為根據(jù)作為與吸附性氣體的響應(yīng)速度相關(guān)的值的響應(yīng)時(shí)間，來檢測有無污垢，但例如也可以使用從所述氣體測量機(jī)構(gòu)表示的某個(gè)測量值變成其他測量值時(shí)的變化率等其他相關(guān)的值。即，所述污垢判斷部也可以根據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)測量的濃度值進(jìn)行判斷。在所述實(shí)施方式中，用所述氣體注入機(jī)構(gòu)注入標(biāo)準(zhǔn)氣體，使要實(shí)際測量的濃度成階躍狀，但例如也可以是表現(xiàn)出矩形波形、正弦波形、脈沖形等各種測量值的變化。例如也可以在所述氣體測量機(jī)構(gòu)中測量脈沖形的變化的情況下，在由所述氣體注入機(jī)構(gòu)注入吸附性氣體后，根據(jù)到實(shí)際用所述氣體測量機(jī)構(gòu)檢測之前所需要的時(shí)間，判斷有無污垢。此夕卜，用氣體注入機(jī)構(gòu)注入吸附性的注入氣體的位置是試樣氣體流動的流動通道中，只要是比所述氣體測量機(jī)構(gòu)的測量點(diǎn)靠向上游，可以是任意位置，例如也可以向取樣配管內(nèi)注入吸附性的注入氣體。此外，污垢判斷部不僅檢測有無污垢，還可以根據(jù)測量值判斷污垢的程度。
[0071 ] 此外，也可以取得非吸附性氣體的響應(yīng)時(shí)間，在所述非吸附性氣體的響應(yīng)時(shí)間與所述吸附性氣體的響應(yīng)時(shí)間大致相同的情況下，判斷所述吸引泵需要保養(yǎng)維護(hù)等，或者，在判斷產(chǎn)生泄漏等且僅所述吸附性氣體的響應(yīng)時(shí)間變長的情況下，判斷在測量對象氣體流動的流動通道中存在污垢。例如在存在污垢的情況下，因配管內(nèi)的表面積的變化造成吸附性氣體的響應(yīng)時(shí)間惡化而變長，對此，即使表面積變化，非吸附性氣體也不太受影響，響應(yīng)時(shí)間也幾乎不變。另一方面，在吸引泵存在不良的情況下，對于所述吸附性氣體和所述非吸附性氣體雙方，到達(dá)所述氣體測量機(jī)構(gòu)所需要的時(shí)間增加，雙方的響應(yīng)時(shí)間都增加。這樣，通過比較吸附性氣體和非吸附性氣體的響應(yīng)時(shí)間，所述污垢判斷部可以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)嘏袛嗖煌膬蓚€(gè)響應(yīng)延遲的原因。在這樣構(gòu)成的情況下，優(yōu)選的是所述氣體測量裝置可以同時(shí)測量多個(gè)成分的氣體，作為所述非吸附性氣體的具體例子可以列舉CO、CO2, NO、N2O等。
[0072]此外，所述污垢判斷部不是僅用于排氣分析裝置，也可以用于其他的氣體分析裝置。
[0073]此外，所述氣體測量機(jī)構(gòu)可以用FTIR測量多個(gè)成分的氣體，但也可以僅測量其他的吸附性氣體。具體而言，所述氣體測量機(jī)構(gòu)也可以如NDIR和激光測量那樣僅可以測量NH3等吸附性氣體。此外，所述氣體測量機(jī)構(gòu)測量的值不限于濃度，也可以是流量、體積等與吸附性氣體的量相關(guān)的值。除此以外，所述氣體測量機(jī)構(gòu)的測量點(diǎn)也可以不是在取樣配管內(nèi)，而設(shè)在所述氣體配管內(nèi)。只要是使從所述氣體注入機(jī)構(gòu)注入的注入氣體與測量對象的氣體從比所述測量點(diǎn)靠向上游一起流動即可。
[0074]此外，所述氣體測量機(jī)構(gòu)在所述實(shí)施方式中被設(shè)置在比所述吸引泵更靠向下游，但例如也可以設(shè)置在比所述吸引泵更靠向上游。即使在用這樣的所謂減壓流程構(gòu)成的情況下，對于污垢檢測和具有吸附性的測量對象氣體的測量，可以得到與上述相同的效果。
[0075]此外，當(dāng)然也可以在不違背本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，進(jìn)行各種實(shí)施方式的組合和變形。
[0076]工業(yè)實(shí)用性
[0077]按照上述的本發(fā)明的吸附性氣體分析裝置，由于構(gòu)成為邊用所述氣體注入機(jī)構(gòu)向所述氣體配管內(nèi)注入具有吸附性的注入氣體，邊測量具有吸附性的所述測量對象氣體，所以即使產(chǎn)生煙灰等污垢，也可以立刻產(chǎn)生新的注入氣體的覆層，可以始終使測量對象氣體難以吸附在所述氣體配管內(nèi)的內(nèi)表面上。因此，可以防止產(chǎn)生測量對象氣體的測量誤差和響應(yīng)延遲。即，本發(fā)明可以有效應(yīng)用于例如把吸附性氣體作為測量對象的排氣分析裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種吸附性氣體分析裝置，其特征在于包括: 氣體測量機(jī)構(gòu)，測量與在氣體配管內(nèi)流動的具有吸附性的測量對象氣體的量相關(guān)聯(lián)的值；以及 氣體注入機(jī)構(gòu)，至少在所述氣體測量機(jī)構(gòu)測量所述測量對象氣體期間，從比所述氣體測量機(jī)構(gòu)測量所述測量對象氣體的測量點(diǎn)靠向上游，向所述氣體配管內(nèi)注入規(guī)定量的具有吸附性的注入氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附性氣體分析裝置，其特征在于，所述注入氣體是與所述測量對象氣體成分相同且能由所述氣體測量機(jī)構(gòu)測量的氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附性氣體分析裝置，其特征在于，所述規(guī)定量設(shè)定為，相比于向所述氣體配管的內(nèi)表面吸附所述測量對象氣體和所述注入氣體的吸附量與所述測量對象氣體和所述注入氣體從所述氣體配管的內(nèi)表面剝離的剝離量大致平衡的量，成為等量或等量以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附性氣體分析裝置，其特征在于，所述規(guī)定量設(shè)定為，使所述氣體測量機(jī)構(gòu)表示的與所述注入氣體的量相關(guān)的值在容許差以下。
5.一種吸附性氣體測量方法，其特征在于包括: 氣體測量步驟，測量與在氣體配管內(nèi)流動的具有吸附性的測量對象氣體的量相關(guān)聯(lián)的值；以及 氣體注入步驟，至少在作為測量所述測量對象氣體期間的所述氣體測量步驟中，從比測量所述測量對象氣體的測量點(diǎn)靠向上游，向所述氣體配管內(nèi)注入規(guī)定量的具有吸附性的注入氣體。
【文檔編號】G01N33/00GK103765210SQ201280042315
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月8日
【發(fā)明者】板谷隆宏, 中谷茂 申請人:株式會社堀場制作所