(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の物性を決定する燃料物性決定方法であって、
前記燃料を構成する物質を含んだ複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析して燃料素反応として取得する反応メカニズム解析工程と、
前記燃料素反応に基づいてシミュレーションを行うことにより前記燃料の燃焼特性を算出すると共に当該燃料の燃焼特性に基づいて前記燃料の物性を決定する物性決定工程と
を有することを特徴とする燃料物性決定方法。
【請求項２】
前記燃料の物性がオクタン価であり、前記物性決定工程が前記燃料のオクタン価を決定するオクタン価決定工程であることを特徴とする請求項１記載の燃料物性決定方法。
【請求項３】
前記反応メカニズム解析工程にて、
前記化学反応を記述する複数の素反応式及び該素反応式に関連付けられたパラメータを有する素反応データ、並びに該素反応データからシミュレーションデータを算出するための空間零次元で時間一次元化された方程式を有する演算データを用いてシミュレーションデータを算出する算出工程と、
前記シミュレーションデータが、実験により得られた前記化学反応の際の空間一次元の温度分布を有する実験データを導出可能であるかを判定する判定工程と、
前記素反応データに含まれる前記パラメータを調整可能なパラメータ調整工程とを行い、
前記判定工程にて前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であると判定されるまで、前記パラメータ調整工程及び調整後の前記パラメータを用いた前記算出工程を繰り返し行う
ことを特徴とする請求項２記載の燃料物性決定方法。
【請求項４】
前記オクタン価決定工程にて、前記燃料の燃焼特性と、予め組成が規定された標準燃料の燃焼特性とを比較して前記オクタン価を決定することを特徴とする請求項２または３記載の燃料物性決定方法。
【請求項５】
前記反応メカニズム解析工程にて、前記標準燃料を構成する物質を含んだ複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析して標準燃料素反応として取得し、
前記オクタン価決定工程にて、前記標準燃料素反応に基づいてシミュレーションを行うことにより前記標準燃料の燃焼特性を算出する
ことを特徴とする請求項４記載の燃料物性決定方法。
【請求項６】
前記オクタン価決定工程にて、前記燃料の燃焼特性の１つである、前記燃料を燃焼させた際に発生する冷炎及び熱炎の発熱量、前記燃料を燃焼させた際に発生する冷炎の発熱量と熱炎の発熱量との比、並びに、前記燃料を燃焼させた際に発生する冷炎及び熱炎の着火温度の少なくともいずれかに基づいて前記オクタン価を決定することを特徴とする請求項２〜５いずれかに記載の燃料物性決定方法。
【請求項７】
燃料の物性を決定する燃料物性決定装置であって、
前記燃料を構成する物質を含んだ複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析して燃料素反応として取得する反応メカニズム解析手段と、
前記燃料素反応に基づいてシミュレーションを行うことにより前記燃料の燃焼特性を算出すると共に当該燃料の燃焼特性に基づいて前記燃料の物性を決定する物性決定手段と
を備えることを特徴とする燃料物性決定装置。
【請求項８】
前記燃料の物性がオクタン価であり、前記物性決定手段が前記燃料のオクタン価を決定するオクタン価決定手段であることを特徴とする請求項７記載の燃料物性決定装置。
【請求項９】
前記反応メカニズム解析手段は、
実験により得られた前記化学反応の際の空間一次元の温度分布を実験データとして記憶する実験データ記憶手段と、
前記化学反応を記述する複数の素反応式及び該素反応式に関連付けられたパラメータを素反応データとして記憶する素反応データ記憶手段と、
前記素反応データからシミュレーションデータを算出するための空間零次元で時間一次元化された方程式を演算データとして記憶する演算データ記憶手段と、
前記素反応データ及び前記空間零次元で時間一次元化された方程式を用いて前記シミュレーションデータを算出する算出手段と、
前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であるかを判定する判定手段と、
前記素反応データに含まれる前記パラメータを調整可能なパラメータ調整手段と、
前記判定手段にて前記シミュレーションデータが前記実験データを導出可能であると判定されるまで、前記パラメータ調整手段による前記パラメータの調整及び調整後の前記パラメータを用いた前記算出手段による前記シミュレーションデータの算出を繰り返し実行させる制御手段と
を備えることを特徴とする請求項７記載の燃料物性決定装置。
【請求項１０】
前記オクタン価決定手段は、前記燃料の燃焼特性と、予め組成が規定された標準燃料の燃焼特性とを比較して前記オクタン価を決定することを特徴とする請求項８または９記載の燃料物性決定装置。
【請求項１１】
前記反応メカニズム解析手段が、前記標準燃料を構成する物質を含んだ複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析して標準燃料素反応として取得し、
前記オクタン価決定手段が、前記標準燃料素反応に基づいてシミュレーションを行うことにより前記標準燃料の燃焼特性を算出する
ことを特徴とする請求項１０記載の燃料物性決定装置。
【請求項１２】
前記オクタン価決定手段は、前記燃料の燃焼特性の１つである、前記燃料を燃焼させた際に発生する冷炎及び熱炎の発熱量、前記燃料を燃焼させた際に発生する冷炎の発熱量と熱炎の発熱量との比、並びに、前記燃料を燃焼させた際に発生する冷炎及び熱炎の着火温度の少なくともいずれかに基づいて前記オクタン価を決定することを特徴とする請求項８〜１１いずれかに記載の燃料物性決定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料物性決定方法及び燃料物性決定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料の物性を示す値の１つに、当該燃料の耐ノック性を表す指数であるオクタン価がある。このオクタン価は、耐ノック性の高いイソオクタンを１００、耐ノック性の低いノルマルヘプタンを０とされている。そして、燃料のオクタン価は、当該燃料の耐ノック性が一致するイソオクタンとノルマルヘプタンとの混合燃料（標準燃料）におけるイソオクタンの体積％に相当する値とされている。つまり、燃料の耐ノック性が、イソオクタンの混合割合が体積割合で５０％である上記混合燃料と一致する場合には、当該燃料のオクタン価は５０と示される。
【０００３】
ところで、オクタン価は、その決定手法等に応じて、様々な種類が存在する。例えば、日本等で指標として採用されているリサーチ法オクタン価や、ドイツ等で指標として採用されているモータ法オクタン価がその代表例である。
そして、オクタン価が未知の燃料においてそのオクタン価を決定する場合には、上述の決定手法に則った実験を行うことによってオクタン価を決定している。
【０００４】
具体的には、リサーチ法オクタン価及びモータ法オクタン価では、オクタン価を測定するために専用に設計されたＣＦＲエンジンを上記燃料で駆動し、その際の燃焼室の圧力変動特性を標準燃料で駆動した場合と比較することによってオクタン価を決定している。
内燃機関の燃焼室の圧力値は、ノッキングによって変化する。このため、燃焼室の圧力値を測定することによってノッキングの有無を測定し、さらにその測定タイミングや測定値を測定対象の燃料と標準燃料とで比較することによって上述のオクタン価を決定することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＪＩＳ（日本工業規格）Ｋ２２８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、燃焼室の圧力値は、ＣＦＲエンジンの燃焼室の汚れ具合によって変化する。このため、正確なオクタン価を決定するためには、燃料のオクタン価を決定するための実験に先立ち、燃焼室の汚れ具合を取得するための予備実験を行う必要がある。
例えばリサーチ法オクタン価を決定する場合には、トルエン系点検燃料を用いてＣＦＲエンジンを稼動し、この稼動状況から燃焼室の汚れ具合を求める予備実験を行っている。
そして、この予備実験によって求められた燃焼室の汚れ具合を勘案してオクタン価を決定するための実験を行う必要がある。
つまり、従来のオクタン価の決定手法においては、オクタン価を決定する実験を行う度に、上記予備実験を行う必要があり、その作業が煩雑なものとなる。
【０００７】
なお、リサーチ法オクタン価やモータ法オクタン価に限らず、従来、オクタン価を決定する場合には、内燃機関を対象の燃料と標準燃料とで実際に稼動させて、その稼動状況からオクタン価を決定している。このため、内燃機関の燃焼室等の状況に応じて測定値が変化することとなるため、正確なオクタン価を決定することは容易でない。
【０００８】
また、従来のオクタン価の決定方法では、実際の内燃機関の使用環境に応じたオクタン価を決定しようとする場合には、その都度、実際にその環境を作り出し、その環境の中で上述の実験を行うことによりオクタン価を決定する必要がある。例えば、燃料の温度に応じたオクタン価を決定しようとする場合には、実際に燃料の温度を変えて実験を行う必要がある。
このため、従来のオクタン価の決定方法では、その都度内燃機関を用意し、さらに環境を形成するための設備を整える必要があり、大掛かりな実験を数多く行う必要があり、作業が煩雑なものとなる。
【０００９】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、より容易に燃料の物性（オクタン価等）を決定可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【００１１】
第１の発明は、燃料の物性を決定する燃料物性決定方法であって、上記燃料を構成する物質を含んだ複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析して燃料素反応として取得する反応メカニズム解析工程と、上記燃料素反応に基づいてシミュレーションを行うことにより上記燃料の燃焼特性を算出すると共に当該燃料の燃焼特性に基づいて上記燃料の物性を決定する物性決定工程とを有するという構成を採用する。
【００１２】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記燃料の物性がオクタン価であり、上記物性決定工程が上記燃料のオクタン価を決定するオクタン価決定工程であるという構成を採用する。
【００１３】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記反応メカニズム解析工程にて、上記化学反応を記述する複数の素反応式及び該素反応式に関連付けられたパラメータを有する素反応データ、並びに該素反応データからシミュレーションデータを算出するための空間零次元で時間一次元化された方程式を有する演算データを用いてシミュレーションデータを算出する算出工程と、上記シミュレーションデータが、実験により得られた上記化学反応の際の空間一次元の温度分布を有する実験データを導出可能であるかを判定する判定工程と、上記素反応データに含まれる上記パラメータを調整可能なパラメータ調整工程とを行い、上記判定工程にて上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であると判定されるまで、上記パラメータ調整工程及び調整後の上記パラメータを用いた上記算出工程を繰り返し行うという構成を採用する。
【００１４】
第４の発明は、上記第２または第３の発明において、上記オクタン価決定工程にて、上記燃料の燃焼特性と、予め組成が規定された標準燃料の燃焼特性とを比較して上記オクタン価を決定するという構成を採用する。
【００１５】
第５の発明は、上記第４の発明において、上記反応メカニズム解析工程にて、上記標準燃料を構成する物質を含んだ複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析して標準燃料素反応として取得し、上記オクタン価決定工程にて、上記標準燃料素反応に基づいてシミュレーションを行うことにより上記標準燃料の燃焼特性を算出するという構成を採用する。
【００１６】
第６の発明は、上記第２〜第５いずれかの発明において、上記燃料を燃焼させた際に発生する冷炎及び熱炎の発熱量、上記燃料を燃焼させた際に発生する冷炎の発熱量と熱炎の発熱量との比、並びに、上記燃料を燃焼させた際に発生する冷炎及び熱炎の着火温度の少なくともいずれかに基づいて上記オクタン価を決定するという構成を採用する。
【００１７】
第７の発明は、燃料の物性を決定する燃料物性決定装置であって、上記燃料を構成する物質を含んだ複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析して燃料素反応として取得する反応メカニズム解析手段と、上記燃料素反応に基づいてシミュレーションを行うことにより上記燃料の燃焼特性を算出すると共に当該燃料の燃焼特性に基づいて上記燃料の物性を決定する物性決定手段とを備えるという構成を採用する。
【００１８】
第８の発明は、上記第７の発明において、上記燃料の物性がオクタン価であり、上記物性決定手段が上記燃料のオクタン価を決定するオクタン価決定手段であるという構成を採用する。
【００１９】
第９の発明は、上記第８の発明において、上記反応メカニズム解析手段が、実験により得られた上記化学反応の際の空間一次元の温度分布を実験データとして記憶する実験データ記憶手段と、上記化学反応を記述する複数の素反応式及び該素反応式に関連付けられたパラメータを素反応データとして記憶する素反応データ記憶手段と、上記素反応データからシミュレーションデータを算出するための空間零次元で時間一次元化された方程式を演算データとして記憶する演算データ記憶手段と、上記素反応データ及び上記空間零次元で時間一次元化された方程式を用いて上記シミュレーションデータを算出する算出手段と、上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であるかを判定する判定手段と、上記素反応データに含まれる上記パラメータを調整可能なパラメータ調整手段と、上記判定手段にて上記シミュレーションデータが上記実験データを導出可能であると判定されるまで、上記パラメータ調整手段による上記パラメータの調整及び調整後の上記パラメータを用いた上記算出手段による上記シミュレーションデータの算出を繰り返し実行させる制御手段とを備えるという構成を採用する。
【００２０】
第１０の発明は、上記第８または第９の発明において、上記オクタン価決定手段が、上記燃料の燃焼特性と、予め組成が規定された標準燃料の燃焼特性とを比較して上記オクタン価を決定するという構成を採用する。
【００２１】
第１１の発明は、上記第１０の発明において、上記反応メカニズム解析手段が、上記標準燃料を構成する物質を含んだ複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応を解析して標準燃料素反応として取得し、上記オクタン価決定手段が、上記標準燃料素反応に基づいてシミュレーションを行うことにより上記標準燃料の燃焼特性を算出するという構成を採用する。
【００２２】
第１２の発明は、上記第８〜１１の発明において、上記オクタン価決定手段が、上記燃料の燃焼特性の１つである、上記燃料を燃焼させた際に発生する冷炎及び熱炎の発熱量、上記燃料を燃焼させた際に発生する冷炎の発熱量と熱炎の発熱量との比、並びに、上記燃料を燃焼させた際に発生する冷炎及び熱炎の着火温度の少なくともいずれかに基づいて上記オクタン価を決定するという構成を採用する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、対象となる燃料を構成する物質が燃焼する際の化学反応を構成する素反応が解析され、その後、この解析結果に基づいてシミュレーションを行うことによって対象となる燃料の燃焼特性が算出され、さらにこの燃焼特性に基づいて物性（オクタン価）が決定される。
つまり、本発明によれば、従来、物性（オクタン価）を決定する際に行われていた内燃機関を用いた実験を行うことなく物性（オクタン価）を決定することができる。
したがって、本発明によれば、より容易に燃料の物性（オクタン価）を決定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料物性決定方法及び燃料物性決定装置に用いられる実験データを得るためのマイクロフローリアクタの概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すマイクロフローリアクタにおいて火炎が安定されかつ供給される予混合ガスの流速に依存されない流量が存在することを説明するためのグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態における燃料物性決定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態における燃料物性決定装置の機能構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態における燃料物性決定方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の燃料物性決定方法の中で行った標準燃料を用いたシミュレーション結果を視覚化したグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態における燃料物性決定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２実施形態における燃料物性決定装置の機能構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２実施形態における燃料物性決定方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明に係る燃料物性決定方法及び燃料物性決定装置の一実施形態について説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
本実施形態の燃料物性決定方法及び燃料物性決定装置は、オクタン価が未知である燃料（以下、未知燃料と称する）の燃焼反応における素反応を解析し、この素反応に基づくシミュレーションを行うことで未知燃料のオクタン価（物性）を決定するものである。
ここで、より正確なオクタン価を決定するためには、実現象に即した正確なシミュレーションを実行する必要があり、このためには正確なシミュレーションを実行するための素反応データを得ることが要求される。また、現実的には、この素反応データを出来る限り短時間で取得することが要求される。
【００２７】
そこで、本実施形態の燃料物性決定方法及び燃料物性決定装置においては、これらの要求を満足するために、後述するマイクロフローリアクタ（実験装置）を用いて得られた空間一次元の温度分布（実験データ）と、素反応式、該素反応式に関連付けられたパラメータ、及び空間零次元で時間一次元化された方程式を用いて得られたシミュレーションデータとを比較し、シミュレーションデータが実験データを導出可能となるまで上記パラメータを調整しながら収束計算を行うことによってパラメータの解を得るという素反応の解析手法を用いることにより、未知燃料と酸素との燃焼反応（化学反応）をフルケミストリ解析する。
さらに、本実施形態の燃料物性決定方法及び燃料物性決定装置においては、未知燃料と同様に、標準燃料（イソオクタンとノルマルヘプタンとの混合燃料、イソオクタンのみからなる燃料、あるいはノルマルヘプタンのみからなる燃料）についても、フルケミストリ解析を行う。
【００２８】
本実施形態の燃料物性決定方法及び燃料物性決定装置に先立ち、まずは、正確なシミュレーションを行うための実験データの取得に用いられる上記マイクロフローリアクタ及び当該マイクロフローリアクタを用いて空間一次元の温度分布を取得する方法について説明する。
【００２９】
図１は、マイクロフローリアクタ１００の概略構成を示す模式図である。この図に示すように、マイクロフローリアクタ１００は、管１１０と、供給装置１２０と、ヒータ１３０と、温度測定装置１４０と、測定処理部１５０とを備えている。
【００３０】
管１１０は円筒形状の直管である。そして、管１１０の内部流路１１１の直径は、常温において内部流路１１１に形成される火炎が伝播できずに消炎する限界値である消炎距離よりも小さく設定されている。つまり、管１１０の内部流路１１１は、常温における消炎径よりも小さな直径に設定されている。
【００３１】
供給装置１２０は、燃焼反応される初期物質である燃料（未知燃料あるいは標準燃料）と酸化剤（例えば、酸素や外気）とが混合された予混合ガスＧを管１１０に供給するものであり、管１１０の一端から管１１０の内部流路１１１に予混合ガスＧを流入させることによって管１１０に予混合ガスＧを供給する。
この供給装置１２０は、管１１０に供給する予混合ガスＧの流量を調節可能であり、管１１０に供給する予混合ガスＧの流量を連続的に減少させて、その流量が管１１０の内部流路１１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量となるように設定する。なお、管１１０の内部流路１１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量については、後に詳説する。
また、供給装置１２０は、測定処理部１５０と電気的に接続されており、測定処理部１５０からの指令に基づいて、予混合ガスＧの流量、温度及び圧力等、予混合ガスＧにおける燃料と酸化剤との割合（すなわち燃料と酸化剤との初期濃度）を調節可能とされている。
【００３２】
ヒータ１３０は、管１１０を加熱するものであり、内部流路１１１の温度が常温から予混合ガスＧの流れ方向に連続的に昇温して途中部位において予混合ガスＧの想定着火温度以上となるように管１１０を加熱する。
【００３３】
温度測定装置１４０は、管１１０の内部流路１１１におけるガス温度を計測するものである。この温度測定装置１４０は、測定処理部１５０と電気的に接続されており、測定結果を測定処理部１５０に入力する。
【００３４】
測定処理部１５０は、温度測定装置１４０から入力される測定結果を管１１０の位置に対応付けて記憶することによって温度分布を取得するものである。また、測定処理部１５０は、供給装置１２０から管１１０に供給される予混合ガスＧの流量や温度、予混合ガスＧに含まれる燃料や酸化剤の種類、及び燃料と酸化剤との初期濃度等の実験条件を記憶している。
【００３５】
次に、上述のように構成されたマイクロフローリアクタ１００を用いて空間一次元の温度分布を取得する実験方法（以下、本実験と称する）について説明する。
【００３６】
供給装置１２０から燃料と酸化剤とが所定の初期濃度で混合された予混合ガスＧが、管１１０の内部流路１１１に供給される。
管１１０は内部流路１１１が予混合ガスＧの着火温度以上に加熱されている。このためて、管１１０の内部流路１１１に供給された予混合ガスＧは、管１１０の内部流路１１１を一端部から他端部に向かうにつれて加熱され、着火温度以上に加熱された時点で着火する。
【００３７】
予混合ガスＧが着火されることによって形成された火炎は、管１１０の内部流路１１１における予混合ガスＧの流速が速い場合には振動する。これは、予混合ガスＧの着火と消火が短時間で繰り返されることに起因する。
一方、管１１０の内部流路１１１における予混合ガスＧの流速が遅い場合には、連続的に燃焼状態が維持され、火炎が安定する。
そこで、本実験では、まず先に管１１０の内部流路１１１における流速が十分に速くなるような流量の予混合ガスＧを管１１０に供給し、その後予混合ガスＧの流量を徐々に減少させ、火炎が安定されるまで予混合ガスＧの流量を減少させる。
【００３８】
なお、内部流路１１１における混合ガス（予混合ガスのみからなるガス、あるいは当該予混合ガスと中間生成物とが混合したガスの両方の意味を含み本発明の混合体に相当）の温度は、火炎が形成される位置において急激に上昇する。このため、内部流路１１１における混合ガス温度が急上昇する位置を温度測定装置１４０から入力される測定結果に基づいて解析し、当該位置が変動しなくなるまで予混合ガスＧの流量を減少させることによって火炎を安定化させる。
また、管１１０を内部が目視可能な材料によって形成し、撮像装置等によって火炎の形成位置を確認しながら、火炎の形成位置が安定するまで予混合ガスＧの流量を減少させるようにしても良い。
【００３９】
なお、予混合ガスＧの流量が、火炎が安定されるまで減少されると、火炎の形成位置は予混合ガスＧの流速に影響されなくなる。
図２は、管１１０の内部流路１１１における予混合ガスＧの流速と、安定火炎位置、着火位置及び消火位置との関係を示したグラフである。なお、図２に示すグラフは、直径が２ｍｍの管１１０に対して、メタンと空気の量論比の予混合ガスＧを供給することによって得られたデータに基づくものである。
この図に示すように、予混合ガスＧの流速が速い場合（４０〜１００ｃｍ／ｓ）には、火炎は安定するが、火炎の形成位置が流速に影響されることが分かる。また、これよりも予混合ガスＧの流速が遅い場合（５〜４０ｃｍ／ｓ）には、火炎が振動することが分かる。そして、さらに予混合ガスＧの流速が遅い場合（０．２〜５ｃｍ／ｓ）には、火炎が安定すると共に火炎の形成位置が流速に影響されないことが分かる。このように、管１１０の内部流路１１１における予混合ガスＧの流速に応じて、火炎の状態が変化する。
そして、本実験では、予混合ガスＧの流速が、火炎が安定すると共に火炎の形成位置が流速に影響されない流速となるように、予混合ガスＧの流量が設定される。
【００４０】
このようにして火炎を形成位置が予混合ガスＧの流速に依存しないように安定させた後に、測定処理部１５０は、温度分布を取得して出力する。
【００４１】
そして、本実験においては、内部流路１１１が常温における消炎径よりも小さな直径に設定された非常に細長い直管である管１１０の内部流路１１１において燃焼反応が起こっている。このため、本実験における実験空間は、三次元に広がりを有する実験空間と異なり、流れ方向のみに広がりを有するものである。したがって、本実験の実験結果として取得された温度分布は、空間一次元における温度変化であると考えることができる。
また、本実験においては、火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に依存せず、ヒータ１３０による管１１０の加熱を行うことによって内部流路１１１が外部から熱管理されるため内部流路１１１における熱授受の影響は明確になっている。さらに、予混合ガスＧの流速が小さく、投入熱量が管１１０の熱容量に対して十分小さいため、燃焼反応による管１１０の温度変化は無視することができる。このため、実験環境における不確定要因の影響を排除して温度分布を取得することができる。
このように、本実験においては、実験環境における不確定要因の影響が排除された空間一次元の温度分布を取得することができる。
【００４２】
続いて、本実施形態の燃料物性決定方法及び燃料物性決定装置について説明する。
図３は、本実施形態の燃料物性決定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１は、例えばワークステーションやスーパーコンピュータ等のコンピュータによって具現化されるものであり、図３に示すように、外部記憶装置１０と、内部記憶装置２０と、入力装置３０と、出力装置４０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０とを備えている。
なお、外部記憶装置１０と、内部記憶装置２０と、入力装置３０と、出力装置４０と、ＣＰＵ５０とは、システムバス６０によって互いに接続されている。
【００４３】
外部記憶装置１０は、ＣＰＵ５０の演算処理に用いられる各種データ及びプログラム等を記憶するものであり、本実施形態においては、実験データ１１、素反応データ１２、演算データ１３及びオクタン価決定プログラム１４を格納している。
そして、このような外部記憶装置１０としては、例えばハードディスク装置やリムーバブルメディア装置を用いることができる。なお、実験データ１１、素反応データ１２、演算データ１３及びオクタン価決定プログラム１４は、予め光ディスクやメモリ等のリムーバブルメディアに記憶され、当該リムーバブルディスクが外部記憶装置１０の一構成要件として反応メカニズム解析装置に接続されることによって外部記憶装置１０に記憶されても良いし、またネットワークを介してダウンロードされるあるいは入力装置３０を介して入力されることによって外部記憶装置１０の一構成要件であるハードディスクに記憶されても良い。
【００４４】
実験データ１１は、上述したマイクロフローリアクタ１００によって得られた実験データ及び実験条件を有している。より詳細には、実験データ１１は、実験環境における不確定要因の影響が排除された空間一次元の温度分布、供給装置１２０から管１１０に供給される予混合ガスＧの流量、温度及び圧力等、予混合ガスＧに含まれる燃料や酸化剤の種類、及び燃料と酸化剤との初期濃度等を有している。
そして、図３に示すように、実験データ１１には、未知燃料に関するデータである未知燃料データ１１ａと、標準燃料に関するデータである標準燃料データ１１ｂとが含まれている。
【００４５】
素反応データ１２は、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１にて反応メカニズムを解析する（すなわちフルケミストリ解析を行う）対象である燃料（未知燃料あるいは標準燃料）と酸化剤との燃焼反応を記述する複数の素反応式と、これらの素反応式に関連するパラメータ（例えば頻度係数や活性化エネルギ）とが集められたデータベースである。なお、以下の説明において、当該データベースを素反応機構と称する。
この素反応機構は、既存のものを用いることもできるし、既存の素反応機構が存在しない場合には分子動力学法等によって得ることができる。
また、図３に示すように、素反応データ１２には、未知燃料に関する素反応機構である未知燃料データ１２ａと、標準燃料に関する素反応機構である標準燃料データ１２ｂとが含まれている。
【００４６】
演算データ１３は、ＣＰＵ５０が素反応データ１２及び入力装置３０から入力されるパラメータに基づいて中間生成物の濃度変化や混合ガスの温度変化を算出するための計算式である下式（１），（２）を有している。
なお、ここで言う混合ガスとは、未反応の予混合ガスや燃焼反応の過程で生成される中間生成物が混合されたガスである。
【００４７】
【数１】
0005526408.tif 000002
【００４８】
【数２】
0005526408.tif 000003
【００４９】
そして、式（１）は、通常の空間零次元で時間一次元定圧燃焼における質量保存の式である。また、式（２）は、エネルギ保存の式であり、左辺第一項が混合ガスの内部エネルギを示す項であり、左辺第二項が素反応により移動するエネルギを示す項であり、左辺第三項が混合ガスと外部との熱伝達により移動するエネルギ（すなわち混合ガスとマイクロフローリアクタ１００の壁面（管１１０の内面）との間の熱伝達によって移動するエネルギ）を示す項である。
これらの式（１）と式（２）との連立方程式によって、中間生成物の濃度変化や混合ガスの温度変化が算出される。ここで、式（１）と式（２）とは、独立変数が時間であり、従属変数が濃度と温度であり、さらに位置をパラメータとして含んでいないものであり、空間零次元で時間一次元の方程式である。そして、中間生成物の濃度変化や混合ガスの温度変化は、上述のように空間の概念が除外されて空間零次元で時間一次元化された方程式によって算出される。
【００５０】
また、演算データ１３は、上述の式（１），（２）を用いて算出された混合ガスの温度変化を空間一次元化するための下式（３），（４）を有している。
なお、マイクロフローリアクタ１００における管１１０の熱容量は小流量の予混合ガスによる発熱量より十分に大きい。このため、火炎による管壁温度分布の変化は無視することができる。したがって、管壁温度分布は管１１０の位置に対する関数として与えられる。よって、下式（３），（４）によって上述の式（１），（２）を用いて算出された混合ガスの温度変化を空間一次元化することが可能となる。
【００５１】
【数３】
0005526408.tif 000004
【００５２】
【数４】
0005526408.tif 000005
【００５３】
なお、演算データ１３は、燃焼特性を算出するシミュレーションに必要となる各種計算条件を含んでいる。
【００５４】
オクタン価決定プログラム１４は、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１を、後に説明する図４に示す各機能構成として機能させるためのプログラムである。
なお、オクタン価決定プログラム１４については、後の図４を参照する燃料物性決定装置Ａ１の機能構成の説明において合わせて詳説する。
【００５５】
内部記憶装置２０は、ＣＰＵ５０の動作プログラムを記憶すると共に、ＣＰＵ５０の制御の下、外部記憶装置２０に記憶された各種データ及びプログラムを一時的に記憶し、さらにＣＰＵ５０の演算結果を一時的に記憶するものである。そして、この内部記憶装置２０としては、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等が用いられる。
【００５６】
入力装置３０は、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１に対して外部からデータを入力するためのものであり、例えばキーボードやマウスが用いられる。ただし、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１に対して通信路を介してデータの入力が行われる場合には、通信路とのインターフェイスとなる通信装置を入力装置３０として用いる場合もある。
【００５７】
出力装置４０は、ＣＰＵ５０の制御の下、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶されたデータを出力するものであり、例えばデータを可視化するためのディスプレイやプリンタが用いられる。ただし、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１から通信路を介してデータの出力が行われる場合には、通信路とのインターフェイスとなる通信装置を出力装置４０として用いる場合もある。
【００５８】
ＣＰＵ５０は、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１の動作全体を制御するものである。そして、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１においてＣＰＵ５０は、オクタン価決定プログラム１４に基づいて、中間生成物の濃度変化や混合ガスの温度変化の算出、シミュレーションデータと実験データとの比較及び判定、素反応機構が含むパラメータの調整、さらには素反応機構を用いたシミュレーション、未知燃料のオクタン価の決定等を行う。
【００５９】
図４は、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１の機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１は、上述のオクタン価決定プログラム１４によって、実験データ記憶部１（実験データ記憶手段）と、素反応データ記憶部２（素反応データ記憶手段）と、演算データ記憶部３（演算データ記憶手段）と、算出部４（算出手段）と、判定部５（判定手段）と、パラメータ調整部６（パラメータ調整手段）と、制御部７（制御手段）と、オクタン価決定部８（オクタン価決定手段）して機能する。
なお、本実施形態においては、本発明における反応メカニズム解析手段が、実験データ記憶部１と、素反応データ記憶部２と、演算データ記憶部３と、算出部４と、判定部５と、パラメータ調整部６と、制御部７とによって構成されている。
【００６０】
実験データ記憶部１は上記実験データ１１を記憶する。また、素反応データ記憶部２は上記素反応データ１２を記憶する。また、演算データ記憶部３は上記演算データ１３を記憶する。
そして、オクタン価決定プログラム１４は、実験データ１１、素反応データ１２及び演算データ１３を記憶する外部記憶装置１０、あるいは、実験データ１１、素反応データ１２及び演算データ１３を移した内部記憶装置２０を実験データ記憶部１、素反応データ記憶部２及び演算データ記憶部３として機能させる。
【００６１】
算出部４は、演算データ記憶部３に演算データ１３として記憶された空間零次元で時間一次元化された方程式である上式（１），（２）、実験データ記憶部１に記憶された実験データ１１に含まれる実験条件、及び素反応データ記憶部２に記憶された素反応データ１２を用いて中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化を算出する。
そして、オクタン価決定プログラム１４は、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された実験データ１１、素反応データ１２及び演算データ１３に基づいてＣＰＵ５０に中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化を算出させることによって、燃料物性決定装置Ａ１を算出部４として機能させる。
【００６２】
判定部５は、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化（シミュレーションデータ）と実験データ１１とを比較し、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布（内部流路１１１におけるガス温度分布）を導出可能なものであるかの判定を行う。
具体的には、判定部５は、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化を演算データ記憶部３に演算データ１３として記憶された上式（３），（４）を用いて空間一次元化して、シミュレーション温度分布を算出する。そして、判定部５は、シミュレーション温度分布と、実験データ記憶部１に実験データ１１に含まれる温度分布とを比較する。判定部５は、比較の結果、シミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布と一致若しくは許容される変動範囲に収まっている場合には、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能なものであると判定し、シミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布から許容される変動範囲に収まっていない場合には、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化（すなわちシミュレーションデータ）が実験データに含まれる温度分布を導出不能なものであると判定する。
そして、オクタン価決定プログラム１４は、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された演算データ１３及び算出された混合ガスの温度変化に基づいてＣＰＵ５０にシミュレーション温度分布を算出させ、さらにＣＰＵ５０に外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された実験データ１１に含まれる温度分布とシミュレーション温度分布とを比較させ、算出された混合ガスの温度変化が実験データに含まれる温度分布を導出可能なものであるかを判定させることによって、燃料物性決定装置Ａ１を判定部５として機能させる。
【００６３】
パラメータ調整部６は、素反応データ記憶部２に記憶された素反応データ１２に含まれるパラメータ（頻度係数や活性化エネルギ）を調整する。
具体的には、パラメータ調整部６は、予め定められた順序にて素反応データに含まれる素反応式に関連付けられたパラメータを所定の値分だけ増加あるいは減少させることによって、素反応データ１２に含まれるパラメータを調整する。
そして、オクタン価決定プログラム１４は、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された素反応データ１２に含まれるパラメータをＣＰＵ５０に調整させることによって、燃料物性決定装置Ａ１をパラメータ調整部６として機能させる。
【００６４】
制御部７は、実験データ記憶部１、素反応データ記憶部２、演算データ記憶部３、算出部４、判定部５及びパラメータ調整部６の動作手順等の制御を行う。
そして、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１において制御部７は、判定部５が算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能であると判定した場合には、フルケミストリ解析が完了したと判断し、その時点で外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された最新の中間生成物の濃度変化、混合ガスの温度変化及び素反応データ１２に含まれるパラメータを解析結果として出力装置４０に入力する。
一方、制御部７は、判定部５において算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データに含まれる温度分布を導出不能であると判定した場合には、パラメータ調整部６に素反応データ１２に含まれるパラメータを調整させ、再度算出部４に中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化を算出させ、さらに判定部５に算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる管壁分布温度を導出可能なものであるかの判定をさせる。
そして、オクタン価決定プログラム１４は、ＣＰＵ５０を制御部７として機能させる。
【００６５】
オクタン価決定部８は、フルケミストリ解析が完了して得られるパラメータ調整後の素反応データに基づいてシミュレーション（例えば、ＣＦＤ解析）を行うことにより燃料の燃焼特性を算出すると共に当該燃料の燃焼特性に基づいて前記オクタン価を決定する。
そして、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１においてオクタン価決定部８は、燃料と酸化剤との予混合ガスを燃焼させた場合の冷炎の熱炎との発生状況を燃料の燃焼特性とするシミュレーションを行う。
なお、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１においてオクタン価決定部８は、上述のマイクロフローリアクタで用いられた管１１０と同様の消炎径よりも小さな直径を有する管を用い、当該管に対して長手方向に温度勾配に与え、流量が火炎の形成位置が流速に影響されない流速に設定された予混合ガスＧを管に供給することを想定してシミュレーションを実行する。そして、オクタン価決定部８は、冷炎及び熱炎の発熱量、冷炎と熱炎の発熱量の比、並びに、冷炎と熱炎との着火温度を燃料の燃焼特性として算出する。
【００６６】
さらに、オクタン価決定部８は、未知燃料を用いた場合のシミュレーションによって得られた上記燃焼特性と、標準燃料を用いた場合のシミュレーションによって得られた上記燃焼特性とを比較することによって、未知燃料のオクタン価を決定する。
具体的には、オクタン価決定部８は、イソオクタンとノルマルヘプタンとの混合割合を変化させた複数の標準燃料を用いた場合のシミュレーションを行って各々についての燃焼特性を算出する。また、オクタン価決定部８は、未知燃料を用いた場合のシミュレーションを行って未知燃料の燃焼特性を算出する。そして、オクタン価決定部８は、未知燃料と燃焼特性が合致する標準燃料を特定し、この特定された標準燃料に含まれるイソオクタンの体積割合が示す値を未知燃料のオクタン価として決定する。
【００６７】
そして、オクタン価決定プログラム１４は、ＣＰＵ５０により演算を行い、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０を一時的な演算結果を記憶させることによって燃料の燃焼特性に基づいて前記オクタン価を決定する。つまり、オクタン価決定プログラム１４は、ＣＰＵ５０、外部記憶装置１０及び内部記憶装置２０を上記オクタン価決定部８として機能させる。
【００６８】
なお、制御部７は、オクタン価決定部８において未知燃料のオクタン価が決定された場合には、そのオクタン価を出力装置４０に入力する。この際、制御部７は、オクタン価の他に、オクタン価決定部８において実行されたシミュレーションによって得られた演算結果を合わせて出力装置４０に入力しても良い。
【００６９】
続いて、上述した燃料物性決定装置Ａ１を用いた燃料物性決定方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。
なお、本実施形態における燃料物性決定方法においては、実験データ１１、素反応データ１２及び演算データ１３が既に実験データ記憶部１、素反応データ記憶部２、演算データ記憶部３（外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０）に記憶されているものとする。
【００７０】
まず最初に、制御部７の制御の下、未知燃料の燃焼反応を示す素反応機構と、標準燃料の燃焼反応を示す素反応機構とを解明する反応メカニズム解析工程（ステップＳ１）が行われる。
そして、反応メカニズム解析工程（ステップＳ１）では、未知燃料を構成する物質と酸化剤とを含んだ複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応機構を解析し、この解析結果を未知燃料素反応機構（本発明における燃料素反応）として取得する。
また、反応メカニズム解析工程（ステップＳ１）では、標準燃料を構成する物質と酸化剤とを含んだ複数種類の初期物質同士の化学反応を構成する素反応機構を解析し、この解析結果を標準燃料素反応機構（本発明における標準燃料素反応）として取得する。なお、本実施形態においては、標準燃料素反応機構として、イソオクタンが１００％の標準燃料の燃焼反応を示すものと、ノルマルヘプタンが１００％の標準燃料の燃焼反応を示すものとの２つを取得する。
【００７１】
そして、具体的には、各燃料に対して、図５に示す予備算出工程（ステップＳ１１）と、判定工程（ステップＳ１２）と、パラメータ調整工程（ステップＳ１３）とを行うことによって、各燃料の素反応機構を解析して取得する。
より詳細に説明すると、まず算出部４によって燃焼反応における中間生成物の濃度変化及び混合ガス（上述のように中間生成物が未燃の燃料等が混合されたガス）の温度変化が算出される（予備算出工程Ｓ１１）。
この際、算出部４は、演算データ記憶部３に演算データ１３として記憶された空間零次元で時間一次元化された方程式である上式（１），（２）、実験データ記憶部１に記憶された実験データ１１に含まれる実験条件、素反応データ記憶部２に記憶された素反応データ１２を用いて中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化を算出する。
なお、具体的には、ＣＰＵ５０が、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された実験データ１１に含まれる実験条件と、素反応データ１２に含まれるパラメータと、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された演算データ１３に含まれる式（１），（２）とを用い、さらに式（１）と式（２）とを連立させて濃度変化と温度変化について解くことによって中間生成物の濃度変化及び混合ガスの温度変化が算出される。
【００７２】
続いて、制御部７の制御の下、判定部５によって、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能なものであるかの判定を行う（判定工程Ｓ１２）。
この際、判定部５は、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化を演算データ記憶部３に演算データ１３として記憶された上式（３），（４）を用いて空間一次元化して、シミュレーション温度分布を算出する。そして、判定部５は、シミュレーション温度分布と、実験データ記憶部１に記憶された実験データ１１に含まれる温度分布とを比較する。判定部５は、比較の結果、シミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布と一致若しくは許容される変動範囲に収まっている場合には、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能なものであると判定し、シミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布から許容される変動範囲に収まっていない場合には、算出部４によって算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出不能であると判定する。
具体的には、ＣＰＵ５０が、算出された混合ガスの温度変化を外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された演算データ１３に含まれる式（３），（４）を用いて空間一次元化することでシミュレーション温度分布を算出する。そして、ＣＰＵ５０が、シミュレーション温度分布と外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された実験データ１１に含まれる温度分布とを比較する。続いてＣＰＵ５０が、算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能なものであるかを判定する。
【００７３】
判定工程Ｓ１２において、算出工程Ｓ１１にて算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出不能であると判定された場合には、制御部７の制御の下、パラメータ調整部６によって、素反応データ記憶部２に記憶された素反応データ１２に含まれるパラメータを調整する（パラメータ調整工程Ｓ１３）。
具体的には、ＣＰＵ５０が外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された素反応データ１２に含まれるパラメータを調整する。
そして、パラメータ調整工程Ｓ１３が完了すると、再度算出工程Ｓ１１に移行する。
【００７４】
これらの予備算出工程（ステップＳ１１）と、判定工程（ステップＳ１２）と、パラメータ調整工程（ステップＳ１３）とを繰り返すことによって、判定工程Ｓ１２において、算出工程Ｓ１１にて算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能であると判定されることとなる。
そして、制御部７（ＣＰＵ５０）は、判定工程Ｓ１２において、算出工程Ｓ１１にて算出された混合ガスの温度変化が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能であると判定された場合には、フルケミストリ解析が完了したと判断し、図５に示すようにオクタン価決定工程（ステップＳ２）に移行する。なお、オクタン価決定工程は、本発明における物性決定工程に相当する。
なお、上述のように、予備算出工程（ステップＳ１１）と、判定工程（ステップＳ１２）と、パラメータ調整工程（ステップＳ１３）とは、燃料ごとに行われるため、オクタン価決定工程（ステップＳ２）に移行する際には、未知燃料素反応機構及び標準燃料素反応機構が全て取得された状態となっている。そして、これらの未知燃料素反応機構及び標準燃料素反応機構は、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶されている。
【００７５】
次に、オクタン価決定工程（ステップＳ２）は、素反応機構に基づいてシミュレーションを行うことにより燃料の燃焼特性を算出すると共に当該燃料の燃焼特性に基づいて未知燃料のオクタン価を決定する工程である。
【００７６】
具体的には、オクタン価決定工程（ステップＳ２）においては、図５に示すように、本算出工程（ステップＳ２１）と、決定工程（ステップＳ２２）と、出力工程（ステップＳ２３）とを行うことによってオクタン価を決定し、その決定した値を出力する。
【００７７】
より詳細に説明すると、オクタン価決定部８が素反応機構を用いることによって、燃料の燃焼特性をシミュレーションにより算出する（本算出工程Ｓ２１）。
例えば、オクタン価決定部８は、標準燃料素反応機構を用いることによって、標準燃料を燃焼反応させた際に発生する冷炎及び熱炎の発熱量、冷炎と熱炎の発熱量の比、並びに、冷炎と熱炎との着火温度を燃料の燃焼特性として算出する。
【００７８】
図６は、オクタン価決定部８において、標準燃料を燃焼反応させるシミュレーションを行い、その結果得られたシミュレーション結果を視覚化したものである。なお、図６には、オクタン価０（ＰＲＦ０）の標準燃料の燃焼特性と、オクタン価２０（ＰＲＦ２０）の標準燃料の燃焼特性と、オクタン価４０（ＰＲＦ４０）の標準燃料の燃焼特性と、オクタン価６０（ＰＲＦ６０）の標準燃料の燃焼特性と、オクタン価８０（ＰＲＦ８０）の標準燃料の燃焼特性と、オクタン価１００（ＰＲＦ１００）の標準燃料の燃焼特性とを示している。また、図６においてＴｗは、シミュレーションに用いた管の管壁温度（すなわち管内部のガス温度）を示している。また、図６の横軸は、管の長手方向における位置を示している。
そして、標準燃料を燃焼反応させる際に発生する冷炎の発熱量は、図６における左側に群集するグラフの各々が囲う面積によって示され、熱炎の発熱量は、図６における右側に群集するグラフの各々が囲う面積によって示される。つまり、例えば、オクタン価０の標準燃料を燃焼反応させた際に発生する冷炎の発熱量は、図６における左側においてＰＲＦ０で示されるグラフが囲う面積によって示されている。
また、標準燃料を燃焼反応させる際に発生する冷炎の着火温度は、図６における左側に群集するグラフの立ち上がり位置によって示され、熱炎の着火温度は、図６における右側に群集するグラフの立ち上がり位置によって示さている。
【００７９】
なお、実際に未知燃料が使用される環境は、通常、高圧環境である。しかしながら、図６を得るためのシミュレーションは、燃焼特性を説明するために行ったシミュレーションであるため、圧力条件を大気圧に設定して計算を行った。このため、オクタン価４０〜１００の標準燃料については、冷炎が発生しない結果となっている。
ただし、実際に未知燃料が使用される環境と同じ圧力条件でシミュレーションを行った場合には、オクタン価４０〜１００の標準燃料についても燃焼反応の際に冷炎が発生し、上記燃焼特性（冷炎及び熱炎の発熱量、冷炎と熱炎の発熱量の比、並びに、冷炎と熱炎との着火温度）が算出される。
【００８０】
さらに図６では、Ｔｗで示される温度勾配が、上述したマイクロフローリアクタ１００の管１１０に与えられた温度勾配と同一に設定されており、これによってＴｗが単純な直線となっていない。
しかしながら、オクタン価決定部８で行うシミュレーションにおいては、温度勾配Ｔｗをマイクロフローリアクタに合わせる必要はなく、自由に設定することができ、この設定した温度勾配に応じたシミュレーション結果を得ることができる。
このように、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ１及び燃料物性決定方法では、素反応機構さえ解析することができれば、オクタン価決定部８におけるシミュレーションにおいては、素反応機構以外のパラメータを任意に設定することが可能となる。
このため、圧力環境や燃料の温度を、容易に変更してシミュレーションを行うことができ、未知燃料の実際の使用環境に合わせたシミュレーション結果を容易に算出することができる。
【００８１】
図５に戻り、本算出工程（ステップＳ２１）では、オクタン価決定部８は、未知燃料素反応機構を用いることによって、未知燃料を燃焼反応させた際に発生する冷炎及び熱炎の発熱量、冷炎と熱炎の発熱量の比、並びに、冷炎と熱炎との着火温度を燃料の燃焼特性として算出する。
【００８２】
なお、具体的には、ＣＰＵ５０が、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された素反応機構を用いてオクタン価決定プログラムに基づいて燃料の燃焼特性を算出する。
【００８３】
続いて、制御部７の制御の下、オクタン価決定部８によって、本算出工程Ｓ２１で算出された未知燃料の燃焼特性と標準燃料の燃焼特性とを比較して、未燃燃料のオクタン価を決定する（決定工程Ｓ２２）。
この際、オクタン価決定部８は、冷炎及び熱炎の発熱量、冷炎と熱炎との発熱量との比、並びに、冷炎及び熱炎の着火温度のいずれかあるいは複数を未燃燃料と標準燃料との間で比較し、未知燃料と燃焼特性が合致する標準燃料を特定し、この特定された標準燃料に含まれるイソオクタンの体積割合が示す値を未知燃料のオクタン価として決定する。
なお、具体的には、ＣＰＵ５０が、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０に記憶された燃焼特性同士を比較して未知燃料のオクタン価を決定する。
【００８４】
最後に、制御部７の制御の下、オクタン価決定部８によって、決定工程Ｓ２２で決定された未知燃料のオクタン価が出力される（出力工程Ｓ２３）。
具体的には、ＣＰＵ５０が未知燃料のオクタン価を出力装置４０に入力することによって、出力装置４０において未知燃料のオクタン価が視覚化されて出力される。
【００８５】
以上のような本実施形態における燃料物性決定装置Ａ１、燃料物性決定方法及び燃料物性決定プログラムによれば、未燃燃料を構成する物質が燃焼する際の化学反応を構成する素反応が解析され、その後、この解析結果に基づいてシミュレーションを行うことによって未燃燃料の燃焼特性が算出され、さらにこの燃焼特性に基づいてオクタン価が決定される。
つまり、本実施形態における燃料物性決定装置Ａ１、燃料物性決定方法及び燃料物性決定プログラムによれば、従来、オクタン価を決定する際に行われていた内燃機関を用いた実験を行うことなくオクタン価を決定することができる。
したがって、本実施形態における燃料物性決定装置Ａ１、燃料物性決定方法及び燃料物性決定プログラムによれば、によれば、より容易に燃料のオクタン価を決定することが可能となる。
【００８６】
また、本実施形態における燃料物性決定装置Ａ１、燃料物性決定方法及び燃料物性決定プログラムによれば、フルケミストリ解析の際に、シミュレーションデータが空間零次元で時間一次元化された方程式に基づいて算出されるため、計算量を減少させることが可能となる。
また、本実施形態の本実施形態における燃料物性決定装置Ａ１、燃料物性決定方法及び燃料物性決定プログラムによれば、マイクロフローリアクタによって得られた実験環境における不確定要因に影響されない空間一次元の温度分布に合うように、素反応データ１２に含まれるパラメータの調整が行われる。このため、実験環境における不確定要因に影響されずに、実現象である燃焼反応を的確に予測可能とするパラメータの解を得ることができ、正確なフルケミストリ解析を行うことが可能となる。
このように、本実施形態における燃料物性決定装置Ａ１、燃料物性決定方法及び燃料物性決定プログラムによれば、計算負荷が小さくかつ正確なフルケミストリ解析が可能となる。
【００８７】
また、本実施形態における燃料物性決定装置Ａ１、燃料物性決定方法及び燃料物性決定プログラムによれば、従来のオクタン価の決定方法と同様に、未知燃料の燃焼特性と、予め組成が規定された標準燃料の燃焼特性とを比較してオクタン価が決定されているため、決定したオクタン価を従来手法で得られたオクタン価と同様に扱うことが可能となる。
【００８８】
また、本実施形態における燃料物性決定装置Ａ１、燃料物性決定方法及び燃料物性決定プログラムによれば、未知燃料の燃焼反応を構成する素反応（未知燃料素反応機構）のみならず、標準燃料の燃焼反応を構成する素反応（標準燃料素反応機構）のフルケミストリ解析も行った。
このため、オクタン価を決定する際のシミュレーションをより正確に計算することが可能となり、より正確に未知燃料のオクタン価を決定することができる。
ただし、標準燃料は予めその組成が知られているため、既に十分に精度の高い素反応機構が用意されている場合も考えうる。このような場合には、当該素反応機構を用いることによって、標準燃料に対するフルケミストリ解析を省略しても良い。このような場合には、標準燃料を用いたマイクロフローリアクタ１００における実験も行わなくても良い。
【００８９】
また、本実施形態における燃料物性決定装置Ａ１、燃料物性決定方法及び燃料物性決定プログラムによれば、未知燃料のオクタン価を決定するために、未知燃料の燃焼特性と標準燃料の燃焼特性を比較する際に、冷炎及び熱炎の発熱量、冷炎と熱炎との発熱量との比、並びに、冷炎及び熱炎の着火温度のいずれかあるいは複数を未燃燃料と標準燃料との間で比較する。
冷炎及び熱炎の発熱量、冷炎と熱炎との発熱量との比、並びに、冷炎及び熱炎の着火温度は、いずれもノッキングの主たる原因とされる冷炎に関わるものである。このため、冷炎及び熱炎の発熱量、冷炎と熱炎との発熱量との比、並びに、冷炎及び熱炎の着火温度のいずれかあるいは複数を未燃燃料と標準燃料との間で比較することによって、決定するオクタン価を信頼度の高いものとすることができる。
【００９０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００９１】
本実施形態の燃料物性決定装置Ａ２は、図７に示すように、外部記憶装置１０に、オクタン価決定部８において行われるシミュレーションの解析条件１５が格納されている。なお、ここで言う解析条件とは、オクタン価決定部８において行われるシミュレーション（ＣＦＤ解析等）において許容される計算量や、当該シミュレーションによって解析したい中間生成物の種類等の情報を含むものである。
【００９２】
そして、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ２は、図８に示すように、オクタン価決定プログラム１４によって、解析条件記憶部９ａと、選択部９ｂとして機能される。
【００９３】
解析条件記憶部９ａは上記解析条件１５を記憶する。
そして、オクタン価決定プログラム１４は、解析条件１５を記憶する外部記憶装置１０、あるいは、解析条件１５を移した内部記憶装置２０を解析条件記憶部９ａとして機能させる。
【００９４】
選択部９ｂは、化学反応を記述する複数の素反応式を解析条件１５に基づいて選択すると共に選択された素反応式に関連付けられたパラメータを調整するものである。
具体的には、選択部９ｂは、解析条件記憶部９ａに記憶された解析条件１５に基づいて選択すべき素反応式（オクタン価決定部８のシミュレーションにより解析したい中間生成物を含む素反応式）を優先して選択し、さらにオクタン価決定部８のシミュレーションを行う場合に許容される計算負荷を満足するように選択する素反応式の数を決定し、これらに基づいて素反応式の選択を行う。
また、選択部９ｂは、選択した素反応式のみを用いて再度シミュレーション温度分布を算出し、実験データ１１が含む温度分布と比較し、シミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布に対して許容範囲に収まらない場合には、シミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布に対して一致若しくは許容範囲に収まるまで繰り返し選択した素反応式に関連するパラメータを調整して上記計算を繰り返す。
そして、オクタン下決定プログラム１４は、外部記憶装置１０あるいは内部記憶装置２０及びＣＰＵ５０を用いて本実施形態の燃料物性決定装置Ａ２を選択部９ｂとして機能させる。
【００９５】
そして、本実施形態の燃料物性決定装置Ａ２において制御部７は、判定部５においてシミュレーション温度分布が実験データ１１に含まれる温度分布を導出可能であると判定された場合に選択部９ｂによる素反応式の選択及びパラメータの調整を実行させる。
つまり、本実施形態の反応メカニズム解析方法においては、図９に示すように、反応メカニズム解析工程Ｓ１とオクタン価決定工程Ｓ２との間に、素反応式の選択及び選択された素反応式に関連付けられたパラメータの調整を行う選択工程Ｓ３が実行される。
【００９６】
このような本実施形態の燃料物性決定装置Ａ２、燃料物性決定方法及び燃料物性決定プログラムによれば、正確なフルケミストリ解析によって得られた素反応式を、解析された素反応を基に行われるシミュレーションの解析条件に最適化することが可能となる。
【００９７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００９８】
例えば、上記実施形態においては、燃料と酸化剤との燃焼反応を構成する素反応の解析を行う場合について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料と、酸化剤以外の他の物質との化学反応を構成する素反応を解析し、燃料の物性を決定することに用いることもできる。
【００９９】
また、上記実施形態においては、実験データ１１として含まれる温度分布を、マイクロフローリアクタ１００によって取得する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、燃焼反応の際の正確な空間一次元の温度分布を取得可能な装置であれば、空間一次元の温度分布を他の実験装置によって取得しても良い。
【０１００】
また、上記実施形態においては、内部流路１１１を流れるガスの温度分布を空間一次元の温度分布として用いる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす場合には、内部流路１１１を流れるガスと管１１０の管壁温度とがほぼ等しくなるため、管１１０の壁面温度分布（管壁温度分布）を空間一次元の温度分布として用いることも可能である。
また、予混合ガスＧの流速が速い場合には火炎の形成位置が振動するが、この場合の実験結果を実験データ１１に含め、当該実験結果を素反応データ１２に含まれるパラメータの調整に用いることもできる。
【０１０１】
また、上記実施形態においては、空間零次元で時間一次元化された方程式を用いて算出された混合ガスの温度変化を一次元化することによってシミュレーション温度分布を算出し、シミュレーション温度分布と実験により得られた温度分布とを比較して判定する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば実験により得られた温度分布を空間零次元で時間一次元化して、空間零次元で時間一次元化された方程式を用いて算出された混合ガスの温度変化と比較して判定を行う構成を採用することもできる。
【０１０２】
また、上記実施形態においては、最終的に解析が完了した後に、中間生成物の濃度変化、混合ガスの温度変化及び素反応データに含まれるパラメータを解析結果として出力する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、最終的に解析が完了する前の各種データ（例えば、判定工程においてＮＧとされたパラメータ及び該パラメータに基づく中間生成物の濃度変化、混合ガスの温度変化等）を出力するようにしても良い。
【０１０３】
また、上記実施形態においては、管１１０の内部流路１１１における混合ガスの温度変化から混合ガスのシミュレーション温度分布を算出し、実験データとして管１１０の内部流路１１１における混合ガスの温度分布を取得し、上記シミュレーション温度分布と実験データとされる温度分布とを比較し、これによってシミュレーションデータが実験データを導出可能であるかを判定する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、管１１０の内部流路１１１における中間生成物の濃度変化から濃度分布をシミュレーションデータとして算出し、実験データとして管１１０の内部流路１１１における中間生成物の濃度分布を取得し、シミュレーションデータとして算出された濃度分布と実験データとされる濃度分布を比較し、これによってシミュレーションデータが実験データを導出可能であるかを判定しても良い。
なお、中間生成物の濃度は、管１１０の内部流路１１１における混合ガスをサンプリングする、あるいはレーザ計測による測定を行うことによって実験データとして取得することが可能である。また、これらの濃度計測は管１１０のいずれの位置で実施しても良い。このため、例えば、冷炎と熱炎が発生するような場合、冷炎と熱炎との中間位置で濃度計測を行うことで冷炎からの中間生成物濃度のみを計測することも可能である。
【０１０４】
また、上記実施形態においては、マイクロフローリアクタ１００を常温、大気圧の環境に配置して実験を行うことによって実験データを取得した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、マイクロフローリアクタ１００を、未知燃料が使用される環境により近づけて実験を行っても良い。これによって、実際に使用される環境における未知燃料のオクタン価をより正確に決定することが可能となる。
【０１０５】
また、上記実施形態においては、標準燃料の燃焼反応に対するフルケミストリ解析は、イソオクタンが１００％のものと、ノルマルヘプタンが１００％のものとに対してのみ行った。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、イソオクタンとノルマルヘプタンとが混合された標準燃料の燃焼反応に対するフルケミストリ解析を行っても良い。
ただし、この場合には、マイクロフローリアクタ１００において、フルケミストリ解析の対象とされる標準燃料を用いた実験を行う必要がある。
【０１０６】
また、上記実施形態においては、計算負荷を低減させるために、空間零次元で時間一次元の方程式を用いて計算を行う例について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、計算時間が許容されるのであれば、他の方程式を用いて計算を行うことも可能である。例えば、空間三次元で時間一次元の方程式を用いて計算を行っても良い。
【０１０７】
また、上記実施形態においては、未知燃料の物性としてオクタン価を決定する例について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、未知燃料の物性としてセタン価を決定する場合に適用することも可能である。この場合には、上記実施形態のオクタン価をセタン価と読み替えることにより実施が可能である。
【０１０８】
また、上記実施形態においては、マイクロフローリアクタにおいて火炎が振動せずに安定された状態で実験データを取得し、さらには、シミュレーションにおいても火炎が振動しない条件を設定して計算を行った。
しかしながら、同一条件で実験及びシミュレーションを行うことによって未知燃料の物性を決定することが可能であるため、本発明では、必ずしもマイクロフローリアクタにおいて火炎が振動せずに安定された状態で実験データを取得し、さらには、シミュレーションにおいても火炎が振動しない条件を設定して計算を行う必要はない。
つまり、本発明においては、マイクロフローリアクタにおいて火炎が振動している状態で実験データを取得し、さらには、シミュレーションにおいても火炎が振動する条件を設定して計算を行っても良い。
【符号の説明】
【０１０９】
Ａ１，Ａ２……燃料物性解析装置、１……実験データ記憶部（実験データ記憶手段）、２……素反応データ記憶部（素反応データ記憶手段）、３……演算データ記憶部（演算データ記憶手段）、４……算出部（算出手段）、５……判定部（判定手段）、６……パラメータ調整部（パラメータ調整手段）、７……制御部（制御手段）８……オクタン価決定部（物性決定手段）、１４……オクタン価決定プログラム
【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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【図８】
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【図９】
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