(57)【要約】      （修正有）【課題】温度分布などが存在する条件下でも内部ＥＧＲ濃度の定量測定が可能な既燃ガス分布挙動計測方法を提供する。【解決手段】内燃機関における既燃ガス分布挙動計測方法であって、燃焼によって燃焼前より高い蛍光を発する燃焼生成物を生成する蛍光発光前駆物質と、ベース燃料と、燃焼生成物に相当する基準物質とを含む燃焼前混合気を燃焼させて、その燃焼後の燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する第一計測工程と、蛍光発光前駆物質とベース燃料とを含む燃焼前混合気を燃焼させて、その燃焼後の燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する第二計測工程と、を含み、第二計測工程の蛍光強度と第一計測工程および第二計測工程の蛍光強度の差との蛍光強度比分布と、第一計測工程の基準物質の濃度と第二計測工程の燃焼生成物の濃度との濃度比と、平均内部ＥＧＲ率とから、内部ＥＧＲ率分布を求める。【選択図】図６
2009198436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の既燃ガスの一部を内部ＥＧＲとして筒内に循環させる内燃機関における前記既燃ガスの挙動を計測する既燃ガス分布挙動計測方法であって、
燃焼によって燃焼前より高い蛍光を発する燃焼生成物を生成する蛍光発光前駆物質と、ベース燃料と、前記燃焼生成物に相当する基準物質とを含む燃焼前混合気を燃焼させて、その燃焼後の燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する第一計測工程と、
前記蛍光発光前駆物質と前記ベース燃料とを含む燃焼前混合気を燃焼させて、その燃焼後の燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する第二計測工程と、
を含み、
前記第二計測工程の蛍光強度と前記第一計測工程および第二計測工程の蛍光強度の差との蛍光強度比分布と、前記第一計測工程の基準物質の濃度と前記第二計測工程の燃焼生成物の濃度との濃度比と、平均内部ＥＧＲ率とから、内部ＥＧＲ率分布を求めることを特徴とする既燃ガス分布挙動計測方法。
【請求項２】
内燃機関の既燃ガスの一部を内部ＥＧＲとして筒内に循環させる内燃機関における前記既燃ガスの挙動を計測する既燃ガス分布挙動計測方法であって、
燃焼によって燃焼前より高い蛍光を発する燃焼生成物を生成する蛍光発光前駆物質と、ベース燃料とを含む燃焼前混合気を燃焼させて、その燃焼後の燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する第一計測工程と、
前記ベース燃料と、前記燃焼生成物に相当する基準物質とを含む燃焼前混合気を燃焼させて、その燃焼後の燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する第二計測工程と、
前記ベース燃料を含む燃焼前混合気を燃焼させて、その燃焼後の燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する第三計測工程と、
を含み、
前記第一計測工程の蛍光強度と前記第二計測工程および第三計測工程の蛍光強度の差との蛍光強度比分布と、前記第二計測工程の基準物質の濃度と前記第一計測工程の燃焼生成物の濃度との濃度比と、平均内部ＥＧＲ率とから、内部ＥＧＲ率分布を求めることを特徴とする既燃ガス分布挙動計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の既燃ガスの一部を内部ＥＧＲとして筒内に循環させる内燃機関において既燃ガス分布の挙動を計測する既燃ガス分布挙動計測方法である。
【背景技術】
【０００２】
従来より内燃機関において、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量低減を目的に、内燃機関の排ガス（既燃ガス）の一部を排気還流管を介して吸気通路に循環させ、シリンダ内に還流させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気ガス再循環）装置が広く知られている。これは、既燃ガスを一度エンジンの外部である排気還流管に取り出すため、外部ＥＧＲと呼ばれている。外部ＥＧＲ装置においては、ＥＧＲガス流量は、排気還流管に介装されたＥＧＲ制御弁の角度を可変とすることにより制御されている。
【０００３】
また最近では、上記外部ＥＧＲ装置とは別に、ＨＣＣＩ（予混合圧縮自己着火燃焼）の燃焼率制御などを目的として、吸気弁、または排気弁、あるいはその両方に可変動弁機構を装着し、既燃ガスの一部を吸気管に吹き戻して次のサイクルで吸気弁より再吸引する、または排気管に出た既燃ガスの一部を排気弁から再吸入する、さらには排気行程途中で排気弁を閉じることで既燃ガスの一部を排気させない、などの動作により直接既燃ガスの一部をシリンダ内に還流させる装置も使われている。これは、既燃ガスをエンジン内部で還流させるため、内部ＥＧＲと呼ばれている。内部ＥＧＲ装置においては、ＥＧＲガス流量は可変動弁系の弁開閉時期を変化させることにより制御されている。
【０００４】
このようなＥＧＲ装置においては、機関に吸入される全てのガス（新気とＥＧＲガスとの混合ガス）の流量に対するＥＧＲガス流量の比であるＥＧＲ率を求め、このＥＧＲ率に基づいてＥＧＲガス流量を制御するようになっている。さらに、燃焼を精密に制御するために、筒内に意図的にＥＧＲの分布をつける試みも行われている。従って、ＥＧＲガス流量の制御などの機関制御において、シリンダ内におけるＥＧＲガス流量やＥＧＲガスの２次元分布を精度良く計測することは極めて重要である。
【０００５】
内燃機関から排出されるＥＧＲガスを計測するためには、炭化水素系燃料からの燃焼生成物（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＮＯなど）を計測すれば可能であり、それらの計測について検討されてきた。また、燃焼ガスのトレーサとなる物質を添加し、それを計測することによってＥＧＲガス分布を計測することがなされてきた。
【０００６】
例えば、非特許文献１には、多光子吸収を用いて燃焼生成物であるＨ２Ｏを計測して、ＥＧＲ濃度を測定する方法が記載されている。また、非特許文献２には、ラマン散乱法を用いて燃焼生成物であるＨ２Ｏ、ＣＯ２あるいはＯ２の濃度などの計測を行うことによりＥＧＲ濃度を測定する方法が記載されている。これらは原理的には内部ＥＧＲ、外部ＥＧＲ共計測可能な手法といえる。
【０００７】
また、外部ＥＧＲの計測に関して、非特許文献３には、吸気管よりトレーサとしてＳＯ２を添加し、ＳＯ２が蛍光を発することを利用した既燃ガス挙動を計測する方法が記載されている。
【０００８】
また、図９に示すように、吸気バルブ１６０および排気バルブ１８０を備える内燃機関１００の筒内からの排気ガスは排気管１４０より排気され、一部はＥＧＲライン２００を通り吸気管１２０に戻されるが、この排気から吸気の間で蛍光剤添加装置２２０から外部ＥＧＲトレーサとして蛍光剤を混入させることにより、外部ＥＧＲ挙動の計測をすることが知られている。
【０００９】
さらに、特許文献１には、蛍光発光前駆物質およびベース燃料を含む燃焼前混合気を燃焼させて、燃焼前混合気より高い強度の蛍光を発するＳＯ２などの燃焼生成物を生成させ、その燃焼生成物を含む燃焼後混合気が発する蛍光強度（ＬＩＦ（レーザ誘起蛍光）法などによる）を計測することにより、内部ＥＧＲ分布および外部ＥＧＲ分布を測定することが記載されている。
【００１０】
【非特許文献１】ヨハンソン（Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ）ら、「ソサエティ・オブ・オートモーティブ・エンジニアズ（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）論文」、１９９５年、９５２４６３番、ｐｐ．１２９−１３９
【非特許文献２】チャン（Ｚｈａｎｇ）ら、「ＣＯＭＯＤＩＡ」、２００４年、ｐｐ．１−７
【非特許文献３】ジック（Ｓｉｃｋ）ら、「Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ（アプライド・フィジックス）Ｂ」、２００２年、７４巻、ｐｐ．４６１−４６３
【特許文献１】特開２００７−１７０９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、非特許文献１のような多光子吸収によるＨ２Ｏ−ＬＩＦ法では、信号強度が弱く、エンジン筒内のＥＧＲガス濃度の２次元分布計測は困難である。Ｈ２Ｏ濃度を増加させれば信号強度は増すことになるが、エンジン筒内の計測ではＨ２Ｏ濃度は任意に決められないため、本手法でのＥＧＲガス濃度の２次元分布計測は困難である。また、非特許文献２のようなラマン散乱法による計測では、やはり信号強度が弱く、点計測の測定になるため、２次元のＥＧＲガス挙動を捉えることは困難である。また、信号強度が微弱であるため、高精度の計測が困難である。
【００１２】
また、非特許文献３のような吸気に既燃ガストレーサとして非燃焼性物質であるＳＯ２を添加する方法では、既燃ガス領域と未燃ガス領域共にＳＯ２ガスが含まれることになり、既燃ガスと未燃ガスとの分離が不可能であり、ＥＧＲガス単独の挙動を観察することができない。
【００１３】
また、図９のようなＥＧＲライン２００を通るＥＧＲガス（外部ＥＧＲガス）に燃焼性の外部ＥＧＲトレーサを加え、その挙動を筒内計測する計測方法では、外部ＥＧＲトレーサは燃焼で消失するので既燃ガス領域は発光しないため、外部ＥＧＲガスのみの挙動観察は可能であるが、ＥＧＲラインを通らずに筒内に直接還流する内部ＥＧＲガス挙動計測を行うことができない。
【００１４】
さらに、特許文献１の方法におけるＳＯ２などの蛍光強度（ＬＩＦ強度など）は、一般的に雰囲気温度、雰囲気ガス組成によって異なる。したがって、例えば空間的にＳＯ２濃度が同じであっても温度分布が存在すれば、ＬＩＦ強度は異なる。同様に雰囲気圧力やガス組成に分布があればＬＩＦ強度は影響を受ける。すなわち、ＬＩＦ強度がＳＯ２濃度に比例せず、定量的な測定は困難である。
【００１５】
本発明は、このような温度分布などが存在する条件下でも内部ＥＧＲ濃度の定量測定が可能な既燃ガス分布挙動計測方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、内燃機関の既燃ガスの一部を内部ＥＧＲとして筒内に循環させる内燃機関における前記既燃ガスの挙動を計測する既燃ガス分布挙動計測方法であって、燃焼によって燃焼前より高い蛍光を発する燃焼生成物を生成する蛍光発光前駆物質と、ベース燃料と、前記燃焼生成物に相当する基準物質とを含む燃焼前混合気を燃焼させて、その燃焼後の燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する第一計測工程と、前記蛍光発光前駆物質と前記ベース燃料とを含む燃焼前混合気を燃焼させて、その燃焼後の燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する第二計測工程と、を含み、前記第二計測工程の蛍光強度と前記第一計測工程および第二計測工程の蛍光強度の差との蛍光強度比分布と、前記第一計測工程の基準物質の濃度と前記第二計測工程の燃焼生成物の濃度との濃度比と、平均内部ＥＧＲ率とから、内部ＥＧＲ率分布を求める既燃ガス分布挙動計測方法である。
【００１７】
また、本発明は、内燃機関の既燃ガスの一部を内部ＥＧＲとして筒内に循環させる内燃機関における前記既燃ガスの挙動を計測する既燃ガス分布挙動計測方法であって、燃焼によって燃焼前より高い蛍光を発する燃焼生成物を生成する蛍光発光前駆物質と、ベース燃料とを含む燃焼前混合気を燃焼させて、その燃焼後の燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する第一計測工程と、前記ベース燃料と、前記燃焼生成物に相当する基準物質とを含む燃焼前混合気を燃焼させて、その燃焼後の燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する第二計測工程と、前記ベース燃料を含む燃焼前混合気を燃焼させて、その燃焼後の燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する第三計測工程と、を含み、前記第一計測工程の蛍光強度と前記第二計測工程および第三計測工程の蛍光強度の差との蛍光強度比分布と、前記第二計測工程の基準物質の濃度と前記第一計測工程の燃焼生成物の濃度との濃度比と、平均内部ＥＧＲ率とから、内部ＥＧＲ率分布を求める既燃ガス分布挙動計測方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、内燃機関の既燃ガスの一部を内部ＥＧＲとして筒内に循環させる内燃機関における既燃ガス分布の挙動を計測する既燃ガス分布挙動計測方法において、蛍光発光前駆物質およびベース燃料を含む燃焼前混合気から生じる燃焼生成物と同様の基準物質を混合させることによって、混合された基準物質の蛍光強度分布が内燃機関筒内の温度分布などの影響を受けた状態の参照画像の役割を果たすため、このような温度分布などが存在する条件下でも内部ＥＧＲ濃度の定量測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００２０】
本発明の実施形態に係る既燃ガス分布挙動計測装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。既燃ガス分布挙動計測装置１は、レーザシート光発生装置１０（図１においては図示せず）と、可視化エンジン１２と、ＩＣＣＤカメラ１４とを備える。可視化エンジン１２は、透明シリンダ１６および透明ピストン１８を備える。また、レーザシート光発生装置１０の一例の概略を図２に示す。レーザシート光発生装置１０は、レーザ発振器２０と、ミラー２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅと、ハーフミラー２４と、シリンドリカルレンズ２６ａ，２６ｂとを備える。
【００２１】
図２のレーザシート光発生装置１０において、レーザ発振器２０から発振されるレーザ光２８は、ハーフミラー２４およびミラー２２ａにより２方向に分けられた後、一方はミラー２２ｂを経てシリンドリカルレンズ２６ａにより、もう一方はミラー２２ｄを経てシリンドリカルレンズ２６ｂによりそれぞれシート状にされる。そのレーザシート３０ａ，３０ｂがそれぞれミラー２２ｃ，２２ｅを経て図１の可視化エンジン１２の両側から対向入射となるように透明シリンダ１６内に導かれる。一方、図１の可視化エンジン１２内部は、透明ピストン１８に加え、ミラー３２により方向が転換され、出射窓３４から観察できるようになっており、ＵＶレンズ３６にフィルタ３８を装着したＩＣＣＤカメラ１４により、可視化エンジン１２内部で発生する蛍光の強度が測定される。既燃ガス分布挙動計測装置１においては、可視化エンジン１２のサイド（横方向からのレーザ入射）を可視化エンジン１２の下方向からＩＣＣＤカメラ１４で観察する。これにより、筒内の横断面を計測することができる。この場合、レーザシート３０ａ，３０ｂはそれぞれ可視化エンジン１２の前方向、後ろ方向の両側から入射させているが、これはレーザ光の燃焼生成物などによる吸収の影響を減じるためである。
【００２２】
また、本発明の実施形態に係る既燃ガス分布挙動計測装置の他の例の概略を図３に示す。また、レーザシート光発生装置１０の他の例の概略を図４に示す。レーザシート光発生装置１０は、レーザ発振器２０と、ミラー２２ｆ，２２ｇと、シリンドリカルレンズ２６ｃとを備える。
【００２３】
図４のレーザシート光発生装置１０において、レーザ発振器２０から発振されるレーザ光２８は、ミラー２２ｆを経てシリンドリカルレンズ２６ｃにより、シート状にされる。そのレーザシート３０ｃがミラー２２ｇを経て図３の可視化エンジン１２の下方向から透明シリンダ１６内に導かれる。一方、ＵＶレンズ３６にフィルタ３８を装着したＩＣＣＤカメラ１４により、可視化エンジン１２内部で発生する蛍光の強度が透明シリンダ１６を介して測定される。既燃ガス分布挙動計測装置３においては可視化エンジン１２のボトム（下方向からのレーザ入射）を可視化エンジン１２の横方向からＩＣＣＤカメラ１４で観察する。これにより、筒内の縦断面を計測することができる。
【００２４】
図５に、可視化エンジン１２の吸気系および排気系の概略構成を示す。可視化エンジン１２は、燃焼室４０と、透明シリンダ１６と、透明ピストン１８と、吸気管４２と、排気管４４と、吸気バルブ４６と、排気バルブ４８と、燃料噴射弁５０と、点火プラグ５２とを備える。吸気管４２の上流側には基準物質供給手段として、ＳＯ２ガスなどのボンベ５４が設置され、ガス流量調整弁５６、マスフローメータ５８を介して基準物質ガス（例えばＳＯ２ガス）を吸気管４２に供給可能である。また、基準物質濃度測定手段としてのマスフローメータ５８による基準物質ガスの流量計測に加えて、可視化エンジン１２の排気管４４の下流側に燃焼生成物濃度測定手段としてＳＯ２濃度測定装置６０を設置して、燃焼後混合気である排気ガス中のＳＯ２などの燃焼生成物の濃度を測定することによって、より精度の高い計測が可能である。
【００２５】
＜第１の方法＞
本実施形態に係る既燃ガス分布挙動計測方法では、蛍光発光前駆物質と、ベース燃料と、燃焼生成物に相当する基準物質（例えば、ＳＯ２）とを含む燃焼前混合気を、可視化エンジン１２の燃焼室４０で燃焼させて、燃焼前混合気より高い強度の蛍光を発する燃焼生成物（例えば、ＳＯ２）を生成させる。そして、この燃焼生成物および基準物質を含む燃焼後混合気が発する蛍光の強度をＩＣＣＤカメラ１４により計測する（第一計測工程）。シリンドリカルレンズ２６ａ，２６ｂあるいは２６ｃにより２次元のシート状にされたレーザシート３０ａ，３０ｂあるいは３０ｃを用いることにより、２次元計測が可能となる。
【００２６】
次に、蛍光発光前駆物質とベース燃料とを含む燃焼前混合気を燃焼室４０で燃焼させて、燃焼生成物（例えば、ＳＯ２）を生成させる。そして、この燃焼生成物を含む燃焼後混合気が発する蛍光の強度をＩＣＣＤカメラ１４により計測する（第二計測工程）。そして、第二計測工程の蛍光強度と第一計測工程および第二計測工程の蛍光強度の差との蛍光強度比分布と、第一計測工程の基準物質（ここではＳＯ２）の濃度と第二計測工程の燃焼生成物（ここではＳＯ２）の濃度との濃度比と、あらかじめ求めた平均内部ＥＧＲ率とから、内部ＥＧＲ率分布を求める。なお、第一計測工程および第二計測工程の計測順序は問わない。
【００２７】
第一計測工程における燃焼前混合気に含まれる基準物質の濃度は、例えば、図５のマスフローメータ５８により測定することができる。また、ＳＯ２濃度測定装置６０により、第一計測工程における燃焼後混合気の燃焼生成物および基準物質の濃度を測定して、第二計測工程における燃焼後混合気の燃焼生成物の濃度を測定して、それらの差分を取ることにより、上記基準物質の濃度を求めてもよい。
【００２８】
例えばベース燃料としてイソオクタン、蛍光発光前駆物質として下記ＤＴＢＳ、基準物質としてＳＯ２を用いた場合の例に説明すると、図６に示すように、吸気管４２の上流側にＳＯ２ボンベを設け、燃焼運転時に吸気管４２よりＳＯ２をイソオクタンおよびＤＴＢＳに混合させた場合の蛍光強度から求められる分布画像Ｘを計測し（第一計測工程）、ＳＯ２を混合しない場合の蛍光強度から求められる分布画像Ｙを計測し（第二計測工程）、第一計測工程および第二計測工程の蛍光強度の差分画像Ｚ（＝画像Ｘ−画像Ｙ）を求める。第二計測工程の分布画像Ｙと差分画像Ｚとの蛍光強度分布比と、第一計測工程の基準物質ＳＯ２の濃度Ｂ１と第二計測工程の燃焼生成物ＳＯ２の濃度Ｂ２との濃度比と、あらかじめ求めた平均内部ＥＧＲ率とから、内部ＥＧＲ率分布の絶対濃度を得ることが可能である。
【００２９】
本方法において、燃料（ベース燃料＋蛍光発光前駆物質）から生じるトレーサＳＯ２と同様のＳＯ２を基準物質として吸気管４２から混合させることによって、吸気管４２から混合されたＳＯ２の強度分布が、可視化エンジン１２筒内のレーザシート分布、温度分布、酸素濃度分布（内部ＥＧＲ濃度分布）、雰囲気ガス組成分布、雰囲気ガス圧力分布などの影響を受けた状態の参照画像の役割を果たすため、内部ＥＧＲ率の定量計測が可能となる。
【００３０】
＜第２の方法＞
なお、ベース燃料の燃焼時に基準物質を混合させる方法も考えられる。この方法では、蛍光発光前駆物質とベース燃料とを含む燃焼前混合気を燃焼室４０で燃焼させて、燃焼生成物（例えば、ＳＯ２）を生成させる。そして、この燃焼生成物を含む燃焼後混合気が発する蛍光の強度をＩＣＣＤカメラ１４により計測する（第一計測工程）。
【００３１】
次に、ベース燃料と、基準物質（例えば、ＳＯ２）とを含む燃焼前混合気を燃焼室４０で燃焼させて、この基準物質を含む燃焼後混合気が発する蛍光の強度をＩＣＣＤカメラ１４により計測する（第二計測工程）。
【００３２】
さらに、ベース燃料を含む燃焼前混合気を燃焼室４０で燃焼させて、燃焼後混合気が発する蛍光強度を計測する（第三計測工程）。そして、第一計測工程の蛍光強度と第二計測工程および第三計測工程の蛍光強度の差との蛍光強度比分布と、第二計測工程の基準物質（ここではＳＯ２）の濃度と第一計測工程の燃焼生成物（ここではＳＯ２）の濃度との濃度比と、あらかじめ求めた平均内部ＥＧＲ率とから、内部ＥＧＲ率分布を求める。なお、第一計測工程、第二計測工程および第三計測工程の計測順序は問わない。
【００３３】
例えばベース燃料としてイソオクタン、蛍光発光前駆物質として下記ＤＴＢＳ、基準物質としてＳＯ２を用いた場合の例に説明すると、図７に示すように、イソオクタンおよびＤＴＢＳを混合させた場合の蛍光強度から求められる分布画像Ｓを計測し（第一計測工程）、吸気管４２の上流側にＳＯ２ボンベを設け、燃焼運転時に吸気管４２よりＳＯ２をイソオクタンに混合させた場合の蛍光強度から求められる分布画像Ｐを計測し（第二計測工程）、ＳＯ２を混合しない場合の蛍光強度から求められる分布画像Ｑを計測し（第三計測工程）、それらの差分画像Ｒ（＝画像Ｐ−画像Ｑ）とを求める。第一計測工程の分布画像Ｓと差分画像Ｒとの蛍光強度分布比と、第二計測工程の基準物質ＳＯ２の濃度Ｄ１と第一計測工程の燃焼生成物ＳＯ２の濃度Ｄ２との濃度比と、あらかじめ求めた平均内部ＥＧＲ率とから、内部ＥＧＲ率分布の絶対濃度を得ることが可能である。
【００３４】
なお、図７において、噴射弁を２つ設け、２種の燃料（（１）イソオクタン＋ＤＴＢＳ，イソオクタン、（２）イソオクタン，ＤＴＢＳ）を別々に噴射することも可能である。ただし、噴射弁および噴射装置を２つ持つことから実用的ではなく、また（２）の場合、燃料混合が不十分となる可能性があり、やはり実用的ではない。
【００３５】
測定精度および装置などの点からは、計測が２回であることから、上記第１の方法がより好ましい。
【００３６】
透明シリンダ１６は、レーザ光（紫外光）を透過する石英ガラスなどの透明材料から構成される。また、透明ピストン１８も同様に石英ガラスなどの透明材料から構成される。
【００３７】
ベース燃料としては、試験対象内燃機関で使用される燃料に性状（沸点、平均分子量など）が近い燃料が好ましい。また、入射レーザ波長に対して明確な蛍光を発しない燃料が好ましく、飽和炭化水素やアルコール系燃料などを用いることができる。環状構造を持つ炭化水素や不飽和炭化水素の一部、あるいはケトン基、アルデヒド基を持つ燃料はこの条件に合致しない。
【００３８】
蛍光発光前駆物質としては、気体もしくは液体で存在し、入射レーザ波長に対して強い蛍光を発せず、ベース燃料の燃焼に伴って当該物質も反応し、燃焼前に比べ十分高い強度の蛍光を発する燃焼生成物を生成させる必要がある。ただし、この燃焼生成物が液体状態あるいは粒子状状態になると、透明シリンダ１６および透明ピストン１８を汚損し計測が困難となるため、内燃機関作動ガスの温度範囲全域において気体状態である必要がある。以上の観点から蛍光を発する燃焼生成物はＳＯ２が好ましい。このため、蛍光発光前駆物質としては、蛍光を発する燃焼生成物としてＳＯ２が発生するように、硫黄原子を含有する化合物であることが好ましい。さらに、取り扱いにおける安全上の問題から、蛍光発光前駆物質としては毒物および劇物取締法で指定される物質を除くことが好ましい。
【００３９】
硫黄原子を含有する蛍光発光前駆物質としては、例えば、下記式（１）で表される化合物が挙げられる。
【化１】
2009198436.tif 000003
なお、式（１）中、ｘは２〜３０の整数、ｙは６〜６２の整数、ｚは１〜５の整数であり、ｘは２〜２２の整数が好ましく、ｙは６〜４６の整数が好ましく、ｚは１もしくは２であることが好ましい。ｘが３０を越えると、蛍光発光前駆物質の分子量が大きくなり、エンジンの燃焼条件において燃焼が十分に起こらない場合がある。また、ｚが５を越えると、蛍光発光前駆物質に含まれる硫黄原子の量が多くなり、燃焼前の状態で蛍光を発する場合がある。また、上記式（１）で表される化合物のうち、環状構造を有する化合物は除く。蛍光発光前駆物質が環状構造を有すると、燃焼前の状態で蛍光を発する場合がある。
【００４０】
また、硫黄原子を含有する蛍光発光前駆物質としては下記式（２）で表される化合物が挙げられる。
【化２】
2009198436.tif 000004
なお、式（２）中、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して水素原子、飽和非環式炭化水素基および不飽和非環式炭化水素基から選択され、Ｒ１およびＲ２の炭素数の合計が２〜３０であり、ｗは１〜５の整数であり、Ｒ１およびＲ２の炭素数の合計は５〜２２であることが好ましく、ｗは１もしくは２であることが好ましい。Ｒ１およびＲ２の炭素数の合計が３０を越えると、蛍光発光前駆物質の分子量が大きくなり、エンジンの燃焼条件において燃焼が十分に起こらない場合がある。また、ｗが５を越えると、蛍光発光前駆物質に含まれる硫黄原子の量が多くなり、燃焼前の状態で蛍光を発する場合がある。また、蛍光発光前駆物質が環状構造を有すると、燃焼前の状態で蛍光を発する場合がある。
【００４１】
これらの化合物のうち、硫黄原子の数が少なく、沸点が１５０〜２００℃と自動車用燃料燃焼の沸点範囲にあり、毒物、劇物ではないなどの点から下記式（３）で示される化合物（ＤＴＢＳ：Ｄｉ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ  ｓｕｌｆｉｄｅ：Ｃ８Ｈ１８Ｓ）あるいは（４）で表される化合物（Ｄｉ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ  ｄｉｓｕｌｆｉｄｅ：Ｃ８Ｈ１８Ｓ２）が好ましい。
【化３】
2009198436.tif 000005
【００４２】
本実施形態においては、ベース燃料に蛍光発光前駆物質を含有させて燃焼させるが、ベース燃料に対する蛍光発光前駆物質の含有量は５０重量％以下であることが好ましく、２０重量％以下であることがより好ましく、計測に対して十分な精度の蛍光強度が得られる含有量にすることが好ましい。ベース燃料に対する蛍光発光前駆物質の含有量が５０重量％を越えると、内燃機関の燃焼特性がベース燃料のみの場合に比べて著しく変化する場合がある。
【００４３】
基準物質としては、蛍光発光前駆物質から発生する燃焼生成物と同じ物質であればよい。燃焼前混合気における基準物質の量は例えば、１０００ｐｐｍ以下である。これは燃焼前混合気において体積比で０．１％程度に過ぎず、燃焼状態における基準物質の影響を無視することができる。また、基準物質の濃度は、基準物質の純度、得られる画像のＳＮ比などに応じて調整すればよい。
【００４４】
基準物質は、燃焼前混合気において十分に混合されていればよいが、吸気管４２の十分上流において混合させた方が吸入空気に十分混合するため、より好ましい。
【００４５】
使用する励起光は、紫外領域、可視領域または赤外領域の波長であればよく特に制限はないが、酸素による吸収の影響が少なく、かつ高い蛍光強度が期待できるという点から励起光の波長は１９０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲の紫外領域であることが好ましい。励起波長は使用する蛍光発光前駆物質に応じて決めればよい。例えば、２４８ｎｍ、２６６ｎｍ、３０８ｎｍなどの波長のレーザ光などを用いることができる。
【００４６】
また、紫外領域、可視領域または赤外領域にある波長λ１の励起光に対する、ベース燃料、蛍光発光前駆物質および空気を含む燃焼前混合気のモル蛍光強度をＩ１、蛍光を発する燃焼生成物および空気を含む燃焼後混合気のモル蛍光強度をＩ２としたときに、所定の温度、圧力においてＩ２／Ｉ１≧１０であることが好ましく、Ｉ２／Ｉ１≧３０であることがより好ましく、Ｉ２／Ｉ１≧５０であることが更に好ましい。Ｉ２／Ｉ１＜１０であると、測定精度が低下する場合がある。また、ベース燃料、蛍光発光前駆物質および空気を含む燃焼前混合気は、精度良く測定を行うために蛍光をほとんど発しないことが好ましい。すなわち、蛍光発光前駆物質を含むベース燃料（混合燃料）は蛍光をほとんど発しないことが好ましい。
【００４７】
燃焼後の燃焼生成物により発生する蛍光を測定する方法としては、化学発光分析法、ラマン散乱法、ＣＡＲＳ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ａｎｔｉ−Ｓｔｏｋｅｓ  Ｒａｍａｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法、レーザ誘起蛍光（ＬＩＦ：Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）法などが挙げられるが、安定して強い光強度が得られ、現象の２次元分布計測が可能なレーザ誘起蛍光法が好ましい。本実施形態においては、燃焼生成物がＳＯ２であり、ＳＯ２からのＬＩＦ光を計測して、エンジン筒内のＥＧＲガス挙動を計測することが好ましい。
【００４８】
本実施形態に係る既燃ガス分布挙動計測方法によれば、エンジン筒内の内部ＥＧＲ分布の定量的な分布計測が可能となるため、その分布等を制御することで内部ＥＧＲの効果を飛躍的に高めた燃焼を実現することが可能となる。また、ＣＦＤ（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  ｆｌｕｉｄ  ｄｙｎａｍｉｃｓ）の検証が可能となるため、エンジン開発工数の低減に寄与できる。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
（実施例１）
実験装置として、図３，４，５に示す可視化エンジン１２、光学系を用いた。透明シリンダ１６は、レーザ光（紫外光）を透過する石英ガラスからなるものを用いた。透明ピストン１８も同様に石英ガラスからなるものを用いた。吸気管４２の上流には純ＳＯ２ガス（純度９９．９％以上）のボンベ５４を設置し、ガス流量調整弁５６、マスフローメータ５８を介してＳＯ２ガスを吸気管４２に供給可能とした。また、マスフローメータ５８による流量計測に加え、エンジンの排気管４４の下流にＳＯ２濃度測定装置を設置した。
【００５１】
ＸｅＣｌエキシマレーザから照射された波長３０８ｎｍのレーザ光を、シリンドリカルレンズ２６ｃを用いて、縦約１ｍｍ×横約６０ｍｍのシート状に成形した。このレーザシート２６ｃを透明ピストン１８の下方向よりミラー３２を介して筒内に導いた。蛍光の測定はＵＶレンズ３６を装着したＩＣＣＤカメラ１４に、その前方に３１５ｎｍ以上の波長を通すフィルタ３８を装着して行った。レーザ光とＩＣＣＤカメラ１４の同期は、図示されない時間遅延装置（パルスディレイジェネレータ）を用いて調整した。
【００５２】
＜内部ＥＧＲ分布定量計測＞
まず、本エンジンの平均内部ＥＧＲ率を別途サンプリング計測などで求めておき、その値をｘ［％］とした。上記装置を用いて、まず吸気管４２上流から既知量のＳＯ２を吸入空気に混合させ、ＤＴＢＳを含む燃料（イソオクタン）を燃焼させた内部ＥＧＲ分布を撮影した（条件（１）、画像Ｘ）。なお、測定は、エンジンボア８６ｍｍに対して観察範囲５１ｍｍとした。次に条件（１）において吸気管４２でのＳＯ２噴射は行わず、内部ＥＧＲ分布を撮影した（条件（２）、画像Ｙ）。ここで、吸気管４２から混合する純ＳＯ２ガス（９９．９％以上）量は、１０００ｐｐｍ以下であり、これは体積比で０．１％に過ぎず、燃焼状態における条件（１）、（２）の変化は無視できる。したがって、条件（１）と条件（２）とでは吸気管４２で混合されたＳＯ２が極微量存在するか否かの違いがあるだけで、燃焼状態はほとんど同じである。すなわち、筒内の温度条件ならびに内部ＥＧＲ分布は同等である。ここで、画像Ｘから画像Ｙを差分した画像（画像Ｚ）は、吸気管４２から混合されたＳＯ２によるＬＩＦ画像となる。吸気管４２上流より噴射されたＳＯ２は、吸入空気に十分上流から混合されているため、エンジン筒内では空間的に均一に分布していると考えられる。ただし、得られる画像はレーザシートの不均一な分布の影響を含んでいる。さらに、筒内の温度分布、酸素濃度などの影響も含んでいる。また、条件（１）時の排気管４４の下流でのＳＯ２濃度は、３３００ｐｐｍであり、条件（２）での排気管４４の下流でのＳＯ２濃度は、２５００ｐｐｍであった。すなわち、３３００ｐｐｍ−２５００ｐｐｍにより、吸気管４２から噴射されたＳＯ２濃度は、８００ｐｐｍであることがわかった。次に画像処理にて、画像Ｙ／画像Ｚ（すなわち、画像Ｙ／（画像Ｘ−画像Ｙ））を得た。条件（２）でのＳＯ２濃度は２５００ｐｐｍであるため、２５００ｐｐｍ相当のＬＩＦ強度が得られる領域は内部ＥＧＲ率１００％となる。すなわち、内部ＥＧＲ率（％）＝（画像Ｙ／画像Ｚ）×（（８００（１＋（ｘ／（１００−ｘ）））／２５００）×１００である。このようにして測定した内部ＥＧＲ濃度の定量結果を図８に示す。
【００５３】
このように、温度分布などが存在する条件下でも内部ＥＧＲ濃度の定量測定が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る既燃ガス分布挙動計測装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレーザシート光発生装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る既燃ガス分布挙動計測装置の他の例を示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係るレーザシート光発生装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係る可視化エンジンの一例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の実施形態に係る既燃ガス分布挙動計測方法における、第１の方法の概略を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る既燃ガス分布挙動計測方法における、第２の方法の概略を示す図である。
【図８】本発明の実施例１における内部ＥＧＲ濃度の定量結果を示す図である。
【図９】従来のＥＧＲ計測（外部ＥＧＲ計測）の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１，３  既燃ガス分布挙動計測装置、１０  レーザシート光発生装置、１２  可視化エンジン、１４  ＩＣＣＤカメラ、１６  透明シリンダ、１８  透明ピストン、２０  レーザ発振器、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ  ミラー、２４  ハーフミラー、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ  シリンドリカルレンズ、２８  レーザ光、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  レーザシート、３２  ミラー、３４  出射窓、３６  ＵＶレンズ、３８  フィルタ、４０  燃焼室、４２，１２０  吸気管、４４，１４０  排気管、４６，１６０  吸気バルブ、４８，１８０  排気バルブ、５０  燃料噴射弁、５２  点火プラグ、５４  ボンベ、５６  ガス流量調整弁、５８  マスフローメータ、６０  ＳＯ２濃度測定装置、１００  内燃機関、２００  ＥＧＲライン、２２０  蛍光剤添加装置。
【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９】
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【図８】
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