(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
囲まれた空間（３）の内部に含まれるガス中での温度波頭の伝播速度を決定する方法であって、前記囲まれた空間（３）の壁（４）の上に、前記温度波頭の伝播軸（９）にほぼ沿って、既知の距離（ｄ）だけ分離して配置され、１０マイクロ秒以下の応答時間を有する二つの熱イオンプローブ（５）および（６）を前記波頭が通過する間に経過した時間を測定することを特徴とする方法。
【請求項２】
一方では、ガスを含み、かつ温度波頭を生ずる手段（１６）が設けられている囲まれた空間（３）を、他方では、前記囲まれた空間（３）の壁（４）に、温度波頭の伝播軸（９）にほぼ沿って、既知の距離（ｄ）だけ分離して配置され、１０マイクロ秒以下の応答時間を有する少なくとも二つの熱イオンプローブ（５）および（６）を含み、前記プローブ（５）および（６）が、温度波頭が各プローブを通った時に発生する信号を分離する電気的時間測定手段（１３）に接続されることを特徴とするガス中での温度波頭の伝播速度を決定する装置。
【請求項３】
囲まれた空間（３）が、その内部でピストン（１４）が動き、少なくとも一個の点火プラグ（１６）が装着されているシリンダヘッド（４）により一端部がふさがれている少なくとも一つのシリンダ（１８）を備える燃焼エンジンの燃焼室であり、温度波頭が、燃焼室（２）の内部に噴射されて、点火プラグ（１６）によって点火された可燃混合物の燃焼によって形成され、熱イオンプローブ（５）および（６）が前記シリンダヘッド（４）に装着されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス中での温度波頭の伝播速度を決定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車両のエンジンにおける燃焼の研究では、燃焼混合物の重要な固有の特性の一つ、すなわち、炎の層伝播速度について知ることが必要である。
【０００３】
その速さは混合物の組成と、その温度と、その圧力とに依存する。
【０００４】
この速さを測定する装置が、パリ所在の「Ｅｄｉｔｉｏｎｓ  Ｔｅｃｈｎｉｐ」により１９８７年１１月５日に刊行された、エンジン科学グループ・セミナー、Ｒｕｅｉｌ  Ｍａｌｍａｉｓｏｎ（フランス）の文書「ＬＡ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＤＡＮＳ  ＬＥＳ  ＭＯＴＥＵＲＳ  Ｄ′ＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥ（自動車両エンジンにおける燃焼）」に記載されている。
【０００５】
この装置は、製品エンジンから誘導され、特に石英窓を通じて、燃焼室を光学的に観察できるようにするように設計された実験エンジンと、レーザビーム発生器と、このビームを処理する光学手段と、高速度カメラとを含む。
【０００６】
この装置により燃焼室の内部を炎が進む様子が観察可能になり、記録した映像を分析することにより炎の伝播速度が決定できる。
【０００７】
この装置は非常に高価で、かつ使用が難しく、時間がかかる。このエンジンは、大幅な改造なしにはエンジンの燃焼室内の炎の伝播速度が測定できず、しかもたとえば、エンジン設定パラメータの関数として、または燃料のパラメータの関数としてその速度を変更できない。
【０００８】
この装置は高速度カメラの記録速度によっても制限される。実際には、５０００ｒｐｍより低い速度で回転しているエンジンにおける現象を観察することに限定される。
【０００９】
火炎面の速度を決定する既知の方法は、球面室法として知られている方法である。この方法によると、中央の点火点から、一定容積燃焼と、平滑で球面状の、室の中心に関して対称である状態を経時的に維持すると仮定される火炎面を達成することが可能になる。
【００１０】
火炎面の速度は囲まれた空間内の動圧を測定することから、可燃混合物の特性パラメータを使用するダイナミック燃焼モデルによって計算される。
【００１１】
この方法は、内燃機関の燃焼室やガスタービンの燃焼室など、可変容積の囲まれた空間内の火炎面の伝播速度の測定に適用できない。
【００１２】
したがって、燃料およびエンジンの研究にはあまり適さない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、それらの欠点を克服し、特に囲まれた空間、特に可変容積の囲まれた空間内に含まれるガス中での温度波頭（temperature wave front）の伝播速度を決定する方法および装置を得ることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この方法およびこの装置は、エンジン、ガスタービンおよび圧縮機を研究するセンターで使用できる。この方法およびこの装置により、それらの機械を設定パラメータおよび運転パラメータの関数として研究できるようになり、かつそれらの機械に供給される可燃物および燃料が研究できるようになる。
【００１５】
この方法およびこの装置は使用が容易であり、温度波頭の伝播速度を測定する場所である囲まれた空間に大幅な変更を加えることを要せず、かつ測定した量から速度を計算するために複雑な数学モデルを使用することを要しない。
【００１６】
そのために、本発明は、囲まれた空間の壁の上に、温度波頭の伝播軸線にほぼ沿って、既知の距離だけ分離して配置され、１０マイクロ秒以下の応答時間を有する二つの電荷検出プローブを前記波頭が通過する間に経過する時間を測定することを特徴とする囲まれた空間の内部に含まれるガス中での温度波頭の伝播速度を決定する方法を提案するものである。
【００１７】
本発明の他の特徴によれば、電荷検出プローブは熱イオンプローブである。
【００１８】
本発明の他の主題は、一方では、ガスを含み、かつ温度波頭を生ずる手段が設けられている囲まれた空間を、他方では、前記囲まれた空間の壁に、温度波頭の伝播軸線にほぼ沿って、既知の距離だけ分離して配置され、１０マイクロ秒以下の応答時間を有する少なくとも二つの電荷検出プローブを含み、前記プローブが、温度波頭が各プローブを通った時に発生する信号を分離する電気的時間測定手段に接続されることを特徴とするガス中での温度波頭の伝播速度を決定する装置である。
【００１９】
本発明の装置の他の特徴によれば、電荷検出プローブは熱イオンプローブである。
【００２０】
最後に、本発明の装置の特定の実施形態によれば、囲まれた空間は、その内部をピストンが動き、少なくとも一個の点火プラグが装着されているシリンダヘッドにより一端部がふさがれている少なくとも一つのシリンダを備える燃焼エンジンの燃焼室であり、温度波頭が、燃焼室の内部に噴射されて、点火プラグにより点火された可燃混合物の燃焼によって形成され、電荷検出プローブは前記シリンダヘッドに装着される。
【００２１】
本発明は、添付の図面を参照すれば、よりよく理解できよう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
一般に、本発明の方法および装置は、囲まれた空間内に含まれる熱いガス中の温度波頭の伝播速度を決定するために使用される。
【００２３】
これは一定容積または可変容積の囲まれた空間に適している。
【００２４】
図１は本発明の装置の一実施形態を示すものである。この実施形態は、
ガスを含む領域２の境界を定める囲まれた空間３と、
少なくとも一つの温度波頭１を生ずる手段１６と、
囲まれた空間３の壁４に取り付けられて電荷を検出する二個のプローブ５、６と、
壁４を通る絶縁通路７、８と、
電気的測定手段１３と、
プローブ５、６を電気的測定手段１３に電気的に接続する手段１１、１２と
を含む。
【００２５】
この装置はガス状可燃混合物を囲まれた空間３の内部に入れる手段と、燃焼したガスを前記囲まれた空間から排出する手段をも含む。もっともそれらの手段は図示していない。
【００２６】
電荷検出プローブ５、６は温度波頭１の伝播軸線９に沿って、ある距離ｄだけ離して配置される。
【００２７】
プローブ５、６は電気的接続手段１１、１２により電気的測定手段１３に電気的に接続される。
【００２８】
ガス２中で波頭を発生する手段１６により発生された温度波頭は軸線９に沿って伝わる。
【００２９】
温度波頭は、電界の値を局部的に変更する自由電荷が熱いガス中に存在することを特徴とする。
【００３０】
波頭がプローブ５、６の所を通ると、各プローブ内に電流が誘導される。
【００３１】
温度波頭がプローブ５、６の所を通ることにより発生された信号は図３に示すパルスのような形をとる。
【００３２】
プローブ５、６によりそれぞれ発生されるパルスを隔てる時間Δｔを電気的測定手段１３で測定する。
【００３３】
温度波頭の伝播速度は、定義により、次の関係式で与えられる。
【００３４】
ｖ＝ｄ／Δｔ
上式で、
ｖ    温度波頭の軸線９に沿って伝播速度をｃｍ／ｓで表す。
【００３５】
ｄ    プローブを隔てる距離をｃｍで表す。
【００３６】
Δｔ  波頭が通った時にプローブで発生した信号を分離している時間を秒で表す。
【００３７】
この速度は電気的測定手段１３により適当なソフトウエアを用いて自動的に計算できる。
【００３８】
好ましい実施形態によれば、電荷検出プローブ５、６は熱イオンプローブである。
【００３９】
それらのプローブは金属の熱イオン放出現象に反応する。所与の金属は、仕事関数として知られているエネルギーＷによって特徴付けられる。仕事関数は、この金属の伝導帯中の電子が金属から出るためにその電子に供給しなければならないエネルギーに一致する。
【００４０】
一例として、下記の金属についてのＷの値は次の通りである。
【００４１】
セシウム    ：  Ｗ＝１．８ｅＶ
カリウム    ：  Ｗ＝２．２ｅＶ
モリブデン  ：  Ｗ＝４．４ｅＶ
金          ：  Ｗ＝４．９ｅＶ
ニッケル    ：  Ｗ＝５．０５ｅＶ
（１ｅＶは０．１６×１０-18ジュールに等しい）
金属の伝導帯中の各電子の熱励起エネルギーはそれの温度とともに増大する。このエネルギーはある電子ではＷより大きくなることがある。そうするとそれらの電子は金属から出ることができて、ある速さで進む。
【００４２】
電子を放出した金属の付近に、離れる電子を反発する十分に大きい電界が存在するならば、その電界は電子を金属へ向かって押し戻す。
【００４３】
他方、電界が加速電界であれば、電子は金属から離れることが容易であり、金属中に電流が流れる。
【００４４】
これは温度波頭が熱イオンプローブの近くを通る時に観察される現象である。
【００４５】
図３は、温度波頭が各プローブ５、６の傍を通った時に、各プローブにより順次放出される電流のパルス２０、２１を時間の関数として表す。
【００４６】
図２ａと図２ｂで線図的に表す本発明の特定の実施形態に従って、本発明の装置は、内燃機関の燃焼室２の内部を進む温度波頭の伝播速度の決定に適用される。その装置は、
直径が５４ｍｍにほぼ等しいシリンダー１８と、
ピストン１４と、
シリンダヘッド４と、
絶縁された電極１７を有する点火プラグ１６と、
シリンダヘッド４に取り付けられた２個の電荷検出プローブ５、６と、
シリンダヘッド４を貫通する絶縁通路７、８と、
電気的測定手段１３と、
プローブ５、６を電気的測定手段１３に電気的に接続するための手段１１、１２と、
を含む。
【００４７】
内燃機関はそれの動作に必要な他の部品、特に、空気／燃料の混合気を燃焼室２に注入するための手段と、燃焼した気体の排出弁とを含むが、それらの部品は図示していない。
【００４８】
燃焼室２はピストン１４の上面１０と、シリンダー１８の内面と、シリンダヘッド４の内面とにより境界が定められる。
【００４９】
燃焼室２の容積はシリンダー１８内のピストン１４の位置の関数として変化する。
【００５０】
プローブ５、６は、点火プラグ１６の軸線１９を通るピストンの軸線１５に垂直な平面内にほぼ取り付けられる。点火プラグ１６の電極１７も同じ平面内にある。
【００５１】
プローブ５、６は、直径が０．３〜２ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍで、燃焼室２の内部に突き出る部分の長さが１〜２ｍｍである針の形の熱イオンプローブとすると有利である。プローブ５と６の間の距離はたとえば２５ｍｍである。
【００５２】
他の形のプローブ、たとえば、直径が４ｍｍで、燃焼室２の内部に突き出る部分の長さがほぼ０．５ｍｍの間である円筒も当業者により容易に製作できる。
【００５３】
それらのプローブは、寸法が小さいために、ほとんどのエンジンに容易に装着でき、エンジンの動作を実際上妨害しない。
【００５４】
ピストンの上面１０に平行な平面内での温度波頭の伝播を研究するために、いくつか、たとえば六個のプローブがシリンダヘッドの周囲に取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の構成部分を線図的に表す図である。
【図２ａ】内燃機関のシリンダヘッド内の温度波頭の伝播速度を測定する装置の部品を示す縦断面図である。
【図２ｂ】内燃機関のシリンダヘッド内の温度波頭の伝播速度を測定する装置の部品を示す横断面図である。
【図３】電荷検出プローブによって発生された信号の時間的グラフを表す。
【符号の説明】
１  温度波頭
２  燃焼室
３  空間
４  壁
５、６  電荷検出プローブ
７、８  絶縁通路
９  伝播軸線
１１、１２  電気的接続手段
１３  電気的時間測定手段
１６  点火プラグ
ｄ  距離
【図１】
0003801704.tif 000002
【図２ａ】
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【図２ｂ】
0003801704.tif 000004
【図３】
0003801704.tif 000005