特許 6166156 燃焼解析装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6166156

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】燃焼解析装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 15/04 20060101AFI20170710BHJP

   G01J 5/60 20060101ALI20170710BHJP

【ＦＩ】

   G01M15/04

   G01J5/60 C

【請求項の数】1

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-238197(P2013-238197)

(22)【出願日】2013年11月18日

(65)【公開番号】特開2015-99055(P2015-99055A)

(43)【公開日】2015年5月28日

【審査請求日】2016年7月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山下 勇人

(72)【発明者】

【氏名】河野 正顕

(72)【発明者】

【氏名】姉崎 幸信

(72)【発明者】

【氏名】西田 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】橋詰 剛

【審査官】 福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００８／０５９９７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１６４１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 飯田 訓正，”ディーゼル排気微粒子の性状およびエンジン内燃焼におけるすすの生成と制御”，エアロゾル研究，１９９７年，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．３，１８３〜１８８頁

【文献】 SUN Duo et al.，"Measurement of Soot Temperature, Emissivity and Concentration of a Heavy-Oil Flame through Pyrometric Imaging"，Instrumentation and Measurement Technology Conference(12MTC),2012 IEEE International，２０１２年 ５月１３日，[検索日 2017.05.12] インターネット<URL:ieeexplore.ieee.org/document/6229499><DOI:10.1109?12MTC.2012.6229499>

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ １５／０４

Ｇ０１Ｊ ５／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

火炎からの放射光に関し、異なる２つの波長の光強度を一定時間毎に検出する光強度計測器と、
検出した２つの波長の光強度の比率を基準物体における同じ２つの波長の光強度の比率と比較して火炎温度を求める火炎温度算出部と、
この火炎温度算出部にて求められた火炎温度を用いてＫＬ値を算出するＫＬ値算出部と、
今回求めた火炎温度が前回求めた火炎温度よりも低いか否かを判定すると同時に今回算出したＫＬ値が前回算出したＫＬ値よりも大きいか否かを判定する煤生成・酸化判定部と、
今回求めた火炎温度が前回求めた火炎温度よりも高く、かつ今回算出したＫＬ値が前回算出したＫＬ値よりも小さいとの前記煤生成・酸化判定部での判定結果に基づき、前回算出したＫＬ値に対して今回算出したＫＬ値の減少分を煤の酸化量として算出する煤酸化量算出部と、
今回求めた火炎温度が前回求めた火炎温度よりも低く、かつ今回算出したＫＬ値が前回算出したＫＬ値よりも大きいとの前記煤生成・酸化判定部での判定結果に基づき、前回算出したＫＬ値に対して今回算出したＫＬ値の増分を煤の生成量として算出する煤生成量算出部と
を具えたことを特徴とする燃焼解析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃焼機関などにおける燃焼状態を解析するための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

圧縮点火機関などの燃焼機関においては、燃焼室およびこれに連通する吸排気ポートの形状や燃焼室に供給される燃料の噴射時期および噴射圧力などを最適化させるため、燃焼室内での燃料の燃焼状態を実時間で把握できるようにすることが有効である。この目的のため、二色法を利用して燃焼室にて生成する火炎の温度とＫＬ値とを計測し、煤の濃度を取得するようにした技術が特許文献１などで提案されている。

【0003】

上述した二色法は、特許文献１や非特許文献１などで周知のように、火炎の輝度を同時に２つの異なる波長にて計測することにより、火炎温度およびＫＬ値を算出することが可能である。ＫＬ値は火炎温度と煤の濃度とに比例した値であるので、火炎温度とＫＬ値とが分かれば煤の濃度を求めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−１４４６７３号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】日本機械学会論文集Ｂ編４７巻４１７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

燃焼室内において燃料の着火により火炎が発生し、これに伴って煤の生成とその酸化とが燃焼室のあちこちにて連続的に起こる。この場合、特許文献１に開示された従来の二色法では、燃焼室内にて生成した煤の酸化の程度を本質的に把握することができない。つまり、従来の二色法では煤の生成量からその酸化量を差し引いた最終的な煤の濃度しか把握することができず、生成した煤の酸化の程度を分離して計測することができないという課題があった。

【0007】

本発明の目的は、燃焼機関における燃料の燃焼に伴って生成する煤の酸化状態を実時間にて連続的に計測することができるようにした方法およびこの方法を実施し得る装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の形態は、火炎からの放射光に関し、異なる２つの波長の光強度を一定時間毎に検出する光強度計測器と、検出した２つの波長の光強度の比率を基準物体における同じ２つの波長の光強度の比率と比較して火炎温度を求める火炎温度算出部と、この火炎温度算出部にて求められた火炎温度を用いてＫＬ値を算出するＫＬ値算出部と、今回求めた火炎温度が前回求めた火炎温度よりも低いか否かを判定すると同時に今回算出したＫＬ値が前回算出したＫＬ値よりも大きいか否かを判定する煤生成・酸化判定部と、今回求めた火炎温度が前回求めた火炎温度よりも高く、かつ今回算出したＫＬ値が前回算出したＫＬ値よりも小さいとの前記煤生成・酸化判定部での判定結果に基づき、前回算出したＫＬ値に対して今回算出したＫＬ値の減少分を煤の酸化量として算出する煤酸化量算出部と、今回求めた火炎温度が前回求めた火炎温度よりも低く、かつ今回算出したＫＬ値が前回算出したＫＬ値よりも大きいとの前記煤生成・酸化判定部での判定結果に基づき、前回算出したＫＬ値に対して今回算出したＫＬ値の増分を煤の生成量として算出する煤生成量算出部とを具えたことを特徴とする燃焼解析装置にある。

【0009】

本発明において、高温かつ酸素不足に晒された火炎内における未燃の燃料は、熱分解による脱水素反応、すなわち炭化を経て煤前駆物質を生成し、この煤前駆物質が凝集・合体することで煤となる。この反応は吸熱反応であるので、煤前駆物質が生ずる箇所での火炎温度は低下することとなる。煤が生成した火炎内に酸素が導入されると、煤が燃えて酸化し、火炎温度が上昇する。つまり、煤が生成した場所では火炎温度が低下すると共に煤の生成によりＫＬ値が増加するのに対し、煤が酸化した場所では火炎温度が上昇すると共に煤の減少によりＫＬ値も低下する。

【0010】

本発明の第２の形態は、火炎からの放射光に関し、異なる２つの波長の光強度を一定時間毎に検出するステップと、検出した２つの波長の光強度の比率を基準物体における同じ２つの波長の光強度の比率と比較して火炎温度を求めるステップと、求めた火炎温度を用いてＫＬ値を算出するステップと、今回求めた火炎温度が前回求めた火炎温度よりも低いか否かを判定するステップと、今回算出したＫＬ値が前回算出したＫＬ値よりも大きいか否かを判定するステップと、今回求めた火炎温度が前回求めた火炎温度よりも低く、かつ今回算出したＫＬ値が前回算出したＫＬ値よりも大きいと判断した場合、前回算出したＫＬ値に対して今回算出したＫＬ値の増分だけ煤が生成していると判定するステップと、今回求めた火炎温度が前回求めた火炎温度よりも高く、かつ今回算出したＫＬ値が前回算出したＫＬ値よりも小さいと判断した場合、前回算出したＫＬ値に対して今回算出したＫＬ値の減少分だけ煤が酸化していると判定するステップとを具えたことを特徴とする燃焼解析方法にある。

【発明の効果】

【0011】

本発明によると、火炎温度およびＫＬ値の時系列変化を取得することにより、煤の生成量のみならず、煤の酸化量をも連続的に取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明による燃焼解析装置の一実施形態を模式的に表すブロック図である。

【図2】図１に示した実施形態における光強度計測器の部分の概念図である。

【図3】図１に示した実施形態における火炎解析手順を表すフローチャートである。

【図4】圧縮火花点火機関の燃焼室におけるスワール状となる火炎の模式図である。

【図5】図１に示した実施形態において、煤生成量から煤酸化量を減算した値と、煤排出量との関係を表すグラフである。

【図6】光強度計測器の他の実施形態の概念図である。

【図7】光強度計測器の別な実施形態の概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明による燃焼解析装置を圧縮点火方式の内燃機関に応用した実施形態について、図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、火花点火方式の内燃機関などの他の燃焼機関に対しても応用することができる。

【0014】

本実施形態における燃焼解析装置を模式的に図１に示し、その光強度計測器の概略構成を模式的に図２に示す。すなわち、本実施形態における燃焼解析装置１０は、異なる２つの波長λ_１，λ_２の光強度を一定時間毎に検出する光強度計測器２０と、この光強度計測器２０からの情報に基づいて煤の生成量および酸化量を連続的に算出する解析ユニット３０とを具えている。

【0015】

本実施形態おける光強度計測器２０は、火炎Ｆからの放射光を２方向に分けるビームスプリッター２１と、一対の干渉フィルター２２_１，２２_２と、火炎Ｆに対する撮影領域が同一となるように設定される一対の高速度モノクロビデオカメラ２３_１，２３_２とを有する。一対の干渉フィルター２２_１，２２_２の一方である第１の干渉フィルター２２_１は、ビームスプリッター２１から導かれる一方の放射光のうち、第１の波長λ_１の放射光のみを透過させる。一対のモノクロビデオカメラ２３_１，２３_２の一方である第１のモノクロビデオカメラ２３_１は、第１の干渉フィルター２２_１を通過した第１の波長λ_１の放射光の光強度を計測してこれを解析ユニット３０の火炎温度算出部３１に出力する。一対の干渉フィルター２２_１，２２_２の他方である第２の干渉フィルター２２_２は、ビームスプリッター２１から導かれる他方の放射光のうち、第２の波長λ_２の放射光のみを透過させる。一対のモノクロビデオカメラ２３_１，２３_２の他方である第２のモノクロビデオカメラ２３_２は、第２の干渉フィルター２２_２を通過した第２の波長λ_２の放射光の光強度を計測してこれを解析ユニット３０の火炎温度算出部３１に出力する。

【0016】

本実施形態における解析ユニット３０は、火炎温度算出部３１と、ＫＬ値算出部３２と、煤生成・酸化判定部３３と、煤酸化量算出部３４と、煤生成量算出部３５とを有する。
火炎温度算出部３１は、検出した２つの波長λ_１，λ_２の光強度の比率を基準物体における同じ２つの波長λ_１，λ_２の光強度の比率と比較して火炎温度Ｔを求めてこれをＫＬ値算出部３２と煤生成・酸化判定部３３とに出力する。従って、この火炎温度算出部３１には基準物体、すなわち黒体における同じ２つの波長λ_１，λ_２の光強度の比率とその温度との関係を示すマップが記憶されている。

【0017】

二色法において、黒体およびそれ以外の一般物体の分光放射のうち、２つの波長の輝度に着目し、２つの接近した適当な波長を選択した場合、両者の放射率はほぼ同じとなる。一般物体において２つの波長の放射率が等しいという前提が成立する場合、その輝度の比率は黒体における２つの波長の輝度の比率に等しくなる。従って、測定対象の輝度の比率を求め、あらかじめ測定しておいた黒体の輝度の比率と比較し、同じ輝度の比率となっている黒体の温度を測定対象の温度と見なすことが可能となる。本実施形態における火炎温度算出部３１は、測定対象となる火炎Ｆに関し、光強度計測器２０により計測された異なる２つの波長λ_１，λ_２の輝度の比率を算出する。そして、算出した比率と予め記憶しておいた黒体における同じ波長λ_１，λ_２での輝度の比率のデーターとを比較し、同じ輝度比率となる黒体の温度を火炎温度Ｔとして読み出している。このため、あらかじめ火炎撮影で用いる光強度計測器２０と同じ光学系を同じ撮影条件にて標準光源からの放出光を撮影する。そして、２つの波長λ_１，λ_２に対する画像の輝度値から、それぞれの波長λ_１，λ_２に対応する(４)式のＡ，Ｂを算出し、火炎温度算出部３１に記憶させておく。

【0018】

ＫＬ値算出部３２は、この火炎温度算出部３１にて求められた火炎温度Ｔを用いてＫＬ値を算出する。一般に、煤のような黒体からの輻射光の強度Ｅ_{０(λ, Ｔ)}は、波長をλ，火炎温度をＴ，黒体放射第１定数(３.７４×１０^−１６)をｃ_１、黒体放射第２定数(１.４４×１０^−２)をｃ_２で表すと、ウィーンの近似式から以下のように記述することができる。
Ｅ_{０(λ, Ｔ)}＝ｃ_１λ^−５・exp(−ｃ_２/λＴ) ・・・(１)

【0019】

ここで、黒体ではない火炎の放射率をε_λで表すと、この火炎の輻射光の強度Ｅ_{(λ, Ｔ)}は以下の(２)式の通りとなる。
Ｅ_{(λ, Ｔ)}＝ε_λＥ_{０(λ, Ｔ)}＝ε_λｃ_１λ^−５・exp(−ｃ_２/λＴ) ・・・(２)

【0020】

また、波長λにおける火炎の輝度に対応した黒体の輝度温度をＴ_ａで表すと、(１)式は以下の(３)式のように変形することができる。
Ｅ_{(λ, Ｔ)}＝ε_λＥ_{０(λ,Ｔａ)}＝ｃ_１λ^−５・exp(−ｃ_２/λＴ_ａ) ・・・(３)
ここで、高速度ビデオカメラなどで撮影した画像の輝度値Ｘと火炎の輻射光の強度Ｅ_{(λ, Ｔ)}との間に比例関係、すなわちＥ_{(λ, Ｔ)}＝ｋ・Ｘが成立すると仮定する。この場合、−λ/ｃ_２＝Ａおよび(λ/ｃ_２)・ln(ｃ_１/λ^５ｋ)＝Ｂで表すと、(３)式を以下の(４)式のように変形することができる。
１/Ｔ_ａ＝Ａ・ln(Ｅ_{(λ, Ｔ)})＋Ｂ ・・・(４)

【0021】

一方、HottelおよびBroughtonは火炎の輻射に関して以下の(５)式を提唱している。
ε_λ＝１−exp(−ＫＬ/λα) ・・・(５)

【0022】

ここで、Ｋは火炎中の煤の濃度に比例する吸収係数であり、Ｌは輻射光を検出する方向に関する火炎の厚みであり、αは放射率の波長依存性を表す指数であり、可視域では１.３８となる。つまり、ＫＬ値とは輻射光を検出する火炎の奥行き方向に関する煤濃度の積分値となる。(５)式と(２)，(３)式とを用いてＫＬについて解くと、以下の(６)式が得られる。
ＫＬ＝−λα・ln〔１−exp[−(ｃ_２/λ)・{(１/Ｔ_ａ)−(１/Ｔ)}]〕 ・・・(６)

【0023】

従って、黒体ではない火炎に対して求められた火炎温度Ｔから上の(６)式を用いてＫＬ値を算出することができる。

【0024】

煤生成・酸化判定部３３は、今回求めた火炎温度Ｔ_ｎが前回求めた火炎温度Ｔ_ｎ−１よりも低いか否かを判定すると同時に今回算出したＫＬ値ＫＬ_ｎが前回算出したＫＬ値ＫＬ_ｎ−１よりも大きいか否かを判定する。

【0025】

煤酸化量算出部３４は、今回の火炎温度Ｔ_ｎが前回の火炎温度Ｔ_ｎ−１よりも高く、かつ今回のＫＬ値ＫＬ_ｎが前回のＫＬ値ＫＬ_ｎ−１よりも小さいとの煤生成・酸化判定部３３での判定結果に基づき、今回のＫＬ値ＫＬ_ｎの減少分を煤の酸化量として算出する。

【0026】

煤生成量算出部３５は、今回の火炎温度Ｔ_ｎが前回の火炎温度Ｔ_ｎ−１よりも低く、かつ今回のＫＬ値ＫＬ_ｎが前回のＫＬ値ＫＬ_ｎ−１よりも大きいとの煤生成・酸化判定部３３での判定結果に基づき、今回のＫＬ値ＫＬ_ｎの増分を煤の生成量として算出する。

【0027】

より具体的には、あらかじめ設定した一定の撮影周期ｔ_ｎにて光強度計測器２０により火炎画像を撮影し、火炎温度算出部３１およびＫＬ値算出部３２にて撮影画像の各画素に対する火炎温度Ｔ_ｎとＫＬ値ＫＬ_ｎとを求める。次に、画像上の同一座標に対し、時刻ｔ_ｎおよび時刻ｔ_ｎ−１での火炎温度Ｔ_ｎ，Ｔ_ｎ−１およびＫＬ値ＫＬ_ｎ，ＫＬ_ｎ−１を比較する。ＫＬ値が増加し、かつ火炎温度が低下している場合には、煤の生成により吸熱反応が生じたと判断し、ＫＬ値の増加分を煤の生成量とする。また、ＫＬ値が減少しかつ火炎温度が増加する場合は、煤の酸化（再燃焼）による発熱反応が生じたと判断し、ＫＬ値の減少分を煤の酸化量とする。なお、上記の条件以外のＫＬ値の変化は、同一座標への煤の進入か、あるいは同一座標からの煤の移動に伴う変化と見なすことができる。以上のルーチンを、画像上の各画素および各時刻間で行うことで、煤の生成量と酸化量とについて空間分布と時系列データーの計測とが可能となる。

【0028】

本実施形態においては一対の高速度モノクロビデオカメラ２３_１，２３_２を用いるようにしたが、高速度カラービデオカメラを用いることも可能である。この場合、ビームスプリッター２１や一対の干渉フィルター２２_１，２２_２も不要となり、しかも１台のカラービデオカメラのみで光強度計測器２０を構成することができる。カラービデオカメラを用いる場合、ＲＧＢ信号のうちの少なくとも２つの信号（例えばＲとＧか、ＲとＢか、ＧとＢ）を用いることで異なる２種類の波長の光に対する火炎画像の輝度値、すなわち光強度を検出すればよい。通常、カラービデオカメラのＲ信号の中心波長は７００ｎｍであり、Ｇ信号は５４６ｎｍであり、Ｂ信号は４３５ｎｍ近辺に設定されている。従って、例えばＲ信号とＧ信号の輝度を抽出することで、異なる２種類の波長の光強度を検出することができる。

【0029】

本実施形態における火炎の解析手順について図３に示すフローチャートを用いて説明すると、まずＳ１１のステップにて火炎Ｆの光強度を異なる２つの波長λ_１，λ_２にて検出し、Ｓ１２のステップにてその火炎温度Ｔ_ｎおよびＫＬ値ＫＬ_ｎを算出する。次いで、Ｓ１３のステップにて今回算出した火炎温度Ｔ_ｎおよびＫＬ値ＫＬ_ｎが初回であるか否かを判定し、ここで今回算出した火炎温度Ｔ_ｎおよびＫＬ値ＫＬ_ｎが初回であると判断した場合には、Ｓ１１のステップに戻り、上述した処理を繰り返す。なお、Ｓ１２のステップでの火炎温度Ｔ_ｎおよびＫＬ値ＫＬ_ｎの算出は、火炎温度算出部３１，ＫＬ値算出部３２，煤生成・酸化判定部３３，煤酸化量算出部３４，煤生成量算出部３５での演算周期に応じた所定の周期ｔ_ｎにて連続的に行われる。

【0030】

Ｓ１３のステップにて今回算出した火炎温度Ｔ_ｎおよびＫＬ値ＫＬ_ｎがこの処理を開始してから２回目以降であると判断した場合には、Ｓ１４のステップに移行して今回求めた火炎温度Ｔ_ｎが前回求めた火炎温度Ｔ_ｎ−１と同じであるか否かを判定する。ここで、今回の火炎温度Ｔ_ｎと前回の火炎温度Ｔ_ｎ−１とが同じである、すなわち火炎温度が変化していないので煤の発生も煤の酸化も実質的に起こっていないと判断した場合には、Ｓ１１のステップに戻り、再度上述した処理を繰り返す。

【0031】

一方、Ｓ１４のステップにて今回の火炎温度Ｔ_ｎと前回の火炎温度Ｔ_ｎ−１とが相違していると判断した場合には、Ｓ１５のステップに移行して今回求めた火炎温度Ｔ_ｎが前回求めた火炎温度Ｔ_ｎ−１よりも低いか否かを判定する。ここで、今回の火炎温度Ｔ_ｎが前回の火炎温度Ｔ_ｎ−１よりも低い、すなわち火炎温度Ｔ_ｎが低下していると判断した場合には、Ｓ１６のステップに移行して今度は今回算出したＫＬ値ＫＬ_ｎが前回算出したＫＬ値ＫＬ_ｎ−１よりも大きいか否かを判定する。ここで、今回のＫＬ値ＫＬ_ｎが前回のＫＬ値ＫＬ_ｎ−１よりも大きい、すなわち火炎温度の低下に伴って煤が発生していると判断した場合には、Ｓ１７のステップに移行する。そして、前回のＫＬ値ＫＬ_ｎ−１に対して今回のＫＬ値ＫＬ_ｎの減少分を煤の酸化量として算出する。

【0032】

先のＳ１５のステップにて今回の火炎温度Ｔ_ｎが前回の火炎温度Ｔ_ｎ−１よりも高い、すなわち火炎温度Ｔ_ｎが上昇していると判断した場合には、Ｓ１８のステップに移行する。このＳ１８のステップでは、今回算出したＫＬ値ＫＬ_ｎが前回算出したＫＬ値ＫＬ_ｎ−１よりも小さいか否かを判定する。ここで、今回のＫＬ値ＫＬ_ｎが前回のＫＬ値ＫＬ_ｎ−１よりも小さい、すなわち火炎温度Ｔ_ｎの上昇に伴って煤が酸化していると判断した場合には、Ｓ１９のステップに移行して前回のＫＬ値ＫＬ_ｎ−１に対して今回のＫＬ値ＫＬ_ｎの減少分を煤の酸化量として算出する。

【0033】

Ｓ１６のステップにて今回のＫＬ値ＫＬ_ｎが前回のＫＬ値ＫＬ_ｎ−１以下である、すなわち煤の発生も煤の酸化も実質的に起こっていないと判断した場合には、Ｓ１１のステップに戻り、再度上述した処理を繰り返す。Ｓ１８のステップにて今回のＫＬ値ＫＬ_ｎが前回のＫＬ値ＫＬ_ｎ−１以上である、すなわち煤の発生も煤の酸化も実質的に起こっていないと判断した場合も同様に、Ｓ１１のステップに戻って再度上述した処理を繰り返す。

【0034】

なお、先のＳ１７およびＳ１９のステップを実行した後、再びＳ１１以降のステップが繰り返され、これらＳ１７のステップおよびＳ１９のステップにて煤の生成量と煤の酸化量とがそれぞれ累積的に算出される。

【0035】

ところで、内燃機関の燃焼室では、この燃焼室内に発生するスワール流によって火炎が移動するため、この火炎を本発明の燃焼解析装置１０を用いて解析する場合、光強度計測器２０によって得られる画像に対する補正処理が必要となる。つまり、今回の算出時刻ｔ_ｎおよび前回の算出時刻ｔ_ｎ−１における火炎温度Ｔ_ｎ，Ｔ_ｎ−１およびＫＬ値ＫＬ_ｎ，ＫＬ_ｎ−１を比較する際に、スワール流によって火炎が移動する分だけ比較座標の位置補正を行う必要があり、これを図４を用いて模式的に説明する。二点鎖線で示す前回の算出時刻ｔ_ｎ−１における火炎Ｆの画像に対し、スワール流Ｓによって移動した後の実線で示す今回の算出時刻ｔ_ｎにおける火炎Ｆの画像をスワール流Ｓの移動方向と逆方向に移動させて二つの火炎Ｆの画像が重なり合うようにすればよい。

【0036】

本実施形態による火炎Ｆの解析結果を図５に示すが、これは本実施形態による燃焼解析装置１０を用いて算出した煤の累積排出量から煤の累積酸化量を減算した値を横軸に取り、実際の煤の排出量を縦軸に取ったものである。この図５において、算出された煤の生成量と実際の煤の排出量とに直線状の比例関係が得られていることからも明らかなように、本計測における煤の生成量と酸化量の計測結果が妥当であることを確認することができよう。

【0037】

上述した光強度計測器２０の構成に関しては、本実施形態以外の任意の構成を採用することが可能であり、例えば図６や図７に示したものなどを挙げることができる。

【0038】

図６に示す光強度計測器２０は、１台の高速度モノクロビデオカメラ２３と、このモノクロビデオカメラ２３の焦点面に対して画像を２分割して撮影するためのステレオアダプター２４と、一対の干渉フィルター２２_１，２２_２とを有する。ステレオアダプター２４は、モノクロビデオカメラ２３の光軸を中心に一方側と他方側とに対称に配された２組の反射鏡２５_１，２５_２を組み合わせたものである。本実施形態では１台のモノクロビデオカメラ２３の焦点面に２つの波長λ_１，λ_２の火炎Ｆの画像が半分ずつ形成されることになり、火炎Ｆの解像度が１/２に低下してしまう。しかしながら、モノクロビデオカメラ２３が１台だけであっても干渉フィルター２２_１，２２_２とステレオアダプター２４とを組み合わせることによって光強度計測器２０を構成することが可能となる。

【0039】

図７に示す光強度計測器２０は、撮像光学系２６と、イメージファイバー２７と、ビームスプリッター２１と、一対の干渉フィルター２２_１，２２_２と、一対の光電子増倍管２８_１，２８_２とを有する。２つの異なる波長λ_１，λ_２の火炎Ｆの輝度情報が一対の光電子増倍管２８_１，２８_２に導かれるようになっており、上述したような高速度ビデオカメラを用いずとも光強度計測器２０を構成することが理解できよう。

【0040】

なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

【符号の説明】

【0041】

１０ 燃焼解析装置
２０ 光強度計測器
２１ ビームスプリッター
２２_１，２２_２ 干渉フィルター
２３，２３_１，２３_２ 高速度モノクロビデオカメラ
２４ ステレオアダプター
２５_１，２５_２ 反射鏡
２６ 撮像光学系
２７ イメージファイバー
２８_１，２８_２ 光電子増倍管
３０ 解析ユニット
３１ 火炎温度算出部
３２ ＫＬ値算出部
３３ 煤生成・酸化判定部
３４ 煤酸化量算出部
３５ 煤生成量算出部
λ_１，λ_２ 波長
Ｆ 火炎
Ｓ スワール流
Ｔ_ｎ，Ｔ_ｎ−１ 火炎温度
ＫＬ_ｎ，ＫＬ_ｎ−１ ＫＬ値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】