JP4618612B2

JP4618612B2 - パルスデトネーションエンジン着火方法及びその装置

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Publication number: JP4618612B2
Application number: JP2005070863A
Authority: JP
Inventors: 元英村山; 良也中村; 一洋石井
Original assignee: Yokohama National University NUC
Current assignee: Yokohama National University NUC
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2025-03-14
Also published as: JP2005315250A

Description

本発明は、パルスデトネーションエンジン着火方法及びその装置に関し、さらに詳細には、デトネーション遷移が一般に困難な気体燃料及び液体燃料を燃料として用いるパルスデトネーションエンジン着火方法及びその装置に関する。

デトネーションとは、通常の燃焼であるデフラグレーションに対する語であり、通常の燃焼の数十倍から数千倍の速度で爆発的に燃焼し、燃焼時に生じる衝撃波と燃焼波が合体して超音速で伝播する燃焼波を意味する。以下、この超音速燃焼波を「デトネーション波」と呼ぶ。
また、パルスデトネーションエンジン（ＰｕｌｓｅＤｅｔｏｎａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅ：以下、「ＰＤＥ」という）は、燃焼器内でデトネーションをパルス状に間欠的に発生させ、燃焼ガスが発生する熱と運動エネルギーの両方を高い熱効率で利用するエンジンである。

図１３は、パルスデトネーションエンジンの作動説明図であり、（１）〜（８）は、パルスデトネーションの１サイクルを順に示している。この図において、ａは、一端が閉じた中空円筒形のデトネーション管であり、内部でデトネーションが発生し、開口端から高速排気流を噴出するようになっている。

図１３の（１）において、一定の圧力Ｐ１（例えば常圧）で充填された燃料・酸化剤混合ガスｂに点火すると、内部で高圧Ｐ３と共にデトネーション波ｃが発生し（２）、デトネーション波は、希薄波ｄと共に開口端に向けて高速伝播し、高速排気流ｅを噴出する。
次いで、希薄波後面が開口端まで伝播し（３）、希薄波後面が上流側に伝播し（４）、内部が希薄波となり（５）、内部ガスが排気され（６）、Ｐ１より低い低圧となる（７）。
次いで、燃料・酸化剤混合ガスが一定の圧力Ｐ１（例えば常圧）で再充填され（８）、（１）に戻る。

上述したデトネーション管ａは、例えば直径３０〜１００ｍｍ、長さ１ｍ前後であり、１０〜１００Ｈｚで作動し、８００〜１０００ｍ／ｓの高速排気流５を噴出することが実験的に確認されている。なお、必要に応じてデトネーション管１に空気及び燃料を供給する配管やバルブ等を備える。

図１４（ｂ）はデトネーション管の模式図である。この図に示すようにデトネーション管の閉端側に溜められた燃料・酸化剤混合ガスに着火すると燃料は開口端へ向け燃焼しデトネーションに発展する。
図１４（ａ）は、デトネーションに発展した後の管内のある瞬間の各状態を示している。例えば、デトネーション管の内部の長手方向の長さを１メートルとした場合、０．８メートル付近ＳＷでデトネーションの衝撃波等による圧力は突出している（これを「ノイマンスパイク」という）。一方、デトネーション管の０．８メートル付近〜開口端である１メートル付近Ａは初期状態を保っている。また、閉端部〜０．４メートル付近の管内膨張後の状態Ｂでは管内の圧力、温度等は一定の値になる。
図１４（ｃ）は、上述の各状態でのデトネーション管の圧力、体積、温度等の変化を示している。
すなわち、デトネーション波が超音速で伝ぱする性質、通常の燃焼に比べて非常に高い圧力と温度を発生できるといった現象が生まれる。熱サイクルはブレイトンサイクルと異なり燃焼がほぼ定容のもとで行われるサイクルとなる。

上述のようなパルスデトネーションエンジンの吸気方式として、混合を促進するために空気／燃料の対向噴流を利用するものがある（例えば、非特許文献１）。
また、着火には一般にスパークプラグが用いられるが、デトネーションし難い燃料に対してはイニシエータ（例えば、水素／酸素などのデトネーション波により着火するもの）が用いられる（例えば、非特許文献２）。

第４１回燃焼シンポジウム（２００３／１２／３〜１２／５つくば），Ｅ２３４パルスデトネーションエンジンにおける火炎ジェット噴射システムの最適化第４１回燃焼シンポジウム（２００３／１２／３〜１２／５つくば），Ｅ２３１液体燃料ＰＤＥにおける連続作動時のデトネーション

上述したパルスデトネーションエンジン（ＰＤＥ）は、高効率かつシンプルなエンジンとして注目され、その応用範囲の拡大のため、液体燃料-空気を対象とすることが求められている。
しかし、従来のパルスデトネーションエンジンでは、炭化水素系燃料の中で最もデトネーションへの遷移（「デトネーション遷移」と呼ぶ）が容易なものの１つであるアセチレンが主に用いられていた。
また、デトネーション遷移が困難なメタン、改質ガスや、アセチレンを有機溶媒（例えばアセトン）に溶解させたアセチレン溶解燃料をパルスデトネーションエンジンの燃料として用いる場合には、上述のように、現状ではイニシエータを用いる他ないと考えられていた。
しかし、イニシエータを用いる場合、装置が複雑になるのに加え、主燃料の他に水素、酸素などの補助燃料を使用する必要がある。このため経済性も大きく損なわれるという問題があった。

本発明は、上述した要望を満たし問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的はデトネーション遷移が一般に困難な気体燃料及び液体燃料を燃料として用いることができるパルスデトネーションエンジン着火方法及びその装置を提供することにある。

本発明によれば、デトネーション管の管内に、燃料と酸化ガスを供給して点火しデトネーションを間欠的に発生させるパルスデトネーションエンジン着火方法において、
デトネーション管内に連通しかつ互に対向する吸気ポート内に乱流促進体を挿入し、前記乱流促進体により吸気ポート内での火炎伝播を加速し、これによりデトネーション管内に対向噴射する燃焼ガス噴流を強化し、デトネーション遷移性を高め、
デトネーション管内と前記対向する吸気ポート内に燃料と酸化ガスからなる予混合気を充填後、対向する吸気ポート内で同時に点火し、発生した燃焼ガス噴流をデトネーション管内に対向噴射する、ことを特徴とするパルスデトネーションエンジン着火方法が提供される。

また、本発明によれば、デトネーション管の管内に、燃料と酸化ガスを供給して点火しデトネーションを間欠的に発生させるパルスデトネーションエンジン着火装置において、
デトネーション管内と連通しその管内に燃料と酸化ガスからなる予混合気を供給する互に対向する吸気ポートと、該吸気ポート内に酸化ガスの供給を行う酸化ガス供給部と、吸気ポート内に燃料噴射を行う燃料噴射部と、吸気ポート内の予混合気に同時に点火する点火栓と、前記吸気ポート内に挿入された乱流促進体とを備え、
デトネーション管内と対向する吸気ポート内に燃料と酸化ガスからなる予混合気を充填後、対向する吸気ポート内で同時に点火し、前記乱流促進体により吸気ポート内での火炎伝播を加速し、これによりデトネーション管内に対向噴射する燃焼ガス噴流を強化し、デトネーション遷移性を高め、発生した燃焼ガス噴流をデトネーション管内に対向噴射する、ことを特徴とするパルスデトネーションエンジン着火装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、さらに、前記吸気ポートの出口に噴流の絞りを行う絞り部が設けられ、該絞り部により燃焼ガス噴流を絞ってその噴流効果を高め、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる。

また、前記互に対向する吸気ポートを、デトネーション管の軸方向に複数組設け、該複数組の吸気ポート内で同時に点火し、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる。

また、前記吸気ポートの出口に複数の細管が設けられ、該複数の細管により噴流効果を高め、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる。

また、互に対向する吸気ポートを経路を分岐して形成し、該分岐前の吸気ポート内で燃料噴射を行い、デトネーション管の管内に燃料を導き、前記分岐前の吸気ポート内で点火を行い、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる。

また、デトネーション管の外周に互に対向する吸気ポートを複数組設け、該対向する吸気ポート内で燃料噴射を行い、デトネーション管の管内に燃料を導き、前記複数組の吸気ポート内で同時に点火し、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる。

また、対向する吸気ポートは、デトネーション管の接線方向方向に互にオフセットされており、これによりデトネーション管の管内に燃焼ガス噴流の旋回火炎を形成する。
また、対向する吸気ポートは、デトネーション管に対して９０°以外の角度で接線方向に配向し、これによりデトネーション管の管内に燃焼ガス噴流のスパイラル状の旋回火炎を形成する。

上述した本発明の構成によれば、デトネーション管内と対向する吸気ポート内に燃料と酸化ガスからなる予混合気を充填後、対向する吸気ポート内で同時に点火し、発生した燃焼ガス噴流をデトネーション管内に対向噴射するので、対向噴射した燃焼ガス噴流をデトネーション管内で衝突させ、或いは燃焼ガス噴流の旋回火炎を形成することにより、着火源となる高温活性ガスを分散させ急激な燃焼を行わせることによりデトネーション遷移を容易とすることができる。

対向噴流による衝突流れ場や旋回火炎は、非常に強い乱流を生成できる流れ場であり、この強い乱流により、高温ラジカル（活性種）を含む燃焼ガスを様々なサイズのガス塊に分離し、デトネーション管内に分散させ、デトネーション管内に充填した予混合気との急速乱流混合が行なわれる。
これにより、通常の火炎伝播と比較して単位時間当たりの発熱量が著しく増大し、燃焼ガス塊が分散した空間において、同時に燃焼が進行するため、各燃焼波面また発生する圧力波を数多く重畳させることができ、重畳した圧力波が極短時間で衝撃波に発達してデトネーション遷移させることができる。
すなわち、デトネーション遷移し難い燃料においては、強力な圧力波を生み出すために、単位体積、単位時間当たりの発熱量を増大させる手段が必要であり、本発明の手段はそのために最も適した手段である。

また、本発明では、デトネーション管内の着火前の予混合気も噴流衝突や旋回火炎により十分に混合することができ、ムラのない均一な作動が可能となる。
そして、メタン、改質ガスやアセチレン溶解燃料などの、直接デトネーション困難な燃料でも、イニシエータ等を用いずにパルスデトネーション作動させることができ、パルスデトネーションエンジンの利用範囲が広がるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第１実施形態図である。この図において、図１（ａ）はデトネーション管３が環状に見える方向の断面図であり、図１（ｂ）は、デトネーション管を長手方向から見た断面図である。
この例は、パルスデトネーションエンジン着火方式の基本型であり、吸気ポート内で燃料噴射と点火を行い、デトネーション管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させることによりデトネーションを促進し、安定したパルスデトネーションエンジン作動を得るものである。

パルスデトネーションエンジン１は、デトネーション管３の管内に、酸化ガス及び燃料を供給して点火を行いデトネーションを間欠的に発生させるエンジンである。このパルスデトネーションエンジン１はパルスデトネーションエンジン着火装置５を備えている。

ここで「酸化ガス」とは、酸素又は酸素を含むガスであり、常圧又は高圧の空気又は酸素含有ガスである。また、「燃料」は、デトネーション遷移が困難なメタン、改質ガスや、アセチレンを有機溶媒（例えばアセトン）に溶解させたアセチレン溶解燃料であるのが好ましいが、本発明はこれらに限定されず、デトネーション遷移が容易なアセチレン、その他の炭化水素系燃料であってよい。

図１において、パルスデトネーションエンジン着火装置５は、酸化ガスの供給を行う酸化ガス供給部７ａ，酸化ガス供給部７ｂ（例えば、ブロアからの圧縮空気を調節する空気弁）と、デトネーション管３の管内に燃料を導く適数（ここでは２個の場合を想定している）の吸気ポート１３ａ，吸気ポート１３ｂと、適数の吸気ポート１３ａ，吸気ポート１３ｂ内で燃料噴射を行う燃料噴射部１１ａ〜燃料噴射部１１ｄと、適数の吸気ポート１３ａ，吸気ポート１３ｂ内で同時に点火する点火栓９ａ，点火栓９ｂとを備えている。

これにより、デトネーション管３の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させることができる。すなわち、ブロアからの酸化ガス（矢印ＡＲ１方向）を酸化ガス供給部７ａが調節して吸気ポート１３ａを介して、デトネーション管３に供給する。同様に、ＡＲ２方向の酸化ガスを酸化ガス供給部７ｂが調節して吸気ポート１３ａを介して、デトネーション管３に供給する。その後、燃料噴射部１１ａと燃料噴射部１１ｃとにより、燃料が噴射される。これらは、対向しているから着火前の予混合気も噴流衝突により十分に混合することができムラのない均一な作動が可能となる。同様に、燃料噴射部１１ｂと燃料噴射部１１ｄとにより、燃料が噴射される。これらは、対向しているから着火前の予混合気も噴流衝突により十分に混合することができムラのない均一な作動が可能となる。

続いて、燃料は、それぞれの吸気ポート１３ａ、吸気ポート１３ｂを介してデトネーション管３内に溜められる。その後、点火栓９ａにより、吸気ポート１３ａ内の燃料に着火されると同時に点火栓９ｂにより、吸気ポート１３ｂ内の燃料に着火される。これにより、吸気ポート１３ａと、吸気ポート１３ｂとは対向しているので、それぞれの吸気ポート１３ａ，吸気ポート１３ｂの出口からの燃焼ガスがデトネーション管３内で衝突し着火源となる高温活性ガスを分散させ急激な燃焼を行わせることによりデトネーション遷移を容易にすることができる。

図２は、本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第２実施形態図であり、パルスデトネーションエンジン２１の概略構成をデトネーション管が環状に見える方向の断面図で示している。また、この例は、噴流増強型で吸気ポート出口に絞りを設け、噴流効果を高めるものである。

このパルスデトネーションエンジン２１は、デトネーション管２３の管内に、酸化ガス及び燃料を供給して点火を行いデトネーションを間欠的に発生させるエンジンである。またこのパルスデトネーションエンジン２１はパルスデトネーションエンジン着火装置２５を備えている。

パルスデトネーションエンジン着火装置２５は、酸化ガスの供給を行う酸化ガス供給部２７ａ（例えば、矢印ＡＲ３から酸化ガスを供給し調節を行う空気弁），酸化ガス供給部２７ｂ（例えば、矢印ＡＲ４から酸化ガスを供給し調節を行う空気弁）と、デトネーション管２３の管内に燃料を導く適数の吸気ポート３３ａ，吸気ポート３３ｂと、適数の吸気ポート３３ａ，吸気ポート３３ｂ内で燃料噴射を行う燃料噴射部３１ａ〜燃料噴射部３１ｄと、適数の吸気ポート３３ａ，吸気ポート３３ｂ内で同時に点火する点火栓２９ａ，点火栓２９ｂとを備えている。

さらに、適数の吸気ポート３３ａ，吸気ポート３３ｂの出口に噴流の絞り（各吸気ポート出口の面積を小さくする）を行う絞り部３５ａ〜絞り部３５ｄが設けられ、デトネーション管２３の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる。すなわち、絞り部３５ａ，絞り部３５ｃの絞りにより吸気ポート１１ａからの燃焼ガスの噴流効果が高まるとともに、絞り部３５ｂ，絞り部３５ｄの絞りにより吸気ポート１１ｂからの燃焼ガスの噴流効果が高まり対向衝突が効果的に行われデトネーション遷移を容易にすることができる。
なお、絞り部はこの構成に限定されず、単一の吸気ポートに複数の絞り部を設け、各絞り部により燃焼ガス噴流を絞ってその噴流効果を高めてもよい。

図３は、本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第３実施形態図であり、パルスデトネーションエンジン４１の概略の構成を長手方向から見た断面図として示している。この例は、マルチポート型で対向する吸気ポートをデトネーション管軸方向に複数組設け、着火効果を高めるものである。

パルスデトネーションエンジン４１は、デトネーション管４３の管内に、酸化ガス及び燃料を供給して点火を行いデトネーションを間欠的に発生させるエンジンである。
また、パルスデトネーションエンジン４１はパルスデトネーションエンジン着火装置４５を備えている。

パルスデトネーションエンジン着火装置４５は、酸化ガスの供給を行う酸化ガス供給部４７ａ，酸化ガス供給部４７ｂと、デトネーション管４３の軸方向（デトネーション管４３の長手方向）に複数組設けられた対向する吸気ポート５３ａ〜吸気ポート５３ｄと、適数の吸気ポート５３ａ〜吸気ポート５３ｄ内で燃料噴射を行う燃料噴射部５１ａ〜燃料噴射部５１ｊ（対向している燃料噴射部は図示しない）と、適数の吸気ポート５３ａ〜吸気ポート５３ｄ内で同時に点火する点火栓４９ａ〜点火栓４９ｄとを備えている。

そして、デトネーション管４３内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる。すなわち、対向する吸気ポート５３ａ，吸気ポート５３ｂの組と、対向するする吸気ポート５３ｃ，吸気ポート５３ｄの組は軸方向（デトネーション管４３の長手方向）に複数組（本例では２組）配置されているので、より大きな噴流衝突で着火効果を高めることができる。

図４は、本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第４実施形態図である。この図において、図４（ａ）はデトネーション管が環状に見える方向の断面図であり、図４（ｂ）は、デトネーション管を長手方向から見る断面図である。また、この例はマルチポート型で、対向する火炎ジェット出口に細管を束ねたもの等を挿入し、ジェット効果を高めるものである。

パルスデトネーションエンジン６１は、デトネーション管６３の管内に、酸化ガス及び燃料を供給して点火を行いデトネーションを間欠的に発生させるエンジンである。
このパルスデトネーションエンジン６１はパルスデトネーションエンジン着火装置６５を備えている。

パルスデトネーションエンジン着火装置６５は、酸化ガスの供給を行う酸化ガス供給部６７ａ，酸化ガス供給部６７ｂと、デトネーション管６３の管内に燃料を導く適数の吸気ポート７３ａ，吸気ポート７３ｂと、適数の吸気ポート７３ａ，吸気ポート７３ｂ内で燃料噴射を行う燃料噴射部７１ａ，燃料噴射部７１ｂと、適数の吸気ポート７３ａ，吸気ポート７３ｂ内で同時に点火する点火栓６９ａ，点火栓６９ｂとを備えている。

さらに、適数の吸気ポート７３ａ，吸気ポート７３ｂのそれぞれの出口には、複数の細管７５ａ〜細管７５ｊがそれぞれ設けられている。そして、デトネーション管６３内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる。これにより、吸気ポート７３ａからの燃焼ガスは細管７５ａ，細管７５ｃ，細管７５ｅ，細管７５ｇ，細管７５ｉを通過することによりジェット効果が高まる。同様に吸気ポート７３ｂからの燃焼ガスは細管７５ｂ，細管７５ｄ，細管７５ｆ，細管７５ｈ，細管７５ｊを通過することによりジェット効果が高まる。そして、対向して衝突することによりデトネーション遷移を容易にすることができる。

図５は、本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第５実施形態図であり、デトネーション管が環状に見える方向の断面図である。また、この例は、マルチポート型で、酸化ガス供給部／燃料噴射部／点火栓を１つにまとめたものである。

パルスデトネーションエンジン８１は、デトネーション管８３の管内に、酸化ガス及び燃料を供給し点火を行いデトネーションを間欠的に発生させるエンジンである。
このパルスデトネーションエンジン８１はパルスデトネーションエンジン着火装置８５を備えている。

パルスデトネーションエンジン着火装置８５は、酸化ガスの供給を行う酸化ガス供給部８７（例えば、矢印ＡＲ７方向から得た酸化ガスを調節する空気弁）と、分岐した経路に形成され前記デトネーション管８３の管内に燃料を導く吸気ポート９３ａ，吸気ポート９３ｂと、吸気ポート９３ａ，吸気ポート９３ｂ内で燃料噴射を行う燃料噴射部９１と、吸気ポート９３ａ，吸気ポート９３ｂ内で点火を行う点火栓８９とを備えている。

そして、デトネーション管８３内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる。すなわち、１つの吸気ポートの経路が途中で、吸気ポート９３ａと、吸気ポート９３ｂの経路に分岐している。点火栓８９により、点火され発生した燃焼ガスは矢印ＡＲ８方向と矢印ＡＲ９方向に分岐し、対向する出口から噴射されるので、簡単な構成で燃焼ガスをデトネーション管８３内で衝突させることができる。

図６は、本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第６実施形態図であり、デトネーション管が環状に見える方向の断面図である。また、この例は、マルチポート型で、デトネーション管外周に、対向する吸気ポートを複数組設け、着火効果を高めるものである。

パルスデトネーションエンジン１０１は、デトネーション管１０３の管内に、酸化ガス及び燃料を供給して点火を行いデトネーションを間欠的に発生させるエンジンである。

このパルスデトネーションエンジン１０１はパルスデトネーションエンジン着火装置１０５を備えている。

パルスデトネーションエンジン着火装置１０５は、酸化ガスの供給を行う酸化ガス供給部１０７ａ〜酸化ガス供給部１０７ｄ（例えば、それぞれの矢印ＡＲ１０〜矢印ＡＲ１３方向から供給した酸化ガスを直接する空気弁）と、デトネーション管１０３の外周に複数組設けられた対向する吸気ポート１１３ａ〜吸気ポート１１３ｄと、吸気ポート１１３ａ〜吸気ポート１１３ｄ内で燃料噴射を行う燃料噴射部１１１ａ〜燃料噴射部１１１ｊと、吸気ポート１１３ａ〜吸気ポート１１３ｄ内で同時に点火する点火栓１０９ａ〜点火栓１０９ｄとを備えている。

そして、デトネーション管１０３の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる。すなわち、デトネーション管１０３の外周に吸気ポート１１３ａ，吸気ポート１１３ｂ，吸気ポート１１３ｃ，吸気ポート１１３ｄがそれぞれ対向して配置されている。ここで、対向とは、吸気ポート１１３ａに対して吸気ポート１１３ｂが対向し、吸気ポート１１３ｃに対して吸気ポート１１３ｄが対向している場合のみならず、例えば、吸気ポート１１３ａに対して吸気ポート１１３ｂ，吸気ポート１１３ｃ，吸気ポート１１３ｄが対向しているといえる。これにより、ムラのない燃焼ガスの衝突を行うことができデトネーション遷移を容易にする。

図７は、本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第７実施形態図であり、デトネーション管が環状に見える方向の断面図である。また、この例は、乱流促進体と旋回火炎で着火効果を高めるものである。

パルスデトネーションエンジン１２０は、デトネーション管１２２の管内に、酸化ガス及び燃料を供給して点火を行いデトネーションを間欠的に発生させるエンジンである。

このパルスデトネーションエンジン１２０はパルスデトネーションエンジン着火装置１２５を備えている。

パルスデトネーションエンジン着火装置１２５は、デトネーション管１２２内と連通しその管内に燃料と酸化ガスからなる予混合気を供給する互に対向する吸気ポート１２３ａ，１２３ｂと、吸気ポート１２３ａ，１２３ｂ内に酸化ガスの供給を行う酸化ガス供給部１２７ａ，１２７ｂと、吸気ポート内に燃料噴射を行う燃料噴射部１２１ａ，１２１ｂと、吸気ポート内の予混合気に同時に点火する点火栓１２９ａ，１２９ｂとを備えている。

この構成により、デトネーション管１２３内と対向する吸気ポート１２３ａ，１２３ｂ内に燃料と酸化ガスからなる予混合気を充填後、対向する吸気ポート１２３ａ，１２３ｂ内で同時に点火し、発生した燃焼ガス噴流をデトネーション管１２２内に対向噴射することができる。

また、パルスデトネーションエンジン着火装置１２５は、さらに対向する吸気ポート１２３ａ，１２３ｂ内に挿入された乱流促進体１２６ａ，１２６ｂを有する。この乱流促進体１２６ａ，１２６ｂは、例えばＳｈｃｈｅｌｋｉｎスパイラルであるが、本発明はこれに限定されず、流れを乱して乱流を形成する機能を有していればよい。
この乱流促進体１２６ａ，１２６ｂにより吸気ポート１２３ａ，１２３ｂ内での火炎伝播を加速し、これによりデトネーション管１２２内に対向噴射する燃焼ガス噴流を強化し、デトネーション遷移性を高めることができる。

図７の第７実施形態図において、対向する吸気ポート１２３ａ，１２３ｂは、デトネーション管１２２の直径方向に互にオフセットされている。
この構成により、デトネーション管１２２の管内に燃焼ガス噴流の旋回火炎を形成し、着火源となる高温活性ガスを旋回火炎により分散させ急激な燃焼を行わせることによりデトネーション遷移を容易とすることができる。

図８は、本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第８実施形態図であり、デトネーション管を長手方向から見る断面図である。
この例において、対向する吸気ポート１３３ａ，１３３ｂは、デトネーション管１３２の軸方向に向き、かつ直径方向に互にオフセットされている。
その他の構成は第７実施形態図と同様である。この構成により、デトネーション管１３３の管内に燃焼ガス噴流のスパイラル状の旋回火炎を形成し、着火源となる高温活性ガスを旋回火炎により分散させ急激な燃焼を行わせることによりデトネーション遷移を容易とすることができる。

なお、図７、図８の実施形態において、単一の吸気ポートに単一又は複数の絞り部を設け、各絞り部により燃焼ガス噴流を絞ってその噴流効果を高めてもよい。
また、複数の絞り部の一部をデトネーション管内で対向させ、その他の絞り部を直径方向に互にオフセットして、対向噴射した燃焼ガス噴流の一部をデトネーション管内で衝突させ、同時に残りの燃焼ガス噴流で旋回火炎を形成してもよい。

図２に示した第２実施形態、および図７に示した第７実施形態を用いて、パルスデトネーションエンジンの着火試験を実施した。この試験の試験条件は、以下のとおりである。

混合気：アセチレン−空気（当量比は１．０）
副室長さ：８９ｍｍ
副室位置：管端から副室軸心まで５４ｍｍ
副室配置：対向（ｃｏｕｎｔｅｒ）およびオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）
オリフィス直径：６ｍｍおよび８ｍｍ

ここで、「副室」とは本発明の吸気ポートであり、「オリフィス」とは本発明の絞り部であり、「フレームジェット」とは絞り部から噴出する本発明の燃焼ガス噴流である。

図９〜１２は、本発明による着火装置の実施例を示す図である。
図９は、フレームジェット使用時の主室および副室内圧力の時間変化を示している。この図において、横軸は時間、縦軸は圧力、図中の曲線は主室端と副室の圧力である。また、「主室端」とは、本発明のデトネーション管の閉じた端部を意味する。
図９において、副室の圧力は左右（ＬとＲ）がほぼ正確に一致しており、同時に点火していることがわかる。
また、絞り部を用いたフレームジェット使用時において、主室内圧力は着火直後のフレームジェット噴出期間を除き、常に副室内圧力より高く、かつ主室内圧力変化に比較して副室内圧力変化の方が小さいことがわかる。

図１０は、フレームジェット使用時、およびフレームジェットを用いず通常火花点火した場合（図中では、ｎｏｏｂｓｔａｃｌｅ）の火炎速度の時間変化を示している。この図において、横軸は主室端からの距離、縦軸は火炎速度を示している。
この図から、通常火花点火時に比較して、フレームジェットの火炎速度は、短い距離で定常デトネーション速度（約２０００ｍ／ｓ）に達しており、デトネーション距離を短縮できることがわかる。

図１１は、フレームジェット使用時および通常火花点火時のｘ-ｔダイヤグラムであり、水平線は管端のフォトダイオード出力信号の立ち上がり時刻であり、デトネーション遷移時刻を示している。この図において、横軸は主室端からの距離、縦軸は時間である。また、図１２は図１１の一部を拡大したものである。
これらの図から、フレームジェットでは約１０〜１２．５ｍｓで火炎速度が高速となりデトネーション遷移しているのに対し、通常火花点火の場合は、約３３ｍｓでデトネーション遷移していることがわかる。すなわちフレームジェットで着火することにより、絞り部のない場合に比較して火炎伝播時間が、例えば１／３に短縮されるといえる。
また、フレームジェットを用いた場合を比較すると、この試験ではオリフィス径が６ｍｍよりも８ｍｍの方が、また副室は位置が対向よりもオフセットの方が、デトネーション遷移時間が短縮されたことがわかる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。

本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第１実施形態図である。本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第２実施形態図である。本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第３実施形態図である。本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第４実施形態図である。本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第５実施形態図である。本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第６実施形態図である。本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第７実施形態図である。本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の第８実施形態図である。本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の実施例を示す図である。本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の実施例を示す別の図である。本発明によるパルスデトネーションエンジン着火装置の実施例を示すさらに別の図である。図１１の一部拡大図である。パルスデトネーションエンジンの作動説明図である。従来のデトネーション管の模式図である。

符号の説明

１，２１，４１，６１，８１，１０１，１２０：パルスデトネーションエンジン
３，２３，４３，６３，８３，１０３，１２２：デトネーション管
５，２５，４５，６５，８５，１０５，１２５：パルスデトネーションエンジン着火装置
７ａ，７ｂ，２７ａ，２７ｂ，４７ａ，４７ｂ，６７ａ，６７ｂ，８７，
１０７ａ〜１０７ｄ，１２７ａ，１２７ｂ：酸化ガス供給部
９ａ，９ｂ，２９ａ，２９ｂ，４９ａ〜４９ｄ，６９ａ，６９ｂ，８９，
１０９ａ〜１０９ｄ，１２９ａ，１２９ｂ：点火栓
１１ａ〜１１ｄ，３１ａ〜３１ｄ，５１ａ〜５１ｈ，７１ａ〜７１ｂ，
９１，１１１ａ〜１１１ｈ，１２１ａ，１２１ｂ：燃料噴射部
１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ，５３ａ〜５３ｄ，７３ａ，７３ｂ，
９３ａ，９３ｂ，１１３ａ，１１３ｂ，１２３ａ，１２３ｂ，
１３３ａ，１３３ｂ：吸気ポート
１２６ａ，１２６ｂ：乱流促進体

Claims

デトネーション管の管内に、燃料と酸化ガスを供給して点火しデトネーションを間欠的に発生させるパルスデトネーションエンジン着火方法において、
デトネーション管内に連通しかつ互に対向する吸気ポート内に乱流促進体を挿入し、前記乱流促進体により吸気ポート内での火炎伝播を加速し、これによりデトネーション管内に対向噴射する燃焼ガス噴流を強化し、デトネーション遷移性を高め、
デトネーション管内と前記対向する吸気ポート内に燃料と酸化ガスからなる予混合気を充填後、対向する吸気ポート内で同時に点火し、発生した燃焼ガス噴流をデトネーション管内に対向噴射する、ことを特徴とするパルスデトネーションエンジン着火方法。
前記デトネーション管の管内で前記燃焼ガス噴流を対向衝突させる、ことを特徴とする請求項１に記載のパルスデトネーションエンジン着火方法。
前記吸気ポートの出口に絞り部を設け、該絞り部により燃焼ガス噴流を絞ってその噴流効果を高め、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる、ことを特徴とする請求項１に記載のパルスデトネーションエンジン着火方法。
デトネーション管の軸方向に互に対向する吸気ポートを複数組設け、該複数組の吸気ポート内で同時に点火し、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる、ことを特徴とする請求項１に記載のパルスデトネーションエンジン着火方法。
前記吸気ポートの出口に複数の細管を設け、該複数の細管により噴流効果を高め、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる、ことを特徴とする請求項１に記載のパルスデトネーションエンジン着火方法。
互に対向する吸気ポートを経路を分岐して形成し、該分岐前の吸気ポート内で燃料噴射を行い、デトネーション管の管内に燃料を導き、前記分岐前の吸気ポート内で点火を行い、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる、ことを特徴とする請求項１に記載のパルスデトネーションエンジン着火方法。
デトネーション管の外周に互に対向する吸気ポートを複数組設け、該対向する吸気ポート内で燃料噴射を行い、デトネーション管の管内に燃料を導き、前記複数組の吸気ポート内で同時に点火し、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる、ことを特徴とする請求項１に記載のパルスデトネーションエンジン着火方法。
対向する吸気ポートをデトネーション管の接線方向に互にオフセットし、前記デトネーション管の管内に前記燃焼ガス噴流の旋回火炎を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載のパルスデトネーションエンジン着火方法。
対向する吸気ポートをデトネーション管に対して９０°以外の角度で接線方向に配向し、前記デトネーション管の管内に前記燃焼ガス噴流のスパイラル状の旋回火炎を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載のパルスデトネーションエンジン着火方法。
デトネーション管の管内に、燃料と酸化ガスを供給して点火しデトネーションを間欠的に発生させるパルスデトネーションエンジン着火装置において、
デトネーション管内と連通しその管内に燃料と酸化ガスからなる予混合気を供給する互に対向する吸気ポートと、該吸気ポート内に酸化ガスの供給を行う酸化ガス供給部と、吸気ポート内に燃料噴射を行う燃料噴射部と、吸気ポート内の予混合気に同時に点火する点火栓と、前記吸気ポート内に挿入された乱流促進体とを備え、
デトネーション管内と対向する吸気ポート内に燃料と酸化ガスからなる予混合気を充填後、対向する吸気ポート内で同時に点火し、前記乱流促進体により吸気ポート内での火炎伝播を加速し、これによりデトネーション管内に対向噴射する燃焼ガス噴流を強化し、デトネーション遷移性を高め、発生した燃焼ガス噴流をデトネーション管内に対向噴射する、ことを特徴とするパルスデトネーションエンジン着火装置。
さらに、前記吸気ポートの出口に噴流の絞りを行う絞り部が設けられ、
該絞り部により燃焼ガス噴流を絞ってその噴流効果を高め、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる、ことを特徴とする請求項１０に記載のパルスデトネーションエンジン着火装置。
前記互に対向する吸気ポートを、デトネーション管の軸方向に複数組設け、該複数組の吸気ポート内で同時に点火し、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる、ことを特徴とする請求項１０に記載のパルスデトネーションエンジン着火装置。
前記吸気ポートの出口に複数の細管が設けられ、
該複数の細管により噴流効果を高め、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる、ことを特徴とする請求項１０に記載のパルスデトネーションエンジン着火装置。
互に対向する吸気ポートを経路を分岐して形成し、該分岐前の吸気ポート内で燃料噴射を行い、デトネーション管の管内に燃料を導き、前記分岐前の吸気ポート内で点火を行い、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる、ことを特徴とする請求項１０に記載のパルスデトネーションエンジン着火装置。
デトネーション管の外周に互に対向する吸気ポートを複数組設け、該対向する吸気ポート内で燃料噴射を行い、デトネーション管の管内に燃料を導き、前記複数組の吸気ポート内で同時に点火し、デトネーション管の管内で燃焼ガス噴流を対向衝突させる、ことを特徴とする請求項１０に記載のパルスデトネーションエンジン着火装置。
対向する吸気ポートは、デトネーション管の接線方向に互にオフセットされており、これによりデトネーション管の管内に燃焼ガス噴流の旋回火炎を形成する、ことを特徴とする請求項１０に記載のパルスデトネーションエンジン着火装置。
対向する吸気ポートは、デトネーション管に対して９０°以外の角度で接線方向に配向されており、これによりデトネーション管の管内に燃焼ガス噴流のスパイラル状の旋回火炎を形成する、ことを特徴とする請求項１０に記載のパルスデトネーションエンジン着火装置。