電子顕微鏡を用いたディーゼル噴霧火炎内微粒子の生成・消滅過程の調査

• Project/Area Number: 14J08204
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Thermal engineering
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: 近藤 克文 明治大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 微粒子 / PM / 電子顕微鏡 / 内燃機関 / ディーゼル燃焼 / 光学計測 / レーザー / ナノ構造

Outline of Annual Research Achievements

ディーゼル機関から排出される微粒子低減に必要不可欠な、噴霧火炎内微粒子生成・消滅過程の解明を目標に、平成28年度に実施した研究内容を以下，三項目に分類して述べる．
１．微粒子の消滅過程を調査するために，粒子の酸化が支配的となっている本噴霧火炎下流域及び周辺域において，微粒子の補修実験を行い，TEMにより定性的に微細構造の変化を観察した．その結果，特に周辺部の粒子は，やせ細った，表面が歪な凹凸構造をしており，OHにより急速に酸化が進行している可能性が高いことが明らかとなった．
２．火炎中の微粒子酸化速度を定量的に評価するために，火炎噴霧軸上の微粒子粒径変化を，TEM解析で得た微細構造（層長さ及び間隔）を用いることで，質量換算し，局所（火炎中心部）の酸化速度を算出した．得られた酸化速度は0.0013 g/(cm2・s)程度となり，二色法により得られる酸化速度（0.0015 g/(cm2・s)）とも矛盾せず，数値解析結果の検証に妥当なデータを得るに至った．
３．現在の微粒子捕集装置で再現できていない，実エンジン筒内の現象の中で特に微粒子生成過程に影響を与えるとされる噴霧火炎の壁面衝突現象を，現用の燃焼器で模擬し，光学計測及びTEM解析により調査することで，排ガス微粒子の性状予測精度を向上させることを目的とする．本年度は，火炎内粒子性状の非定常的な変化に着目し，新たに時間分間サンプリングが可能な捕集装置を設計・製作し，定容容器内で粒子の時空間分解捕集及び解析を試みた．その結果，火炎下流部の先端通過時期に捕集された粒子が，排気微粒子径に匹敵する程の大きさとなっていることが明らかとなった．実機筒内では，空気過剰率は低く，また膨張行程により温度・圧力共に低下し，これらの火炎先端部で大粒径化した粒子が筒内で酸化され切らずに排気に至る可能性が示唆された．

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] High-speed ultraviolet chemiluminescence imaging of late combustion in diesel spray flame (2017)
  • Author(s): Katsufumi Kondo, Masaki Kuribayashi, Kosuke Sakai and Tetsuya Aizawa
  • Journal Title: International Journal of Engine Research Volume: 118 Issue: 1-2 Pages: 93-104
  • DOI: 10.1177/1468087416684065
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Thermocouple temperature measurements in diesel spray flame for validation of in-flame soot formation dynamics (2016)
  • Author(s): Tetsuya Aizawa, Tsuyoshi Harada, Katsufumi Kondo, Takayuki Adachi, Beini Zhou and Jin Kusaka
  • Journal Title: International Journal of Engine Research Volume: - Issue: 5-6 Pages: 453-466
  • DOI: 10.1177/1468087416657280
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Diesel flame imaging and quantitative analysis of in-cylinder soot oxidation (2016)
  • Author(s): Takeyuki Kamimoto, Noboru Uchida, Tetsuya Aizawa, Katsufumi Kondo and Tatsuya Kuboyama
  • Journal Title: International Journal of Engine Research Volume: - Issue: 5-6 Pages: 422-435
  • DOI: 10.1177/1468087416629282
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Progress Review on Soot Experiments and Modeling in the Engine Combustion Network (ECN) (2016)
  • Author(s): Scott Skeen, Julien Mnin, Lyle Pickett, Emre Cenker, Gilles Bruneaux, Katsufumi Kondo et al.
  • Journal Title: SAE International Journal of Engines Volume: 9 Issue: 2 Pages: 883-898
  • DOI: 10.4271/2016-01-0734
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Automated Detection of Primary Particles from Transmission Electron Microscope (TEM) Images of Soot Aggregates in Diesel Engine Environments (2016)
  • Author(s): Sanghoon Kook, Renlin Zhang, Qing Nian Chan, Tetsuya Aizawa, Katsufumi Kondo, Lyle M. Pickett, Emre Cenker, Gilles Bruneaux, Oivind Andersson, Joakim Pagels and Erik Z. Nordin
  • Journal Title: SAE International Journal of Engines Volume: 9 Issue: 1 Pages: 276-296
  • DOI: 10.4271/2015-01-1991
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Assesment of soot particle-size imaging with LII at Diesel engine conditions (2015)
  • Author(s): Emre Cenker, Katsufumi Kondo, Gilles Bruneaux, Thomas Dreler, Tetsuya Aizawa and Christof Schulz
  • Journal Title: Applied Physics B Volume: 119 Issue: 4 Pages: 765-776
  • DOI: 10.1007/s00340-015-6106-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transmission electron microscopy of soot directly sampled at different axial locations in diesel spray flame (2015)
  • Author(s): 近藤克文，山口輝夫，西貝大樹，相澤哲哉
  • Journal Title: Transactions of the JSME (in Japanese) Volume: 81 Issue: 830 Pages: 15-00348-15-00348
  • DOI: 10.1299/transjsme.15-00348
  • NAID: 130005105235
  • ISSN: 2187-9761
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morphology Analysis of Wall-deposited Diesel Soot Particles via Transmission Electron Microscope (2014)
  • Author(s): Katsufumi Kondo, Junya Takahashi and Tetsuya Aizawa
  • Journal Title: SAE International Journal of Fuels and Lubricants Volume: 7 Issue: 3 Pages: 683-692
  • DOI: 10.4271/2014-01-2637
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 紫外・可視レーザー影写真によるGDI筒内プール燃焼場の時系列可視化 (2016)
  • Author(s): 宮下和也，塚本崇通，丸山智久，近藤克文，相澤哲哉
  • Organizer: 第27回内燃機関シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学，東京都
  • Year and Date: 2016-12-05
• [Presentation] ディーゼル噴霧火炎周辺部におけるすす粒子酸化過程調査のための高速サンプリング及びHRTEM観察 (2016)
  • Author(s): 高畑望，遠山義明，近藤克文，相澤哲哉
  • Organizer: 第27回内燃機関シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学，東京都
  • Year and Date: 2016-12-05
• [Presentation] 潤滑油添加剤成分がディーゼル噴霧火炎内すす粒子に与える影響の光学計測及び透過型電子顕微鏡観察による調査 (2016)
  • Author(s): 川島周平，高畑望，近藤克文，相澤哲哉
  • Organizer: 第27回内燃機関シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学，東京都
  • Year and Date: 2016-12-05
• [Presentation] ディーゼル噴霧火炎の後燃え期間における紫外自発光・紫外吸収・輝炎の3種同時高速度撮影 (2016)
  • Author(s): 近藤克文，坂井亨輔，相澤哲哉
  • Organizer: 第27回内燃機関シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学，東京都
  • Year and Date: 2016-12-05
• [Presentation] 多気筒ディーゼル機関の後燃え期間における紫外自発光の高速度撮影 (2016)
  • Author(s): 長谷川直広，窪山達也，森吉泰生，西川雄也，堀江亮介，近藤克文，相澤哲哉
  • Organizer: 第27回内燃機関シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学，東京都
  • Year and Date: 2016-12-05
• [Presentation] High-Speed UV and Visible Laser Shadowgraphy of GDI In-Cylinder Pool Fire (2016)
  • Author(s): Kazuya Miyashita, Takamichi Tsukamoto, Yusei Fukuda, Katsufumi Kondo and Tetsuya Aizawa
  • Organizer: SAE Powertrains, Fuels & Lubricants Meeting
  • Place of Presentation: Baltimore, USA
  • Year and Date: 2016-10-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ディーゼル噴霧火炎周辺部からのすす粒子サンプリングとHRTEM解析に関する検討 (2016)
  • Author(s): 遠山義明，高畑望，近藤克文，相澤哲哉
  • Organizer: 自動車技術会関東支部学術研究講演会春季大会
  • Place of Presentation: 東京都市大学，東京都
  • Year and Date: 2016-03-09
• [Presentation] 紫外自発光及び吸収法によるディーゼル噴霧火炎の後燃え現象解明手法の確立 (2015)
  • Author(s): 近藤克文，栗林真幹，坂井亨輔，相澤哲哉
  • Organizer: 第26回内燃機関シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都テルサ，京都府
  • Year and Date: 2015-12-08
• [Presentation] 透過型電子顕微鏡を用いたディーゼル噴霧火炎内半径方向位置によるすす粒子性状の調査 (2015)
  • Author(s): 高橋純也，川島周平，近藤克文，相澤哲哉
  • Organizer: 第26回内燃機関シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都テルサ，京都府
  • Year and Date: 2015-12-08
• [Presentation] TEM Analysis of Soot Particles Sampled from Gasoline Direction Injection Engine Exhaust at Different Fuel Injection Timings (2015)
  • Author(s): Kazuya Miyashita, Yusei Fukuda, Yushun Shiozaki, Katsufumi Kondo, Tetsuya Aizawa, Dai Yoshikawa, Daisuke Tanaka and Atsushi Teraji
  • Organizer: SAE 2015 International Powertrains, Fuels&Lubricants Meeting
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2015-09-01 – 2015-09-04
• [Presentation] Automated Detection of Primary Particles from Transmission Electron Microscope (TEM) Images of Soot Aggregates in Diesel Engine Environments (2015)
  • Author(s): Sanghoon Kook, Renlin Zhang, Qing Nian Chan, Tetsuya Aizawa, Katsufumi Kondo, Lyle M. Pickett, Emre Cenker, Gilles Bruneaux and Oivind Andersson
  • Organizer: SAE 2015 International Powertrains, Fuels&Lubricants Meeting
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2015-09-01 – 2015-09-04
• [Presentation] ディーゼル火炎のイメージングとスス酸化過程の定量解析 (2014)
  • Author(s): 神本武征，内田登，相澤哲哉，近藤克文，窪山達也
  • Organizer: 第25回内燃機関シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば，茨城県
  • Year and Date: 2014-11-26 – 2014-11-28
• [Presentation] 透過型電子顕微鏡による壁面付着ディーゼルすす粒子のモーフォロジー解析 (2014)
  • Author(s): 高橋純也，近藤克文，相澤哲哉
  • Organizer: 第25回内燃機関シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば，茨城県
  • Year and Date: 2014-11-26 – 2014-11-28
• [Presentation] ガソリン直噴エンジンにおけるすす粒子のモーフォロジー解析 (2014)
  • Author(s): 福田雄成，宮下和也，塩崎優春，近藤克文，相澤哲哉，吉川大，田中大輔，寺地淳
  • Organizer: 第25回内燃機関シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば，茨城県
  • Year and Date: 2014-11-26 – 2014-11-28
• [Presentation] レーザー誘起燐光法を用いた直噴ガソリンエンジンピストン表面温度計測 (2014)
  • Author(s): 小山将，内村雄，栗林真幹，近藤克文，相澤哲哉，庄司喜代隆，橋詰豊，今岡佳宏
  • Organizer: 第25回内燃機関シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば，茨城県
  • Year and Date: 2014-11-26 – 2014-11-28
• [Presentation] Morphology Analysis of Wall-deposited Diesel Soot Particles via Transmission Electron Microscope (2014)
  • Author(s): Katsufumi Kondo, Junya Takahashi and Tetsuya Aizawa
  • Organizer: SAE 2014 International Powertrains, Fuels&Lubricants Meeting
  • Place of Presentation: Birmingham, UK
  • Year and Date: 2014-10-20 – 2014-10-23