Development of a Viewer for Combustion Process in Reciprocating Engine

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K17981
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 上道 茜 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10734155)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 着火遅れ時間 / Livengood-Wu積分 / マイクロフローリアクター / 標準燃料

Outline of Annual Research Achievements

本研究では「レシプロエンジン燃焼過程ビューア」の開発することを目的として，ビューアのうち，レシプロエンジン内で生じる着火燃焼現象を捉える方法として，マイクロフローリアクタ (MFR) を取り上げ，着火遅れ時間を簡便に推定する手法を検討してきた．
これまでに「Livengood-Wu積分」を用いて関連づけた着火遅れ時間の推定手法を提案してきた．平成27年度は，強い発光を伴うNormal flameと微弱な発光を伴うWeak flameの火炎画像を取得し，着火遅れ時間の推定を試みた．このときの燃料はメタン，プロパン，ブタンとした．その結果，MFRにおける着火位置情報（火炎画像）を用いて推定した着火遅れ時間は，他の手法を用いて得られた着火遅れ時間とは定量的な一致はみられなかった．そこで，平成28年度は，Normal flameに注目し，着火の瞬間を含む長時間露光写真を用いて推定を試みた．その結果，前年に取得した結果より，文献値に近い推定値が観察された．これは，MFRに形成される火炎（着火）は，0次元計算による着火とはメカニズムが異なるからであると考えられる．
そこで，平成29年度は0次元計算や他の実験結果との比較をするのではなく，MFRで得られた着火遅れ時間同士を比較することで，ある燃料の着火遅れ時間を評価する方針に変更をした．燃料には，ノッキングを評価する際の標準燃料であるノルマルヘプタンとイソオクタンの混合燃料を用いた実験を行った．なお，実験で得られた着火現象は，高温酸化反応に相当すると考えられる．これらの実験の結果，MFRでは非常に希薄な予混合気でも着火画像を得ることができ，他の数値計算や実験では得ることが難しい，スーパーリーンバーン条件での着火遅れ時間の見積りが可能になるのではないかということが示唆された．