2019 Fiscal Year Research-status Report
Study on volumetric ignition using laser breakdown-assisted long-distance discharge
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18K03992
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
秋濱 一弘 日本大学, 生産工学部, 教授 (30394547)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩田 和也 日本大学, 生産工学部, 助手 (40803953) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 火花点火機関 / 点火 / レーザー / 火花放電 / レーザーブレイクダウン / 燃焼 / 内燃機関 / プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、火花点火ガソリンエンジンの希薄燃焼限界などに代表される燃焼性能を大幅に向上させる広域・同時点火方法（体積的点火）の実現を目的としている。レーザー誘雷のように、レーザー誘起ブレイクダウンをトリガーとして長距離放電を形成させ、放電路に沿った“線状”あるいは“筒状”の広域火花点火を実現させる（レーザーブレイクダウン支援長距離火花放電点火）。本手法を、LBALDI （Laser Breakdown Assisted Long-distance Discharge Ignition） と呼んでいる。この広域点火により、従来のスパークプラグのような点状の点火の限界をブレイクスルーし、初期火炎核のサイズを飛躍的に大きくすることで点火性能の大幅改善に貢献することが狙いである。
レーザーブレイクダウン支援長距離火花放電のメカニズムと制御法は不明な点が多い。またその点火燃焼特性も未知である。特に放電電圧印加方向とレーザー照射方向との角度依存性は分かっていない。レーザーブレイクダウンで発生する衝撃波やプラズマ成長方向と電圧印加方向の最適化によって、さらなる長距離放電が期待できる。そこで平成３０年度（1年目）は，大気圧場での実験を行った。特に最大放電距離に関してレーザーと電場印加の角度を40、90、140°と変化させ、角度依存性を測定した。その結果、90°が最も放電距離が長く20mmに達し、通常放電の倍以上に伸びた。本年度は、装置改良によってより詳細に精度良く測定した。その結果、レーザー入射角度が放電電圧印加方向と垂直(90°)よりも、やや高圧電極側（105°）から照射した方が、放電距離が延びる新事実が明らかになった。これは電極間の高電圧印加電界に対してレーザーブレイクダウンにより新たに形成される電界が影響しているものと思われる。詳細は不明であり今後の課題も明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナウイルス感染拡大による教職員および学生の入校禁止と実験中断による年度後半の計画未実施による。状況は以下である。
装置を改良し、大気圧場での実験において最大放電距離に関してレーザーと電場印加のなす角度を変化させて、角度依存性を1年目に比べてより詳細に測定した。その結果、レーザー入射角度が放電電圧印加方向と垂直(90°)よりも、やや高圧電極側（105°）から照射した方が、放電距離が延びる新事実が明らかになった。また加圧場でのLBALDI基礎放電特性を測定するための圧力容器と周辺部品の製作も概ね完了した。一方、コロナウイルス感染拡大の影響で、圧力容器を中心とした装置組み立てには至っていない。また、同様の理由で、3年目に実施予定の急速圧縮装置（RCM）によるLBALDI点火実験のための部品製作も遅れており、全体では、現時点において半年程度の遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目の昨年度は、装置改良によってより詳細に精度良く測定した。その結果、レーザー入射角度が放電電圧印加方向と垂直(90°)よりも、やや高圧電極側（105°）から照射した方が、放電距離が延びる新事実が明らかになったのは成果である。これは電極間の高電圧印加電界に対してレーザーブレイクダウンにより新たに形成される電界やその非対称性が影響しているものと思われるが、詳細は不明であり今後の課題である。
来年度（3年目）では、加圧場でのLBALDI基礎放電特性を明らかにする。特に放電距離と圧力との関係を明らかにして、LBALDIを点火などに応用していく際の放電特性基礎データを提示する予定である。また急速圧縮装置（RCM）によるLBALDI点火実験により、通常点火に比べて優位である事をより実機に近い条件にて実証する予定である。ただし、コロナウイルス感染拡大の影響で、現時点では先が見通せない事を付記しておく。
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