2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of cold start premixed compression ignition ammonia combustion engine for zero emission
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19K04244
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
一柳 満久 上智大学, 理工学部, 教授 (00584252)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 隆 上智大学, 理工学部, 教授 (20206494)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 熱工学 / 熱機関 / アンモニア燃焼 / ゼロエミッション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低炭素社会の実現に向けて，水素キャリアでのアンモニア（NH3）利用は実用間近だが，NH3を燃料とした自動車用エンジンの実現には至っていない．主たる要因は，NH3は従来の燃料と比較して保炎範囲が狭く燃焼速度が遅いこと，発火点が高く難着火性であることが挙げられる．NH3を燃料としたエンジンを実現するためには，燃焼方式として副燃焼室付きの予混合圧縮自着火を採用し，冷間始動が可能な燃焼室設計及び定常運転試験による適切な燃焼条件の導出が必要である．本研究では，3次元CFD解析及び定容燃焼器実験を用いて主及び副燃焼室設計を行い，定常運転試験にて燃焼条件を最適化し，カーボンニュートラル社会に向けたNH3燃料エンジンを開発することを目的としている．
この目的を実現するため，①3次元CFD解析及び定容燃焼器実験に基づいた燃焼室の設計，②定容燃焼器実験によるNH3着火条件の検証及び燃焼状態の計測，③主及び副燃焼室を作製し，NH3-ガソリン-空気の混焼エンジンの温間始動および定常運転試験，④予熱器を併用し，冷間始動および定常運転試験を行った．
2022年度の研究成果は2点ある．1点目は，定容燃焼器実験にて，NH3の燃焼条件を検討した点である．当量比ごとの平均火炎伝播速度およびオリフィス部（副燃焼室と主燃焼室を連結する部分）での平均噴射速度を検討した結果，オリフィス部からの平均噴出速度の上昇に伴い，主燃焼室での平均火炎伝播速度が増加し，燃焼期間が短くなることが示唆された．2点目は，実機エンジンにて，NH3-ガソリン-空気の混焼実験を行った点である．NH3とガソリンの混合割合を検討した結果，当該実験条件下では，NH3比率66%まで安定燃焼することがわかった．一方，吸気温度を増加させると，NH3比率を高められるものの，燃焼期間が長くなり，燃焼効率および図示熱効率は著しく低下することがわかった．
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