気体燃料噴射率計開発ならびに間欠気体燃料噴流の発達特性解明

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20760127
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 荒木 幹也 Gunma University, 大学院・工学研究科, 准教授 (70344926)
• Keywords: 気体燃料 / 内燃機関 / 流量計測 / 間欠噴流 / 新燃料

Research Abstract

燃料噴射弁は,自動車エンジンの性能を左右する重要なパーツのひとつである.水素自動車・天然ガス自動車の普及にともない,従来のガソリン・軽油用の燃料噴射弁とは全く異なる,気体専用の燃料噴射弁の開発が必須の課題となっている.燃料噴射弁は高速電磁弁等を内蔵し,数百ナノ秒～数ミリ秒の極短期間で精密に所定量の燃料を噴射する.燃料噴射弁から噴射される燃料の,単位時間当たりの流量は「燃料噴射率(単位:cc/s,g/s)」と呼ばれる.燃料噴射率は,噴射弁の開弁過渡期間,定常噴射期間,閉弁過渡期間で極めて急激に変化する.燃料噴射率は,燃料到達距離,微粒化(液体燃料の場合),そして燃焼過程に大きな影響を及ぼすため,エンジン設計において極めて重要な要素である.しかしながら「気体燃料」の噴射率計測は非常に困難であり,研究代表者は独自の気体燃料噴射率計の開発を進めてきた.
平成21年度は,(i)気体燃料噴射率計の計測精度向上,(ii)間欠気体燃料噴流の発達特性解明,(iii)オンボード計測について検討を行った.窒素・ヘリウム(水素を模擬)など気体種を変えた場合の計測精度検討,実機同様の多段噴射を行った場合の計測精度検討,ミー散乱法を用いた間欠気体噴流の可視化実験,さらに実機エンジンに燃料噴酎弁を搭載したままの状態で計測を行うための遠隔データ取得法検討を行った.気体種を変更した場合にも,その物性値の変更のみで正確な計測が可能であることが確認され,計測管内に形成される境界層厚さをキャンセルすることでこれまでの計測誤差(2～3%)が解消されることが示された.燃料噴射率は間欠気体燃料噴流の発達過程に大きな影響を及ぼすことが示された.またイーサネットを用いた遠隔操作システムを検討し,遠隔データ取得が可能であることが示された.これにより,今後の本格的な応用への基盤が整いつつあると期待している.