Advanced application of low-temperature plasma for reduction of environmental impact in heat engines

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04939
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24020:Marine engineering-related
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: Dan Tomohisa 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (80314516)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤松 浩 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (10370008) ; 大嶋 元啓 富山県立大学, 工学部, 講師 (40511803)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 低温プラズマ / 熱機関 / 燃料燃焼 / 排気エミッション / 燃焼性向上 / コロナ放電 / ナノ秒パルス高圧電源

Outline of Final Research Achievements

In this study, the effect of plasma on combustion was examined by irradiating a mixture of gas fuel and air, or a group of intermediate products of combustion reactions, with plasma generated by discharges produced by applying high voltage to electrodes, with the aim of reducing the environmental impact of heat engines. A prototype dual-fuel engine was built, and a discharge device was installed inside the combustion chamber or in the intake pipe to investigate the effect on engine operating performance. The results showed that the engine was effective in reducing NOx and unburned hydrocarbon emission concentrations in the exhaust gas up to a certain level of applied current, but as the applied current increased, spark discharge occurred and exhaust gas performance deteriorated. We will continue to search for better discharge conditions.

Free Research Field

船舶海洋工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高電圧を電極に印加して生じる放電により生成するプラズマのうち、低電流で得られる低温プラズマは大気圧場では良好な再現性を得られることは既知である。本研究で試行したより高い圧力場での低温プラズマ生成は、燃焼現象の改善からある程度有効に作用することが明らかとなった。ただし、より広いエンジン燃焼条件に適用するためには更なる工夫が必要であることも明らかになった。その中でナノ秒パルス高圧電源による放電の試行は、バリア放電の可視化の実績とともに熱機関の燃焼現象の改善に指針を与えるものであり、それらの成果を今後の研究課題として取り組んでいく。