2013 Fiscal Year Research-status Report
燃料性状と火炎構造が炭素質PMのナノストラクチャに及ぼす影響の解明
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25420144
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
林田 和宏 北見工業大学, 工学部, 准教授 (80369941)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 燃焼 / 拡散火炎 / 粒子状物質 / ナノ構造 / レーザラマン分光 |
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| Research Abstract |
炭素質PM（すす粒子）はディーゼル排ガス等に含まれる有害物質であり，炭化水素燃料の不完全燃焼により生成する．そのナノストラクチャは，燃料性状および火炎内における炭素質PMの生成･成長挙動等の履歴で変化すると考えられているが，その詳細については不明な点が多い．本研究では，炭素質PMのナノストラクチャに及ぼす燃料性状と火炎構造の影響について明らかにすることを目的としている．
平成25年度は，燃料性状が炭素質PMのナノストラクチャに及ぼす影響を調べることを目的として，炭素数が同一で分子構造の異なるヘキサン（n-パラフィン）とベンゼン（芳香族）を燃料とする定常なプール拡散火炎を形成し，それぞれの火炎で生成する炭素質PMのナノストラクチャの比較を行った．火炎下流に放出される炭素質PMをフィルタに採取し，そのナノストラクチャをレーザラマン分光法で解析するとともに，高分解能透過型電子顕微鏡（HRTEM）を用いた観察も行った．
レーザラマン分光法による解析の結果，ヘキサン火炎の炭素質PMを構成する炭素結晶子のサイズは，ベンゼン火炎のものよりも大きいことが分かった．ヘキサン火炎はヘキサンの熱分解により火炎内にアセチレンが比較的豊富に存在するため，水素引き抜きアセチレン付加反応（HACA）機構により炭素結晶子が成長したためと考えられる．HRTEMによる観察からも，ヘキサン火炎の炭素質PMの方が炭素結晶子サイズが大きいことが確認できた．
また，実際のディーゼル機関から排出される炭素質PMを採取し，レーザラマン分光法によるナノストラクチャ解析を行った．炭素質PMのナノストラクチャは機関負荷や燃料噴射時期で異なり，これは，筒内における炭素質PMの生成･成長挙動等の履歴が影響しているものと考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究の主な目的は，燃料性状と火炎構造が炭素質PMのナノストラクチャに及ぼす影響を明らかにすることであるが，これまでの研究から燃料性状の影響に関する新規的な知見が得られており，おおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は燃料性状の影響をより明確化するとともに，火炎構造の影響についても検討を行う．具体的には，燃料性状の異なる燃料を調合し，混合割合を変化させた実験を行い，燃料種の違いがナノストラクチャに及ぼすインパクトを見積もる．また，火炎内における炭素質PM生成量が比較的少ない場合は火炎先端が閉じた「Closed Flame」に，多い場合は火炎先端が開いた「Open Flame」となるが，燃料のプール内油面高さや混合割合を調整することで火炎先端の開き具合を変化させ，これにより火炎構造を変化させた実験を行う．
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