| 研究課題/領域番号 |
19K04244
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 上智大学 |
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研究代表者 |
一柳 満久 上智大学, 理工学部, 教授 (00584252)
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| 研究分担者 |
鈴木 隆 上智大学, 理工学部, 教授 (20206494)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 熱機関 / アンモニア燃焼 / 熱工学 / ゼロエミッション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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，発火点が高いことが挙げられる．NH3単一燃料の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，定容燃焼器及び3次元CFD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の最適化により，冷間始動可能なカーボンフリーNH3エンジンを開発する．
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| 研究成果の概要 |
アンモニアを燃料とした乗用車用エンジンの実現を最終的な目標として，以下を実施した．アンモニアは，燃焼速度が遅く，発火点が高いという問題点を有する．そこで，補助燃料としてガソリンを使用し，燃焼速度を上げるために，副燃焼室付きのエンジンを採用した．また，ガス温度の上昇のために，高圧縮比エンジンと予熱器を併用した．3次元数値シミュレーション，定容燃焼器の実験および実機エンジンでの実験から，混合気中のアンモニアの割合（アンモニア比率）を増加させるためには，高圧縮比と吸気温度の上昇が効果的であることがわかった．ただし，吸気温度の上昇は，燃焼期間の長大と，燃焼効率と図示熱効率の低下をまねくこともわかった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
アンモニアは，燃焼速度が遅いという特徴があるため，これまで発電用の燃料としての使用が主であった．本研究では，燃焼速度を上げる方法として，副燃焼室付きのエンジンを採用した．また，発火点が高く，ガス温度の上昇が必要であるという問題に対しては，高圧縮比のエンジンを採用することで，ある一定の成果が得られた．本研究では，アンモニアとガソリンの混焼実験に止まったが，吸気温度の上昇がアンモニア比率を上げられることがわかった．ただし，燃焼期間が長くなるため，燃焼効率および図示熱効率は低下する．以上より，アンモニア燃料を用いた乗用車用エンジン実現に向けた課題がわかってきた．
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