燃料の分子構造が微粒子の生成機構におよぼす影響

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01550188
• 研究機関: 北海道工業大学
• 研究代表者: 藤原 康博 北海道工業大学, 工学部, 教授 (30048045)
• 研究分担者: 登坂 茂 北海道工業大学, 工学部, 講師 (80048058)
• キーワード: 燃料性状 / 微粒子 / 生成機構 / 熱分解過程 / 縮重合過程 / 多環芳香族

研究概要

前年度は、アルコ-ル系燃料等の含酸素燃料の熱分解過程について調べたが、今年度は、燃料分子中の酸素と雰囲気中の酸素が燃料の熱分解縮・重合渦程に及ぼす影響について検討した。その結果、燃料分子中の酸素と雰囲気中の酸素では熱分解渦程に及ぼす影響は明らかに異なっており、熱分解には分子の結合状態が密接に関連していると考えられる。
また、燃料を酸素・窒素の混合雰囲気中で熱分解を行なうと、nーパラフィン系の燃料は、窒素雰囲気中における熱分解過程に比較して、より低い温度から熱分解が開始しており、また、縮・重合成分である芳香族成分も比較的低い温度から生成されているが、高温度域になると生成量は窒素雰囲気中に比較して抑制されている。また、酸素濃度を高めると分解開始温度は低くなるが、高温域においては低沸点炭化水素、ならびに芳香族成分の生成量は減少する傾向を示す。これは酸素濃度を増すことにより、燃料成分の一部が酸化され、縮・重合過程が抑制されたものと考えられる。
反応流動管装置を使用してnーパラフィン成分の熱分解成分であるC_1〜C_3の低沸点成分を用いて縮・重合過程を調べた結果、低沸点炭化水素から固体状微粒子に至る過程としては、加熱温度が高くなると、脱水素、縮・重合反応等により、環状化、多環化が進行し、微粒子の前駆物質としての縮合多環芳香族炭化水素を経て固体状微粒子に至るものと考えられる。また、微粒子の生成開始温度は、燃料分子の構造、分子量により異なるが、概して、微粒子の生成開始温度の低い燃料ほど生成量も多くなる傾向が見られる。微粒子の前駆物質としては3〜5環の成分が多いことが明らかになった。さらに僅かな酸素を加えた酸素・橡随篠の混合雰囲気中での縮・重合過程を調べた結果、窒素雰囲気に比較して微粒子の生成開始温度は高くなり生成量は少なくなることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Murayama,T.,Fujiwara,Y.Tosaka S.,: "The Properties,Formation of Soot Particulate in Diesel Engines" CIMAC Paper D17. 1-19 (1991)
• [文献書誌] 藤原 康博,登坂 茂,村山 正: "燃料の分子構造が微粒子の生成機構に及ぼす影響(アルコ-ル系燃料の熱分解過程)" 北海道工業大学研究紀要第20号. (1992)
• [文献書誌] 藤原 康博,登坂 茂,村山 正: "ディ-ゼル機関の燃焼室内における微粒子の形成過程" 自動車技術会論文集、Vol.23No.2. 23. (1992)
• [文献書誌] 藤原 康博,登坂 茂,村山 正: "ディ-ゼル噴射から微粒子形成に至る生成過程の履歴" 代9回内燃機関合同シンポジウム講演論文集. 421-426 (1991)
• [文献書誌] 藤原 康博: "微粒子の生成と消滅" (社)自動車技術会91ーNo.14 SYMPOSIUM「続・NOx吐煙の同時低減を目指して」講演前刷集. 1-7 (1992)