| 研究概要 |
地球温暖化ならびに環境保全の立場から,低燃費のディーゼル機関が注目されているが,ディーゼル機関から排出されるNOxや微粒子が大気汚染の原因にもなっている.本研究ではディーゼル燃焼過程でのNOxの生成および低減機構を解明し,deNOx燃焼を実現することを目指している.本年度は,deNOx燃焼を実験的に行い,燃焼形態の解明を行った.
まず,流動反応装置によりNOの低減を試みた.流動反応装置は,燃料を含む混合気を均一加熱された反応管内に層流状態で通過させ,高温常圧下で熱分解・酸化反応を起こさせる装置で,この装置を用いて炭化水素燃料の熱分解・酸化中にNOを付加することによってその挙動を調べた結果,直鎖飽和炭化水素燃料の熱分解成分の影響によりNO濃度が減少し,雰囲気温度の上昇とともに低減量が多くなることがわかり,また,熱分解よりも酸化雰囲気中のほうが低減率が高いことがわかった.
次に,実機関でNOxの低減を図った.実験は,単気筒四サイクル直接噴射式ディーゼル機関を用い,通常のトロイダル型ピストン燃焼室の形状を,凹み口径dとシリンダ径Dの比d/Dが35%となるスキッシュリップをもつ高スキッシュ型燃焼室をつくって副室方式の燃焼を行わせた.その結果,凹み内の容積率を低減させることで過濃燃焼が実現されてNOxが抑制され,また,スキッシュリップにより燃焼室内に強いスキッシュを発生させて高乱流にすることで拡散燃焼期に燃料と空気の混合が促進され,急速燃焼により微粒子が低減した.このときの燃焼形態を明らかにするために,エンドスコープと高速度ビデオカメラにより燃焼室内の火炎観察を行った.その結果,高スキッシュ型燃焼室では凹み内の燃焼が主体で,燃焼後期まで火炎が凹み内で強旋回することが観察され,火炎が燃焼室外へ流出した後は燃焼がすばやく終了することがわかった.また,CFD計算により燃焼形態を解析した結果,高スキッシュ燃焼室では,凹み内外周部で過濃燃焼が持続するためNOx低減に効果があること,および低温の隙間部へ流出する未燃燃料が少ないため微粒子が低減することが示された.
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