| 研究課題/領域番号 |
18K11699
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| 研究機関 | 帝京大学 |
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研究代表者 |
森 一俊 帝京大学, 理工学部, 教授 (60566941)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | ディーゼルエンジン / BDF / 燃焼 / DOC(酸化触媒) / DPF / ナノ粒子 / 粒子数と粒径分布 / 粒子生成メカニズム |
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| 研究実績の概要 |
ディーゼルエンジンの燃焼にJIS2号軽油とバイオ・ディーゼル燃料(Bio Diesel Fuel:廃食油を基にFAME化)を用い，大気中に排出されるナノ粒子の生成過程を解明すべく研究を推進した。
エンジンの燃焼室から排出されたナノ粒子と，燃焼後，後処理装置(DOC：Diesel Oxidation Catalyst＋DPF：Diesel Particulate Filter)で捕集・通過後に大気中に排出されるナノ粒子の個数や粒子径分布および粒子径や凝集形態等を，SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer)とELPI+(Electrical Low Pressure Impactor)を用いて計測すると共に，採取したナノ粒子をTEM(Transmission Electron Microscope)やFE-SEM(Field Emission-Scanning Electron Microscope)を用いて観察・撮影して把握した。更に，ELPI+を用いて，ナノ粒子の排出挙動を時間毎に計測・解析する事で，ナノ粒子の生成・凝集過程等の一部を把握する事を試みた。
その結果，燃料中に酸素を11%強含有したBDFは軽油に比べ，排出されるナノ粒子の個数が少なく，ナノ粒子一個一個が凝集して形成される粒子の塊の大きさも小さい事が解明出来た。また，SiC-DPFに比し気孔径の大きなCordierite-DPFにDOCを装着すると，99.9％も低減したナノ粒子数が増加し，粒径分布の形が約70nmの粒子径をピークとした凸形状に変化する事が判明した。特にDOC＋Cordierite-DPFのナノ粒子の捕集・スート層形成・脱離・排出のメカニズムは興味深い。これらの現象は，時間毎に計測した排出挙動からも解析でき，2019年5月の自動車技術会春季大会で発表予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
科研費は殆ど使用せずに，大学の研究費と大学内共同研究費(JPC：Joint Program Center)の費用で，研究を推進したが，2018年初期の段階で排出ガス分析計が故障し，排出ガス(CO,HC,NOx)の計測が不可能になった。その為，研究はナノ粒子の計測・採取・観察・解析に集中して遂行した。しかし，ナノ粒子の生成メカニズムを解明するには，排出ガスの計測・解析も必須の為，本報告の進捗状況的には，やや遅れていると言う区分とした。2019年5月末には，故障した分析計を廃棄し新たな排出ガス分析計にリプレースする為，今後は予定通りの研究遂行が可能と考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
BDFの方が軽油に比べて排出されるナノ粒子の個数が少なく，凝集して形成される粒子塊の大きさも小さい事が解明出来た事，気孔径の大きなCordierite-DPFにDOCを装着するとSiC-DPFにDOCを装着した場合に比べナノ粒子数が増加，粒径分布の形が凸形状に変化する事等がこれまでの研究で明らかになったが，その原因や理由の解明迄には至っていない。
Cordierite-DPFにDOCを装着した場合のナノ粒子の捕集・スート層形成・脱離・排出のメカニズムも，ELPI+を用いて時間毎に計測した排出挙動から一部は解明出来たが，それのRepeartabilityや，その現象を起こす真の原因や理由も不明である。更に，軽油とBDFの一個のナノ粒子径の違いや粒子塊の個数が粒径分布のピークを示す粒径が存在する理由，更にその排出されたナノ粒子の組成，DOC＋SiC-DPFとCordierite-DPFと同じナノ粒子の捕集・脱離・排出挙動を示さぬ理由，そして研究目的のエンジンの燃焼で生成したナノ粒子が後処理装置で捕集され通過して大気に排出されるメカニズムの解明にはほど遠い。
そこで，今後は，ELPI+を駆使し，粒子径毎の排出挙動を追い掛けつつ，そのナノ粒子を採取・観察・解析し，ナノ粒子生成メカニズムの一端の解明を図ると共に，TEMやFE-SEMの観察・解析精度を向上し，ナノ粒子一個の径と構造を把握する事も試みる。更に，ナノ粒子を構成するEC(Elementary Carbon)とOC(Organic Carbon)解析を行う事で，組成も明らかにしたい。SiCとCordierite-DPFにDOCを装着した場合の現象把握も，DPFに堆積したスート層を変化させつつ，触媒の量を代えたDOCも準備，DOCの役割とDPFの仕様違いを解明する事を試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2018年度の研究成果は，大学の研究費と大学内共同研究費(JPC)を用いて遂行した事，そしてナノ粒子計測・解析と同時に計測・解析を行わなければならない排出ガスが，排出ガス分析計の故障で計測不可能になった事などの理由で，当該年度の所要額の消費が進まず，次年度使用額が多くなった。
2019年度はJPCの大学内共同研究費が無くなる為，ナノ粒子の個数や粒径分布の計測およびナノ粒子の各粒径毎の個数の計測や採取および時間毎の排出挙動計測・解析に用いるELPI+のレンタル費用に，当該助成金を使用する。更に，現在の廃食油を基にFAME化したBDFに加え，インドネシアやベトナム等のアセアン諸国で用いられているパーム油ベースのBDFを製造，研究に供試し，軽油とBDFのナノ粒子の粒径や構造および凝集形態の解明に迫る事，更には，燃料のCHO(Carbon，Hydrogen, Oxygen)分析およびTEMやFE-SEMの精度向上の為に，観察回数の増加に伴う機器レンタル費用が増加する事などのため，それらに当該助成金を活用する予定である。
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