| 研究課題/領域番号 |
25420148
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
古畑 朋彦 群馬大学, 理工学研究科, 准教授 (80261585)
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| 研究分担者 |
座間 淑夫 群馬大学, 理工学研究科, 助教 (30594113)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 燃焼生成物 / クエンチング / 粒子状物質 / 未燃炭化水素 / ディーゼルエンジン |
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| 研究概要 |
小型ディーゼルエンジンでは，噴霧火炎が壁面に到達してクエンチングが生じ，これが未燃炭化水素の排出や燃焼室壁面へのデポジットの付着につながっていると考えられる．そこで本研究では，その基礎研究として，炭化水素燃料の層流拡散火炎を壁面に衝突させ，その際に壁面に付着するデポジットや，衝突前後の燃焼ガス組成ならびに燃焼ガス中に含まれる粒子状物質（PM)を分析することにより，各種燃焼生成物の生成挙動に対する壁面によるクエンチングの影響を調査する．平成25年度は，壁面に衝突する火炎の比較対象となる壁面に衝突させない軽油の層流拡散火炎の火炎内外における温度，ガス組成ならびに粒子状物質の測定を行い，データを収集するとともに，この実験を通して安定した層流拡散火炎の形成方法，熱電対を用いた温度計測法，燃焼ガス組成および粒子状物質分析のための燃焼ガスサンプリング方法について検討を行った．その結果，壁面に衝突させない火炎内外の軸方向および半径方向温度分布，粒子状物質の粒径分布および組成，ならびにガス組成分布のデータを得ることができ，例えば粒子状物質の粒径分布については，火炎基部から下流にかけて100nm以上の粒子数が増加していくことなどが明らかとなった．また，火炎内の粒子状物質について，火炎上流から下流にかけてのDry-soot, SOF（未燃炭化水素）およびSulfate（硫酸塩）の割合の変化を測定し，下流ほどSOFの割合が増加することなどがわかった．これらのデータは，火炎内に金属板を挿入しクエンチングさせた火炎との比較のための基礎データとして重要である．また，焼結金属を用いた軽油の層流拡散火炎の形成方法ならびにサンプリングした燃焼ガスの希釈倍率など，各種実験方法を確立することができた．
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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
平成25年度は軽油の層流拡散火炎を測定対象としたが，初めは安定した火炎を形成するのが困難で，火炎が大きく揺らいでしまい，温度計測やガスサンプリングが困難な状況であった．この問題に対しては，燃料プール内に灯心となる焼結金属の円柱を設置し，さらに焼結金属の金属粒の粒径が適切ものを選択することと，火炎周囲に周囲の気流の乱れによる影響を低減するための風防を設置することで解決した．また計測法については，熱電対による火炎温度計測の際の，熱電対へのすすの付着の影響や火炎への挿入方法について検討する必要があった．また火炎からの燃焼ガスサンプリングについても，各種分析装置に対してサンプリングしたガスの適切な希釈倍率について検討する必要が生じた．実験方法について上述のような検討が必要であったため，当初予定していた衝突壁面となる金属板の火炎への挿入を行った実験に着手することができなかった．以上から「(3)やや遅れている．」と判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成25年度において，安定した層流拡散火炎の形成方法ならびに各種計測方法はほぼ確立することができたことから，今年度は火炎内に金属板を挿入し，クエンチングさせた火炎を対象として実験を行う．初めに金属板の大きさを変えた実験を行い，火炎の温度計測とともに火炎内の燃焼ガスサンプリングを行い，ガス組成の分析ならびに粒子状物質の粒径分布と組成の計測を行う．これらのデータを平成25年度に得られた金属板を挿入していない火炎のデータと比較することにより，壁面上でのクエンチングの影響を議論する．さらに金属板上に堆積した粒子状物質の組成も計測する．金属板の位置を変えて実験を行い，燃焼の進行程度とクエンチングの影響についても検討を行う．ここで，金属板の大きさを変えることで，金属板からの放熱量が変わり，壁面の温度が変化することが予想される．そこで，挿入した金属板の温度を放射温度計により計測し，壁面温度の影響を検討することが可能かどうか検討する．この情報は，平成26年度以降に予定している水冷あるいは油冷の冷却壁面を設計する上で有用であると考えられる．
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