| 研究課題/領域番号 |
26420153
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| 研究機関 | 滋賀県立大学 |
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研究代表者 |
河崎 澄 滋賀県立大学, 工学部, 准教授 (90346099)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 二元燃料機関 / 天然ガス / 予混合圧縮着火 |
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| 研究実績の概要 |
少量の軽油噴霧火炎を点火源として，天然ガス予混合気を着火・燃焼させる二元燃料機関には，天然ガス予混合気が希薄になる軽負荷において，火炎伝播が不完全となり大量の不完全燃焼ガスを排出するという課題がある．本研究課題では，低負荷時の天然ガスの燃焼に圧縮着火燃焼方式を採用することにより，希薄燃焼特性を改善できることを示す．さらに，可変圧縮比を採用することにより，天然ガス予混合気の燃焼形態を，負荷に応じて火炎伝播と圧縮自着火燃焼にそれぞれ切り替えるという燃焼制御法を提案する．これにより，二元燃料機関が幅広い負荷範囲で高効率かつ低排気を実現できることを示す．
平成26年度の研究目的は，天然ガス－軽油二元燃料機関の燃焼モードに及ぼす圧縮比の影響を明らかにすることであった．その目的達成ためにまず，圧縮比を自在に変化させることのできる急速圧縮膨張装置RCEMを，二元燃料運転と燃焼室の可視化ができるように改良した．その上で，二元燃料機関の課題である低負荷，すなわち希薄条件における熱発生パターンに及ぼす圧縮比の影響を調査した．実験によって得られた知見は以下のとおりである．
１．天然ガス予混合圧縮着火（HCCI）方式との比較：HCCI方式単独では失火するような希薄条件（当量比0.4）においても，二元燃料方式を採用することにより，正常な燃焼を実現できることが明らかとなった．
２．圧縮比を14から20の間で変化させた結果，圧縮比が高いほど軽油と同時に着火する天然ガスの割合が増し，燃焼等容度が増加することが明らかとなった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成26年度は，二元燃料機関の熱発生パターンに及ぼす圧縮比の影響を，指圧線図解析により明らかにするという目的を達成することができた．ただし，指圧解析の後に実施する計画であった，燃焼の可視化観察は未実施となっている．これは，RCEMシリンダヘッドの試作に，想定以上の時間を要したこと，および部品の一部に作り直しが必要となったことにより，実験時間を確保できなかったことが原因である．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度はまず，初年度に示された圧縮比により熱発生パターンが変化する現象のメカニズムを明らかにするために，高速度カメラを用いて燃焼室の可視化観察を行う．さらに，負荷すなわち当量比の変化に応じた，圧縮比制御の方針を得るために，実験条件の範囲を初年度から拡張する．具体的には，当量比0.4から0.6の低～中負荷条件において，燃焼効率および熱効率を確保するための圧縮比と燃料噴射時期の関係を，RCEMを用いた指圧線図解析により明らかにする．さらに，可視化観察を併せて実施することにより，低～中負荷条件に適した燃焼形態とそのメカニズムを明らかにする．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額約102万円の内，約40万円は消耗品である燃焼圧力センサーを，更新することなく使用したことによる．また，当初の計画では，燃焼室観察用にエンドスコープ可視化装置を購入予定であったが，交付金額に合わせて実験方法を見直したことにより，約60万円の次年度使用額が生じた．
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度使用額は，燃焼圧力センサーの更新に使用すると共に，初年度に未実施となっている可視化観察のための光学部品（レンズ，ガラス類）の購入に充当する．
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