天然ガスエンジンにおけるフランジ付き点火プラグの点火特性改善効果

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550201
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 氏家 康成 日本大学, 生産工学部, 教授 (20060197)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野村 浩司 日本大学, 生産工学部, 助教授 (30246847)
• Keywords: 火花点火機関 / 天然ガスエンジン / 火花点火 / 点火プラグ / 点火エネルギー / 乱れ場 / 点火確立 / 点火特性

Research Abstract

本研究は研究代表者が提唱しているフランジ付き点火プラグの点火特性改善効果を、基礎実験ならびに天然ガスエンジンを用いて実証しようとしたものであり、本年度は以下の成果が確認された。
1.基礎実験として実施した、実機の燃焼室流動場を模擬できる定容燃焼容器の実験において、従来の単純な平行円板のフランジでは、主流および乱れ強さの抑制効果は確認できなかった。今後、フランジ形状を工夫して、エッジ部による渦発生を抑制するなどの改善を要することがわかった。ただし、火花放電時に発生する毎撃波をフランジで反射させ、火花聞隙部で衝突させることによって得られる熱回収効果は確認できた。要するに、フランジの反射面形状および外部形状を適切な曲面とすることによって当初の目的が達成できることが示唆された。
2.実機テストでは咋年度と同様に、一般のガソリン機関と比較して点火条件が厳しいとされる天然ガスエンジンを用いた。市販の点火プラグを加工し、4気筒すべてにフランジ付きプラグを装着して希薄領域拡大効果と点火エネルギー低減効果を調べた。希薄領域拡大効果に関しては、通常プラグを採用した場合と比較して、当量比で0.1程度希薄限界が拡大した。具体的には、通常プラグでの希薄限界当量比は0.65程度であったが、フランジ付きプラグでは、0.55程度まで拡大された。火花エネルギー低減効果に関しては、実機に装着されている標準の点火装置における一次電流を変化させる方法を採用した。同一当量比で運転した実験結果では、通常プラグと比較してフランジ付きプラグの場合は、一次電流を半減させても同等の点火確立を得ることが確認された。中心電極側反射面が複雑な形状を呈している関係で、最適なフランジ間隔には一様な傾向が明確ではないが、おおむね4mm程度で最良の点火確率が得られ、また、フランジ直径は点火特性に大きな影響を及ぼさないことが確認された。実用化にあたっては、フランジ直径7〜9mm、聞隔4mmが有効な設計範囲であることがわかった。

Research Products

• [Publications] 大橋, 中垣, 江間, 野村, 氏家: "フランジ付き点火プラグの実機への応用"日本機械学会東北支部第39期秋季講演会論文集. 031-2. 193-194 (2003)
• [Publications] 中垣, 江間, 野村, 氏家: "旋回流動場におけるフランジ付き電極の点火特性"第41回燃焼シンポジウム講演論文集. 263-264 (2003)
• [Publications] 大橋, 江間, 野村, 氏家: "天然ガスエンジンにおけるフランジ付き点火プラグの最小点火エネルギー低減効果"第41回燃焼シンポジウム講演論文集. 169-170 (2003)