2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on volumetric ignition using laser breakdown-assisted long-distance discharge
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18K03992
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
秋濱 一弘 日本大学, 生産工学部, 教授 (30394547)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩田 和也 日本大学, 生産工学部, 助手 (40803953) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 火花点火機関 / 点火 / レーザー / 火花放電 / レーザーブレイクダウン / 燃焼 / 内燃機関 / プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、火花点火ガソリンエンジンの希薄燃焼限界などに代表される燃焼性能を大幅に向上させる広域・同時点火方法（体積的点火）の実現を目的としている。レーザー誘雷のように、レーザー誘起ブレイクダウンをトリガーとして長距離放電を形成させ、放電路に沿った“線状”あるいは“筒状”の広域火花点火を実現させる（レーザーブレイクダウン支援長距離火花放電点火）。本手法を、LBALDI （Laser Breakdown Assisted Long-distance Discharge Ignition） と呼んでいる。この広域点火により、従来のスパークプラグのような点状の点火の限界をブレイクスルーし、初期火炎核のサイズを飛躍的に大きくすることで点火性能の大幅改善に貢献することが狙いである。
レーザーブレイクダウン支援長距離火花放電のメカニズムと制御法は不明な点が多い。またその点火燃焼特性も未知である。特に放電電圧印加方向とレーザー照射方向との角度依存性は分かっていない。レーザーブレイクダウンで発生する衝撃波やプラズマ成長方向と電圧印加方向の最適化によって、さらなる長距離放電が期待できる。そこで平成３０年度は，大気圧場での実験を行った。特に最大放電距離に関してレーザーと電場印加の角度を40、90、140°と変化させ、角度依存性を測定した。その結果、90°が最も放電距離が長く20mmに達し、通常放電の倍以上に伸びた。令和1年度は、装置改良によってより詳細に精度良く測定し、90°よりも、やや高圧電極側よりから照射した方が、放電距離が延びる新事実が明らかになった。令和2年度（最終年度）は、急速圧縮装置を用いて点火実験を行った。エンジンに近い条件の高圧場においても長距離放電LBALDIの点火が可能であり、従来のレーザー点火やスパー ク放電点火より優れていることが実証され、当初の目標を達成した。
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