Rapid Compression Machine - JSTNo. 1 PRF No. 3 PRF No. 2 PRF 7HPSHUDWXUH 7 . ,JQLWLRQ GHOD\ WLPHV...

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1 10 100 1000 1.4 1.2 1.0 No. 1 PRF 1.4 1.2 1.0 No. 3 PRF 1.4 1.2 1.0 No. 2 PRF Temperature 1000/T / K -1 Ignition delay times / ms 1 10 100 Ignition delay time / ms 1.45 1.40 1.35 1.30 1.25 1.20 1.15 Temperature 1000/T / K -1 Gasoline TRF 2 MPa, = 0.5 3 MPa, = 0.5 2 MPa, = 1.0 2014 2015 2016 2017 2018 SIP 革新的燃焼技術 I n n o v a t i v e C o m b u s t i o n T e c h n o l o g y 茨城大学工学部 金野 満, 田中 光太郎 ガソリン燃焼チーム クラスター大学18 (ノック抑制班) 急速圧縮装置による実ノック条件を想定した ガソリンの着火特性把握と中間生成物計測 今 後 の 予 定 熱効率50%を目指すエンジン筒内の圧力,温度,燃料濃度,EGR条件(26 MPa, 8001100 K,当量比0.5EGR20%)急速圧縮装置の上死点で実現し,実ガソリンおよびサロゲー ト燃料の自己着火特性,すなわちノック発生特性を明らかにする.この結果は,ノックのシ ミュレーションに不可欠な燃料の自己着火を予測する詳細素反応モデルの構築や,燃料の 着火指標の構築に貢献する.これまで,2 ~ 3 MPaにおける燃料の自己着火特性を評価した. 急速圧縮装置 Rapid Compression Machine Stainless steel vessel Gasoline Injector driver Vacuum pump Pressure transducer Charge amplifier Analyzer N2 N2 O2 Ar CO2 Pulse generator QC laser Detector 燃料 RON: 90.7, MON: 83.7 JIS2号ガソリン サロゲート 35* 成分 vol% 成分 vol% vol% n-パラフィン 13.6 n-ヘプタン 17.8 14.0 i-パラフィン 34.4 i-オクタン 40 40.0 オレフィン 11.2 i-オクテン 16.0 ナフテン 5.4 メチルシクロ ヘキサン 7.0 アロマ 33.8 トルエン 42.2 23.0 Bore×stroke [mm] 100×130 Displacement [cm 3 ] 1021 Compression ratio 14.1 Compression time [ms] 40 ガソリンが自己着火した時の 圧力プロファイル 760 K, 2 Mpa, φ = 1.0 2段階の圧力上昇がみられ,低 温酸化反応を持つことがわかる。 ガソリンの着火遅れ時間 初データ アロマは全温度域の着火遅れ時 間を長くする. オレフィンは低温域で着火遅れ時 間を長くし,高温域で短くする. ナフテンは全温度域の着火遅れ 時間を長くする. ・高圧場(4 ~ 6 MPa),当量比0.5EGR20%における,実用燃料 及びサロゲート成分の自己着火特性を明らかにすること. 成分 vol% No. 1 No. 2 No. 3 PRF n-ヘプタン 17.8 17.8 17.8 9.3 i-オクタン 40 40 40 90.7 i-オクテン 42.2 メチルシクロヘキサン 42.2 トルエン 42.2 RON 90.7 86.9 71.6 90.7 サロゲート成分が着火遅れ 時間に及ぼす影響(計算) Experiments Simulations 2 MPa, 当量比1.0 無過給時を想定した雰囲気場 でのガソリンの着火遅れ時間 計測 (P: 2,3 MPa, = 0.5) 過給時を想定した雰囲気場での ガソリンの着火遅れ時間計測 (P: 4 ~ 6 MPa, = 0.5) 過給, EGRを想定した雰囲気場 でのガソリンの着火遅れ時間計 (P: 4 ~ 6 MPa, = 0.5, EGR率0~30%) 中赤外レーザーによるホルムア ルデヒド,過酸化水素計測 ガソリンサロゲート詳細素反応 モデルの高精度化 * 計算のみ 計測温度域では、当量 比の低下,圧力の低 下に伴い着火遅れ時 間は長くなった. 実ガソリンと3種サロ ゲート燃料では,温度 条件により,着火遅れ 時間に差がある. 詳細素反応モデルを 用いて計算した着火遅 れ時間の傾向は,実 験結果と概ね一致した. 着火遅れ時間 τ 4 3 2 1 0 Pressure / MPa -30 -20 -10 0 10 20 Time / ms

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Gasoline TRF

2 MPa, = 0.5

3 MPa, = 0.5 2 MPa, = 1.0

2014 2015 2016 2017 2018

SIP革新的燃焼技術 I n n o v a t i v e C o m b u s t i o n T e c h n o l o g y

茨城大学工学部 金野 満, 田中 光太郎

ガソリン燃焼チーム クラスター大学18 (ノック抑制班)

急速圧縮装置による実ノック条件を想定した ガソリンの着火特性把握と中間生成物計測

進 捗 状 況

課 題

目 的

今 後 の 予 定

実 験 方 法

熱効率50%を目指すエンジン筒内の圧力,温度,燃料濃度,EGR条件(2~6 MPa, 800~1100 K,当量比0.5,EGR20%)を 急速圧縮装置の上死点で実現し,実ガソリンおよびサロゲー

ト燃料の自己着火特性,すなわちノック発生特性を明らかにする.この結果は,ノックのシミュレーションに不可欠な燃料の自己着火を予測する詳細素反応モデルの構築や,燃料の着火指標の構築に貢献する.これまで,2 ~ 3 MPaにおける燃料の自己着火特性を評価した.

急速圧縮装置

Rapid Compression Machine

Stainless steel vessel

Gasoline

Injector driver

Vacuum pumpPressure

transducerCharge amplifier

Analyzer

N2 N2 O2ArCO2

Pulse generator

QC

laserDetector

燃料 RON: 90.7, MON: 83.7

JIS2号ガソリン サロゲート 3種 5種*

成分 vol% 成分 vol% vol%

n-パラフィン 13.6 n-ヘプタン 17.8 14.0

i-パラフィン 34.4 i-オクタン 40 40.0

オレフィン 11.2 i-オクテン 16.0

ナフテン 5.4 メチルシクロ ヘキサン

7.0

アロマ 33.8 トルエン 42.2 23.0

Bore×stroke [mm] 100×130

Displacement [cm3] 1021

Compression ratio 14.1

Compression time [ms] 40

ガソリンが自己着火した時の圧力プロファイル

760 K, 2 Mpa, φ = 1.0

2段階の圧力上昇がみられ,低温酸化反応を持つことがわかる。

ガソリンの着火遅れ時間

初データ

• アロマは全温度域の着火遅れ時間を長くする.

• オレフィンは低温域で着火遅れ時間を長くし,高温域で短くする.

• ナフテンは全温度域の着火遅れ時間を長くする.

・高圧場(4 ~ 6 MPa),当量比0.5,EGR20%における,実用燃料及びサロゲート成分の自己着火特性を明らかにすること.

成分 vol%

No. 1 No. 2 No. 3 PRF

n-ヘプタン 17.8 17.8 17.8 9.3

i-オクタン 40 40 40 90.7

i-オクテン 42.2

メチルシクロヘキサン 42.2

トルエン 42.2

RON 90.7 86.9 71.6 90.7

サロゲート成分が着火遅れ 時間に及ぼす影響(計算)

Experiments

Simulations

2 MPa, 当量比1.0

無過給時を想定した雰囲気場でのガソリンの着火遅れ時間計測 (P: 2,3 MPa, = 0.5)

過給時を想定した雰囲気場でのガソリンの着火遅れ時間計測 (P: 4 ~ 6 MPa, = 0.5)

過給, EGRを想定した雰囲気場でのガソリンの着火遅れ時間計測 (P: 4 ~ 6 MPa, = 0.5, EGR率0~30%)

中赤外レーザーによるホルムアルデヒド,過酸化水素計測

ガソリンサロゲート詳細素反応モデルの高精度化

*計算のみ

• 計測温度域では、当量比の低下,圧力の低下に伴い着火遅れ時間は長くなった.

• 実ガソリンと3種サロ

ゲート燃料では,温度条件により,着火遅れ時間に差がある.

• 詳細素反応モデルを用いて計算した着火遅れ時間の傾向は,実験結果と概ね一致した.

着火遅れ時間

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タイプライターテキスト
2015.6.30 SIP「革新的燃焼技術」公開シンポジウム