水素添加による炭化水素燃料の乱流燃焼特性改善と二酸化炭素、窒素酸化物排出量の低減

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近年,省エネルギー,自然環境の保護といった社会的要求の高まりを受け,内燃機関技術にもなんらかの対策が求められている.石油枯渇問題から様々な代替燃料が検討されているが,なかでもメタンは天然ガスの主成分として豊富な埋蔵量を誇り,また,自然エネルギー利用の観点から注目されているバイオガスの主成分でもあるため,その燃焼特性を理解することは応用上重要となっている.一方,高効率な内燃機関燃焼技術として,希薄燃焼技術が注目されており,実用化の段階にあるが,燃焼速度の低下や,希薄限界近傍での失火の問題など未だ解決すべき問題を含んでいる.これら希薄燃焼の問題解決に関して著者等は以前の研究で少量の水素添加が有効であることを報告している.本研究ではメタンを燃料として少量の水素添加を行い希薄燃焼により高効率かつ安定燃焼を実現するために,水素添加がメタン混合気の乱流燃焼特性に及ぼす影響を更に詳細に検討した.本研究ではまず,水素添加が乱流燃焼速度に及ぼす影響を調べ,同じ当量比,層流燃焼速度の混合気でも水素添加量に応じて乱流燃焼促進効果(同一乱れ強さによる乱流燃焼速度の増加量)が大きくなることが分かった.次に本研究では可燃限界近傍の希薄混合気を使用して,水素添加により希薄混合気の乱流燃焼時の消炎限界が拡大することを示した.さらに本研究では水素添加による乱流燃焼促進機構の解明を試み,同一乱れ強さに対する乱流燃焼速度の差異が,乱流火炎の局所火炎片がうける火炎伸張に対する応答性(マークステイン数)の違いによる局所燃焼速度の変化により説明できることを示した.