密閉容器内衝突噴霧燃焼による煤及びNOx低減に関する研究

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近年、環境公害として非定常噴霧燃焼において排出される粒子状物質およびNOxの有害物質は、大気を汚染したりあるいは人体に悪影響を及ぼすことなどで大きな社会問題となっている。そこで、著者らは前回密閉容器内での衝突噴霧燃焼によって、その燃焼に起因する有害物質、特に煤粒子の低減の可能性を調べ、衝突噴霧燃焼は低煤・高負荷燃焼に著しく有効であることを示した。次の段階として、本研究では、上述と同一燃焼方式によってNOxと空気過剰率の関係及び燃焼領域に生じる高撹乱の状況等を観察し、衝突噴霧燃焼における低煤・低NOx・高負荷燃焼の可能性を調べ、燃焼工学的な考察を行った。得られた結果は次の通りである。(1)対向噴射の噴霧(衝突噴霧)は、対壁に衝突することなく、強い撹乱を伴い、燃焼容器全体に比較的一様に散乱して分布し、その噴霧粒径(ザウタ平均粒径)は20〜150μmの範囲にある(単噴射の場合、噴霧粒径は20〜250μmと幅広い範囲にわたって分布)。(2)衝突噴霧燃焼では、火炎は燃焼室中央付近に位置し、同時に噴霧の衝突によって強い撹乱と渦のために火炎は激しく乱され、細い皺と火炎の散乱が観察され、内部EGRの効果が期待される。(3)衝突噴霧による燃焼状況は、上記(2)のほかに、単噴射の場合のそれと比較して、着火おくれ時間が短く、圧力上昇率すなわち燃焼速度が大きく、かつ最大燃焼圧力(圧力仕事)も大きい。また燃焼後でも燃焼ガスの攪乱によって燃焼容器への熱損失が大きい。(4)衝突噴霧の場合、空気過剰率に対する煤及びNOxは、空気過剰査の増大に伴いいちぢるしく減少し、煤濃度は対向噴射では単噴射の場合よりも50〜70%低減し、NOxは10分の1程度に減少する。すなわち衝突噴霧で生ずる燃焼は低煤・低NOx・高負荷燃焼にきわめて有効である。