電子顕微鏡を用いたディーゼル噴霧火炎内微粒子の生成・消滅過程の調査

用电子显微镜研究柴油喷雾火焰中细颗粒的产生和熄灭过程

• 批准号: 14J08204
• 负责人: 近藤 克文
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Meiji University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J08204/
• 关键词: 微粒子; PM; 電子顕微鏡; 内燃機関; ディーゼル燃焼; 光学計測; レーザー; ナノ構造

ディーゼル機関から排出される微粒子低減に必要不可欠な、噴霧火炎内微粒子生成・消滅過程の解明を目標に、平成28年度に実施した研究内容を以下，三項目に分類して述べる．１．微粒子の消滅過程を調査するために，粒子の酸化が支配的となっている本噴霧火炎下流域及び周辺域において，微粒子の補修実験を行い，TEMにより定性的に微細構造の変化を観察した．その結果，特に周辺部の粒子は，やせ細った，表面が歪な凹凸構造をしており，OHにより急速に酸化が進行している可能性が高いことが明らかとなった．２．火炎中の微粒子酸化速度を定量的に評価するために，火炎噴霧軸上の微粒子粒径変化を，TEM解析で得た微細構造（層長さ及び間隔）を用いることで，質量換算し，局所（火炎中心部）の酸化速度を算出した．得られた酸化速度は0.0013 g/(cm2・s)程度となり，二色法により得られる酸化速度（0.0015 g/(cm2・s)）とも矛盾せず，数値解析結果の検証に妥当なデータを得るに至った．３．現在の微粒子捕集装置で再現できていない，実エンジン筒内の現象の中で特に微粒子生成過程に影響を与えるとされる噴霧火炎の壁面衝突現象を，現用の燃焼器で模擬し，光学計測及びTEM解析により調査することで，排ガス微粒子の性状予測精度を向上させることを目的とする．本年度は，火炎内粒子性状の非定常的な変化に着目し，新たに時間分間サンプリングが可能な捕集装置を設計・製作し，定容容器内で粒子の時空間分解捕集及び解析を試みた．その結果，火炎下流部の先端通過時期に捕集された粒子が，排気微粒子径に匹敵する程の大きさとなっていることが明らかとなった．実機筒内では，空気過剰率は低く，また膨張行程により温度・圧力共に低下し，これらの火炎先端部で大粒径化した粒子が筒内で酸化され切らずに排気に至る可能性が示唆された．

デ ィ ー ゼ ル machine masato か ら discharge さ れ る particles low cut に need not owe な, micro particles generated in spray fire inflammation elimination process の interpret を target に, pp.47-53 28 year に be applied し た research content below を, three project に classification し て above べ る. 1. Particles の を elimination process investigation す る た め に, particle の acidification が dominate と な っ て い る basin under this spray fire inflammation and び weeks 辺 domain に お い て, particles の be completing the 験 を い, TEM に よ り qualitative に fine-structure の variations change を 観 examine し た. そ の results, に 辺 は の particles, zhou や せ fine っ た, surface が slanting な sag を し て お り, OH に よ り に acidification が rapidly to し て い likely が る い こ と が Ming ら か と な っ た. 2 Fire inflammation in の particles acidification speed を に of quantitative evaluation of 価 す る た め に, fire inflammation spray shaft の micro particle size variations を, TEM で must た subtle structure layer (long さ and び interval) を with い る こ と で, quality conversion し, bureau) to the center (fire inflammation の acidification speed を calculate し た. Have ら れ た acidification speed は 0.0013 g/cm2 (s.) degree と な り, two color method に よ り must ら れ る acidification rate (0.0015 g/cm2 (s)) と も contradiction せ ず, the numerical analytic results の 検 card に appropriate な デ ー タ を must る に to っ た. 3 Now の particulate trapping device で reappearance で き て い な い, be エ ン ジ ン cylinder is の phenomenon で in の に micro particle generation process に influence を and え る と さ れ る spray fire inflammation を の wall conflict phenomenon, current の し で 焼 device simulation, optical measuring and analytical に び TEM よ り survey す る こ と で, The pre-measurement accuracy of the characteristics of ガス micro-particles is を upward させる とを とを objective とする. This year は, fire inflammation within the particle properties の unsteady な - に the mesh し, new た に time points between サ ン プ リ ン グ が を may な capture device design, production of し, and constant volume vessel で particles の space decomposition and capture び parsing を try み た. そ の results, fire inflammation dirty の apex by period に capture さ れ た が particles, row 気 particles diameter に match す る の cheng big き さ と な っ て い る こ と が Ming ら か と な っ た. Be barrel inside で は, empty 気 turning rate low は く, ま た bentonite Zhang Xingcheng に よ り temperature, pressure, low に し こ れ ら の fire inflammation apex of で big particle size change し た particle が cylinder で acidification さ れ cut ら ず に row 気 に possibility to る が in stopping さ れ た.

项目成果

Transmission electron microscopy of soot directly sampled at different axial locations in diesel spray flame

• DOI: 10.1299/transjsme.15-00348
• 发表时间: 2015
• 作者: K. Kondo;Teruo Yamaguchi;Hiroki Nishigai;T. Aizawa

ディーゼル噴霧火炎の後燃え期間における紫外自発光・紫外吸収・輝炎の3種同時高速度撮影

柴油喷射火焰后燃期间紫外自发光、紫外吸收、亮焰三种类型的同时高速成像

• 发表时间: 2016
• 作者: 池 紘平;河合(野間) 繁子;斎藤 恭一;梅野 太輔;宮口明恵，池紘平，佐伯和哉，河合（野間）繁子，齋藤恭一，梅野太輔;近藤克文，坂井亨輔，相澤哲哉
• 通讯作者: 近藤克文，坂井亨輔，相澤哲哉

多気筒ディーゼル機関の後燃え期間における紫外自発光の高速度撮影

多缸柴油机加力燃烧期间紫外自发光的高速摄影

• 发表时间: 2016
• 作者: Fujiwara Y;Hase K;Wada K;Kabuta T.;長谷川直広，窪山達也，森吉泰生，西川雄也，堀江亮介，近藤克文，相澤哲哉
• 通讯作者: 長谷川直広，窪山達也，森吉泰生，西川雄也，堀江亮介，近藤克文，相澤哲哉

Automated Detection of Primary Particles from Transmission Electron Microscope (TEM) Images of Soot Aggregates in Diesel Engine Environments

• DOI: 10.4271/2015-01-1991
• 发表时间: 2015-09
• 期刊: SAE International journal of engines
• 影响因子: 1.2
• 作者: S. Kook;Renlin Zhang;Q. Chan;T. Aizawa;K. Kondo;L. Pickett;E. Cenker;G. Bruneaux;Ö. Andersson;J. Pagels;E. Nordin

High-speed ultraviolet chemiluminescence imaging of late combustion in diesel spray flame

柴油喷雾火焰后期燃烧的高速紫外化学发光成像

• DOI: 10.1177/1468087416684065
• 发表时间: 2017
• 期刊: International Journal of Engine Research
• 影响因子: 2.5
• 作者: Katsufumi Kondo;Masaki Kuribayashi;Kosuke Sakai and Tetsuya Aizawa
• 通讯作者: Kosuke Sakai and Tetsuya Aizawa