超高圧縮比エンジン実現に向けた冷炎反応制御によるノッキング抑制手法の創出

超高圧縮エンジンでは，混合気が高温・高圧条件に達し，冷炎と呼ばれる低温火炎がエンジン内の燃焼に強く影響を及ぼすと考えられる．本年度は，広範囲の温度，圧力，混合気組成条件に対し冷炎及び冷炎強化に伴う火炎伝播速度の促進に関する調査を行なった．東北大学では，微小反応管装置を用いた実験及び数値計算を実施した．実験では，圧力や冷炎化学反応の滞在時間により冷炎の発光強度が強く変動する様子を捉えることに成功，さらに火炎のダイナミクスを解析し冷炎通過時の火炎伝播の促進を明らかにした．また，着火時の大きな圧力変動を解像可能な流体の圧縮性と詳細化学反応を考慮した反応性流体の数値計算ソフトウェア開発し，数値計算を実施した．本数値計算により実験で観察された冷炎による火炎伝播促進効果を定性的に再現した．着火時の化学反応経路の解析では，圧力の上昇に伴い着火時の反応開始経路が中温反応から高温反応に切り替わる圧力条件が存在することを示した．また，国際共同研究として米・テネシー宇宙大学にて実施している数値計算では，冷炎だけでなく火炎伸長を考慮した火炎動態を調査することで，より包括的な冷炎の影響を調査している．実機エンジンに相当する高温条件下で伝播する火炎は，冷炎が存在しない未反応の混合気中を伝播する通常の火炎とは異なり，冷炎の進行度により全く異なる火炎伝播速度の火炎伸長依存性を有した．これは，冷炎の進行により分子の拡散性が大きく変動することが要因であり，従来の火炎伝播速度の火炎伸長理論に反する新たな発見であるといえる．

超高圧縮エンジンでは，混合気が高温・高圧条件に達し，冷炎と呼ばれる低温火炎がエンジン内の燃焼に強く影響を及ぼすと考えられる．本年度は，広範囲の温度，圧力，混合気組成条件に対し冷炎及び冷炎強化に伴う火炎伝播速度の促進に関する調査を行なった．東北大学では，微小反応管装置を用いた実験及び数値計算を実施した．実験では，圧力や冷炎化学反応の滞在時間により冷炎の発光強度が強く変動する様子を捉えることに成功，さらに火炎のダイナミクスを解析し冷炎通過時の火炎伝播の促進を明らかにした．また，着火時の大きな圧力変動を解像可能な流体の圧縮性と詳細化学反応を考慮した反応性流体の数値計算ソフトウェア開発し，数値計算を実施した．本数値計算により実験で観察された冷炎による火炎伝播促進効果を定性的に再現した．着火時の化学反応経路の解析では，圧力の上昇に伴い着火時の反応開始経路が中温反応から高温反応に切り替わる圧力条件が存在することを示した．また，国際共同研究として米・テネシー宇宙大学にて実施している数値計算では，冷炎だけでなく火炎伸長を考慮した火炎動態を調査することで，より包括的な冷炎の影響を調査している．実機エンジンに相当する高温条件下で伝播する火炎は，冷炎が存在しない未反応の混合気中を伝播する通常の火炎とは異なり，冷炎の進行度により全く異なる火炎伝播速度の火炎伸長依存性を有した．これは，冷炎の進行により分子の拡散性が大きく変動することが要因であり，従来の火炎伝播速度の火炎伸長理論に反する新たな発見であるといえる．