Transcript 化学発光像計測を用いた燃焼解析 （岩間 理）

KEIO UNIVERSITY
二成分燃料を用いた燃料の層状給気がHCCI燃焼に与える影響
―化学発光像計測を用いた燃焼解析―
岩間 理
研究目的
燃料供給方法
予混合圧縮自己着火（Homogeneous Charge Compression Ignition:
HCCI）燃焼では高負荷域におけるノッキング回避が課題となっている．
その手法の一つとして圧縮前の燃焼室内に燃料濃度の不均一性を与
え，局所ごとの燃焼位相を離散化させる方法が提案されている．
本研究では，自着火特性の異なる二種の燃料の供給方法の組み合わ
せを変化させた時に，それぞれの分布がHCCI燃焼に与える影響を調
査する．燃料にはDi-methyl ether（DME）及びn-Butaneを用いた．
Port1～3を組み合わせて用いることによっ
て5種類の供給方法を作成．
Case
Fuel
Fuel Injection Port 1
-Fuel Homogeneity-
Quartz
Window
Piston
Framing
Streak
Camera
Port2 Port3
Top View
82.5
7.95
115
Mirror
30.65
Orifice 1
for Small Scale Mixing
φ35×1 Hole
φ5.0×
19Holes
φ82.5
Homogeneity
Stratification
Stratification
Stratification
Homogeneity
Stratification
Homogeneity
Stratification
Stratification
φ4.2×1 Hole
2
2
1
 n -B u ta n e
Experiment
DME/n-Butane/Air
P0=0.1MPa
Ne=600rpm
ε=7.2
Qin_DME=306J/cycle
Qin_n-Butane=282J/cycle
Tin=variable
64 cycles average
2
2
41
4
5
5
3
3
1.5
3 5
4
3 5
1
1
2
45
3
4
5
1
3
2
0
0.34
4
1
4
φ82.5
2
供試機関には４ストローク単気筒可視化エンジンを使用
筒内ガス圧力計測→燃焼室内全体からの情報
化学発光像計測→燃焼室内局所からの情報
3
5
34
5
43
5
3
5
5
3
45
0.32
3 1
2
2
0.3
0.28
1
0.26
2
-10
Case1及びCase3における化学発光像履歴
-5
0
5
10
CA50 [ATDC deg]
0.24
20
15
3
Luminescence Intensity A.U.
Chemiluminescence Intensity [A.U.]
Case1
2.5
0
64
128
192
256
255
(dPc/dt)max=1.37MPa/ms
Case3
2
1.5
Case1
(dPc/dt)max=1.73MPa/ms
1
0.5
Case3
Case1
160
140
120
100
80
60
40
20
0
-20
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
Case1
Case3
I.I. Gate Open
2deg
1 2 3 4 5 6 7 8
550s
-30
-20
-10
0
10
Crank Angle  [ATDC deg]
20
In-cylinder Gas
Mass-averaged
Temperature Tc [K]
In-cylinder Gas
Pressure Pc [MPa]
 n -B u ta n e
最大圧力上昇率及びIMEP
(Case1～Case5)
Engine
Combustion Chamber
DME
DME
DME
DME
1
Rate of Heat Release
dQ/d
dQ/d[J/deg]
 n -B u tan e
 n -B u ta n e
DME
0.5
Orifice 2
for Large Scale Mixing
Homogeneity
Exhaust
Combustion
Chamber
P
Fuel Injection Port 2,3
-Fuel Stratification-
Injector
φ1.5×100 holes
5
IMEP [MPa]
Intake Exhaust
Orifice
Fuels
Distribution
in
Combustion
Chamber
Tex
Tin
Heater
（4kW）
Surge
Tank
50L
4
 n -B u ta n e
Fuel Injection Port 2, 3
-Stratification-
Maximum Pressure Rise Rates
(dPc/dt)m ax [MPa/ms]
Air
3
n-Butane
Tfuel
Injector
Laminar
Flow Meter
2
DME
実験システム
Fuel Injection Port 1
Tfuel
-Homogeneity-
1
Experiment
DME/n-Butane/Air
P0=0.1MPa
Ne=600rpm
ε=7.2
Qin_DME=306J/cycle
Qin_n-Butane=282J/cycle
Tpre=4922K
Images-acquiring cycle
Case1
CA50=2.0ATDCdeg
IMEP=0.28MPa
Case3
CA50=1.5ATDCdeg
IMEP=0.29MPa
Case3
-6
-4
-2
0
2
Crank Angle  [ATDC deg]
4
6
2008 IIDA LABORATORY
8