3.392 m m 赤外吸収法による火花点火機関点火プラグ近傍燃料濃度計測

3.392mm赤外吸収法による火花点火機関点火プラグ近傍燃料濃度計測3.392mm赤外吸収法による火花点火機関点火プラグ近傍燃料濃度計測動力工学研究室　　雑賀俊喜

背景　　地球温暖化防止などの環境保護が叫ばれている現在，温暖化に関係するといわれている二酸化炭素の排出量低減に対して機関の熱効率の向上が求められている． ↓この問題解決の手段の一つ希薄混合気燃焼 ↓希薄になった場合に生じる問題点サイクル変動（トルク変動）この現象には初期の燃焼が大きく影響している ↓ 点火プラグ近傍の燃料濃度を把握することが重要となる本研究の目的赤外吸収法を用いて火花点火機関点火プラグ近傍燃料濃度を計測した

他のエンジンシリンダ内濃度計測法 • ガスサンプリング法は，定常運転において同一クランク回転角でサンプリングし，ガスクロマトグラフで分析する方法である．しかし，測定場が変わること及び時間応答性に問題がある． • レーザ誘起蛍光法は，レーザを流れ場に照射し基底状態の物質を励起させ，その濃度分布を画像情報として計測する方法である．しかし，定量化が困難なこと及び可視化エンジンが必要となり実用機関に適用できない．

赤外吸収法

Lambert-Beerの法則

空燃比 A/F

結言 (1).定容容器を用いて炭化水素系液体燃料のモル吸光係数に及ぼす温度，圧力の影響を調べることができ，イソオクタンのモル吸光係数は温度が上昇すると増加し，圧力が上昇すると減少する． (2).赤外吸収法を用いてシリンダ内点火プラグ近傍の燃料濃度計測は可能であり，点火前の空燃比を算出できる．

燃料としてイソオクタンを使用する理由 • 蒸発特性などの性状がガソリンと比較的似ている • モル吸光係数がハイオクガソリンに比べて大きいため，同じモル濃度であれば透過率が低下し，精度が向上する • 単一成分であるため，成分変化が起こらないと考えてよい

イソオクタン • 正式名：2,2,4-トリメチルペンタン • 化学式：C8H18 • 分子量：114.23 • 密度：0.69g/ml • 融点：165.8K，沸点：372.4K

希薄燃焼における熱効率向上の要因 • 単位体積当たりの発熱量が小さくなるため，同一出力を得るためにはシリンダ内への吸入混合気を増加させる必要がある．そのため，絞り弁を開くことになりポンプ損失が減少する． • 燃焼ガス温度が低くなるため熱損失が減少する． • 比熱比が増加する．

サイクル変動の主な原因 • 吸気における空燃比の変動 • 混合気中の燃料，空気，残留ガスの混合が不均一なこと • 初期火炎伝播のおくれ期間の変動

PbSe光導電素子とInSb光起電力素子 • PbSe光導電素子は，赤外線が入射すると抵抗が減少する光導電効果を利用したもの • InSb光起電力素子は，Geフォトダイオードと同じくPN接合を持ったもの • PbSeよりInSbの方が優れている点は，応答速度が速いこと，S/Nが良いことが挙げられる

3.392 m m 赤外吸収法による 火花点火機関点火プラグ近傍燃料濃度計測