論文

セラミックス遮熱形２ストロークエンジンは，高温燃焼ガスからの熱損失の低減し，排気エネルギの回収し，大幅な熱効率の向上を目指すものである。本研究では燃焼壁の高温化に伴う，燃焼室壁面における瞬時熱流束の測定を試みた。

急速圧縮装置により高温・高圧の雰囲気を作り，そこに実現した噴霧火炎を対象に雰囲気のガス組成（酸素，窒素，二酸化炭素），雰囲気の温度，火炎の温度について系統的な比較実験を行なった。本報では特に高温燃焼時の燃焼過程とすすの生成・酸化，消滅過程に及ぼす影響について検討している。,急速圧縮装置により高温・高圧の雰囲気を作り，そこに実現した噴霧火炎を対象に雰囲気のガス組成（酸素，窒素，二酸化炭素），雰囲気の温度，火炎の温度について系統的な比較実験を行なった。本報では特に高温燃焼時の燃焼過程とすすの生成・酸化，消滅過程に及ぼす影響について検討している。

セラミックス遮熱形エンジンは，高温燃焼ガスからの熱損失の低減と排気エネルギーのカスケード利用により（熱回収）大幅な燃費の向上を狙うものである。しかし，高温燃焼に伴う燃焼の長期化，すすの生成，NOxの発生，高温に耐えられる潤滑油の問題など，いくつかの難問に遭遇している。本研究ではセラミックス遮熱形エンジンにおけるメタノール燃料の高温燃焼の可能性について，探求する。 　２ストロークエンジンは小型，軽量で高出力を得やすいという特徴から，コンパクトなエンジンとして広く使われている。しかしながら，低速，低負荷時の安定運転性に欠けることや，吸排気の機構上，高負荷時の未燃の炭化水素の排出量が多いという欠点を持つ。しかし，回転速度と内部EGRの条件によっては低負荷において，未燃炭化水素の発生が極めて少なく，かつ非常に安定した燃焼でスムースな運転を行うことの出来る領域が存在することが報告されている。燃焼のサイクル変動の少ないこの燃焼形態は，大西らによりATAC(Active Thermo-Atmosphere Combustion)と呼ばれ，その燃焼機構は多点自己着火とバルク状の燃焼と推測されている。 　メタノールを燃料とする場合にホルムアルデヒド，未燃メタノールの排出が問題となる。その対策として，ATAC方式の採用と，さらにその燃焼室壁のセラミックス化による遮熱・高温化が提案し，セラミックス遮熱形メタノールATACエンジンの可能性を調査する目的で燃焼室壁面の高温化の効果について実験的に検討を加えた。まず燃料にメタノールとガソリンを用いた場合について，ATAC運転時における運転特性および燃焼特性の差異を比較検討し，次に燃焼室壁面をセラミックス化により遮熱高温化した場合において，ATAC運転時におけるメタノールの着火および燃焼反応の特徴および排気への影響について調査した。さらにシリンダヘッド部に薄膜形熱電対を形成し，壁面温度スイングの計測を行い，フーリエ解析法により壁面温度スイングや瞬時熱流束の挙動を調べ，燃焼室壁の高温化と燃焼および排気との関係，そしてATAC運転時の過早着火又は熱面着火との関係について考察した。

アルコール燃料および軽油燃料をセラミックス遮熱形エンジンで想定される高温の雰囲気条件で噴霧燃焼させた場合の挙動について，急速圧縮装置を用いた燃焼実験を行い，熱発生率の解析を行っている。高温化による燃焼の長期化が，高温化に伴う粘性の増加のみならず，火炎温度の高温化に伴う熱解離反応の増加が見かけの熱発生率経過を長期化させる要因となり得ることを指摘している。また火炎中のすすは高温化により，生成が促進されるが同時に酸化加速度も増加し，結果としてすすの消滅時刻には，大きな差異は生じないことを明らかにした。

レーザ光を用いた瞬時濃度計測法に関する研究報告，高速の気体噴流が周囲気体と混合する過程を解析する目的で，ＬＩＦ法による噴出気体の二次元断面濃度計測法を開発した。濃度計測の精度を確保する上で問題となる蛍光物質の蛍光係数の共存ガス依存性および雰囲気の温度依存性を補償する手法を提案している。

ＡＴＡＣエンジンでメタノールを燃焼させた場合の火炎構造を解析することを目的として，ラジカル発光のスペクトル解析装置と二次元イメージ画像撮影装置を開発し，可視化エンジンを用いて燃焼観察を行った。その結果，従来の火炎伝播方式とは全く異り，多点で自己着火しバルク状に燃焼反応が進行するＡＴＡＣの燃焼形態を世界で初めて明らかにした。

火炎のラジカル発光計測による燃焼診断の可能性について検討した。ガソリン，メタノール，メタンと空気の予混合火炎からの発光スペクトル計測を行ない，火炎中に存在するラジカル種の同定を行なった。メタノールに対してはＯＨ，ＣＨラジカル発光が，ガソリン，メタンに対してはＯＨ，ＣＨ，Ｃ2ラジカル発光が計測可能な発光強度を持つことを見い出した。さらにこれらのスペクトル強度に対する当量比，予混合気温度の影響および燃料依存性について明らかにした。各燃料とも２つのラジカルの発光強度比が当量比に対して線形性を有する組合わせがあり、ラジカル発光の計測による燃焼場での当量比予測の可能性を示した。

メタノールを燃料とするエンジンでは，ホルムアルデヒド，未燃メタノールの排出を如何に低減し得るかが問題となる。ＡＴＡＣ方式エンジンの採用，さらにその燃焼室壁のセラミックス化による断熱・高温化を提案し，セラミックス遮熱型メタノールＡＴＡＣエンジンの燃焼，排気特性について検証した。この結果メタノールによるＡＴＡＣ運転領域の拡大，および，燃焼室壁面の高温化によるホルムアルデヒド，未燃メタノール排出の低減効果が確認された。同時に，ＡＴＡＣ運転領域において着火時期の早期化による効率の低下が見られたが，この対策として吸気予混合気の希薄化が有効であり，また，有害排出物の低減が図れることがわかった。

２ストロークエンジンで見られるＡＴＡＣとよばれる自己着火燃焼の着火・反応機構の解明を目的として，エンジン燃焼室内ラジカル発光像の計測システムを試作した。メタノールを燃料とするＡＴＡＣエンジンにおける火花点火に始まる通常燃焼とＡＴＡＣの場合についてラジカル発光像の計測を行なった。その結果，通常燃焼の場合には，火炎伝播により燃焼が進行するのに対して，ＡＴＡＣの場合には燃焼室全域で着火が生じ，その後バルク状の極めて均質な燃焼反応が進行することがわかった。ＡＴＡＣエンジンでは熱発生の開始前の，極めて早期にＯＨラジカル発光が生じ，つづいてＣＨラジカル発光が生じることを明らかにした。