論文

KAST神奈川科学技術アカデミーにて展開した「２ストローク・セラミックス・エンジン」の成果を発表した。

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。雰囲気条件が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た。

メタノール燃焼時に問題となるホルムアルデヒド，未燃メタノールの排出に対し，その低減方法として，ATAC方式エンジンの採用，燃焼室壁面構成部材にセラミックスを用いることによる特性を検証した．すなわち，まずメタノールの燃焼，排気特性をガソリンの場合と比較検討し，次に燃焼室構成部材にセラミックスを用い，燃焼室内の断熱・高温化による諸特性への影響，改善効果について検証した．

本研究はメタノールを燃料とするATAC(Active Thermo-atomosphere Combustion)運転時における２ストロークエンジンの燃焼機構を明らかにすることを目的とする．ラジカル発光像計測システムを試作し，シリンダーヘッドに石英製の窓を設けた可視化エンジンを用いて，火炎点火に始る通常燃焼とATACの場合についてラジカル発光像の計測を行った．その結果，通常燃焼の場合は火炎伝播により燃焼が進行するに対し，ATACの場合は，燃焼室全体の領域で着火が生じ，その後バルク状に極めて均質な燃焼反応が進行することを見い出した．

燃焼反応や火炎構造を解明する上で，火炎中に存在するラジカルを検出することは極めて重要である．本研究では燃焼場でのラジカル発光計測による燃焼診断の可能性について，検討したものである．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い，火炎中に存在するラジカル種の同定を行った．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．

エンジン燃焼室内に燃料を直接噴射する機関において間欠的に噴射された燃料は，流動・分裂・微粒化の過程を経て非定常の噴流または噴霧として広がり，燃焼室内の雰囲気と混合する．この間欠噴流と雰囲気との混合気形成過程は，非定常過程であるために瞬時計測の難しさゆえ，十分な解析が行われていないのが現状である．噴射系の設計に当たっては，ノズル形状や噴射圧等のパラメータ変更が噴流の内部構造に及ぼす影響を事前に把握するための情報が切望されており，特に噴流断面の濃度分布の瞬時計測は，混合気のスケールや均質性等の燃焼特性に関与する直接的な因子の把握のために極めて有用である．本研究では，間欠非定常噴流の混合気拡散過程をレーザ誘起蛍光法を用いて，噴流の瞬時断面濃度分布の可視化を行い更に，噴流の濃度分布計測の定量化を目的としている．

神奈川科学技術アカデミー 第２研究室の室長として「セラミック・２サイクル・メタノールエンジン」プロジェクトの狙いについて解説した。 燃料にメタノールを用いて，セラミックスとメタノールの燃焼特性を有効に活かすことができれば，将来ますます厳しさを増す環境問題に対応し得るクリーンな小型動力源としてのエンジンの開発の可能性が生まれる．CME調査会において，検討された[セラミック遮熱形エンジンのメタノール高温燃焼の可能性]についてその研究コンセプトの一端を紹介する．

神奈川科学技術アカデミー第２研究室の研究室長として，３年にわたり展開された研究プロジェクトの研究報告書，本プロジェクトでは，エンジンの構造材にセラミックスを採用するとともに，石油燃料に替えてメタノールを燃料に用い，セラミックスとメタノールのもつ特性の巧みな組合せによって，これまで未解決の課題をクリアして，高効率で排気がクリーンな小型動力源の基礎研究および開発研究を進めた。本研究により，低ＮＯｘ，高効率のエンジンシステムが実現された。

神奈川科学技術アカデミー第２研究室の研究室長として，３年にわたり展開された研究プロジェクトの研究報告書，本プロジェクトでは，エンジンの構造材にセラミックスを採用するとともに，石油燃料に替えてメタノールを燃料に用い，セラミックスとメタノールのもつ特性の巧みな組合せによって，これまで未解決の課題をクリアして，高効率で排気がクリーンな小型動力源の基礎研究および開発研究を進めた。本研究により，低ＮＯｘ，高効率のエンジンシステムが実現された。

急速圧縮装置を用いて高温・高圧の雰囲気を作り，そこに実現した高圧の燃料噴射による噴霧燃焼火炎を対象に，火炎の温度および火炎中のすす濃度を二次元のイメージ画像として計測する手法を開発，適用した。すなわち火炎発光を高速度カメラで記録し，二色法による火炎温度および火炎中のすすの指標となるＫＬ値についてコンピュータ解析を行った。本研究により，雰囲気の温度，雰囲気の組成，特にＣＯ2，Ｎ2，Ｏ2等のすす生成と消滅に及ぼす影響が明らかにされた。

半学半教と題するコラム記事として研究室の学生との研究交流について紹介した

予混合圧縮着火機関では回転速度および負荷の広い範囲で高効率を維持できる着火および燃焼の制御手法の確立が課題である。アルカン系、エーテル系、アルコール系の各種低炭素代替燃料について、その燃料分子構造および燃料性状に着目しながら、２ストロークＡＴＡＣエンジンを供試機関とする燃焼実験を行ない、ＡＴＡＣ運転領域、自己着火時期、自己着火温度、燃焼期間を調査し、着火および燃焼の支配要因を考察した。自己着火温度は給気比および当量比の依存性は小さく、燃料の種類によって一義的に定まる。回転速度を上げ圧縮速度を早くすると高温化する傾向を示す。クランク角度で評価した燃焼期間は、当量比、給気比、回転速度の依存性は小さく、燃料種に依存性が支配的であることが明らかにされた。

急速圧縮装置を用いて、プロパン空気の希薄予混合気を圧縮し、自着火に至る各反酸化応期、すなわち、１．低温反応開始前、２．低温反応中、３．高温反応中、４．燃焼終了後、の各時期に軽油燃料を単発噴射し、形成されるディーゼル噴霧火炎を対象に着火遅れ期間、燃焼期間、火炎温度、火炎中のすす濃度の解析を行なった。その結果、低温反応開始前および低温反応中に噴射した場合、両者の着火遅れ期間はほぼ同一となる。一方、燃焼期間は低温反応後期に噴射した場合、短縮する。火炎温度とすす濃度は、低温反応後期に噴射した場合に低下することが明らかにされた。

直接噴射式ディーゼル機関から排出されるすすとＮＯｘの同時低減手法として、高圧燃料噴射とマイクロホールノズルの組合せが提案されている。しかし、この噴射系を用いることで着火遅れ期間が短縮し、燃料濃度分布の十分な均一化が行なわれず、燃焼が進行し局所火炎温度が高いためにＮＯｘの低減には至らない。本研究では急速圧縮装置でディーゼル噴霧を噴射圧１００ＭＰａ、噴口径０．０６ｍｍで単発噴射し、低セタン燃料を用いることで着火時刻を燃料噴射終了後まで長期化させ、局所的にも量論比域を含まない均一・希薄な予混合気を形成することで、すすおよびＮＯｘの同時低減の可能性について検討した。

予混合圧縮着火エンジンでは、着火時期の制御が課題の一つとなっている。本研究ではｎ－ブタン空気の均一予混合気を対象に単気筒エンジンを用いた圧縮自着火燃焼実験を行ない、外部ＥＧＲが圧縮自己着火に及ぼす影響について解析した。ＥＧＲによる予混合気の昇温効果と希釈効果を明らかにする目的で、ＥＧＲ実験に加え、給気昇温実験、ＣＯ２添加実験を併せて実施し、各要因の効果を単独で検証した。低温酸化反応の発現時期は温度に強く支配されること、高温酸化反応の発現時期は温度および混合気の組成に影響を受けることが明らかとなった。

２ストロークエンジンで低負荷の条件で観測される圧縮自己着火燃焼（ＡＴＡＣ）について,その燃焼機構を解説した。特に「低公害性,低燃費性」という特徴,自世代型レシプロエンジンの燃焼方式としての期待,低炭素代替燃料の適合性,今後の課題について,解説している。