Microsoft PowerPoint - ⑥H20説明資料(岡山大河原)配布 ppt

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1 点火プラグ実装型燃料 残留ガス濃度 計測センサシステム 岡山大学大学院自然科学研究科産業創成工学専攻教授冨田栄二准教授河原伸幸

2 ガソリンエンジンへの要求 高い熱効率 ( 低燃費 ), クリーンな排気ガスノッキング燃焼のサイクル変動 エンジンシリンダ内での特性評価 点火プラグ近傍の燃料濃度 ( 空燃比 ) 赤外吸収法水素炎イオン検出器 (FID) 点火プラグ近傍の乱流特性点火プラグ埋込型 LDV 装置 (F-LDV) 伝ぱ火炎特性 シリンダ内温度分布 温度履歴 背 景 2

3 吸気管燃料噴射 筒内直接噴射 Spark plug Injector 均一混合気 初期火炎核の形成乱流火炎伝播特性 層状混合気 希薄燃焼運転点火プラグ近傍での適切な燃料濃度 高効率 低燃費化への取組み 3

4 Fiber シリンダ内圧力計測 Metal mirror 温度計測センサシステム (SAE , SAE ) 点火プラグ近傍燃料濃度 / 残留ガス濃度計測赤外吸収法 点火プラグ近傍乱流特性点火プラグ埋込型 LDV 装置 (F-LDV) 火炎自発光検出センサシステム (SAE , SAE ) Spark electrode For non-combustion For combustion M5 type Glow plug type Spark plug type 点火プラグ埋込型センサ 4

5 点火プラグ近傍燃料濃度計測 - サイクル変動 - 点火時期での燃料濃度 ( 空燃比 ) - エンジンシリンダ内での燃料濃度分布 - 残留ガスの影響. 点火プラグ近傍燃料濃度の制御方法 - 燃料噴射時期 - 燃料噴射期間 >> 燃料噴射量 - 点火時期 - タンブル / スワール制御弁. 点火プラグ埋込型センサ ガソリンエンジンの様子 5

6 ガスサンプリング法 LIF( レーザ誘起蛍光法 ) 赤外吸収法 ラマン散乱法 計測対象に対する影響 有 無 無 空間分解能 空間分布計測可能 観測窓 不要 必要 不要 実機への適用可能 実機への適用困難 実機への適用可能 時間分解能 ms ns μs 時系列計測 時系列計測 計測精度 従来技術との比較 6

7 Metal mirror Optical fibers Data recorder processor Optical Fiber Band Pass Filter Spark electrode In. Injector Spark plug Collimator Ex. IR sensor IR Detector for 3.39μm He-Ne laser λ=3.39μm μm Vibration isolator IR Sensor system 7

8 I 0 ガス ( 吸収体 ) I 入射光 L 透過光 Lambert-Beer の法則 log I I 0 = ε 10 CL I : 透過率 I 0 ε : モル吸光係数 C : モル濃度 L : 測定部長さ 光源 : 波長 μm He-Ne レーザ モル吸光係数 : 雰囲気圧力 温度の依存性定容容器でのデータベース構築 レーザを利用した赤外吸収法 8

9 HITRAN による吸収線 ( メタン ) 9

10 IR direction Optical fibers Optical fibers Metal mirror Sapphire lens L = 10.0 mm L/2 Metal mirror 5 mm Spark electrode Spark electrode L = 15.5 mm L = 7.0 mm 点火プラグ埋込型センサ 10

11 Air cleaner Injector Pressure transducer Housing Intake T L T Exhaust Spark plug sensor Spark plug Vibration isolator IR detector IR He-Ne laser Band-pass filter Rotor L Spark plug sensor Beam collimator Fiber MAZDA RENESIS (RX-8) ロータリーエンジン 11

12 A / F (A/F) 0 =13.1 Spark timing Engine speed: 1500 rpm IMEP: 300 kpa (A/F) 0 =16.1 Spark timing 30 A / F Eccentric shaft angle, deg.atdc 測定した空燃比 12

13 Engine speed: 1500 rpm IMEP: 300 kpa 20 θ(0-10), deg.ea A / F θ(0-10), deg.ea A / F Cycle number (A/F) 0 =14.7 空燃比と初期燃焼期間の関係 13

14 CO 2 300K 2-5μm 4.3μm band CO 2 900K 2-5μm 4.3μm band Line strength, cm -1 /mole cm μm band 2.0μm band Line strength, cm -1 /mole cm μm band 2.0μm band Wavelength, μm Wavelength, μm CO 2 の吸収線 14

15 BPF Detector Infrared lamp Concave mirror Optical fiber Air Vibration isolator Air cleaner Surge tank Laminar flow meter Spark plug sensor Intake manifold Static mixer 実験装置 Bore x stroke: 70 x 58 mm Compression ratio : 9.5 Single cylinder 15

16 A/F, - 点火時期での CO 2 濃度と設定空燃比の関係 16 Transmissivity, CO2 Molar concentration, mol/m 3

17 自動車用エンジン ( 研究開発用 / 出庫前確認用 ) オートバイ用エンジン 汎用エンジン 航空機, ガスタービン燃焼器などの大型燃焼器 ごみ燃焼炉 二酸化炭素検出モニタなど 想定される用途 17

18 想定されるユーザー自動車メーカ, オートバイメーカ 想定される市場規模例えば自動車用排ガス分析装置の市場規模 98 億円程度エンジンベンチへの標準設置組立最終工程での動作確認 : 市場規模の拡大 想定される用途 ( エンジン関連 ) 18

19 二酸化炭素濃度の時系列計測を行いたいメーカ排ガス分析器 ガス濃度検出が必要な用途ガス検出器ガス漏洩検出器 想定される用途 ( その他 ) 19

20 エンジン全負荷条件での性能評価終了センサ部耐久性評価検証済みデータ処理方法検証済み 製品化への課題 1 信号処理装置の製作汎用性のあるソフトウエア 2 センサ構造の簡略化 3 センサの大量生産による低コスト化 Logger Detector 実用化に向けた課題 20

21 計測器メーカとの連携による製品化汎用性向上納入企業への対応 ( アフターケア ) 自動車メーカやオートバイメーカへの部品供給メーカとの連携により, センサ構造の再検討 赤外光源製造メーカ ( レーザメーカ ) との連携による一酸化炭素などへの拡張性検討, Logger Detector 企業への期待 21

22 発明の名称 : ガス濃度検出装置出願番号 : 特願 年 8 月 11 日出願発明者 : 冨田栄二, 河原伸幸出願人 : 国立大学法人岡山大学 本技術に関する知的財産権 22

23 岡山大学 コーディネーター東英男 ( アズマヒデオ ) TEL&FAX h-azuma@crc.okayama-u.ac.jp お問い合わせ先 23

24 低燃費で環境にやさしいエンジンの開発 希薄な燃料での安定した運転 圧縮比の高いエンジン 点火プラグ近傍での燃料 / 残留ガス濃度計測 点火プラグ埋込型センサの開発 実用運転条件での使用に耐えるセンサ構造 吸収線の詳細な調査 各種燃料のモル吸光係数データベース構築 サイクル変動計測が可能 Optical fibers 今後の課題 Metal mirror おわりに Spark electrode 24

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