燃料改質によるＮＯｘ無排出エンジンの開発：分子レベル反応の解明から自動性能予測へ

通过燃料重整开发无氮氧化物排放发动机：从分子水平反应的阐明到自动性能预测

基本信息

批准号：
19J11887
负责人：
村上雄紀
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2020年度は，炭化水素燃料および窒素化合物（NOx, アンモニア）の混合気に対応する化学反応モデルの構築を行った．モデル検証の過程で行った実験から，（1）高濃度の窒素酸化物が炭化水素燃料の酸化を抑制する効果を持つこと，（2）一般的に反応性が低いとされるアンモニアが，炭化水素との相互干渉によって窒素酸化物を生成し，炭化水素の反応性を向上させる働きを持つことが分かった．これらの結果は，従来のNOxやアンモニアの持つ効果についての理解とは反する傾向であり，対象とした混合気の条件範囲を拡大したことによって明らかになった．またいずれの結果も2019年度に実施した，「低温条件における火炎挙動に関する研究」や「炭化水素燃料の可燃限界に対する窒素酸化物の影響に関する研究」に密接に関係しており，前年度の研究成果を生かして，個々の化学種が持つ影響をより体系的に明らかにすることができた．より広範な条件に対応できるよう，構築した化学反応モデルを改良していく上でも，これらの情報は極めて有用であると考えている．なお，得られた研究成果については，燃焼工学分野で最も権威ある国際学術論文誌(Combustion and Flame, IF: 4.570)への投稿手続きを進めている．さらに，構築した化学反応モデルを用いて，簡易的なエンジン燃焼計算を実施した．炭化水素／窒素化合物（アンモニア）の混合気組成や，燃料濃度，初期温度などをパラメータとして変化させた際に，燃焼生成物がどのように変化するかを調べた．得られた計算結果から，混合燃料から水素を効率よく取り出し，利用できる条件範囲の存在が示唆された．この結果は，エンジンにおける水素やアンモニア燃料の応用範囲を拡大するものであり，極めて有意義であると考えている．

2020年，我们构建了一个对应于碳氢燃料和氮化合物（NOx、氨）混合物的化学反应模型。通过模型验证过程中进行的实验，我们发现（1）高浓度的氮氧化物具有抑制碳氢化合物燃料氧化的作用，以及（2）通常被认为反应性较低的氨，发现：与氢相互干扰生成氮氧化物，具有提高碳氢化合物反应活性的作用。这些结果与NOx和氨的影响的传统理解相反，并且通过扩大空气燃料混合物的条件范围而变得清楚。此外，两项成果均与2019财年开展的“低温条件下火焰行为研究”和“氮氧化物对碳氢燃料可燃极限的影响研究”密切相关，都是上一年的结果通过利用这一点，我们能够更系统地阐明单个化学物质的影响。我们相信这些信息对于改进我们构建的化学反应模型非常有用，以便它们能够响应更广泛的条件。获得的研究成果目前正在提交给燃烧工程领域最负盛名的国际学术期刊（Combustion and Flame，IF：4.570）。此外，使用构建的化学反应模型进行了简单的发动机燃烧计算。我们研究了当碳氢化合物/氮化合物（氨）混合物成分、燃料浓度和初始温度等参数变化时，燃烧产物如何变化。获得的计算结果表明，存在一系列可以从混合燃料中有效提取和使用氢气的条件。我们相信这一结果极其重要，因为它扩大了氢和氨燃料在发动机中的应用范围。