化学熱力学的手法による均一過濃超高圧燃料噴霧燃焼の自着火限界の解明

用化学热力学方法阐明均质超浓缩超高压燃料喷雾燃烧的自燃极限

基本信息

批准号：
06750205
负责人：
山根浩二
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,高圧燃料噴射によって形成した均一過濃予混合気の自着火限界および窒素酸化物の低減化の可能性をディーゼル機関を用いた試験結果の熱力学的解析ならびに化学動力学的数値計算によって明らかにすることを目的として行った.研究では,小型直接噴射式ディーゼル機関の燃料噴射圧力,噴射時期,ノズル噴孔径,噴孔数を種々に変更して排気および燃焼特性値を実測しその熱発生率を解析した.その結果,燃料噴射ノズルの噴孔径を従来の0.29mmから0.22mmまで低減し,100MPa以上の噴射ピーク圧力で燃料を噴射すれば,燃料/空気の平均当量比が1以上の過濃範囲でも安定して自着火し,窒素酸化物の排出濃度も低いことが明らかになった.これは小噴孔径と高噴射圧化とによって燃料/空気の混合気が過濃でしかも均一化したためと考えられるが,燃料-空気の反応に関しては不明なため,メタン-空気の均一系の素反応に関する化学動力学を用いて当量比0.7の希薄および1.2の過濃混合気の着火温度および化学種や燃焼生成物の時間変化を調査した.これによれば,化学的着火遅れは過濃混合気の方が約0.2ms長くなるが断熱火炎温度はほぼ同一であるものの,一酸化窒素NOは希薄な方が高い濃度を示す.これはNOが過濃混合気の燃焼によって生じた水素ラジカルHよって還元されるためであるが,一方でHNOも生じ易くこれがNOを生成する.したがって,最低NO濃度は混合気の当量比を1.2以上にしてもあまり変化しないため,過濃予混合気の自着火限界は最低NO濃度によって制約されることが推定された.この点に関しては,今後,過濃な高圧噴霧内の着火前後の化学種濃度変化の実測によって解明して行く計画である.

本研究通过对柴油发动机的测试结果进行热力学分析和化学动力学数值计算，研究了高压燃油喷射形成的均质富预混合物的自燃极限以及减少氮氧化物的可能性。通过改变燃油喷射压力、喷射正时、喷孔直径和喷孔放热率来测量小型直喷柴油机的排气和燃烧特征值。因此，如果将喷油嘴的喷孔直径从传统的0.29mm减小到0.22mm，并以100MPa以上的喷射峰值压力喷射燃油，则平均燃油/空气当量比将为1。或更多。结果表明，即使在较宽的范围内，自燃也能稳定发生，并且氮氧化物的排放浓度也较低。这是因为小喷孔直径和高喷射压力使燃料/空气混合物变得丰富且均匀。燃油耗尽由于气体的反应未知，因此利用均相甲烷-空气基元反应的化学动力学研究了当量比为0.7的稀混合物和当量比为富混合物的着火温度以及化学物质和燃烧产物的时间变化。 1.2 的调查据此，浓混合气的化学点火延迟大约长0.2 ms，但绝热火焰温度几乎相同，但稀混合气中一氧化氮NO的浓度高于浓混合气的燃烧。不。这是因为由此产生的氢自由基H被还原，但另一方面，也容易产生HNO，从而产生NO，因此，即使混合物的当量比增加至1.2，最低NO浓度也不会发生太大变化。或更多，因此不存在过量的氢气。据估计，富预混合物的自燃极限受到最低NO浓度的限制。这一点将在未来通过实际测量点火前后化学物质浓度的变化来阐明。高度集中的高压喷雾这就是计划。