大気圧マイクロ波プラズマにより自動車エンジン燃焼改善

使用大气压微波等离子体改善汽车发动机的燃烧

• 批准号: 20654056
• 负责人: 佐々木 浩一
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20654056/
• 关键词: 大気圧プラズマ; 燃焼改善; 自動車エンジン; パルスプラズマ; マイクロ波; ラマン散乱; ガス温度; ガス密度; 発光分光; 励起温度; 回転温度

研究分担者の所属機関において実際に自動車エンジンの燃費改善に用いられているのと同様の放電方式で得られるマイクロ波プラズマの電子温度,電子密度,ガス温度,および,ガス密度を測定するため,YAGレーザーを光源に用いたトムソン散乱/ラマン散乱計測システムを整備した。東京大学より借用した2重回折格子分光器を用いた本システムでは,迷光レベルが大きく,トムソン散乱信号を得ることができなかったが,窒素分子の回転ラマン散乱信号が明瞭に観測された。窒素分子の回転ラマン散乱信号の解析から,本大気圧マイクロ波プラズマに関して,平成20年度の発光分光計測では把握できなかった以下の特性が確認された。まず,プラズマ中のガス温度(窒素分子温度)は放電開始後の時間に比例して増加するが,放電開始後1msの時点においては,プラズマ中心部に近い領域におけるガス温度は500K未満と低い。プラズマの中心から離れた領域でのガス温度の増加は緩やかであり,放電開始後3msが経過した時点でも450K程度である。したがって,放電をパルス化してその持続時間を1ms以下とすれば,ほとんどのプラズマ領域でガス温度の上昇を抑制でき,自動車エンジンへの適用に際して窒素酸化物の発生を防止できる。一方,ガス密度(窒素分子密度)の測定では,放電開始後の時間経過に従ってガス密度が低下することが観測された。プラズマの中心に近い領域では,ガス密度とガス温度の積は時間的に一定値を示し,ガス密度の低下がガス温度の増加によるものであると理解できる。しかし,プラズマの中心から離れた領域では,ガス温度の低下が顕著でないにも関わらずガス密度の低下が顕著であり,低温度下における窒素分子の顕著な解離を示している。このことは,プラズマの中心から離れた領域では電子温度の高い非平衡プラズマが得られており,ラジカルの生成が活発であることを示唆するものである。

为了测量通过类似于研究合作伙伴所属机构实际用于提高汽车发动机燃油效率的放电方法获得的微波等离子体的电子温度、电子密度、气体温度和气体密度，我们开发了汤姆逊使用YAG激光器作为光源的散射/拉曼散射测量系统。该系统采用从东京大学借来的双光栅光谱仪，杂散光水平较大，无法获得汤姆逊散射信号，但可以清晰地观察到氮分子的旋转拉曼散射信号。对氮分子旋转拉曼散射信号的分析证实了这种大气压微波等离子体的以下特征，这是2008年光学发射光谱测量无法掌握的。首先，等离子体中的气体温度（氮分子温度）与放电开始后的时间成比例增加，但在放电开始后1ms，等离子体中心附近的区域的气体温度很低小于 500K。气体温度在远离等离子体中心的区域缓慢升高，在放电开始后3ms内仍保持在450K左右。因此，如果放电为脉冲状且其持续时间为1ms或更短，则在大多数等离子体区域中可以抑制气体温度的升高，并且当应用于汽车发动机时可以防止氮氧化物的产生。另一方面，在气体密度(氮分子密度)的测量中，观察到气体密度随着放电开始后经过时间而降低。在等离子体中心附近的区域，气体密度和气体温度的乘积随着时间的推移呈现恒定值，可以理解，气体密度的降低是由于气体温度的升高所致。然而，在远离等离子体中心的区域，尽管气体温度降低并不显着，但气体密度却显着降低，这表明氮分子在低温下发生了显着的解离。这表明在远离等离子体中心的区域获得了电子温度高的非平衡等离子体，并且自由基生成活跃。

项目成果

Hベータ線のシュタルク広がりに基づくスパークプラグ支援マイクロ波大気圧プラズマの電子密度測定

基于 H-β 射线斯塔克展宽的火花塞辅助微波大气压等离子体中的电子密度测量

• 发表时间: 2009
• 作者: M. ElSabbagh;K. Sasaki;M. Kaneko;Y Ikeda
• 通讯作者: Y Ikeda

Speotroscopic studies of spark-plug assisted atmospheric-pressure microwave discharge

火花塞辅助大气压微波放电的光谱研究

• 发表时间: 2008
• 期刊: Proc. International Congress on Plasma Physics 2008, Fukuoka, Japan
• 作者: M. ElSabbagh;K. Sasaki;M. Kaneko;Y. Ikeda
• 通讯作者: Y. Ikeda

Rotational and vibrational temperatures of spark-plug assisted atmospheric pressure microwave discharges operated with He and N2

使用 He 和 N2 进行火花塞辅助大气压微波放电的旋转和振动温度

• 发表时间: 2008
• 期刊: Proc. International Conference on Plasma Nanotechnology and Science, Nagoya, Japan
• 作者: M. ElSabbagh;K. Sasaki;M. Kaneko;Y. Ikeda
• 通讯作者: Y. Ikeda

スパークプラグ支援大気圧マイクロ波放電における窒素分子温度の回転ラマン散乱計測

火花塞辅助大气压微波放电中氮分子温度的旋转拉曼散射测量

• 发表时间: 2010
• 作者: M.ElSabbagh;S.Kado;M.Kaneko;Y.Ikeda;K.Sasaki
• 通讯作者: K.Sasaki

Measurements of molecular nitrogen densities in spark-plug assisted atmospheric-pressure microwave discharges using rotational Raman scattering

使用旋转拉曼散射测量火花塞辅助大气压微波放电中的分子氮密度

• 发表时间: 2010
• 期刊: Proc. 3^<rd> International Conference on Plasma Nanotechnology and Science, Nagoya, Japan
• 作者: M.ElSabbagh;S.Kado;M.Kaneko;Y.Ikeda;K.Sasaki
• 通讯作者: K.Sasaki