ブックタイトルマツダ技報　2016 No.33

概要

マツダ技報　2016 No.33

No.33(2016)発時間を要していた。そこで,本研究では,点火プラグに飛散する燃料液滴量に着目し,直噴ガソリンエンジンの耐くすぶり性を短期間で評価できる定量的な手法を開発した。2.点火プラグ近傍の燃料液滴検出法の開発2.1計測装置概要本研究では,点火プラグに飛散する燃料液滴量を計測するために,実機エンジンに大きな改造なしで取り付けることができる点火プラグ型光学センサー(LaVision社製。以下,プラグセンサー)を用いた。プラグセンサーの概略図をFig. 1に示す。計測部は点火プラグの中心電極の横に設置されている。光源からの光はサファイアファイバーを通り,サファイアウィンドウを介して計測部に入射する。その光は計測部先端のミラーで反射され,再度サファイアファイバーを通り受光部に導かれる。なお,光源にはハライドランプを用い,受光部には光学フィルターを取り付けた。マツダ技報ここで, ?は気体のモル吸光係数[m 3 /(mol･m)],C???はあるクランク角?における気体のモル濃度[mol/m 3 ], Lは光路長[m], Q extは燃料液滴による減衰係数, A fは単位体積当たりの液滴表面積[m-1]である。また,添え字CO2とH2Oはそれぞれ二酸化炭素と水に対する値を表している。式(1)の右辺第2項は,計測部を通過する燃料液滴で光が散乱することにより起こる透過光の減衰を表しており,粒径分布を持った液滴群に光が通過する場合,次式で表される(7)。? Iln??? I???0????ext? ?Q? ??extAf??R????L2????Q????D?N???i?L??ここで, Rは光学定数,?は粒子パラメーター???D ??,Dは粒子直径[m],?は透過光の検出角[deg.], Nは粒子数密度[1/m3]を表している。Fig. 3に波長?が2.7μmの時の粒子直径Dと減衰係数Q extの関係の計算結果を示す(8)。減衰係数は燃料液滴の屈折率と粒径,光の波長により求まるが,ガソリンはさまざexti?4ii(2)Fig. 1 Schematic of the Spark-Plug-Type Optical Sensor2.2計測原理燃料液滴を検出するために,本研究では波長?が2.7μmの赤外光を使用した。Fig. 2にメタンと二酸化炭素,水の赤外吸収スペクトルを示す(5)。赤外吸収スペクトルは原子間の結合の種類により決まるため,炭化水素燃料のC-H結合を持つメタンを代表として示している。図より,2.7μmの波長帯では燃料による光の吸収は起こらない。したがって,燃料液滴が存在するガソリン混合気中にハライドランプの光を照射し,光学フィルターにより2.7μmの波長帯の光のみを取り出すと,その赤外光は混合気中に存在する二酸化炭素および水による吸収と燃料液滴による散乱によって透過光強度が減衰する。このとき,あるクランク角?において観測される入射光強度I 0 [J/(m2･s)]と透過光強度I ???[J/(m2 ･s)]の関係は,Bouguer-Lambert-Beerの法則(6)により次式で表される。? Iln??? I???0????? ? ??CO2CCO2???? ?H2OCH2O????? QextLA ???Lf(1)Fig. 2 IR Spectra of Methane, Carbon Dioxide andWater (5)Fig. 3 Dependence of the Extinction Coefficient on theDroplet Diameter-89-