吸気温度がCOに及ぼす影響の調査

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11649 (2023) この記事を引用

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近年、水素よりもエネルギー密度が高いアンモニア（NH3）が、運輸部門における二酸化炭素排出ゼロ目標に向けて注目を集めています。 しかし、従来の内燃機関（ICE）におけるNH3の燃焼メカニズムはまだ研究中です。 この論文では、ICE での NH3 の採用に関する知識をさらに広げるために、著者らは、修正された圧縮比 17.7:1 のサブチャンバーを備えた自然吸気火花補助 CI エンジンで、NH3/ガソリンの共燃焼実験を実施しました。 サブチャンバーは、NH3 の燃焼速度を高めるために選択されました。 さらに、サブチャンバーには、NH3 の高い自己発火温度を克服するためにグロープラグと点火プラグが装備されていました。 エンジン性能と NOX 排出量を 3 つの異なる吸気温度下で研究しました。 実験中、エンジンがリーン条件で動作する場合、NH3 含有量は徐々に増加しました。 従来品と比べてNH3含有量は増加しましたが、吸気温度の上昇により充填効率が低下しました。 さらに、120 時間の運転後にピストン リングに腐食が見つかり、エンジンの性能に悪影響を及ぼしました。 さらに、サブチャンバーの影響でNH3/ガソリン共燃焼継続時間が大幅に短縮され、現状での最長燃焼継続時間は17°CAとなった。

欧州連合が内燃機関 (ICE) を段階的に廃止するという当初の計画を変更したという最近のニュースに関して、非在来型燃料 (アンモニア (NH3)、水素 (H2)、合成燃料 (E 燃料) など) は次のとおりです。 ICEの研究で人気を集めています。 ヨーロッパでカーボンニュートラル燃料を使用した新しい ICE 車両を販売できるようになります1。 これらのことから、NH3 はさまざまな業界での使用をさらに拡大する有力な候補です。 水素含有量が高いため、エネルギー貯蔵に使用できるほか、発電用の燃料として輸送部門でも使用できます2、3。 NH3 はその構造からもわかるように炭素原子を含まず、CO2 の排出がなく、カーボンフリー燃料とされています。 対処する必要があるいくつかの重要な点は、利用可能な窒素原子 (N) による高温での毒性と NOX 排出です。 しかし、従来の選択触媒還元 (SCR) システムは、SCR 入口温度が 200°C に維持されていれば、NOX 排出量を大幅に低減できます4。

表 1 は、選択した NH3 のさまざまな特性と、水素およびガソリンとの比較を示しています。 水素と比較すると、NH3 の体積エネルギー密度は高くなりますが、ガソリンと比較すると、体積エネルギー密度は依然として約 30% 低いです。 さらに、ICE での H2 と NH3 の利用について多くの研究が行われています。 キムら。 異なる混合物形成モードによる H2 の直接注入法を使用しました5。 さらに、NH3 は火炎伝播速度が低いため、より一般的なアプローチは、エンジン速度の低い船舶エンジンでそれを使用することでした6。 より高いエンジン速度が必要な乗用車で NH3 を使用するには、その特性を考慮する必要があります。 表 1 に示すように、NH3 はオクタン価が高く、蒸発潜熱が高いため、圧縮比 (CR) の高いエンジンでの使用が可能になります。 この知識に沿って、Pochet et al. は、予混合圧縮点火 (HCCI) モードで CR が 15:17、16:18、22:19 のエンジンでアンモニアと水素の二元燃料燃焼研究を実施しました。 ルイリエら。 は、CR 10.510 の火花点火 (SI) エンジンで NH3 と水素の混合物を使用した実験を実施しました。 彼らはまた、燃焼の位相が、SI タイミング条件下での混合気の層流燃焼速度 (LBV) と相関していることも示しました。 より最近の研究では、Mounaim-Rousselle et al. は、純粋な NH311 で動作する、CR が 14 ～ 17 の火花補助圧縮点火 (CI) 単気筒 ICE で実験を実行しました。 彼らは、低負荷およびさまざまなエンジン回転数で安定した燃焼を得ることができ、高CRと火花点火方式が燃料としてのNH3に適していることを証明しました。