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燃焼室堆積物は、ほとんどすべての内燃機関において、数百時間の運転後に発見されます。 エンジン・サイクル中に燃料と空気の混合物と接触するシリンダー、ピストン、およびヘッドの表面に堆積物が形成される。 デポジットの影響としては、エンジンから排出されるNOxの増加、オクタン価の上昇、火炎速度や熱効率の変化がある。 本研究では、燃焼室のデポジット形成に寄与する物理的・化学的プロセスを検証するためのフレームワークを開発した。 まず、デポジット形成の一般的なメカニズムについて、この問題に関する過去の研究をレビューして仮説を立てました。 このメカニズムの主な特徴は、エンジン壁面での火炎の消炎に伴う燃料と空気からのデポジット前駆種の形成、これらの種の壁面への拡散および対流輸送、壁面での凝縮または吸着である。 本研究で開発した実験システムと手法は、これらのプロセス間の相互作用、特にデポジット前駆体種の生成に寄与する化学的メカニズムを解明することを目的としています。 冷却された低圧フラットフレームバーナーを用いて、デポジット形成種として知られるトルエンを添加した定常状態のプロパン-空気炎が生成される

(続き)赤外分光法とガスクロマトグラフ法を用いて濃度と温度のプロファイルが測定される。 実験に関連して、低圧の定常バーナー実験から高圧の急速な過渡エンジン条件まで、実験的に決定され得る前駆体形成の化学機構を用いて、堆積を伴う火炎消炎をシミュレーションできる一次元数値モデルが開発される。 簡略化した化学機構を用いた沈殿のモデル化により、凝縮による沈殿は他の研究者の実験で観察された傾向を再現できるが、吸着がまだ寄与している可能性があることが明らかになった。 トルエンを添加した火炎を実験的に観察したところ、ベンズアルデヒドやベンゾフランなどの酸素を含む化合物が生成されており、これらは析出物の前駆体候補であると考えられる。 本論文で開発した手法は、重要な燃料成分のデポジット前駆体の同定と生成メカニズムの解明、および燃焼室デポジットの生成における気相プロセスの役割の解明に有望である。

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