研究成果
内燃機関のさらなる高効率化には，燃料の燃焼化学反応機構を正確に把握する必要がある．近年，アルカンの燃焼化学反応機構については多くの知見が得られたが，ガソリンやディーゼル燃料およびそれらの代替燃料の主要成分の一つである芳香族炭化水素成分については依然未解明な点が多い．特に，直鎖部の長いアルキルベンゼンについては，その低蒸気圧特性から，実験結果が低圧・高温条件に限られている．本研究では，初期温度均一性を格段に向上させた急速圧縮試験機(図1)と衝撃波管(図2)を用いて，n-プロピルベンゼンとn-ブチルベンゼンの着火遅れ時間を広い圧力・温度条件で取得し，化学反応機構の開発および検証を行った．一例を(図3)に示す．高温域ではいずれの燃料もほぼ同じ着火遅れ時間を示した．一方低温域においては，n-プロピルベンゼンは低温酸化反応を示さず，n-ブチルベンゼンは低温酸化反応を示した．このため，両者の着火遅れ時間には大きな差が表れた．こうした傾向を開発した燃焼化学反応機構は良く再現した．両燃料の低温域における酸化反応過程を調べるために，反応経路解析を行った．n-プロピルベンゼンは着火遅れ時間が長いベンゼン環の特徴をより強く呈し，n-ブチルベンゼンは低温でも着火遅れ時間が短いアルキル基の特徴をより強く呈することが分かった(図4)．この他，バイオ燃料の特徴である含酸素燃料を対象にも研究を進めている．これらにより，多様化する燃料ごとの着火・燃焼特性を定量的に把握でき，内燃機関の設計開発に資することが期待される．
 図1 アイルランド国立大学ゴールウェイ校の急速圧縮試験機 |
 図2 アイルランド国立大学ゴールウェイ校の衝撃波管 |
 図3 n-プロピルベンゼンとn-ブチルベンゼンの着火遅れ時間（計測結果とモデル予測の比較の一例） |
 図4 n-ブチルベンゼンの反応経路解析結果 |
学術論文
- D. Darcy, H. Nakamura, C.J. Tobin, M. Mehl, W.K. Metcalfe, W.J. Pitz, C.K. Westbrook, H.J. Curran, “A High-Pressure Rapid Compression Machine Study of n-Propylbenzene Ignition,” Combustion and Flame 161(1) (2014) 65-74.
- H. Nakamura, D. Darcy, M. Mehl, C.J. Tobin, W.K. Metcalfe, W.J. Pitz, C.K. Westbrook, H.J. Curran, “An Experimental and Modeling Study of Shock tube and Rapid Compression Machine Ignition of n-Butylbenzene/Air Mixtures,”Combustion and Flame 161(1) (2014) 49-64.
- D. Darcy, H. Nakamura, C.J. Tobin, M. Mehl, W.K. Metcalfe, W.J. Pitz, C.K. Westbrook, H.J. Curran, "An experimental and modeling study of surrogate mixtures of n-propyl- and n-butylbenzene in n-heptane to simulate n-decylbenzene ignition," Combustion and Flame, accepted.
学会発表
- H. Nakamura, D. Darcy, M. Mehl, C. Tobin, K. Yasunaga, J. Simmie, J. Wurmel, W. Metcalfe, W.J. Pitz, C.K. Westbrook, H. Curran, "n-Butylbenzene Oxidation in the Low-Temperature Region and its Comparison with n-Propylbenzene," 34th International Symposium on Combustion, WiPP, W5P086, (2012).
- H. Nakamura, H. Curran, A.P. Cordoba, W.J. Pitz, P. Dagaut, C. Togbe, M. Sarathy, M. Mehl, "Experimental and kinetic modeling study of oxidation of diethyl carbonate," 34th International Symposium on Combustion, WiPP, W5P087, (2012).
- H. Nakamura, H. Curran, A.P Cordoba, W.J. Pitz, P. Dagaut, C. Togbe, M. Sarathy, M. Marco, “Experimental and chemical kinetic modeling study of diethyl carbonate oxidation,” 第50回燃焼シンポジウム, (2012).
