燃焼の可視化

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フォトロン製ハイスピードカメラ(高速度カメラ)で撮影した燃焼の可視化を紹介します。

自動車やトラック、船舶など輸送の手段として活躍するエンジン(内燃機関)は、現在さらなる燃費(熱効率)の向上が求められています。ハイスピードカメラ(高速度カメラ)による燃焼状態の可視化は、研究者にとって実際の現象を理解するために必須に等しい開発ツールとなっています。
ここでは、燃費(熱効率)の向上にむけて活躍するフォトロン製ハイスピードカメラ(高速度カメラ)で撮影した「燃焼」の事例を紹介します。

目次

可視化エンジンでの燃焼撮影

可視化エンジンは、噴霧や燃焼現象を可視化や計測をする為の単気筒の専用システムです。ピストン頂部やシリンダーをガラス化して撮影します。この映像では、シリンダー内での燃焼工程(吸気・圧縮・爆発・排気)が確認できます。

実機エンジンでのボアスコープを用いた撮影1

実機のエンジンを加工し、耐熱・耐圧のボアスコープを挿入した撮影です。撮影アングルには制約が出ますがより実機での撮影に近くなります。この映像では、ガソリンエンジンの点火プラグによる着火から燃焼の様子が分かります。明るい火炎はエンジンオイルの燃焼となります。

実機エンジンでのボアスコープを用いた撮影2

異なるアングルの2台のカメラを同期撮影した映像です。この撮影では、波形同期撮影オプション(FASTCAM DAQ)を用いて、着火のタイミングや筒内圧を同期計測しています。また、ハイスピードカメラ用コントトールソフトウェア「PFV」のレイアウト保存機能により、2つの映像と計測波形を1つの動画に合成保存しています。

炎温度解析

この映像は燃焼現象を撮影し、その映像を二色法による温度解析にかけたものです。二色法は火炎に含まれる物性の黒体放射を利用して、火炎画像から火炎中の温度分布を求める温度算出法です。この解析結果から有害物質の生成状況や火炎の均一性など、計測された条件での燃焼を定量評価することが可能です。

プラグの点火

この映像はシュリーレン撮影法により、プラグの点火の様子を撮影したものです。シュリーレン撮影法は、気体や液体の密度差を目に見える形に表す可視化手法で、エンジン燃焼の混合気や燃料の流れ、放電の熱流動、熱伝達、対流、衝撃波などの流れの可視化によく使われています。

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