Mohamed, Fathy Cidek Esmail

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直接微視的可視化によるポート燃料噴射弁およびDISIマルチホール噴射弁から噴出される燃料噴霧の微細化過程

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氏 名授 与 した 学 位専攻分野の名称学 位 授 与 番 号学位授与の 日付学位授与の要件学位論文の題 目MohamedFa血yCide汝Esmail博 士学 術博甲第4227号平成22年 9月30日自然科学研究科 産業創成工学専攻(学位規則第5条第1項該当)AtomizationProcessofFuelSprayIssued80m PortFuelInjectorandDISIMulti-Hole叫ectorUsingDirectMicroscopicVisualization(直接微視的可視化によるポー ト燃料噴射弁および DISIマルチホール噴射弁から噴出される燃料噴霧の微細化過程)論 文 審 査 委 員 教授 冨田 栄二 教授 柳瀬鼻一郎 教授 堀部 明彦 准教授 河原 伸幸学位論文内容の要旨OneimportantmethodofafuelinjectordesignistoimprovefuelinJeCtOrSPraybreak-uptoproducesmalerandmoredispersedroplets.Thedemandforquantitativeinformationontheatomizationprocesshasbeenincreaslngrecently.HighspeedphotographyisusedwhenthephenomenontobeobservedorvisualizedoccurstooquicklyfornomalhumanperceptlOn.Inthisstudy,thetime-seriesimagesofthespraybehaviorfromdiferentnozzlegeometryofPFIandmulti-holeDISIwereobtainedwithusingultrahigh-speedvideocamerathatcouldrecordlO2framesattherateuptoIM卑〉scoupleswithalong-distancemicroscopeandBarlowlenswithbacklightingmethod.Fromthisstudy,Theatomizationprocessesanddetailedcharacterizationsofthebreak-upofaliquidcolumn&omPFIwereidentifled;thedirectmicroscopicimagesresultswereingoodagreementwiththeresultsobtainedfromLIEF,experimentalresultsofwavelengthwereingoodagreementwiththat丘omKelvin-Helmholtzbreakupmodel.Theprocessofbreakingupliquidligamentsintodropletswasinvestigated,aWeber'SanalysISOfpredicateddropletdiameter丘omligamentsbreak-upwasfoundtobeapplicableonlyatlargerwavelengths.Experimentalinvestigationshowedthatexitvelocity,dropletdiameterandstability(wavelength)influencebyPFInozzlegeometry.IthasbeenshownthatexperimentalresultsforexitnowvelocityOfmulti-holeDISIinJectorduetothevariationofinjectionpressureshowgoodagreementwithpredictedresults丘omnozzlenowmodel.DirectmicroscopICimagesmethodofatomizationprocessofPFIandPDAmethodgivequalitativelysimilartrendsfordropletsizedistributionandquantitativesimilarvalueofSMD･Itisobservedthatthemeandropletsdiameterofspraykommulti-holelnJeCtOrisconstanta洗ercertaintime丘omlnJeCtionatthelocation60mmdownstream 丘omthenozzletlPatthesamepressure･TheprobabilityofcolisionandcoalescenceisverylowinaPFI･ThetangentialvelocityCOmPOnentSOfthesmallerdropletsplayavitalroleinshapedeformationduringcolisionsandcoalescenceofthedroplets.TheemplnCalequationswilbeapplicabletothecoalescenceofdropletsinaPFI.論文審査結果の要旨火花点火機関における燃料噴射弁の性能向上のためには,噴霧の微粒化過程がたい-ん重要である.特に最近,このような微粒化に関する定量的な情報の必要性が増してきた.そのために種々の研究が実施されてきたが,高速度撮影によって,現象の把握が容易になる.本研究では,異なるノズル内部形状を有するポート噴射式の燃料噴射弁あるいは筒内直接噴射式マルチホール噴射弁に関して,超高速度 (最高100万駒/秒)かつ微小な視野を拡大撮影した噴霧画像の時間履歴を観察した.まず,ポート噴射式の場合について,液柱から液糸になって液滴になる微粒化過程を詳細に観察した.その結果,液柱の波長に関しては,LIEF(Laserh血cedExciplexFluorescence)法によって得られた結果と直接拡糸から液滴になる過程に関しては,Weberの解析法は,比較的大きな波長の場合には一致することが分かった.また,ポート噴射式の燃料噴射弁のノズル内部形状を変更した場合について,ノズル出口速度,液滴径,演長の安定性などについて調査した.直接拡大撮影によって得られた噴霧の液滴径は,PDA(PhaseDopplerAnemometry)によって得られた結果と定量的に傾向が一致した.また,液滴と液滴の衝突や合体は,観察はされるものの,その確率はさほど高くなく,より小さな液滴との接線方向速度が重要な役割を果たすことなどが分かった.次に,筒内直接噴射式のマルチホール燃料噴射弁の場合について,まずは基礎的に1つの噴霧に着目して調査した.すなわち,本来は6孔を有する噴射弁を2孔に変更し,そのうちの1孔からの噴霧を観察した.噴射圧力を変化させてノズル出口流速を見つもった結果,ノズル流れモデルによって得られる結果とほぼ一致した.また,噴射圧力が一定の場合,下流約60mm程度の位置では,噴射開始後一定時間経過すると平均粒径はほぼ一定になるなどの知見が得られた.以上より,本論文は,博士 (学術)の学位に値するものと認められる.

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