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燃焼の密度変化|株式会社ノビテック

エンジン燃焼室内の燃焼密度変化の可視化

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エンジン燃焼室内の燃焼密度変化の可視化

エンジン燃焼室内の燃焼密度変化の可視化

ハイスピードカメラPhantom v2512(相当機) による燃焼室内の燃焼密度変化の可視化

ご提供:大分大学工学部
機械・エネルギーシステム工学科
田上先生 橋本先生 加藤先生

今回は、弊社取扱のハイスピードカメラPhatom v2512(相当機)モノクロモデルと可視化用レーザー照明CAVILUXを使用し燃焼による密度変化の様子を燃焼室上部、ピストン頂部の反射を利用しシャドウグラフ方により可視化撮影を行いました。

CAVILUXを使用しない自発光のみの撮影では暗くぼんやりとした画像になっているのに対し、CAVILUXを使用した撮影ではハイスピードカメラと同期し超短パルスでのストロボ照射が可能なので全体的に明るく燃焼密度の変化を非常にシャープに捉えることに成功しております。

燃焼室内での燃焼による密度変化の様子をVision Research Inc.(米国)製ハイスピードカメラPhantom V2512(相当機)のモノクロモデルとCAVITAR(フィンランド)製可視化用レーザー照明を用いて可視化撮影しました。Phantom V2512(相当機)はISO感度モノクロ:100,000、カラー:10,000とシリーズ最高感度を有し、フル解像度1280x800ピクセル時に25,600コマ/秒の超高速撮影性能を備えたハイエンドモデルです。照明として使用しましたCAVILUX Smartモデルは最短20nsの超短パルス、高繰り返し、高輝度、高出力の均一な照明用のダイオードレーザーです。短波長のレーザーにもかかわらず、干渉縞のでない低コヒーレント設計で、高輝度で均一な光を照射できます。高速度カメラと同期を使用することが可能で高速現象をブレのない画像として捉えることが可能になります。

本事例では、燃焼による密度変化を燃焼室上部、ピストン頂部の反射を利用しシャドウグラフ方により撮影しております。シャドウグラフ方とは光源を測定部に通過させカメラに直接受光させることで、影絵のように像の輪郭をシャープに撮影することが可能となる撮影手法の一つです。

高速度カメラを用いた燃焼現象の可視化はエンジン燃焼の研究において最も重要とされる燃焼効率改善、環境汚染物質の削減などの課題解決に必要な要素となります。今回使用しましたハイスピードカメラPhantom V2512(相当機)は撮影速度、感度ともにシリーズ最高性能を有しており、高速現象を明るく鮮明に捉えることができます。また照明として使用しましたCAVILUXは高速度カメラと同期することが出来るので、カメラの露光タイミングに合わせ短いパルス照明を入れることにより、カメラのシャッター速度の限界を超え高速度現象をブレのない画像としてシャープに捉えることが可能なります。これらのカメラと照明を組み合わせによって、今回燃焼の密度変化の高速な流れも鮮明に撮影することに成功しております。

機材セッティング

  • 【装置説明】
  • 急速圧縮膨張装置(RCEM)
  • 燃焼室:φ80.4mm × 11mm
  • ボア:80.3mm
  • ストローク:95mm
  • 石英ガラス厚さ:100mm
  • 【実験条件】
  • 燃料:プロパン
  • 回転数:600rpm
  • 圧縮比:10.1
  • 当量比:1.0

使用機材

ハイスピードカメラPhantom V2512(相当機)モノクロモデル
ハイスピードカメラPhantom  V2512(相当機)モノクロモデル

試験対象:燃焼室内の燃焼
フレームレート:40,000コマ/秒
解像度: 512x384ピクセル
露光時間:25μ秒

可視化用レーザー照明CAVILUX Smart
可視化用レーザー照明CAVILUX Smart

出力:400W
波長:640nm
パルス幅:20n秒

結果説明

燃焼による密度変化の様子をハイスピードカメラPhantom V2512(相当機)モノクロ機と可視化用レーザー照明CAVILUXを用いて可視化撮影しました。

高速な燃焼密度変化の可視化には高速度な撮影能力と高感度なセンサーを持つハイスピードカメラと密度変化の流れシャープに捉える超短パルスレーザー照明CAVILUXを用いた撮影が最適です。今回Phantomシリーズで最も高速度かつ高感度なハイスピードカメラPhantom V2512(相当機)と可視化用レーザー照明CAVILUXを使用したことで燃焼による密度変化の様子を明るく鮮明に捉えることに成功しました。

ノビテックでは様々な高速度現象の可視化に適したハイスピードカメラのラインナップ各種を取り揃えております。各種デモやオンラインでのご相談も承っておりますので、こちらよりお気軽にご相談ください。

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