不均一混合気への攪乱付与による着火形態の遷移機構の解明と制御

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560181
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 石山 拓二 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (30203037)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川那辺 洋 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (60273471) ; 塩路 昌宏 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (80135524)
• Keywords: 内燃機関 / 燃料噴霧 / 予混合圧縮着火 / 混合過程 / モデリング

Research Abstract

本研究は,往復動内燃機関の排出微粒子,NOxを大幅に低減できる可能性を持つ予混合圧縮自着火(PCCI)燃擁を実用化するため,筒内直接噴射により着火の安定化と制御を図ることをねらいとし,そのために必要な基本的な燃焼現象の機構解明と制御方針の立案を主題とする.撹乱の付与が,通常なら熱炎発生のみが見られる不均一混合気の着火形態を二段着火に遷移させる現象を利用し,噴霧先端部に撹乱を与えて部分的,連続的に均一希薄混合気を作ることによって,低NOx燃焼を実現しようとする.この目的のため,今年度はまず,定容燃焼装置を用いて,n-heptane噴霧において二段着火が生じる雰囲気温度・圧力ならびに燃料噴射の条件を求めるとともに,燃焼室全体としての化学反応の進行度を明らかにするため,燃焼しつつある混合気内の安定化学種の時間履歴を追跡できるガスサンプルシステムの構築を行った.また,次年度に構築する着火モデルの基本形を作成するため,現行の着火モデルに含まれる準総括反応モデルの見直しを行った.具体的な成果は下記の通りである.
(1)燃料噴霧の着火は雰囲気初期温度が850〜1000Kの間にあるときに,二段着火および着火遅れの負の温度依存性などのPCCI燃焼に典型的な性質を持つが,着火形態にもっとも強く影響を及ぼすのは雰囲気圧力である.n-heptaneに対しては,雰囲気圧力2MPaにおいて広い噴射条件の下で二段着火が生じる.
(2)高速度シャドウグラフ撮影の結果によると,二段着火の現象が見られるときには,噴射弁の対向壁面に沿って混合気が広がり,熱炎発生時にこの混合気中で一様に発熱が始まることが分かった.
(3)燃料噴射圧力および噴孔径が着火時期に及ぼす影響を幅広く調べた結果,噴霧の均一・希薄化が遅れる条件では熱炎の発生が早まり,逆に希薄化が速いと熱炎発生が遅く,熱発生率も低下することが分かった.

Research Products

• [Publications] T.Ishiyama: "Analysis of ignition processes in a fuel spray using an ignition model including turbulent mixing and reduced chemical kinetics"International Journal of Engine Research. Vol.4・No.3. 155-162 (2003)
• [Publications] 井原禎貴: "n-ヘプタン噴霧における着火遅れの温度依存性に及ぼす混合の影響"日本機械学会論文集B編. 69巻・685号. 2130-2137 (2003)
• [Publications] T.Ishiyama: "Characteristics of Spontaneous Ignition and Combustion in Unsteady High-Speed Gaseous Fuel Jets"SAE Paper No.2003-01-1922. 1-11 (2003)