予混合気の自己着火燃焼制御における不均質性寄与度の定量的評価手法に関する研究

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18760140
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山崎 由大 東京大学, 大学院工学系研究科, 講師 (60376514)
• Keywords: 熱工学 / 内燃機関 / 燃焼 / 予混合気 / 不均質

Research Abstract

均質希薄な予混合気の自己着火燃焼方式の採用により,高効率、低公害を実現できる可能性を有するHCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)機関においては,着火および燃焼が化学反応に大きく依存する。しかしながら,レシプロエンジンの燃焼室内の予混合気は、現実には完全均質ではなく、予混合気を構成する空気、燃料、既燃ガスとの混合過程および燃焼室壁面との熱伝達の影響を受け、燃料濃度および温度の不均質が生じており、それらの不均質性が着火や燃焼機構に与える影響は無視できないと考えられる。現象的に同じガスタービン燃焼器のFlameless燃焼でも同じことが考えられる。そこで燃焼室に存在する温度,濃度といった不均質性が予混合気の自己着火燃焼に及ぼす影響を明らかにするとともに,これまでは定性的に取り扱われてきた不均質性を定量的に評価する指標を提案することを目的に,CFDと化学反応を組み合わせた数値計算を行った。計算機には最大8CPUで並列計算が可能なPCクラスターを用い,市販CFDソフトであるSTAR-CDと市販の反応動力学パツケージのCHEMKINを組み合わせて計算を行った。まずはより単純な条件で温度の不均質性の影響を調した。円柱形状を対象に,総メッシュ数3520を計算対象の場とした。円柱内の媒質は濃度の不均質はないメタン空気予混合気とし,計算開始時の予混合気の速度は0,反応はCH4+1/202→CO+2H2,CO+1/202→CO2,H2+1/202→H20の3段階とした。ステップ状に予混合気の温度を上昇させ,温度の異なる2つの領域になる条件で計算を行った。ステップ状に高温となった位置から時間の進行に応じて,高温部分が広がっていく様子が確認された。温度分布の配置によるエンジンの燃焼期間制御可能性の一端を示した。