2015 Fiscal Year Annual Research Report
天然ガスを主燃料とする二元燃料ディーゼル機関の燃焼特性改善
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25420927
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| Research Institution | Niigata Institute of Technology |
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Principal Investigator |
吉本 康文 新潟工科大学, 工学部, 教授 (90167023)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ディーゼル機関 / 二元燃料 / 天然ガス / ディーゼル燃焼 / 機械式過給 / クールドEGR / 正味熱効率 / トレードオフ改善 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、圧縮天然ガス（CNG）を吸気管に供給しディーゼル燃料を噴射して着火、燃焼を行う方式の二元燃料ディーゼル機関の燃焼特性改善を目的とする。燃焼特性改善の要件として、①排気再循環（EGR）の適用、②過給の採用、③含酸素燃料の着火燃料への適用、を取り上げ、研究を実施した。
はじめに、インバータ制御のモータで駆動するルーツブロワ式過給システムを構築した。これにより機関運転変数の影響を受けることなく、140 kPa（絶対圧）までの安定した機械式過給を実現した。着火燃料として原料油種が異なる3種のバイオディーゼル（菜種油：RME、大豆油：SME、ココナッツ油：CME）、およびCME60％と1-ブタノール40％（質量比）との混合燃料（CMEBと表記）を用い、過給圧の影響を調査した。通常のディーゼル運転では、いずれの燃料も過給圧を高く設定することで高負荷における正味熱効率およびSmokeエミッションが大幅に改善した。一方、120 kPaを超える過給圧のもとで二元燃料運転を行った場合では、CNG供給比率の増加にともないHCエミッションの大幅な増大が生じ、正味熱効率は顕著に低下した。この要因として、噴霧束外予混合気が過給により希薄化したことが関与していると考えられた。また、CMEB燃料の着火遅れは過給により短縮し、機関性能ならびに燃焼特性が顕著に改善された。
最終年度においては、CMEおよび軽油を着火燃料とする二元燃料運転にクールドEGRと機械式過給を適用した。その結果、CNG供給比率40％／過給有り（120 ｋPa）の条件下でEGR率を26％（酸素濃度17％）まで拡大しても、正味熱効率を悪化せずに、NOxとSmokeとのトレードオフを大幅に改善し得ることがわかった。その効果はCMEの方が高く、NOx：0.5 ｇ/ｋWh以下、Smoke濃度（オパシティ）：10％以下の燃焼性能が得られた。
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