数値流体力学の方法による往復式内燃機関内燃焼の研究

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63460098
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 池上 詢 京都大学, 工学部, 教授 (70025914)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山根 浩二 京都大学, 工学部, 助手 (10210501) ; 吉原 福全 立命館大学, 理工学部, 助教授 (30174999) ; 塩路 昌宏 京都大学, 工学部, 助教授 (80135524)
• Keywords: 内燃機関 / 数値シミュレーション / 燃焼モデル / ガス流動 / 乱れ / 高圧噴射

Research Abstract

往復式内燃機関は現在多くの分野で活用されているが、燃料節約および汚染物質低減の強い社会的要求から厳しい制約を受けており、これらの克服が緊急課題となっている。このような観点から、本研究ではシリンダ内のガス流動および燃焼過程を数値流体力学の方法により記述し、気流、燃焼室形状、点火あるいは噴射など設計および運転変数の最適条件の予測を試みる。そのため、適切なモデリングに必要な知見を実験的に得るとともに予測結果を検証することにより、基礎的ならびに実用的研究に耐えうるシミュレーションプログラムの確立を目指す。本年度は汎用三次元プログラムの確立を目的とし、主に以下の事項を実施した。
1.曲線直交座標を採用して任意の燃焼室形状が表現できるようにするとともに、乱れおよび壁境界条件の扱いを改善した。これをリエントラント形燃焼室に適用し、ガス流動および圧縮点火燃焼のシミュレーションを行った。その結果、リエントラントを設けると凹み内の一次渦が強まり燃焼室下部に燃料が多く分布されること、ヘッド下面とすき間入口の乱れが強められることなどがわかった。
2.火花点火機関における燃焼過程の記述には乱れと燃焼の相互作用が重要であり、これを正しく把握するために火炎領域における乱れの変化をレーザホモダイン法により測定した。その結果、実験の対象とした乱れ場においては火炎による乱れ生成は小さく、むしろ温度上昇に伴って層流化が進むことが示された。
3.圧縮点火燃焼における燃料噴霧の扱いを改良するとともに、実用上重要な高圧噴射の作用について予測した。さらに、その検証のために圧力ブースターを使用した高圧噴射システムを開発し、機関運転試験を行った。とくに、微粒子ならびに、酸化窒素の排出傾向を調査し、高圧噴射によりこれらを同時に低減できる可能性を示唆した。

Research Products

• [Publications] 池上詢: 自動車技術会学術講演会前刷集. 881. 33-36 (1988)
• [Publications] 金子次郎: 日本機械学会関西支部第64期総会講演会前刷集. No.894ー2. (1989)
• [Publications] 西田幸弘: 日本機械学会関西支部第64期総会講演会前刷集. No.894ー2. (1989)