| 研究概要 |
内燃機関に対しては,地球温暖化防止と環境保全のために,CO_2排出量と大気汚染物質排出量の低減が要請されている.直接噴射式ディーゼル機関は,熱効率が高くCO_2排出の点で有利であるが,NO_xと炭素微粒子の同時低減が緊急課題であり,それを実現し得る希薄予混合圧縮着火方式の実用化が期待されている.ガソリン機関では,CO_2排出量低減策として筒内直接噴射ガソリン機関が実用化されている.これらの機関では,混合気形成と燃焼の適切な制御が重要な技術的課題となっている.本研究では,燃料噴霧挙動を数値解析するための物理モデルを検討し,その高精度化を図り,筒内直接燃料噴射機関での混合気形成過程を解明することを目指した.まず,離散液滴モデルに基づく諸物理モデル(液滴分裂,噴霧の壁面衝突・液膜形成,液滴・液膜蒸発などのモデル)を,本研究者のGTTコードに組み込み,噴霧挙動と混合気形成過程が精度良く予測できることを確かめた.予混合圧縮着火機関の例として,圧縮行程初期にSwirl InjectorによりHollow Cone噴霧を噴射させる機関を解析し,混合気濃度分布の一様化に縦渦あるいは斜めスワールが効果的なことを明らかにした.また,一対のHole Nozzleを用いて噴霧を相互に衝突させる側方噴射式機関,およびPintle Nozzleを用いHollow Cone噴霧を噴射させる中央噴射式機関(いずれもガス流動はスワール)の解析を行った結果,いずれも混合気濃度分布は円環状となり均一分布とはならないため,より低NO_x化するためには混合気の均一化が必要であることが判った.さらに,筒内直接噴射ガソリン機関について,Swirl InjectorによるHollow Cone噴霧に対する噴射境界条件の設定方法と液滴分裂モデルを検討し,実際の噴霧形状と平均粒径を予測できるモデルを提唱した.そして,実機における混合気形成過程を数値解析し,燃焼室形状とガス流動が燃焼室内混合気濃度分布に及ぼす影響を明らかにした.
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