| 研究概要 |
本研究は,往復動内燃機関の排出微粒子(PM)ならびに窒素酸化物(NOx)を大幅に低減できるポテンシャルを持つ予混合圧縮自着火(PCCI)燃焼を実用化するべく,筒内直接噴射により着火の安定化と制御性の向上を図ることをねらいとし,それ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した.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,噴射圧力や噴孔径等の噴射条件を雰囲気条件と適切に組み合わせて,低NOx燃焼を実現しようとする.この目的のため,定容燃焼装置を用いて,n-heptane噴霧においてPCCI燃焼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,燃焼過程中のNOx生成状況を明らかにするため,全量ガスサンプルシステムの構築を行った.また,着火・燃焼制御の方針立案のため,確率過程論混合モデルに準総括化学反応スキームを組み合わせた着火モデルの構築を行った.具体的な成果は下記の通りである.(1)定容下での燃料噴霧の着火において,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が見られるのは,雰囲気圧力を2MPaとしたときであり,この条件で噴射条件や酸素濃度を変化させることによって,熱炎発生時期における混合気の均一度を幅広く変化させることができる.(2)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.(3)燃焼室内で生成される最終NOx濃度は,熱炎発生が遅れる条件でごく低い値となる.(4)Schreiberの準総括反応モデルを利用する際,反応速度の当量比依存性を改良すれば,実測に近い着火遅れならびに熱発生率を得ることができる.
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