四サイクル内燃機関の熱効率向上のための性能予測汎用プログラムの開発

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05555066
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 嶋本 譲 京都大学, 工学部, 教授 (40032916)
• 研究分担者: 一色 美博 摂南大学, 工学部, 助教授 (90116434) ; 金丸 一宏 京都大学, 工学部, 助手 (20026199) ; 脇坂 知行 京都大学, 工学部, 助教授 (10089112)
• キーワード: 内燃機関 / 機関システム性能予測 / 一次元ガス流動解析 / 吸・排気管系 / 三次元波動・ガス流動解析 / 吸・排気騒音予測 / 燃料噴霧 / 混合気形成過程

研究概要

機関の性能予測に関しては、二重格子を用いた特性曲線法による予測プログラムの汎用化をほぼ完成し、4シリンダー機関に排気ガス再循環(EGR)を実施した場合のEGR率および吸・排気管系内圧力変化の計算値を実験結果と比較して、精度および実用性の確認を行った。さらに、EGR率に及ぼす吸・排気管系の影響を明らかにした。また、管内に衝撃波が発生する場合の取扱いを検討し、汎用プログラムへの展開に見通しを得た。タービン、圧縮機の様々な構成によって得られ複合動力システムの性能予測には、種々の作動範囲を有するタービン、圧縮機の特性が必要である。タービン、圧縮機の流量特性をモデル化し、それぞれ数個のパラメータを含む関数によってその特性を表現した。関数化された特性と実測特性線図との比較から、タービン、圧縮機の任意の構成に対して、複合動力システムの性能予測を可能とすることを明らかにした。
波動を伴う三次元ガス流動解析手法としてCIP法を用い、一般曲線座標変換の手法を組み入れるとともに,壁境界の取扱方法を工夫することにより、挿入管形膨張消音器の流動抵抗と音響特性を同時に予測できるようにした。消音器の基本構成要素である共鳴形および膨張形の流路を対象に実機運転状態における予測計算を行い、流動抵抗と1kHz以下の低周波数域における音響特性に及ぼす消音器形状寸法の影響を検討できることを確かめた。機関燃焼室内ガス流動の三次元数値解析手法としてGTT法を開発し、縦渦の形成・崩壊過程を明らかにした。また、離散液滴モデルと共に、液膜形成を伴う壁面衝突噴霧モデルを組み込み、自由噴霧、渦流中の噴霧と壁面衝突噴霧について、計算結果と実験結果の比較を行い、噴霧モデルの妥当性を示した。さらに、液滴分裂モデルを改良し、噴霧挙動の予測精度を改善した。これにより、液体燃料噴射機関における混合気形成過程の予測が可能となった。

研究成果

• [文献書誌] Kazuhiro Kanamaru: "A Method of Optimizing Turbocharged Engine Systems" JSME International Journal. 37. 974-981 (1994)
• [文献書誌] 一色美博: "消音器特性に及ぼす挿入管の影響予測" 日本機械学会関西支部第253回講演会講演論文集No.944-4. 243-245 (1994)
• [文献書誌] Tomoyuki Wakisaka: "Numerical Analysis of Spray Phenomena in Fuel Injection Engines" Proc.3rd Int.Stmp.on Diagnostics and Modeling of Combustion in Internal Combustion Engines,JSME. 403-409 (1994)
• [文献書誌] 脇坂知行: "液体燃料噴霧のモデリング" 日本機械学会関西支部第253回講演会講演論文集No.944-4. 197-199 (1994)
• [文献書誌] Tomoyuki Wakisaka: "Numerical Analysis of the Behavior of Tumbling Vortices in Engine Cylinders Using Higher-Order Schemes" Proc.1st Asian Computational Fluid Dynamics Conf.1. 227-233 (1995)
• [文献書誌] 脇坂知行: "燃料噴霧における液滴分裂モデルの検討" 日本機械学会関西支部第70期総会講演論文集No.954-2. 211-213 (1995)
• [文献書誌] Tomoyuki Wakisaka: "Numerical Analysis of Liquid Fuel Sprays by Means of a Discrete Droplet/Liquid-Film Model" 4th ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conf.(発表予定). (1995)
• [文献書誌] Tomoyuki Wakisaka: "Numerical Analysis of the Diffusion Process of Intake Mixture in Dual-Intake Valve Engines" JSME International Journal,Ser.B. 38-2(掲載予定). (1995)