| 研究概要 |
本研究は,往復動内燃機関の排出微粒子,NOxを大幅に低減できる可能性を持つ予混合圧縮自着火(PCCI)燃焼を実用化するため,筒内直接噴射により着火の安定化と制御を図ることをねらいとし,そのため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する.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,噴射圧力や噴孔径といった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噴霧において二段着火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,燃焼室全体としての化学反応の進行度を明らかにするため,燃焼しつつある混合気内の安定化学種の時間履歴を追跡できる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)燃料噴霧の着火は雰囲気初期温度が850〜1000Kの間にあるときに,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を持つが,着火形態にもっとも強く影響を及ぼすのは雰囲気圧力である.(2)高速度シャドウグラフ撮影の結果によると,二段着火の現象が見られるときには,燃焼室内に大きく広がった混合気中で一様に熱炎が発生することが分かった.(3)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ことが分かった.(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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