| 研究課題/領域番号 |
25420142
|
|---|
| 研究機関 | 北海道大学 |
|---|
研究代表者 |
柴田 元 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70613785)
|
|---|
| 研究分担者 |
小川 英之 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40185509)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| キーワード | HCCIエンジン / 燃料 / 着火指標 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究では，最新の次世代内燃機関に適した燃料の着火指標を構築することを目的とする．燃料の着火指標を作るには，燃焼が体積膨張の影響を受けない圧縮行程中に実験をする必要がある．予備実験によりガソリン中に含まれる一般的な炭化水素16種類（パラフィン系4種類，オレフィン系2種類，ナフテン系3種類，芳香族系炭化水素7種類）を吸気温度100℃，エンジン回転数1400 rpm，吸気酸素濃度21％，当量比0.34の基底状態でエンジン実験をし，燃焼解析結果よりこれら16種類の炭化水素の相対的着火指標(HI index)を求めた．次にこの16種類の炭化水素を異なる運転条件でエンジンを運転した際に，それぞれの着火時期（CA10）を前述のHI indexでどの程度整理できるかを調べた．その結果，①吸気温度に対する各炭化水素の着火性差異は小さいが，ナフテン系炭化水素は側鎖の長さごとに着火時期の変化量が異なる，②機関回転速度に対する着火時期の影響は，パラフィン系，オレフィン系および芳香族系炭化水素では直鎖や側鎖の長さに関係しないが，ナフテン系炭化水素は側鎖が長くなるほど小さくなる，③吸気酸素濃度が炭化水素の着火性に与える影響が最も大きく，特に芳香族系炭化水素は吸気酸素濃度低下に伴う着火時期の遅角量が大きい，といったことが明らかとなった．またCHEMKIN-PROによるシミュレーション結果では，C7H14OOHが低温酸化反応に大きな影響を及ぼすという知見も得られた．本内容は，平成26年11月上旬に小型エンジンの国際会議（SAE International, Small Engine Technology Conference, Pisa Italy）で発表し，Special Recognition Award（Best 10 Paper）を受賞した．また同月下旬に内燃機関シンポジウム（筑波）で発表し日本機械学会Fellow賞を受賞が内定している．
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
現在の研究の進捗率は全体の80%程度であり，実験の進捗は予定よりすこし早い．実験はほぼ終了し，実験結果の詳細な解析を行なっている．芳香族系炭化水素とナフテン系炭化水素の側鎖の影響についても実験データの解析が終了しており，平成27年度は計算（Livengood-Wu積分）による着火時期を実験データと比較し，さらにCHEMKIN-PROによる着火経路の検証などに取り組む．
|
| 今後の研究の推進方策 |
着火雰囲気条件が異なると絶対的な炭化水素の着火性は異なるが，ナフテン系炭化水素を除くパラフィン系，オレフィン系，芳香族系炭化水素は本研究の中から考案された相対的着火指標（HI Index）で整理できることが明らかとなった．ナフテン系炭化水素の着火性はHCCI運転条件とガソリンエンジンのノッキング条件では，例えば吸気温度に対する特性が異なる．HCCI条件では吸気温度を上げると相対的着火性が悪くなるのに対し，ガソリンエンジンのノッキング条件では相対的着火性は向上する．この理由は着火雰囲気条件における分解経路が両者で異なるためであると考えられる．一方，芳香族系炭化水素とナフテン系炭化水素は側鎖が着火性に与える影響が大きく異なっている．芳香族系炭化水素では側鎖の長さが小さいうちはベンゼン環の影響の方が遥かに大きく側鎖の長さは着火性に影響を与えないが，ナフテン系炭化水素は側鎖の長さによって着火性が向上する．HCCIエンジンの着火性がオクタン価で整理できない理由は主にナフテン系炭化水素の着火特性差異だけであり，これが整理できればHCCIエンジンの実用化に寄与する燃料の着火性を提案することができる．平成27年度はこれらの課題に対してシミュレーション（Livengood-Wu積分による着火時期の実験データと比較とCHEMKIN-PROによる着火経路の検証）を用いた解析を行い，平成27年春と夏の国内学会で成果の講演発表を予定している．
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
2014年度は209万円のうち202万円を消費し7万円が残金となった．使用状況は妥当であると考える．
|
| 次年度使用額の使用計画 |
今年度は必要に応じてエンジン実験を行うが，いままでの実験データ解析とそのまとめに注力するため，平成27年度の直接経費36万円は消耗品の購入と学会発表にかかる出張旅費に充当する．
|
