筒内直噴ガソリンエンジン用燃料の設計に関する基礎的研究

ガソリンエンジンの低燃費化技術として高出力と低燃費を実現する直噴ガソリンエンジンが注目を集めており、1996年に日本で実用化されている。直噴ガソリンエンジンは成層燃焼により燃費を向上させているが、混合気形成が困難であるため、限られた回転数や出力でのみ用いられている。従って、成層燃焼に適した燃料の設計は、直噴ガソリンエンジンの成層燃焼領域の拡大が可能になり、ガソリンの低燃費化の一助となる。本研究では、直噴ガソリンエンジン用燃料の設計に関する基礎的知見を得ることを目的とした。まず、沸点の異なるアルカン、アルケン、芳香族、エーテルを用いることにより、燃料性状がEGR条件下での成層燃焼に及ぼす影響を、研究用単気筒直噴ガソリンエンジンを用いた実験により調べた。その結果、直噴ガソリンエンジンでは、EGRを用いることで出力の低下や燃焼安定性の悪化を招くことなくNOxを低減できることが示唆された。種々の燃料を用いた系統的実験により、低沸点燃料はTHC排出濃度が低く燃焼も安定しており、EGR下で高沸点燃料に対するその優位性が確認された。また芳香族化合物は燃焼性が悪く、直噴ガソリンエンジン用燃料としては望ましくないことが示唆された。次に、直噴ガソリンエンジンにおける成層燃焼時の混合気形成に及ぼす燃料性状の影響を調べるため、数値流体力学計算(CFD)ソフトであるKIVA-3Vを用いた、直噴ガソリンエンジンの燃焼室内の混合気形成のシミュレーションを行った。まず、直噴ガソリンエンジンの燃焼室内のモデル化を行った。次に、そのモデルを用い、燃料の沸点が成層燃焼時の混合気形成に及ぼす影響を調べた。その結果、CFDによるモデル計算結果は、沸点の影響について実験結果と整合しており、CFDによる検討の有用性が示唆された。

ガソリンエンジンの低燃費化技術として高出力と低燃費を実現する直噴ガソリンエンジンが注目を集めており、1996年に日本で実用化されている。直噴ガソリンエンジンは成層燃焼により燃費を向上させているが、混合気形成が困難であるため、限られた回転数や出力でのみ用いられている。従って、成層燃焼に適した燃料の設計は、直噴ガソリンエンジンの成層燃焼領域の拡大が可能になり、ガソリンの低燃費化の一助となる。本研究では、直噴ガソリンエンジン用燃料の設計に関する基礎的知見を得ることを目的とした。まず、沸点の異なるアルカン、アルケン、芳香族、エーテルを用いることにより、燃料性状がEGR条件下での成層燃焼に及ぼす影響を、研究用単気筒直噴ガソリンエンジンを用いた実験により調べた。その結果、直噴ガソリンエンジンでは、EGRを用いることで出力の低下や燃焼安定性の悪化を招くことなくNOxを低減できることが示唆された。種々の燃料を用いた系統的実験により、低沸点燃料はTHC排出濃度が低く燃焼も安定しており、EGR下で高沸点燃料に対するその優位性が確認された。また芳香族化合物は燃焼性が悪く、直噴ガソリンエンジン用燃料としては望ましくないことが示唆された。次に、直噴ガソリンエンジンにおける成層燃焼時の混合気形成に及ぼす燃料性状の影響を調べるため、数値流体力学計算(CFD)ソフトであるKIVA-3Vを用いた、直噴ガソリンエンジンの燃焼室内の混合気形成のシミュレーションを行った。まず、直噴ガソリンエンジンの燃焼室内のモデル化を行った。次に、そのモデルを用い、燃料の沸点が成層燃焼時の混合気形成に及ぼす影響を調べた。その結果、CFDによるモデル計算結果は、沸点の影響について実験結果と整合しており、CFDによる検討の有用性が示唆された。