不均一EGR用いた局所高温部形成による予混合圧縮着火燃焼制御の研究

天然ガス予混合圧縮着火(HCCI)機関は,高効率と低エミッションを両立するコージェネレーション用原動機として期待されている。しかし,HCCI機関では着火時期が化学反応に依存するため,高効率と低エミッションを実現するためには,自着火時期そのものを制御する必要がある。本研究課題の目的は,排気を高温のまま燃焼室に再循環し,それを予混合気中に不均一に分布させることにより吸気予熱量を削減するとともに,着火時期を制御することである。平成18年度は,吸気行程中に排気弁を開いて高温燃焼ガスを燃焼室に再導入することにより,少ない排気再循環量で高い着火促進効果が得られることを示した。一方,HCCI機関では,吸気温度や排気再循環量のわずかな変化が燃焼に大きな変化をもたらすため,安定した運転を実現するためには毎サイクルの熱発生状態を検知し,その情報をもとに燃焼を制御する必要がある。そこで平成19年度は,安価で耐久性が高い火花点火プラグをプローブとして用いる燃焼室内のイオン電流計測に基づき,天然ガスHCCI機関の熱発生パターン推定する手法について検討した。すなわち,種々の運転条件のもとで天然ガスHCCI機関を運転した際のイオン電流波形を計測し,筒内圧力計測に基づく燃焼解析結果と比較した。その結果,希薄燃焼であるHCCI機関においても+100V程度の電圧を中心電極に印加すればS/N比の高いイオン電流信号が得られることを示した。さらに,得られた波形を解析した結果,イオン電流波形と熱発生率波形はほぼ同位相で相似であり,HCCI機関ではイオン電流をモニターすれば熱発生の状況を推定できることが明らかとなった。ただし,熱発生率が同じでも,排気再循環量すなわち燃焼室内の不活性ガスの濃度が高いほど荷電粒子の運動が妨げられ,イオン電流値が低下することが明らかとなった。

天然ガス予混合圧縮着火(HCCI)機関は,高効率と低エミッションを両立するコージェネレーション用原動機として期待されている。しかし,HCCI機関では着火時期が化学反応に依存するため,高効率と低エミッションを実現するためには,自着火時期そのものを制御する必要がある。本研究課題の目的は,排気を高温のまま燃焼室に再循環し,それを予混合気中に不均一に分布させることにより吸気予熱量を削減するとともに,着火時期を制御することである。平成18年度は,吸気行程中に排気弁を開いて高温燃焼ガスを燃焼室に再導入することにより,少ない排気再循環量で高い着火促進効果が得られることを示した。一方,HCCI機関では,吸気温度や排気再循環量のわずかな変化が燃焼に大きな変化をもたらすため,安定した運転を実現するためには毎サイクルの熱発生状態を検知し,その情報をもとに燃焼を制御する必要がある。そこで平成19年度は,安価で耐久性が高い火花点火プラグをプローブとして用いる燃焼室内のイオン電流計測に基づき,天然ガスHCCI機関の熱発生パターン推定する手法について検討した。すなわち,種々の運転条件のもとで天然ガスHCCI機関を運転した際のイオン電流波形を計測し,筒内圧力計測に基づく燃焼解析結果と比較した。その結果,希薄燃焼であるHCCI機関においても+100V程度の電圧を中心電極に印加すればS/N比の高いイオン電流信号が得られることを示した。さらに,得られた波形を解析した結果,イオン電流波形と熱発生率波形はほぼ同位相で相似であり,HCCI機関ではイオン電流をモニターすれば熱発生の状況を推定できることが明らかとなった。ただし,熱発生率が同じでも,排気再循環量すなわち燃焼室内の不活性ガスの濃度が高いほど荷電粒子の運動が妨げられ,イオン電流値が低下することが明らかとなった。