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Academic year: 2022

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目 次

第1章 序 論---1

1.1. 研究の背景 1

1.1.1. はじめに 1

1.1.2. NOxとPMを低減する必要性 3

1.1.3. 大気環境基準の達成状況と排出ガス規制 7

1.1.4. 地球温暖化の防止に向けた取り組み 14

1.1.5. 各種排出ガス低減技術 15

a) 燃焼改善技術 16

b) 排気後処理技術 20

c) 燃料性状の改善 23

d) 新燃焼方式 24

1.2. 本研究の目的 31

1.3. 本論文の構成 34

参考文献 36

第2章 エンジン実験と数値熱流体計算の方法---45

2.1. エンジン実験の方法 45

1.2.1. 実験装置 45

1.2.2. エンジン試験条件の選定 53

2.2. 3次元数値熱流体計算の方法 56

2.2.1. KIVA3Vの概要とサブモデル 56

2.2.2. ディーゼル燃焼モデル 59

a) 炭化水素燃料の酸化反応 59

b) 化学反応機構と有害排出物生成モデル 60

参考文献 65

第3章 NOxとSootを同時に低減する燃焼法の実現---69

3.1. 基本性能試験 69

3.2. 予混合型燃焼（PCCI燃焼）の着火時期制御 70

3.3. Miller-PCCI燃焼によるNOxとSootの低減効果 74

(2)

ii

3.4. 過給圧の増大によるCO，THCの低減と燃費の改善 87

3.5. Miller-PCCI燃焼の高速回転条件への適用 92

3.6. まとめ 96

第4章 NOxとSootの低減メカニズムの数値解析---99

4.1. 数値モデルの検証 99

4.2. 従来燃焼とPCCI燃焼の違い 100

4.3. Miller-PCCI燃焼の排出ガス低減メカニズム 107

4.4. Miller-PCCI燃焼の燃費向上に関する解析（高過給化） 119

4.5. 高速回転条件におけるMiller-PCCI燃焼解析 122

4.6. まとめ 127

参考文献 129

第5章 Miller-PCCI燃焼の運転領域拡大に関する検討---131

5.1. 負荷の増大に伴い予混合燃焼が困難となる理由 131

5.2. 中負荷でのMiller-PCCI燃焼の実現 142

5.3. Miller-PCCI燃焼の中高負荷域への適用 155

5.4. Miller-PCCI燃焼の成立範囲と排出ガスの低減効果 159

5.5. まとめ 166

第6章 結 論 ---169

6.1 得られた知見の概要 169

6.2 今後の課題と研究の発展性 173

本論文に関連する公表論文---179

謝 辞---181

(3)

iii 記号表

略語 名称 Name

ATDC 上死点後 After top dead center

BSFC 正味燃料消費率 Brake specific fuel consumption

CO 一酸化炭素 Carbon monoxide CO2 二酸化炭素 Carbon dioxide DI 筒内直接噴射 Direct injection

εeff 有効圧縮比 Effective compression ratio (=VVC/VTDC) EGR 排気ガス再循環 Exhaust gas recirculation

EHVA 油圧電子制御によるバルブ動作 Electro-hydraulic valve actuation

EVO 排気バルブの開弁 Exhaust valve opening

φ 当量比 Equivalence ratio

λ 空気過剰率 Excess air ratio Pinj 燃料噴射圧 Fuel injection pressure

HACA 水素引き抜きアセチレン付加 Hydrogen-abstraction/C2H2-addition

HCCI 予混合圧縮着火 Homogeneous charge compression ignition

HCLD 加熱化学発光検出器 Heated chemiluminescence detector

HFID 加熱水素炎イオン化検出器 Heated flame ionization detector

HPLC 高速液体クロマトグラフ High pressure liquid chromatography

HPLI 高圧遅角燃料噴射 High pressure late injection

IMEP 図示平均有効圧 Indicated mean effective pressure

ISFC 図示燃料消費率 Indicated specific fuel consumption

IVC 吸気バルブの閉弁 Intake valve closing IVO 吸気バルブの開弁 Intake valve opening

KH-RT 右記2つの不安定性理論 Kelvin-Helmholtz / Rayleigh-Taylor

LIVC 吸気バルブの遅閉じ Late intake valve closing

LTC 低温燃焼 Low temperature combustion MFB 燃焼質量割合 Mass fraction of burned fuel

MFB50% 燃焼質量割合50%位置 50% Mass fraction of burned fuel

Miller-PCCI 本論文における燃焼法の名称 Miller-Premixed charge compression ignition

NDIR 非分散型赤外線分析 Non-dispersive infrared analyzer

NOx 窒素酸化物 Oxides of nitrogen

PCCI 予混合圧縮着火 Premixed charge compression ignition

dP/dθmax 最大圧力上昇率 Maximum pressure rising rate

PM 粒子状物質 Particulate Matter

PaSR 部分的に混合が進んだ反応器 Partially Stirred Reactor

R.H.R. 熱発生率 Rate of heat release

T 燃焼温度 Combustion temperature

TDC 上死点 Top dead center

THC 炭化水素 Total hydrocarbon

3D-CFD 3次元数値流体力学 Three dimensional-computational fluid dynamics

τmix 予混合時間 Premixing time VVT 可変バルブタイミング Variable valve timing

参照

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