論文

本研究では，各種低炭素代替燃焼の予混合圧縮自己着火機関への適合性を検証することを目的として，２ストロークＡＴＡＣエンジンを供試機関に用い燃焼実験を行い，燃料分子構造と着火・燃焼特性の相関について調査検討した。調査燃料には，基準燃料であるガソリンに加え，アルカン系，アルコール系，エーテル系の低炭素代替燃料計１０種を選択し，これらの燃料について性状の違いに注目しながら，ＡＴＡＣ運転領域，自己着火時期，自己着火温度および燃焼期間等を調査した。さらにアルカン系燃料のうち，同じ炭素数を持ちながらも，ＡＴＡＣが確認されるn-ブタンと，ＡＴＡＣが確認されないiso-ブタンとの，いわゆる構造異性体の着火・燃焼特性を比較，検討した。これらの燃料を混合した場合，その混合割合がＡＴＡＣの着火・燃焼特性に及ぼす影響について調査し，支配要因について考察したので報告する。

本研究では，予混合圧縮着火エンジンにおける希薄予混合気の着火および燃焼の制御に関する基礎的知見を得ることを目的として，希薄予混合気を単気筒機関内に供給し，その着火および燃焼特性の解明を試みた。具体的には，１）予混合気の当量比，圧縮速度(機関回転速度)，吸気温度，外部EGR率，CO2濃度，燃料性状が着火および燃焼に及ぼす影響について調査し，２）予混合気中の局所的な温度の不均一性と予混合気濃度の不均一性が着火および燃焼に及ぼす影響について調査した

This study aimed to reduce NOx and soot by creating a more homogeneous lean fuel distribution in a diesel spray using high-pressure fuel injection and a micro-hole nozzle. However, this injection system shortened the ignition delay, but a homogeneous lean fuel distribution in the diesel spray was not achieved. Using a lower Cetane number fuel, the resulting longer ignition delay made a uniform, lean fuel distribution in the diesel spray possible, with this injection system.

次世代自動車導入による環境改善効果の評価を目的に,次世代自動車のＣＯ2排出量の解析を試みた。代替燃料自動車,電気自動車,ハイブリッド自動車,および比較基準としての現行自動車を対象にＬＣＡ(Life cycle assessment)の視点から,各プロセス毎のＣＯ2排出量を積算することにより,ＣＯ2総排出量を算出し,次世代自動車のＣＯ2排出量削減効果について検討した。

本研究では予混合圧縮自己着火エンジンにおける希薄燃焼時の自己着火および燃焼時期の特性に関する基礎的知見を得るために，２ストロークＡＴＡＣエンジンおよび４ストロークＨＣＣＩ(Homogeneous Charge Compression Ignition)エンジンを対象にした実験的研究ならびに素反応過程を考慮したシミュレーションによって調査を行なう。燃料としては以下に示す低炭素代替燃料を選択し，これらについて分子構造に着目し，自己着火時期，燃焼期間，自己着火圧力，自己着火温度との相関を調査する．併せて燃料の熱分解過程および初期の初期の素反応過程との相関については，シミュレーションによる検証を試みる．

予混合圧縮着火機関は、燃料と空気の拡散を高めた均一な混合気を燃焼させることにより、ディーゼル機関において問題となっているNOｘとすすの同時低減が可能なことが報告されている。しかし、自着火現象に機関運転を頼っていることから着火およびその燃焼制御が課題の１つとなっている。 そこで、本研究では予混合気の着火および燃焼に関する基礎的知見を得ることを目的とし、以下に示す3項目について調査したので報告する。 １） 予混合圧縮着火機関において外部EGRが着火および燃焼に与える影響 ２） 素反応を考慮したシミュレーションによる圧縮速度が低温酸化反応および高温酸化反応に及ぼす影響 ３） ２ストロークATACエンジンにおける代替燃料適合性

２ストロークＡＴＡＣエンジンを対象にＡＴＡＣとＳＩ燃焼機構を解明するため、火炎中に存在するＯＨ、ＣＨ、Ｃ2ラジカルから発光するバンドスペクトル画像の計測を行ない、燃料にガソリンとメタノールを用いた場合について検討した。ラジカル発光強度と熱発生率の時間履歴を比較し、その相関性について考察した。

レーザ誘起蛍光法を用いて間欠気体噴流の瞬時断面濃度分布を計測する手法の確立を目的とし，噴射気体に蛍光物質としてよう素を混入し，励起光としてＮｄ：Ｙａｇレーザの第２高調波を用いた。蛍光強度分布から噴流の濃度分布を定量化する際の誤差因子について実験的検討を試みた。観測される蛍光強度に影響を与える要因となる，蛍光物質と共に存在する共存ガスの種類，温度，励起光および蛍光の蛍光物質による吸収の影響について検討を行なった。また，励起光の減衰に対する補正方法を提示した。さらに常温の静止大気中に噴射した間欠気体噴流の瞬時断面蛍光強度分布を計測し，画像処理を行なう事により噴流の瞬時断面濃度分布を求めた。

予混合圧縮自己着火燃焼をエンジンに導入するには、広い範囲の運転条件において自己着火時期および燃焼期間の制御方法を確立することが課題であり、燃料の自己着火特性に関する知見を把握する必要がある。本研究では圧縮自己着火エンジンに於ける代替燃料の着火および燃焼の挙動に関する知見を得るため、２ストロークＡＴＡＣエンジンを対象に、単組成燃料であるＤＭＥ、メタノール、エタノール、メタン、プロパンを用いガソリン燃料との比較試験を行なった。含酸素燃料はガソリンに比べＡＴＡＣ運転領域が希薄域に拡大すること、予混合気の自己着火温度は燃料の種類により一義的に定まり、当量比依存性は小さい、等の知見を得た。

ディーゼル噴霧内の燃料濃度を十分に希薄かつ均一にした状態で予混合的に燃焼させることで火炎温度の低下によるＮＯの生成抑制、ならびにすすの生成抑制と酸化促進から同時低減の実現が期待される。本研究では、高圧燃料噴射に微細口ノズルを組み合せた噴射系を用いて、燃料液滴の微粒化ならびに噴霧内への空気導入を促進させることで均一希薄なディーゼル噴霧の形成をねらい、さらに低セタン燃料を用いて着火遅れ期間を十分に確保することで燃料の十分な蒸発、混合時間を与え、噴射した燃料を予混合的に燃焼させることを試みた。その結果、火炎中のすすの生成抑制と火炎温度の低温化が実現された。

予混合圧縮着火エンジンにおいては、着火・燃焼制御法の確立が求められている。そこで本研究では均一予混合気の着火・燃焼基本特性を明らかにするため、高圧縮単気筒機関を用いてＤＭＥ（ジメチルエーテル）およびｎ－ｂｕｔａｎｅ／空気予混合気の当量比、給気温度、機関の回転速度、圧縮比をパラメータとした実験を行ない、自己着火燃焼における反応過程を支配する温度、圧力、反応時間および混合気組成の依存性を調査した。熱発生率過程に大小２つのピークを持つ低温度自着火を観測し、低温反応、高温反応の発現とその活性に関わる予混合気の各状態因子および両反応の関係を明らかにした。

熱電対材料および耐熱接着剤による熱接点温度への影響を極力低減し，セラミック燃焼室壁面の瞬時熱流束を精度良く計測できる薄膜形熱電対の開発を試みた。それは母材中心より離れた位置に熱電対素線導出部を設置し，母材頂面中心に熱接点を形成する対線構造の薄膜形熱電対である。そのモデルについて有限要素法を用いて数値解析し，熱電対素線および耐熱接着剤の測定面への影響を検討した結果，精度の良い測定ができることを確認した。試作した熱電対を，実機関に試用し，燃焼運転時の瞬時熱流束計測を行なった結果，十分な信頼性と耐久性を確認することができた。