論文

Effects of each stage (low-temperature reaction, high-temperature reaction, and post combustion) of a homogeneous mixture (propane/air) on the ignition and combustion of a diesel spray were investigated using a rapid compression machine (RCM). The concentrations of formaldehyde (HCHO) and hydrogen peroxide (H2O2) were calculated in the low temperature reaction using CHEMKIN. The correlation between soot formation and fuel injection timing was investigated in each reaction stage of the homogeneous mixture. When diesel fuel was injected during the low temperaure reaction, soot formation was more restrained than at any other reaction stage of the homogeneous mixture.

２０世紀に誕生し,人類の生活向上に多大な貢献を果たした自動車は,新しい世紀「２１世紀」ではどのような進展を遂げるのであろうか。そして人類や生物,社会,地域にどのような夢や希望,活力そして楽しさを与えてくれるのであろうか。「自動車技術の２１世紀」と題し,自動車および自動車技術の明るい未来を展望すると共に,部品,販売,整備等の関連産業や運輸・交通・都市構造等のインフラへの期待と展望,並びに人類の生活様式の変貌などを座談会を行いまとめた。

エンジンの有害排出物低減と高効率化のみが,自動車の環境負荷低減の技術課題ではない。エンジン開発でもう一つの大切な視点が,環境インパクトの少ないエンジンシステムの構築です。エンジンの構成原材料の生産,加工,組み立て,使用,メンテナンス,廃棄およびリサイクルまで,ライフサイクルの視点から環境負荷に対する総合的な評価が必要とされている。本校では,エンジンと燃料の最適化の観点から次世代エンジン開発へのＬＣＡ手法の導入の提案を行なった。

本報では，n-Butane空気予混合気を計算対象とし，衝撃波管，急速圧縮装置での実験における着火遅れ，HCCI機関での熱発生率形状をもとに，予混合圧縮自己着火機関の着火および燃焼を模擬できる素反応スキームの妥当性を検討した。また，衝撃波管のようにステップ状に温度，圧力が上昇する条件での計算を行ない，当量比，温度が，予混合気の圧縮自己着火および燃焼に及ぼす影響を調査したので報告する。

本稿においては「エンジン燃焼計測のフロンティア研究」と題してエンジン燃焼計測の動向を紹介する。

圧縮自己着火機関での反応速度制御因子，高効率燃焼条件および未燃HC，CO排出機構の把握を目的に，ｎ-Butane空気予混合気の素反応数値計算を行った．反応速度は燃焼室内の燃料質量に依存すること，高効率燃焼，HC，CO低減にはサイクル中の最高温度を1500K以上にすることが必要条件であることを示した．

本報では,慶應義塾大学理工学部システムデザイン工学科のカリキュラムの全体概要を述べ,その中で直接的なもの作り（設計・製図・製作・評価）カリキュラムとして組込まれているデザインリテラシー演習とシステムデザイン工学演習の教育目標や内容について説明する。

圧縮自己着火燃焼機構の解明，着火時期，燃焼期間の制御因子の把握を目的に低温酸化反応，高温酸化反応を有するｎ－Ｂｕｔａｎｅを燃料とし，素反応過程を考慮した反応速度計算を行った．計算に用いる素反応スキームの検証後，当量比，初期温度等が圧縮自己着火燃焼に及ぼす影響および各化学種の濃度履歴を明らかにした．

予混合圧縮自己着火（Homogeneous-Charge Compression-Ignition，以下HCCI）エンジンは，高効率，低公害を実現できる新しい内燃機関としての可能性を持っている．(1) HCCIエンジンは火炎伝ぱ限界を超えた希薄燃焼が可能でNOXとすすの排出量が少ない，といった利点を持つ．しかしその一方で着火と燃焼は燃料の酸化反応過程に強く依存しているため，着火・燃焼期間の制御手法の確立が大きな課題と言える．また未燃HC，CO排出量の削減も課題の１つである．そこで本研究では，代替燃料として注目されているジメチルエーテル（DME）を燃料として用い，HCCIエンジンを想定した素反応数値計算を行った．そして最高到達温度と燃焼効率，各種排気特性の関係を調査し燃焼完結性について評価した．また燃焼速度の考察を行い，HCCIエンジンにおいて問題となる急速燃焼を回避する手法についても評価を行った．

予混合圧縮自己着火機関の着火および燃焼は燃料の酸化反応に大きく依存しており，その制御には化学反応メカニズムの把握が必要である．これまでに予混合圧縮自己着火機関に関する研究では当量比，吸気温度，機関回転速度，EGR率，圧縮比，加給圧力が着火・燃焼に与える影響が明らかにされている．しかし，これらの研究は計測された燃焼室内圧力履歴をもとに温度履歴，熱発生率履歴の解析，排気成分の評価が主であり，着火・燃焼における化学反応過程を分析するには至っていない．化学的アプローチとしては素反応過程を考慮した数値計算が行われているが，計算結果を検証するためには実機内での化学反応過程を明らかにする必要がある．現在，実験と計算の比較には圧力履歴，温度履歴，熱発生率履歴を用いることが大半であるが，これらの手法はいずれも各素反応過程で生じる熱発生を積算したものであり，詳細な反応過程を解析，比較，評価するには不十分である． そこで，本研究では予混合圧縮自己着火機関の着火・燃焼過程の化学反応機構の解明を目的に，４ストローク単機筒可視化エンジンにジメチルエーテル（DME）空気予混合気を投入し，圧縮自己着火燃焼過程での化学種自発光計測を行った．また同時に素反応数値計算に発光モデルを組み込み発光強度履歴の予測を行った．

CHEMKINおよびSENKINを用いて，断熱，０次元の仮定のもと，kojimaスキーム(反応数761，化学種数161)を用いて，圧縮自己着火機関におけるn-butane 空気予混合気の素反応数値計算を試みた。当量比，給気温度，圧力，ＥＧＲ率，回転速度，(圧縮比)等をパラメータとし，「着火時期」，「燃焼反応期間」，「低温酸化反応過程および高温酸化反応過程を含む熱発生率経過」，「反応速度のEGR希釈の依存性」，「高温酸化反応時の燃焼完結性」，「燃焼後のＨＣおよびＣＯの残量濃度」，等々の項目について解析した。これらの数値計算の予測値と単気筒ＨＣＣＩエンジンの実験結果とを比較検証し，kojimaスキームおよび「断熱０次元モデル」の推測可能性および限界について評価した。

An on-board measurement system that simultaneously measures road traffic, vehicle running conditions and exhaust emissions was installed in a diesel freight vehicle with two tons payload. Actual NOx mass emissions were compared with that measured in a typical test mode for urban cities on a chassis dynamometer. The frequency of vehicle accelerations in actual urban cities was found to exceed that of a typical test mode for urban cities on a chassis dynamometer, which resulted in increased NOx from actual running conditions compared with the typical test mode for urban cities. The dynamics of NOx emissions at an actual roadside was also analyzed. It was observed that NOx emission based on distance with an actual city route test was about two times higher than that of a free way route and a typical test mode for urban cities.

HCHO、H2O2、COといった燃焼中間生成物が、噴霧燃料の着火および燃焼に及ぼす影響を調査することを目的として、急速圧縮装置（図1）を用いDME等の燃料と空気の予混合気中に噴霧燃料を高圧噴射する実験を行う。急速圧縮装置により燃料と空気の予混合気を圧縮して高温・高圧場を形成し、低温酸化反応・高温酸化反応を実現するプロセス中もしくはプロセス後に、ディーゼルノズルより噴霧を単発噴射する（図2）。雰囲気燃料としてDME、n-Heptane、iso-Octaneおよびn-Heptaneとiso-Octaneの混合燃料を用いる。噴霧燃料としてJIS2号軽油、n-Decaneおよび-Methylnaphthaleneを用いる。対象とする中間生成物はOH、H2O2、HCHO、HO2、COである。 DME、n-Heptaneおよびiso-Octaneと空気の予混合気を雰囲気とすることで、ディーゼル噴霧の化学的着火遅れ期間の長期化と、噴霧内燃料濃度の均一・希薄化を促進させることにより、NOxとすすの低減を狙う。また低温酸化反応中に生成されるHCHOやH2O2といった中間生成物はラジカル発光像を計測することで、これらの中間生成物がディーゼル燃焼に及ぼす影響を調査する。さらに、ディーゼル噴霧燃焼によるすす生成に与える影響については、高速度直接写真撮影光学系として二次元発光画像を計測しKL直を求めることで明らかにする。 初年度（平成15年度）は、0次元素反応数値計算により各雰囲気燃料を圧縮したときの中間生成物の履歴の調査を行い、急速圧縮装置を用いた実験では高速度直接写真撮影と二色法解析を行った。