論文

In this research, the influence on natural gas combustion of H2 and CO was investigated by numerical calculations with elementary reactions. The investigation was carried out using the following procedures: 1. To research basic oxidation characteristics of CH4/H2/CO mixed fuel, parametric calculations for initial temperature were carried out. 2. For investigation of the effect of H2 and CO on CH4 combustion, the calculations with H2 and CO initial mole fraction variation was carried out. As a result, it was clarified that the oxidation temperature of CO was higher than that of CH4 and H2, the increase of H2 initial fraction has the effect to advance CH4 ignition timing, and increase of the CO fraction, under the condition that only CO was added, has the opposite effect of H2 addition.

HCCIエンジンの実用化には着火時期の制御，ノッキング回避といった課題の解決が不可欠である．本研究では2成分燃料を用い，その混合割合を変化させHCCI燃焼を適切に制御する手法に着目した．メタンに対しDME，n-ブタンを混合し，2種燃料の混合割合が着火時期，熱発生率，IMEPに及ぼす影響を調査した．

ＨＣＣＩ機関はノッキングにより運転領域が低負荷域に限られる．本研究ではメタンとＤＭＥの混合燃料を用い，混合割合を調整することで燃焼反応を膨張行程まで遅延させ，ノッキングの回避を試みた．両燃料の当量比，吸気温度，機関回転速度，圧縮比をパラメータとし，ＩＭＥＰを最も確保できる条件を検証した．

HCCI燃焼エンジンにおいて，二種燃料を用いて予混合気中に混合割合の不均一性を導入し，着火温度の異なる混合気の分布を作成することによって着火時期を時間的に分散させ,最大圧力上昇率を低下する効果についてそのポテンシャルを検証する。二種の燃料としては着火温度が低い燃料としてジメチルエーテル（以下DME）を，着火温度が高い燃料としてn-Butaneを用いた．

予混合圧縮自己着火（Homogeneous Charge Compression Ignition：HCCI）機関は，空気と燃料の予混合気を燃焼室内に導入し，ピストンの圧縮により高温・高圧とすることで多点同時に自己着火させる機関である．HCCI 機関は，その燃焼方式から高効率・低公害を実現しうる機関として注目されており，地球環境問題や石油資源の枯渇問題を緩和しうる手法の一つとしてその実用化が求められている．しかし，HCCI機関には，着火が燃料固有の着火温度に依存するため着火時期の制御が困難である，またノッキングのために運転領域が低負荷に限られるといった課題が存在し，課題解決のために多くの研究がなされている．HCCI 機関は，着火に至るまでピストンの圧縮によってのみ温度が上昇するので，着火時期の制御には圧縮開始時の筒内ガス温度が重要となる．また，ノッキングは急峻な燃焼により生じるため，その回避には燃焼反応速度の抑制が不可欠となる．本報では，各大学の研究室で行なわれている HCCI 燃焼研究の一部を紹介する

本研究では小型汎用発電機の機関として実用化することを目標に，ＤＭＥを燃料とする４ストローク小型HCCI機関の開発を行う．着火時期の制御，ノッキングの回避，燃焼効率の確保，というHCCI燃焼の課題を同時に解決する制御手法の確立が不可欠である。本報では，量論比の予混合気，高温の内部EGR，低温の外部EGRを用いた燃焼制御手法を提案し，三者ガスの混合割合がHCCI燃焼に与える影響を素反応数値計算および燃焼実験により調査した．

自動車に起因した沿道局所排出ガス汚染が問題になっており，走行する自動車の排出ガス量の評価が行われている．走行する自動車の排出ガス量は，一般的には排出係数（g/km）で評価され，走行時の排出ガス総量の推計等に用いられている．通常，排出ガス総量の推計において排出係数は車種別および速度区分別に代表的な値が用いられる．しかしながら，排出係数の大きさは，道路インフラおよび交通状況などの外部要因，車両仕様などの技術要因，運転操作などの運転要因に大きく影響されると考えられる．そこで本研究では，道路種別に着目し，幹線路区間と狭路区間について比較解析を行い，道路インフラ，交通状況，運転操作，および車両挙動がNOx, PM排出係数に与える影響を明らかにする．車載型排出ガス計測装置を搭載した小型貨物自動車を用いて市街路走行試験を実施し，市街路から幹線路区間および狭路区間を抽出した．両区間におけるNOx, PM排出量実態，およびNOx, PM排出係数に影響を与える要因を明らかにした．また，シャシダイナモにて行った実走行モード試験の結果から平均車速モデルを作成した．両区間について，平均車速モデルによるNOx排出係数の推計値と，車載型排出ガス計測装置から得た実測値の比較を行ったので報告する．

HCCI機関は高効率，低公害な次世代機関として注目されている．しかし，HCCI燃焼は着火を燃料の酸化反応に依存しているため，物理的な着火時期の制御手法が欠如している．着火時期を制御するためには，着火温度を自由に変えられることが望ましい．単一燃料で着火温度を変えることは困難である．この問題を解決するために，着火温度の異なる二種混合燃料を用い，混合割合を変えることによって着火温度の調整を試みた．本研究では二種燃料としてメタンとDMEを採用した．メタンは着火温度が高く，高温酸化反応のみの一段の反応機構を持つ燃料である．一方DMEは着火温度が低く，低温酸化反応と高温酸化反応の二段の反応機構を示す燃料である．特性の大きく異なるメタンとDMEの混合割合がHCCI燃焼に及ぼす影響を素反応数値計算，燃焼実験により調査し，着火時期の制御，高出力を得るための手法を明らかにした．

天然ガスを燃料とするＨＣＣＩ機関に排気タービン過給を適用することを想定して，過給機効率を模擬した場合の性能および排気特性を詳細に調査した．これに基づき過給による平均有効圧力の向上，熱効率の向上の可能性を明らかにした．また無過給と過給の性能を比較することで過給による性能改善の原因についても検討した．

本研究ではDMEを燃料とするHCCI機関を汎用小型発電機用の機関として実用化することを目的とし，高温の内部EGRと低温の外部EGRを用いたHCCI機関の制御システムを構築し，機関の開発を行う．本報では，素反応数値計算及び燃焼実験によって，DMEの燃焼特性を調査すると共に，開発したHCCI機関の性能の評価を行う．

本研究ではHCHO，H2O2といった燃焼中間生成物が，ディーゼル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，急速圧縮装置によりDMEと空気の予混合気を圧縮して低温酸化反応から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，ディーゼル噴霧を単発噴射した．HCHO， H2O2など中間生成物の濃度を変化させるためDME予混合気の当量比を変化させた. A) HCHO ，H2O2などの中間生成物は直接その濃度を測定することが困難ため，CHEMKINⅡとSENKINを用いた素反応数値計算より，DME空気予混合気の圧縮過程における中間生成物濃度を予測した． B) DME空気予混合気の圧縮過程における低温酸化反応から高温酸化反応に至るプロセスにおいて，反応がどのように発生するかを確認するため，ラジカル発光画像をフレーミングカメラを用いて全波長域における撮影，計測を行なった． C) HCHO，H2O2など中間生成物濃度が違う条件で軽油JIS2号を単発噴射してディーゼル噴霧火炎を形成する実験を行い，着火遅れ，燃焼期間を調査した．また高速度直接写真撮影により二色法解析を行い，輝炎存在期間，火炎温度およびすす生成の指標となるKL値を算出し，燃焼中間生成物がすす生成に与える影響を調査した．

本研究では，このエンジンシステムにおいて実現される，天然ガスとその改質ガスである水素と一酸化炭素の圧縮自己着火燃焼を対象として，素反応数値計算により燃焼解析を行った．天然ガスの主成分であるMethaneと空気の予混合気に対し，改質により生成される水素（H2）と一酸化炭素（CO）を添加して計算を行い，Methaneの酸化反応に及ぼす影響について調査した．

ＨＣＣＩ機関においても燃焼室内に少なからず存在する予混合気中の燃焼濃度の不均質性が着火・燃焼に及ぼす影響を調査した．４ストローク可視化機関にてＤＭＥ空気予混合気をＨＣＣＩ燃焼させ，筒内圧力履歴，発光強度履歴および二次元発光画像を得た．予混合気中の燃料濃度不均質性は吸気管内での燃料噴射位置，噴射期間を変えることにより変化させた．その結果，ＤＭＥ空気予混合気の圧縮自己着火燃焼過程の発光はＣＯがＣＯ２へと酸化される熱発生の後半部で生じることがわかった． また，燃料濃度の不均質性が増すと発光の開始および終了時刻は空間的に差が生じ，燃焼室全体における燃焼期間が長期化することが明らかになった．

Livengood-Wu積分はノッキング発生時期に関する経験則であり，このモデルがHCCIエンジンの着火モデルとして有効性が検証されれば高速な燃焼予測計算が可能となる.本報ではHCCIエンジンの温度域を対象に素反応数値計算を行い，Livengood-Wu積分で推算される着火時期をこれらの解析結果と比較した.

HCCI機関は現在までに様々な研究がなされ，利点・欠点が明らかにされてきた．本報では，その欠点を解決するため自己着火時期の制御・燃焼反応速度の制御・燃焼効率の確保の３つを実現できる条件を過去の実験データと素反応数値計算を用いて算出し，実際に機関を設計・試験する．試験結果を述べ，計算との比較を行う．

ＨＣＣＩ機関においても燃焼室内には少なからず不均質性が存在する．本研究では予混合気の不均質性が着火・燃焼に及ぼす影響を調査した．４ストローク可視化機関および急速圧縮装置を用いて，ＤＭＥ空気予混合気を圧縮自己着火させ，筒内圧力，筒内平均温度，熱発生率，二次元発光画像の解析を行うことで不均質性の影響を調査した．