ディーゼル機関におけるPIV測定を用いた筒内ガス流動の評価およびオンボード用壁面熱伝達モデルの改良

摘要

自動車用内燃機関をとりまく環境問題の深刻化が続いており，これまで以上に過渡運転性能向上が重要となっている．現状では，過渡運転時の燃料噴射時期·噴射量制御において，適合数が少ないモデルベースト制御の開発が望まれている．ディーゼル機関におけるモデルベースト制御実現には，冷却損失（壁面熱流束の積分値）の予測モデルが必要であり，著者らは壁面熱伝達およびガス流動をモデル化し，高精度かつ低計算負荷な冷却損失予測モデルの構築に至った．その後，壁面熱伝達モデルの予測値は，ガス流動モデルに含まれる乱れ強さ係数（主流速度に対する壁面垂直方向の速度変動成分，以後TICと称す）に対する感度が高いことがわかったため，ガス流動モデルの改良を行った．著者らの一連の研究では，CFD解析より同定したTICを用いてきたが，実測の壁面熱流束と比較すると誤差が大きいため，PIV測定を用いてTICを同定したところ，実測値と概ね一致した．これより，壁面熱伝達モデルは高精度であるが，TICの同定法を改良する必要があることがわかった．加えて，MBCを実現するためには，実験数をなるべく減らすことが望ましいため，CFD解析のみからTICを同定する新たな手法が必要である．本論文では，TIC の新たな同定法の提案を目的として，以下を行った．全行程および複数平面のガス流速を計測することで，行程毎および平面毎のTIC を算出し，ガス流動モデルの評価を行った．また，複数計算したTIC を壁面熱伝達モデルに適用し，壁面熱流束の実測値と比較することで，本条件にて最適なTIC 同定法を提案した．次に，CFD 解析より得られた速度分布に，PIV より提案された同定法にてTIC を算出し，壁面熱伝達モデルを評価した．これより，実験を行わずに，精度の高いTIC を算出する手法を検討した．