ディーゼルエンジン燃焼計算の実用化研究燃焼計算の速度向上方法

摘要

ディーゼルエンジンの排出ガス基準をクリアするためには，コモンレール式噴射装置で可能になった噴射の自由度の利用と，噴霧に適した燃焼室を設計することが重要になっている．しかし，試験を繰り返す開発のみでは工数が多大であるため，前もってCAE を使い，ある程度の見込みのある範囲まで絞り込hでおく必要がある．我々は，早稲田大学で改良されたKIVA コードをベースに，短時間で熱発生率を求められるように簡素化した化学平衡計算ベースの燃焼モデルを加えて，実用的な時間で計算できるソフトウエアを作成し，エンジン開発で利用してきた．しかし，この計算コードでは，負荷が高い運転条件では，出力と排出ガス量をある程度予測できるものの，EGR を与えてパイロットや早期のプレ噴射を行なう負荷が低い運転条件では，着火遅れの予測精度が不十分であるため，上死点付近の筒内圧を再現できていなかった．これは，着火遅れをLiven good-Wu 積分法によるモデル計算で簡便に予測しているためである．この運転領域では，低温酸化反応による緩やかな発熱が着火遅れとその後の燃焼に大きな影響を及ぼすので，この現象を化学反応計算を使って再現する必要があることを前報告で示した．しかし，燃焼を解く化学反応計算は計算負荷が高く，我々が目指している多数の計算を行ってエンジンの特徴を多次元的に捉えて最適な点を見出す方法での利用の障害になっている．そこで，化学反応計算の計算速度を高めるための改良と，化学反応計算と化学平衡計算を使い分けて高速化を図る方法を試行した．本報では，これらの計算方法の概要と実現した計算時間短縮について述べる．