燃料改質による圧縮着火エンジンの高効率化に関する研究－数値シミュレーションによる熱効率改善効果の検討

摘要

近年の地球温暖化やエネルギー問題を背景に，自動車用内燃機関の熱効率向上が急務となっている．日本国内では，戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）の革新的燃焼技術において，最高熱効率50%が目標として掲げられ，様々な取り組みが進められている．熱効率の改善には各種損失の低減が必要であり，排気損失の低減に向けた方策の一つとして，排気エネルギーを活用した燃料改質が挙げられる．芦田らは，EGR配管の途中に改質用触媒と燃料噴射インジェクタを配置したシステムにおいて，高温なEGRガス中に燃料を噴射することで水素をはじめとする改質ガスが生成され，EGR限界やノック限界の拡大が可能であることを示し，エンジン燃焼面における燃料改質の利点を報告している．また，嶋根らは燃料改質を想定した化学平衡計算を行い，改質器に噴射した燃料の投入熱量と改質ガスに含まれる可燃成分の熱量を比較することで，排気エネルギー回収面における利点を報告している．上述の研究はいずれもガソリンエンジンを対象としているように，排気エネルギーを活用した燃料改質に関する研究はガソリンエンジンを対象にしたケースが多い．その理由として，現在のガソリンエンジンは三元触媒による排気浄化が主流であり，理論空燃比での運転が多いため，排出ガス中に含まれる酸素が少ないことに加え，一般的にガソリンエンジンの排気温度はディーゼルエンジンに比べ，高いことなどが挙げられ，燃料改質の効果を享受しやすいためである．本研究では，排気エネルギーを活用した燃料改質の研究例が少ないディーゼルエンジンを対象に，EGRガスに燃料を噴射し改質を図るシステムを想定した数値シミュレーションを行い，熱効率改善効果やシステムの成立可能性を検討した．