順にモデル化の内容を説明する。2にプランジャ・バレル部の模式図とモデル図を示す。燃料入口配管を介してポンプ内に入った燃料は環状の燃料ギャラリと呼ばれる空間内に一時充填される。燃料ギャラリは連通管路とフィードホールと呼ばれる小孔によってバレル部と接続しており、吸入ストロークにおけるバレルへの燃料供給用バッファ、ならびに圧送ストローク終了時の燃料吐出先としての機能を担っている。モデル化にあたっては、ギャラリを円周方向に細かく分割し、各要素を汎用分岐管としてそれぞれ容積と入口・出口形状を設定した。連通管路にはバレル室からの燃料逆流を制御するための絞り部が設けられているが、これをモデル上で表現するため、管路内にオリフィスを設置し、実態に合うように流量係数を調整した。Barrel燃料を圧送するプランジャはポンプ下側に設置された燃料カムとそれに連動するローラータペットによって押し上げられ、バレル内の燃料圧力を上昇させる。実際のポンプではプランジャ側面に斜めの切欠き(リード)が設けられており、燃料圧送はフィードホールがプランジャの上面によって閉塞されることによって始まり、フィードホールがリード下面と交差し、ギャラリ部とリード下部の燃料通路とが連通したときに終わる。燃料噴射量はプランジャを円周方向に回転させ、プランジャの有効圧送ストロークを変える事で調整できる仕組みとなっている。これらの働きをモデル上で表現するため、圧送開始ステップ、圧送終了ステップそれぞれについて、プランジャリフトに対するフィードポートの有効通路面積を設定した。ステップ間の距離を実噴射量に合うように調整して与える事とした。(2)デリベリ弁(等圧弁)バレル室で昇圧された燃料はデリベリ弁を通過して高圧管に導かれる。デリベリ弁には噴射終了後の燃料管路内の圧力(残圧)を適正に維持する役割がある。3のようにデリベリ弁を構成する機械部品(弁本体、弁バネ、等圧弁など)をそれぞれの機能を表現する機械要素モデルに割り付けた。デリベリ弁、および等圧弁の変位量はそれぞれのバルブの上下面にかかる圧力と弁バネの荷重を基に演算させている。デリベリ弁のリフト特性を正確に合わせこむため、弁シート部の有効受圧面積をファインチューニングしている。設計図面を基に配管径・長さを読み取り、それらをモデル上の配管要素に適用した。4に燃料噴射弁部のモデルを示す。燃料の噴射はノズル噴口上流に設置されたニードル弁によって制御される。ニードル弁は上部にかかるバネ荷重とニードル弁下部にかかる燃料圧による押上力とのバランスで動作する。モデル化においては設計値を参考にニードル弁、リテーナ、弁バネの各質量、ならびにバネ定数、セット荷重を設定し、ニードル弁下面の受圧面積を弁リフト量に合わせて変化させている。ニードル弁の剛性の影響を考慮するため、ニードル弁を2つの質量要素に分割し、両者をバネ・ダンパ系機械要素で接続させている。実際の噴射弁ではニードル弁とノズルボディとの間の隙間部より微量の燃料が流出するが、これを表現するため、高圧燃料通路と燃料出口通路の間にリーク配管要素を設置し、実態に合うようにクリアランスを設定している。5に本研究で用いた簡易燃焼予測モデル(DIPulse)の概要を示す。DIPulseは筒内に供給された燃料噴霧の半径方向への分布は考慮せず、ノズル位置から噴霧先端位置までの噴霧中心軸沿いの特性分布から混合気形成過程を予測する。燃焼室内の空間は未燃ガス域、噴霧未燃ガス域と噴霧既燃ガス域の3領域に分割され、それぞれの領域内では均一の温度・化学種組成を仮定している。基に微粒化・蒸発のプロセスを演算し、運動量理論に従って空気導入量を計算する。着火遅れはアレニウス型の反応モデルを用いたLivengood-wu積分によって求め、着火前に形成された予混合気の燃焼速度は火炎伝播モデルによって求めている。予混合的燃焼に続く拡散燃焼期の反応速度は噴霧の混合過程に律速するため、乱流混合モデルに従って反応速度量を求めている。5中の式(1)~(4)に示す。燃焼モデルの同定にあたっては、熱発生プロファイルもしくは筒内圧履歴が実機結果と一致するように諸係数を調整している。(2)NOx予測モデルNOx生成量は既燃部ガス温度を対象に拡大Zeldovich機構を用いて演算する。モデルの合わせこみには実測データを参考に各素反応(5)~(7)の反応速度定数κをそれぞれファインチューニングしている。6に舶用補機モード(D2モード)各負荷点における噴射圧の実測値とモデル予測値との比較を示す。噴射圧やニードル弁開弁に伴う圧力の段差も含め正確に予測できていることが分かる。Oil)であり、そのうち比較的品質が安定しているMGO、MDOであっても市販軽油(JIS2号軽油)に比べると密度、動粘度、および着火性に大きな幅がある(2)。これは同じ燃料規格(例えばISO8217上で同分類)であっても、寄港地によって燃料性状が変わり、ランニングコストの増加や排気性能の悪化を招く場合がある事を意味する。次章ではMDOを使用する舶用ディーゼルエンジンを念頭に、燃料性状指標の一つである燃料密度を変えた際の燃焼性能への影響を、燃焼予測モデルを用いて考察した。7は同一ポンプ稼働条件において、供給する燃料の密度を800~900[kg/m3]の範囲で変更した際の噴射圧と噴射率の比較である。燃料密度増加によって質量流量の上昇によって最大噴射率が上昇し、噴射期間が短縮する。燃料密度の増加によって乱流混合が活性化し、主燃焼期の熱発生が高くなっていることが分かる。9に燃料密度を変更させた際の筒内最高圧力(Pmax)、NOx濃度、燃料消費率の予測値と、実機試験で得たJIS#2軽油、A重油における評価結果を示す。セタン価等様々な特性に差異が存在するため、この結果から直接密度の影響を議論する事には無理があるが、定性的な傾向は概ね一致していることから、今回確立したスキームによってある程度燃料性状の影響を予測できたと考えている。今後はモデルの精度向上に努め、各燃料物性指標の寄与度分析等を通じて燃料性状が燃焼性能に与える影響をより詳細に明らかにするとともに、モデル化の対象を大気条件にも広げ、幅広い設置環境でより安定した性能を確保する技術開発につなげていく予定である。Models5.おわりに国内外で叫ばれている電動化の流れや、更なる排気規制の強化、原油価格の乱高下などによって内燃機関は試練の時を迎えたと言われている。Value)を最大化しうる最適なパワーソースを提供する事である。これまで培ってきた内燃機関の良さを活かしつつ、より幅広い稼働条件で、より高い熱効率とよりクリーンな排気を実現する事が社会貢献につながると考え日々技術開発に取り組んでいる。Future」を実現していきたい。最後に本研究を遂行するにあたって株式会社IDAJ様、ならびに中央研究所の井堀智美氏に多大なご協力を頂いた事を記し謝意を表します。Regionソーシャルメディアプライバシーポリシークッキーポリシーご利用にあたって当社の名を騙った詐欺にご注意ください。