Daisuke Kawano

軽油に高オクタン価成分を混合することにより均一予混合圧縮着火（HCCI）燃焼を実現する手法を提案し、単気筒ディーゼル機関による実験により超低NOxが実現できることを確認した。しかし、THC、CO、可溶性有機成分（SOF）排出量が増加するケースが見られ、混合燃料噴霧モデルを用いた数値解析結果から、液相ペネトレーションを減少させる必要があることがわかった。

燃料温度上昇により得られる低沸点・高沸点混合燃料の減圧沸騰噴霧を定容容器で観察するとともに、混合燃料を単気筒ディーゼル機関にも適用し、初期燃料温度や混合割合の変化による熱発生および排出ガス特性への影響を調査した。その結果、減圧沸騰による微粒化・蒸発過程の改善により、smoke排出量を大きく低減できることが示された。

多成分燃料の物性値や気液平衡を考慮した多成分燃料噴霧モデルを新たに構築し、数値シミュレーションコードKIVA3Vに組み込んだ。本モデルを用いて、多成分燃料の噴霧特性に対する燃料組成の影響を解析した結果、低沸点成分を混合すると、高沸点成分の蒸発が促進されるが、さらに低沸点成分の混合割合が増加すると、逆に高沸点成分の蒸発が抑制されることがわかった。

Alternative fuels, such as gaseous fuels and oxygenated fuels etc., have been used to achieve low exhaust emissions in recent years. In general, most of these alternative fuels have high volatility, and flash-boiling takes place easily in the fuel spray. It is been known that the flashing is a favorable mechanism for atomizing liquid fuels. However, flash-boiling process in a engine is hardly studied. In this study, the sub models for flash-boiling spray of multicomponent fuel which take account for properties, vaporization process, bubble nucleation, growth and disruption in multicomponent fuel droplet were added to KIVA3V. The flashing spray characteristics from numerical simulation qualitatively showed good agreement with the experimental results. In addition, it was confirmed that flash-boiling effectively accelerated the atomization and vaporization of fuel droplets.

低沸点・高沸点混合燃料を実機関に適用した場合の機関性能・排気特性を調べた。その結果、低沸点成分の混合により未燃炭化水素（HC）排出量は増加するものの、エネルギー消費率には影響がなく、混合燃料を用いることによる黒煙（smoke）・NOx同時低減の可能性を見出した。

減圧沸騰噴霧の発達過程を調べるため、混合燃料の飽和蒸気圧力に関わるパラメータを設定し減圧沸騰噴霧を実現した。この実験的解析から、初期燃料温度の上昇および雰囲気温度の低下によって減圧沸騰が生じ、微粒化・蒸気化が促進されるため、噴霧先端到達距離が短く半径方向に広く分散する噴霧が得られることを確認した。

n-ペンタン・n-トリデカン混合燃料を用いて、レーザ誘起蛍光（LIF）法およびMie散乱光撮影による噴霧の2次元蒸気濃度分布を測定した。その結果、低沸点成分が噴霧上流部で蒸発するため、高沸点成分が噴霧下流部に多く存在し、その液相長さは混合燃料の90%留出温度（T90）で整理できることがわかった。

In this work, we have proposed the novel fuel design concept in order to realize the low emission and combustion control in engine systems. In this concept, we use the reformulated fuels with lower and higher boiling point fuel to obtain the both advantages of their fuels for combustion process. In this paper, ignition characteristics of the mixed fuel were examined for the mixed fuels with n-tridecane and various lower boiling point fuels using RCEM. The results show that the ignition delay of the mixed fuel is depend on ignition characteristics of the higher cetane number component, and is mostly independent of those of the higher octane number component.

本研究では、低沸点・高沸点混合燃料を用いて低エミッション・燃焼制御を実現する燃料設計コンセプトを提案する。混合燃料の相互溶解実験によりパラフィン系炭化水素同士は容易に混合することを確認した。さらに、混合燃料を用いた蒸発および燃焼実験を行い、低沸点・高沸点混合燃料の噴霧燃焼特性を把握した。