The purpose of this study is to create a new
combustion concept that offers a high thermal efficiency
and very low NOx and soot emissions. To this end,
we performed 3D-CFD simulations to identify problems
with an actual PCCI that is characterized by in-cylinder
mixture non-homogeneity that arises through the direct
injection of diesel fuel. We compared the combustion
characteristics with an ideal 'HCCI' with homogeneous
mixture conditions. Then, to overcome PCCI problems
such as difficulties in combustion controllability
and the limited operating range, we identified the
key parameters impacting the HCCI/PCCI process through
experiments with a variety of paraffinic hydrocarbon
fuels. Finally, based on the knowledge gained through
these steps, we developed a new concept for dual-fuel
PCCI combustion using high- and low-RON fuels to achieve
extremely low NOx and smoke emissions. In this system,
gasoline was supplied from the intake air port and
diesel fuel was injected directly into the engine
cylinder to act as an ignition trigger at a timing
before TDC. It was found that the ignition phasing
of this PCCI combustion can be controlled by changing
the ratios of the two injected fuels, such that combustion
proceeds very mildly, even without EGR, thanks to
the spatial stratification of ignitability in the
cylinder, which prevents the entire mixture from igniting
instantaneously. The operable load range, where the
NOx and smoke emissions were less than 10 ppm and
0.1 FSN, respectively, was extended up to an IMEP
of 12 bar using an intake air boosting system together
with dual fueling.
本研究は，高い熱効率と非常に少ないNOxやスートエミッションを両立する新燃焼コン セプトを創出することを目的とする。これを達成するため，最初に3D-CFDシミュレーションを用いて理想的なHCCI燃焼の特性と比較することによって，エンジン筒内に燃
料を直接噴射することで実現される，不均質な混合気分布が存在する場合のPCCIの問題点を抽出した。
次に，燃焼制御性の困難さや運転領域の狭さに代表されるPCCIの問題点を克服するために，種々のパラフィン系燃料を用いた基礎実験によって，HCCI/PCCIの燃焼過程に影響を与える重要なパラメータを特定した。最後に，これらの知見を元にして，高RON燃料と低RON燃料の2燃料によって燃焼を制御されたDual-fuel
PCCIのコンセプトを開発 し，NOxやスモークの大幅な低減を可能にした。このシステムでは，ガソリンを吸気管
に噴射し，着火源としてTDC前の早期に軽油を直接エンジン筒内に噴射する。この2燃料の噴射量比によってPCCIの着火時期を制御することが可能で，しかもEGRを用いなくても，筒内に着火性の空間分布を形成し同時多点着火を抑制することで，穏やかな燃焼を実現することができた。また，過給を用いることによって，NOxが10ppm以下，
Smokeが0.1FSN以下のクリーンな運転領域をIMEP = 12barまで拡大できた。
