numerical study on diesel combustion using a ...熱工学コンファレンス 2006...
TRANSCRIPT
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
詳細
な素
反応
過程
を考
慮し
た数
値熱
流体
コー
ドに
よる
ディ
ーゼ
ルエ
ンジ
ンの
燃焼
解析
～EG
R条件
下に
おけ
る検
討～
Num
eric
al S
tudy
on
Die
sel C
ombu
stio
n U
sing
a C
ompu
tatio
nal F
luid
Dyn
amic
s C
ode
Acc
ount
ing
for
the
Fini
te-r
ate
Ele
men
tary
Che
mic
al r
eact
ion
(Ana
lysi
s und
er E
GR
Con
ditio
ns)
草鹿
仁
Jin K
usa
ka
早稲
田大
学創
造理
工学
部総
合機
械工
学科
Dep
t. o
f M
oder
n M
echan
ical
Engi
nee
ring,
Sch
ool of C
reat
ive
Sci
ence
and E
ngi
nee
ring
Was
eda
Univ
ersi
ty
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
Back
gro
un
d &
Ob
ject
ive
Red
ucin
g Ex
haus
t Gas
Em
issi
ons
(NO
x, P
M)
Dem
ands
for D
iese
l D
eman
ds fo
r Die
sel EE
ngin
esng
ines
Targ
et o
f Res
earc
h &
Dev
elop
men
tTa
rget
of R
esea
rch
& D
evel
opm
ent
Obj
ectiv
e□
Pre
dict
Igni
tion
and
Com
bust
ion
Pro
cess
of a
Pas
seng
er D
iese
l Eng
ine
unde
r Var
ious
O2
Con
cent
ratio
n C
ondi
tions
.□
Cap
ture
The
Tre
nd o
f NO
x E
mis
sion
und
er T
he C
ondi
tions
. □
Stu
dy T
he C
ombi
natio
n of
Hig
h E
GR
and
Sup
erch
argi
ng.
Obj
ectiv
e□
Pre
dict
Igni
tion
and
Com
bust
ion
Pro
cess
of a
Pas
seng
er D
iese
l Eng
ine
unde
r Var
ious
O2
Con
cent
ratio
n C
ondi
tions
.□
Cap
ture
The
Tre
nd o
f NO
x E
mis
sion
und
er T
he C
ondi
tions
. □
Stu
dy T
he C
ombi
natio
n of
Hig
h E
GR
and
Sup
erch
argi
ng.
1
□Ex
haus
t Gas
Afte
r Tre
atm
ent S
yste
mN
Ox
Trap
/ N
SR, U
rea-
SCR
, ・・・・
DPF
/ 4-
way
Cat
alys
t, ・・・・
□N
ew C
ombu
stio
n C
once
ptU
sing
a L
arge
Am
ount
of E
GR
to R
educ
eB
oth
NO
x an
d So
ot E
mis
sion
s
To P
redi
ct Ig
nitio
n an
d C
ombu
stio
n un
der S
uch
Con
ditio
n S
trong
lyD
epen
ding
on
Che
mic
al R
eact
ion,
It is
Nec
essa
ry t
o U
sing
CFD
Cod
ew
ith D
etai
led
Che
mis
try.
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
Overv
iew
of
En
gin
e S
imu
lati
on
Exha
ust E
mis
sion
s Fo
rmat
ion
Wal
l Film
Wal
l Film
Inje
ctio
nIn
ject
ion
In-c
ylin
der F
low
Evap
orat
ion
Evap
orat
ion
Bre
ak u
pB
reak
up
Fuel
-air
Mix
ture
Dis
trib
utio
n
KIV
A-3
V
Igni
tion
& C
ombu
stio
n
Che
mic
al R
eact
ions
Det
aile
d C
hem
istr
y・El
emen
tary
Rea
ctio
ns・Th
erm
odyn
amic
Pro
pert
ies
PaSR
Mod
el**
*
2
Mod
ified
KH
-RT
Mod
el*
Mod
ified
Col
lisio
n M
odel
**
Velo
city
Inte
rpol
atio
n**
**Th
e KI
VA
Jum
p St
atio
n ht
tp://
ww
w.tf
d.ch
alm
ers.
se/~
nord
in/K
JS/in
dex.
htm
l
*堀江信彦．詳細な素反応過程を考慮した数値熱流体コードによるディーゼル燃焼の数値解析
***V
.I.G
olov
itche
v, N
.Nor
din,
R. J
arni
cki,
and
Cho
mia
k,“3
-D D
iese
l Spr
ay S
imul
atio
ns U
sing
a N
ew D
etai
led
Turb
ulen
t Com
bust
ion
Mod
el
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
Die
sel
Oil
Su
rro
gate
Mech
an
ism
*
3C14
H28
+ O
2⇒
4C7H
16+
2C
7H8
+ H
2O
KIV
A O
rigin
alD
iese
l #2
Fuel
Pro
perti
es
Alip
hatic
Com
pone
nts
Aro
mat
ic C
ompo
nent
s
Oxi
datio
nO
xida
tion
Rea
l Die
sel #
2 Fu
el
70 /
30 %
Mix
ture
of C
7H16
& C
7H8
70 /
30 %
Mix
ture
of C
7H16
& C
7H8
・E
xten
ded
Zeld
ovic
hM
echa
nism
・N
2O M
echa
nism
・C
atal
ytic
NO
/ N
O2
Cyc
le Incl
udin
g 70
Spe
cies
& 3
05 R
eact
ions
0
0.00
5
0.01
0.01
5 05
1015
20
C14
H28
C7H
8
C7H
16
Mass of species g
Cra
nk a
ngle
deg
. ATD
C
* V
aler
i,Gol
ovic
hev
: http
://w
ww
.tfd.
chal
mer
s.se
/~va
leri/
ME
CH
.htm
l
NO
x Fo
rmat
ion
NO
x Fo
rmat
ion
Soot
For
mat
ion
Soot
For
mat
ion
・P
recu
rsor
Rad
ical
For
mat
ion
& O
xida
tion
・A
cety
lene
For
mat
ion
& O
xida
tion
・G
raph
itiza
tion
・S
oot F
orm
atio
n
4
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
NO
x F
orm
ati
on
Mech
an
ism
N2
+ O
= N
+N
O
N2O
+ M
= N
2+
O +
M
NO
2+
H =
NO
+ O
H
Exte
nded
Zel
dovi
chM
echa
nism
Cat
alyt
ic N
O /
NO
2C
ycle
Cat
alyt
ic N
O /
NO
2C
ycle
N +
CO
2=
NO
+ C
O
N+
O2
= N
O +
ON
+O
H =
NO
+ H
NO
+ H
O2
= N
O2
+ O
HN
O +
O +
M =
NO
2+
MN
O2
+ O
= N
O +
O2
N2O
+ O
= N
2+
O2
N2O
+ O
= N
O +
NO
N2O
+ H
= N
2+
OH
N2O
+ O
H =
N2
+ H
O2
5
NO
For
mat
ion
NO
For
mat
ion
Oth
er R
eact
ion
N2O
Mec
hani
smN
2O M
echa
nism
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
Co
nce
ptu
al
So
ot
Mo
del
CO
-H
CC
H
CC
H
+ C
2H2
+H
+ C
2H2
A2R
5 ⇒
12C
(S) +
4H
2
CC
HH
CC
HC
H H
Soot
Oxi
datio
nSo
ot O
xida
tion
Soot
Oxi
datio
n
C(S
) + O
2⇒
CO
+ O
C(S
) + H
2O ⇒
CO
+ H
2C
(S) +
OH
⇒C
O +
HC
(S) +
N2O
⇒C
O +
N2
Gra
phiti
zatio
n G
raph
itiza
tion
Gra
phiti
zatio
n
Prec
urso
r Rad
ical
For
mat
ion
Prec
urso
r Rad
ical
For
mat
ion
Prec
urso
r Rad
ical
For
mat
ion
HA
CA
Mec
hani
sm(H
ydro
gen
Abs
tract
ion
C2H
2A
dditi
on)
6
, Ole
fins
O2 H2O
OH
N2O
Con
cept
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
Co
mp
uta
tio
nal
Gri
d
0.7
Top
Cle
aran
ce m
m36
.0S
ecto
r Ang
le d
eg.
10N
umbe
r of N
ozzl
e H
oles
155
Spr
ay A
ngle
deg
.73
56@
BD
C
2388
@TD
C
Num
ber o
f Cel
ls
0.55
Dis
plac
emen
t L
86.0×
96.0
Bor
e ×
Stro
kem
mSe
ctor
type
com
puta
tiona
l Mes
h
Fron
t Vie
w
Top
View
Ove
rvie
w
7
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
Calc
ula
tio
n R
esu
lt Cal
cula
tion
cond
ition
353.
15Fu
el T
emp.
K
380.
15H
ead
tem
p. K
380.
15C
ylin
der W
all T
emp.
K
20(P
artia
l loa
d)In
ject
ion
Vol
ume
mm
3 /st
413.
15P
isto
n Te
mp.
K
7.5
Con
e A
ngle
de
g.15
5S
pray
Ang
le d
eg.
16.3
, 17.
2, 1
8.5,
20.
9O
2％
0In
ject
ion
Tim
ing
deg
.ATD
C10
0.0
(Nor
mal
Asp
iratio
n)In
take
Pre
ssur
e k
Pa
343.
15In
take
Tem
pera
ture
K
2000
Eng
ine
Spe
ed r
pm
8
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
0123456O
2 = 1
6.3
%O
2 = 1
7.2
%O
2 = 1
8.5
%O
2 = 2
0.9
%
In-cylinder Pressure MPa
Calc
ula
tio
n R
esu
lt
0123456
In-cylinder Pressure MPa
Cal
c.Ex
p.
050100
150
200
250 -3
0-2
0-1
00
1020
3040
Rate of Heat Release J / deg.
Cra
nk A
ngle
deg
. ATD
C
050100
150
200
250 -3
0-2
0-1
00
1020
3040
Rate of Heat Release J / deg.
Cra
nk A
ngle
deg
. ATD
C
Com
paris
on o
f Pre
dict
ion
and
Expe
rimen
tal d
ata
(O2
= 16
.3 &
18.
5 %
)C
ompa
rison
of P
redi
ctio
n an
dEx
perim
enta
l dat
a (O
2=
16.3
& 1
8.5
%)
Tren
d of
In-c
ylin
der P
ress
ure
& R
HR
un
der E
GR
Con
ditio
nTr
end
of In
-cyl
inde
r Pre
ssur
e &
RH
R
unde
r EG
R C
ondi
tion
9
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
Calc
ula
tio
n R
esu
lt
0510152025
468101214
NO & NOx ppm
NO2 ppm
0
100
200
300
400
500
203040506070
NO
NO
xN
O2
NO & NOx ppm
NO2 ppm
400
800
1200
1600
2000
00.25
0.5
0.75
1
-40
-20
020
4060
8010
0
Average Temperature K
Ratio of the RegionMore Than 2000 K
Cra
nk A
ngle
deg
. ATD
C
O2
18.5
%O
218
.5 %
O2
16.3
%O
216
.3 %
Con
side
red
Rec
ircul
ated
NO
xC
onsi
dere
d R
ecirc
ulat
edN
Ox
Am
ount
of R
ecirc
ulat
ion
= E
mis
sion
×E
GR
Rat
io⇒
Mix
to In
take
Air
as N
O2
His
tory
of N
Ox
& A
vera
ge T
empe
ratu
reH
isto
ry o
f NO
x &
Ave
rage
Tem
pera
ture
Effe
ct o
f EG
R o
n N
Ox
Emis
sion
10
0
250
500
750
1000
Cal
c.Ex
p.
1617
1819
2021
NOx ppm
O2 C
once
ntra
tion
%
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
Calc
ula
tio
n R
esu
lt
min
max
O2
16.3
%
O2
18.5
%
Tem
p.15
00 –
2500
KN
Ox
50 –
3000
ppm
11
Equi
vale
nce
Rat
io0
–6
0 ～
60 d
eg. A
TDC
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0200
400
600
800
1617
1819
2021
NOx mg / cycle
IMEP kPa
O2 C
once
ntar
tion
%
Eff
ect
of
Hig
h E
GR
an
d S
up
erc
harg
ing
12
Cal
cula
tion
cond
ition
14.0
, 15.
0, 1
6.3
O2％
353.
15Fu
el T
emp.
K20
(Par
tial L
oad)
Inje
ctio
n V
olum
e m
m3 /s
t0
Inje
ctio
n Ti
min
g d
eg.A
TDC
0, 0
.25,
0.5
0B
oost
Pre
ssur
e k
Pa(g
age)
343.
15In
take
Tem
pera
ture
K
2000
Eng
ine
Spe
ed r
pm
Dec
reas
e C
ombu
stio
n Te
mpe
ratu
re
Dec
reas
e C
harg
ing
Effic
ienc
y
⇒R
educ
tion
of N
Ox
Emis
sion
⇒D
ecre
ase
Torq
ue
Incr
easi
ng E
GR
Rat
eIn
crea
sing
EG
R R
ate
Incr
easi
ng E
GR
Rat
e
EGR
+ S
uper
char
ging
EGR
+ S
uper
char
ging
EGR
+ S
uper
char
ging
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
Eff
ect
of
Hig
h E
GR
an
d S
up
erc
harg
ing
13
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0200
400
600
800
00.
10.
20.
30.
40.
5
NOx mg / cycle
IMEP kPa
Boo
st P
ress
. ×
102 k
Pa
012345678N
AB
oost
= 0
.25
Boo
st =
0.5
0
In-cylinder Pressure MPa
050100
150
200
250 -3
0-2
0-1
00
1020
3040
Rate of Heat Release J / deg.
Cra
nk A
ngle
deg
. ATD
C
050100
150
200
250 -3
0-2
0-1
00
1020
3040
Rate of Heat Release J / deg.
Cra
nk A
ngle
deg
. ATD
C
012345678
In-cylinder Pressure MPa
012345678
In-cylinder Pressure MPa
050100
150
200
250 -3
0-2
0-1
00
1020
3040
Rate of Heat Release J / deg.
Cra
nk A
ngle
deg
. ATD
C
O2
16.3
%O
216
.3 %
O2
15.0
%O
215
.0 %
O2
14.0
%O
214
.0 %
Com
bina
tion
of H
igh
EGR
& S
uper
char
ging
Com
bina
tion
of H
igh
EGR
& S
uper
char
ging
Com
bina
tion
of H
igh
EGR
& S
uper
char
ging
It C
an B
e Po
ssib
le to
Red
uce
NO
x Em
issi
ondr
astic
ally
und
er V
ario
us L
oads
and
Eng
ine
Spee
ds.
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
051
1.52
A2R5 mg/cyl.
×10
-2
Effe
ct o
f EG
R o
n So
ot E
mis
sion
Calc
ula
tio
n R
esu
lt
0
0.51
1.52
Soot mg / cyl.
0
0.03
0.06
0.09
0.12
00.4
0.8
1.2
1.6
020
4060
8010
0
O2 g/cyl.
OH g/cyl.
Cra
nk A
ngle
deg
. ATD
C
×10
-5
14
The
Furt
her R
esea
rch
Will
be
Nee
ded
Nor
mal
Asp
iratio
nO
2：
16.3
to 2
0.9
%
0
0.2
0.4
0.6
0.81
00.2
0.4
0.6
0.8
1
1617
1819
2021
Cal
c.ex
p.
Soot (Calc.) mg / cyl.
Soot (exp.) mg / cyl.
O2 %
×10
-5
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
Su
mm
ary
詳細
な素
反応
過程
を考
慮した数
値熱
流体
計算
コードを用
い，乗
用車
用ディーゼル
エンジンを対
象に回
転数
，噴
射量
，噴
射時
期を一
定として各
種酸
素濃
度及
び給
気圧
について数
値解
析を実
施した結
果，以
下の
知見
を得
た．
■本
計算
コードにより，
EG
R条件における筒内圧力履歴，及び
熱発
生率
の履
歴を概
ね再
現するとともに，
NO
x排出量の定量的予測が可
能である．
■低酸素濃度域では，燃焼が緩慢になる傾向があるが，
EG
Rに過
給を組
み合
わせ
ることで，
NO
x排出
量を抑
制しなが
ら出
力を向
上させ
ることが
可能
である．
■P
AHの
形成
・酸
化，さらに
PA
Hか
らS
ootの
形成
およびその
酸化
を考
慮した
本S
oot
mod
elでは本運転条件における
PMの定量的な予測は難しく、今
後更
なるモデル
の改
良が
必要
である．
15
熱工
学コンファレンス
2006
WA
SED
A U
NIV
ERSI
TY
END
御清
聴ありが
とうございました．
16