低温酸化同好会mixi支部コミュのディーゼルPCCIについて

　ディーゼルエンジンで燃料を予混合化して着火燃焼させることを最近ではディーゼルPCCI (Premixed-Charge Compression Ignition)と呼ぶことが多いです。これは混合気を均一には作っていないから、"Homogeneous"とは呼び難いからです。

　ディーゼルPCCIは実用化が近い（MK燃焼をディーゼルPCCIと考えるならすでに実用化されている）と考えられています。ある大学教授は「ガソリンHCCIはハードの問題、ディーゼルHCCIはソフトの問題」と、噴射タイミングなどECU制御で何とかなりそうだとの事を言っていました。

　このようなディーゼルPCCIについて、現状、未来、課題などを語りましょう。

　私から、まずはネタ振り。ディーゼルPCCIに適した燃料着火性は軽油より低着火性の方が良いのでしょうか？高着火性が良いのでしょうか？軽油を予混合燃焼させると、早期に着火してしまうので、軽油より低着火性（低セタン価）の燃料が良いとの研究が結構発表されています。一方で、日産はMK燃焼では高着火性燃料であるGTL軽油が良いとの論文を出しています。

コメント(31)

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[2] mixiユーザー 01月23日 00:27

燃料着火性の適性は、PCCIの燃焼方式によりけりなんでしょうね。
初めに私は、「先ずは軽油のみで何とかPCCIを実現できないか？」と考えた末、
軽油は高着火性→着火制御には筒内温度を下げる制御が必要→低圧縮比→吸気バルブ遅閉じ、という考えに辿り着きました。
しかし、着火制御は可能であるものの、バルブタイミング機構のコストや、ディーゼル機関の高熱効率が損なわれてしまう短所も出てしまいます。
この方法に関しては低着火性の燃料を使えば、熱効率の悪化も最小限に食い止めることは可能なのでしょうが。
その他色々方法はあると思いますが、何にしてもどこかで壁に当たって・・・
HCCI、PCCIって難しいですね。

こんなこと色々考えてたら、寝れなくなってきました（笑）

[3] mixiユーザー 01月23日 00:44

　ディーゼル，オットー，どっちベースのHCCI，PCCIに限らず，

　着火しにくく，燃えやすい燃料
　オクタン価もセタン価もどちらも高い燃料

　それが欲しい．

　とにかくτ（タウ）が欲しい．
　τ（τ２）がもう少し長ければ，そこに人間が制御出来る余地が介在できる．
　現状では，着火を制御するためには，燃料をいぢる以外にない，という結論に達しています．わたしわ．

　たうたうたうたうたうっ．．．．．（なんかかわいい）

[4] mixiユーザー 01月23日 19:16

今、旬のバイオエタノールではHCCI？PCCIは難しいのでしょうか？DMEでのHCCI、PCCIは結局、どうなったのか？ by 素人

[5] mixiユーザー 01月23日 22:55

こっちも盛り上がってきましたね。

＞タガーさん
早期噴射：高負荷でノッキング→抑制のため低着火燃料
後期噴射：失火が起こる→高着火性燃料で失火防止
ですか。これはわかりやすいですね。早期噴射の高負荷ノッキングは着火時期が早期なためということですよね。

＞ひげすけさん
軽油だと着火性が高すぎるのでバルブタイミングで低圧縮比化ですか。
効率下がるとのことですが、確かに図示効率は下がりそうですが、正味でも下がるのでしょうか？
＃耳学問で、ディーゼルの圧縮比は現状より下げた方が
＃フリクションが減って正味効率は上がると聞いたもので。

[6] mixiユーザー 01月23日 23:23

＞インチキ化学者さん
私が言及している効率は図示であって、
正味で詳細な評価はまだしっかりできていない状況です。
確かにディーゼルの圧縮比を上げても、
正味熱効率はフリクションロスで上がらないという話はありますよね。
そうなると、色々考えてみるとやはりＱ゜さんの言うように、燃料をいじることがPCCI、HCCIの運転領域拡大には究極な方法でしょうね。

[8] mixiユーザー 01月24日 10:06

　着火時期制御の考え方で、タガーさんがご指摘の物理的対策の他に、EGRに伴う比熱比および中間生成物導入による手法（これも、まぁ半分物理的手法か?）と、安東さんが提唱されたTime domein mixingという手法もあるかと思います。
　特に後者のTime domein mixingは大変おもしろい考え方だと思っています。

　

[9] mixiユーザー 01月24日 20:38

＞化学反応的な知見からもっと別の低温酸化反応を制御する方法ってのを見出せないですかね？
まさに、この「低温酸化同好会」で議論したいところなのです。
低温酸化の発熱はコミュの説明に書いている反応でOHラジカルが増えて起こるので、この反応を制御する必要があります。

＞Time domein mixingは大変おもしろい考え方だと思っています。
これは、どのような考え方なのでしょうか？

[10] mixiユーザー 01月24日 20:43

＞プリさん
＞バイオエタノールではHCCI？PCCIは難しいのでしょうか？
バイオエタノールは非常に低着火性ですので、それ自身で着火は結構難しいのでは？

[11] mixiユーザー 01月25日 02:53

ＯＨラジカルと早く反応するラジカルスカベンジャーというのがいろいろ知られています（光触媒だと２－ぷろぱノーる）が、高温だとそれもＯＨラジカル源になるので難しいですね。フロンとかはＨ＋Ｏ２の連鎖をとめるとかいうので、ラジカルスカベンジャーです。私が研究していたSO2もＨ原子をＨ２にするラジカルスカベンジャーです。最近はGlaborgがそういう研究をしています。この前の国際燃焼シンポの招待講演で話していました。いずれ、本になるのでご興味のある方は読まれてはです。

[12] mixiユーザー 01月26日 00:22

メタノールなら着火はいいのでは？

[13] mixiユーザー 01月26日 21:18

＞メタノールなら着火はいいのでは？
メタノールはさらに着火性悪しです。さらに、他の燃料に混合すると低温酸化を抑制すると思われます。

[14] mixiユーザー 01月26日 21:34

PCCI･･
範囲狭そうれすよね～・・

拡散燃焼しているところにむりやり空気を入れたくなっちゃいますよね～・・
アルコールより
BDFのPCCIってどうなんれすかっ？・・ぴ♪

[16] mixiユーザー 01月28日 22:50

＞フロンとかはＨ＋Ｏ２の連鎖をとめるとかいうので、ラジカルスカベンジャーです。

　実験ベースなので，ここまで詳細には追い切れなかったんですが，以前，RCEMで着火を追いかけていたときに，燃料にフッ化物（フッ化ペンタン．主燃料はペンタン）を混合して自着火を追いかけたことがあります．
　狙いは，仰るとおり熱炎反応の連鎖をとめるために，よりOHとくっつきやすいＦをぶち込んでみたらどうなるかを見たかった．

　結果は，思ったほどの劇的な効果は見られませんでした．
　おもしろかったのは，ピストン表面やシリンダがフッ素コートされちゃったこと．．．．おもしろかったです．（笑）

[17] mixiユーザー 01月29日 22:34

＞燃料にフッ化物（フッ化ペンタン．主燃料はペンタン）を混合して自着火を追いかけたことがあります．
これは凄い！

＞おもしろかったのは，ピストン表面やシリンダがフッ素コートされちゃったこと．．．．
確かに、面白いですね。うれしくないと思いますが。

ちなみに、消火剤のハロンも臭素が連鎖反応抑制して消火しているらしいですね。

[18] mixiユーザー 01月29日 22:54

まったくの素人考えですが、水噴射で燃焼を制御できないのでしょうか、あと副室燃焼もそれなりになんかできそうなｗ

[19] mixiユーザー 01月30日 12:55

＞＞燃料にフッ化物（フッ化ペンタン．主燃料はペンタン）を混合して自着火を追いかけたことがあります．
＞これは凄い！

　ある意味命がけ！（笑）

＞＞おもしろかったのは，ピストン表面やシリンダがフッ素コートされちゃったこと．．．．
＞確かに、面白いですね。うれしくないと思いますが。

　いや、結構うれしかったですよ。
　未熟な実験屋としては、自分の予想と異なる結果が出るとおもしろい。

　それに、目玉焼きもくっつかないし。。。。

＞ちなみに、消火剤のハロンも臭素が連鎖反応抑制して消火しているらしいですね。

　熱炎は止めたくないんですよね、当然ながら。
　青炎だけを選択的に遅くしたい。。。

　水噴射はどうだろう？
　燃料をいぢらない着火制御は突き詰めると温度制御なので、その点において、水噴射は温度を下げるのですが、現象が低温渡側にすこしシフトするだけで、根本的な反応は変わらないと思います。

　副室は物理的にリッチ、リーンが強制的に分けて作れるので自由度が一つ増えるということから、おもしろいことができそうな気もしますが、熱効率的に不利なので、どうかしら？

　誰しも最初は素人です。
　こういう場ですから物怖じせずにどーぞ。
　ただし、誰も懇切丁寧に教えてくれないし、時にはほっとかれるかもしれませんが、がんばってください。（笑）

[21] mixiユーザー 01月30日 23:29

＞ダガーさん
水ね、排気ガス中に含まれる奴を抽出したらだめでしょうか？
もちろん、機器コストはかかるけど、ＥＧＲをみんなつかってるぐらいだから、そんなに悪くないような・・だめかな？

[23] mixiユーザー 01月31日 00:05

＞ダガーさん
んー、勉強不足なのでちょっと判らないのですが、排ガス中から水分だけ抜いて、ＥＧＲ＋水（低温水蒸気）を考えてました。
なんか昔読んだ本に、水の量で、発火温度が上がったり、下がったり、するようなことが書いてあったような気がするので
燃料の種類によっては、幅広く制御できないかなと、ちょっと
うろおぼえですｗ
＞Ｑさん
副室燃焼は、たしかに熱効率が下がる気がする
ただ、自動車エンジンみたいなパーシャルな物なら全体的な効率
がもしかしたら、上がるかもしれない気がするのですが、うーん

本題をはずれるけど、ルドルフ・ディーゼルの作ったエンジンは、圧縮空気にによる燃料噴射だったのね、なんかおもろいｗ
あと、ルマン２４時間レースでヂーゼル車が優勝してたんですね、おそるべしｗ

[25] mixiユーザー 02月04日 23:51

二酸化硫黄って、だれも試していないんですか？着火を遅くするとは聞いて、反応研究したことありますが。二酸化硫黄は触媒ドクですからねえ。

[26] mixiユーザー 02月14日 21:31

燃焼、着火そのものではないのですが、炭化水素の１００～２００℃程度の低温酸化において二酸化硫黄は「酸の生成を抑制する」機能を持ちます。
これは炭化水素を脂肪酸にする前にケトンとアルコールのような形にしてしまうためと言われていた・・・ように思います。
硫黄分を燃料中に添加する、という方向には行かないでしょうね。政治的に。

[27] mixiユーザー 02月16日 21:56

>硫黄分を燃料中に添加する、という方向には行かないでしょうね。政治的に。
硫黄に限らず、CHO以外の元素を含む化合物は、使いづらいでしょうね。

[28] mixiユーザー 02月22日 23:50

炭化水素ですか。なにがあるんかねえ。それがこのこみゅねぃティーの主題でしたね。エーテルでも、ＤＭＥは着火しやすい代名詞なのに、ＭＴＢＥが着火しにくくてオクタン価の基準になっているのは”化学”の複雑さゆえか、なかなか一般化は難しいですね。

[29] mixiユーザー 02月25日 21:12

＞ＭＴＢＥが着火しにくくてオクタン価の基準になっているのは
オクタン価の基準はイソオクタンですね。おそらく、オクタン価向上剤となっていると言おうとされていると思うのですが。

で、おっしゃる通り、化学の複雑さゆえ、エーテルでも差が大きいですし、飽和炭化水素でもヘプタン（オクタン価0）とイソオクタン（オクタン価100）でオクタン価の基準になるくらい着火性の幅がでます。
さらに付け加えるなら、エンジン屋さんや燃焼屋さんが「低温酸化反応」と言っている領域よりも下の温度でも酸化反応が起こるわけで、この領域ですとさらに話が変わってきます。たとえば、オクタン価が高い（着火しにくい）オレフィン（二重結合を持つ炭化水素）が酸化されやすく（相対的に）、ガム分を作ったりします。これは、ガソリンの貯蔵安定性にもろに効いてきます。

「だから、化学は面白い」と、言ってくれる人が増えることを望んでいます。

[30] mixiユーザー 02月25日 23:58

｢だから、化学は難しい」かな？

[31] mixiユーザー 10月02日 09:47

　9/29(WED)～10/1(FRI)の3日間、北九州の西日本総合展示場で、JSAE2010秋期学術講演会が行われました。HCCI(PCCI)のセッションが1つだけになり少々寂しい気もしますが、実用化はもう少しです。

　多くのディーゼルは既にPCCIに近い燃焼を部分的に行っています。それは、アイドルや極低負荷時です。このような運転状態の時は、噴射が終わってから着火しているものもあります。そのまま噴射量を増加・進角してEGRで着火遅れを長期化すると、ある程度負荷を増加できます。dP/dθmaxや過早着火のため噴射を増量できなくなれば、PCCI燃焼後暫く(といっても5deg程度)して2段噴射して拡散燃焼に持ち込みます。負荷の増加に伴って拡散燃焼割合を増加していき、最終的には100%拡散燃焼までもっていきます。

　この方法なら正確なEGR制御等の問題をクリアすれば、現実性があると思います。そうなれば、排気温度の高い高負荷は後処理で何とかして、排気温度が低い低負荷はPCCIでNOxとPMを押さえるといったことが可能です。ただし、低負荷時はCO、HCが若干増加するでしょう。しかし、低温時は酸化のみでよくなるため比較的楽です。また、NOxとPMは高温時のみと割り切ると、後処理装置のコストも押さえられます。

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