ブックタイトルマツダ技報　2013 No.31

概要

マツダ技報　2013 No.31

No.31(2013)マツダ技報れる分子の総数から算出している。この結果から3.1で述べたように,COに対するO3の感度がほとんどなく,THCに対しては低温側において感度があることが分かる。THC reductuin ratio [%]CO reductuin ratio [%]105系O列3 = 120ppm系O列3 = 250ppm系O列3 = 380ppm0-51100 1200 1300 1400 1500Fig. 8 In-cylinder THC Reduction gas temperature Ratio with O3 Addition T [K]105系O列3 = 120ppm系O列3 = 250ppm系O列3 = 380ppm0-51100 1200 1300 1400 1500Fig. 9 In-cylinder CO Reduction gas Ratio temperature with O3 Addition T [K]THCは,計算結果では1200K以下でしか改善していないが,Fig. 6で示したように実機では高温側でも改善が認められている。この違いは,等温,等圧計算で考慮できていない筒内ガス温度,圧力の時間履歴が影響していると推測される。そこで,CHEMKINの0次元エンジンモデルを使用した計算を行った。燃料は,PRF90であり,それ以外のエンジン諸元は,Table 1と同じである。計算条件は,O3濃度0ppm,20ppm,50ppm,80ppm,初期圧力101kPaとした。また,着火時期がO3添加の有無で同一になるように圧縮開始温度を調整している。THC濃度の計算結果をFig. 10に示す。この結果から,O3濃度が増加するとTHC濃度が減少することが認められ,O3濃度に対する感度があることが分かる。また,0ppmと20ppmを比較すると,添加したO3濃度以上のTHC濃度減少が認められる。250THC [ppm]2001501000 20 50 80O3 [ppm]Fig. 10 O3 Effect Calculated by CHEMKINこのことから,添加したO3濃度分だけTHC濃度が減少するのではなく,何らかの連鎖分岐反応が起こっていることが推測される。このTHC濃度低減メカニズムを詳細に調べるため,このエンジンモデル計算結果のクランク角に対するTHC濃度履歴を調査した。THCは,等圧計算を行った際と同様に,酸素原子を含まないCとHで構成された分子の総数から算出している。結果をFig. 11に示す。O3濃度80ppmは,O3添加なしに対し,Fig. 11の区間Aと区間Bの2回のTHC減少が認められる。40000THC [ppm]3000020000AB10000 O3:0 = 0 ppm ppmO3:80 O3 = 80 ppm ppm0-90 -60 -30 0 30Crank angle [degATDC]Fig. 11 O3 Effect on THC Historyこれらの減少は,500K以上で式(11)に示すO3がO2とOに熱分解されたことに起因している。以下,それについて説明する。熱分解により発生したOは,式(12)のようにアルカン(以下,RH)と結びつき,OHを生成する。生成されたOHは,式(13)のように別のRHと結びつき,Hを引き抜き,Rを生成する。更にRは,式(14)に示すようにO2と反応することで,RO2を生成する。O? O2? O3(≧500K) (11)RH ? O ? R ? OH(12)RH2? OH ? R ? H O(13)R ? O(14)2?RO2式(14)は,平衡状態を表し,生成されたRの半数がRO2になることを示す。このため,RO2濃度は,式(14)左辺のRとO2の濃度で決まる。例えば,Rが他の反応で多く生成されると,RO2も多く生成されることになる。O3添加ありの場合,式(11)~(13)の反応により,Rの濃度増加が低温(500K程度)で発生する。それに伴いRO2濃度増加が起こる。これに対し,O3添加なしの場合,雰囲気温度が850K程度に達しないとRが生成されないため,850K以下では,式(14)の反応が起こらない。RO2生成後は,分子内水素引き抜き反応の式(15),OH生成を伴う反応の式(16)(18),酸素付加反応の式(17)など,式(15)~(18)に示す低温酸化反応が活性化する。―159―