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3.1　先進のディーゼル燃焼・計測・解析技術I（セッション番号63）

　トヨタ自動車の猪熊ら(3-1)は，「壁温スイング遮熱によるエンジンの熱損失低減（第6報）」と題して講演した。燃焼室壁面への熱損失を低減するために，壁面表面温度を筒内燃焼ガス温度に追従させて壁面と筒内燃焼ガスとの間の温度差を低減する壁温スイング遮熱膜が開発され，2015年より量産エンジンに採用された。この遮熱膜はピストンのアルミ合金材の表面に多孔質の陽極酸化被膜（アルマイト膜）を形成し，孔部分への燃焼ガス侵入防止と強度向上のためシリカ系封孔材で厚さ数µmの保護被膜を形成したものである（図3-1）。

Fig.3-1　壁温スイング遮熱膜の構造（上）と量産ピストンの遮熱膜形成範囲（下）

　しかし，壁温スイング遮熱膜の表面粗さによって噴霧火炎の流動が弱まるという課題があり，ピストンのスキッシュエリアに面する部分のみに遮熱膜が形成され，リップより内側のキャビティ表面は金属表面のままであった。そこで本報告では，壁温スイング遮熱膜の表面に研磨加工を施し，表面粗さを遮熱膜無しの金属表面レベルまで改善することで熱損失を低減し，燃費を向上できることを示した(図3-2)。

Fig.3-2　キャビティに遮熱膜を形成した時の表面粗さ低減による燃費向上効果

　さらに，パイロット燃焼の熱損失が低下するために，メイン噴射時に同じガス温度にするために必要なパイロット噴射量を減らすことができ，その分，等NOx等スモークを維持しつつメイン噴射をクランク角1度進角することが可能であるとしている（図3-3）。また，高地や低温環境での始動時のTHC低減にも効果が得られることを示した。この壁温スイング遮熱膜の技術は他の自動車メーカーの間でも研究開発が進められており，更なる進展が期待される。

Fig.3-3　パイロット噴射量低減とメイン噴射時期進角による燃費向上効果

3.2　先進のディーゼル燃焼・計測・解析技術III（セッション番号65）

　京都大学のPanら(3-2)は「Effect of Fuel Properties on Combined PCCI and Conventional Diesel Combustion」と題して発表した。周知のとおり，従来ディーゼル燃焼は熱効率が高いがスモークとNOxのトレードオフが課題であり，燃料と空気を予混合させてからリーン燃焼させるPremixed Charge Compression Ignition （PCCI）燃焼はスモークとNOxの同時低減が可能である反面，急激な熱発生・圧力上昇のために低い負荷に限定されるという制約がある。Panらの研究室では，高負荷で低スモーク低NOxを実現しつつ熱効率向上を実現するために，PCCI燃焼と従来拡散燃焼を組み合わせる燃焼系を研究している（図3-4）。

Fig.3-4　燃焼コンセプト

　従来ディーゼル燃焼用のメインインジェクタのすぐ隣にPCCI用の狭角・下向きに燃料を噴射するサブインジェクタを搭載し，シリンダライナへの燃料付着・オイル希釈を避けつつ早期燃料噴射を可能にしている。しかし，サブインジェクタから軽油を早期噴射する場合，ピストンキャビティに付着した燃料（図3-5）からsootが多量に生成するため，スモークが悪化した。

Fig.3-5　サブインジェクタの噴射方向

　そこでサブインジェクタから噴射する燃料を軽油から，セタンとイソオクタンを混合したPrimary Reference Fuel（PRF）に変更した。セタンとイソオクタンはともに沸点が372 Kと軽油に比べて低く，サブインジェクタから早期噴射してもピストンへの燃料付着によるsoot生成量が減少して低スモークとなる。また，イソオクタン比率を高めて高オクタン価にするほど，PCCI燃焼の着火遅れが長くなり上死点近傍で燃焼するため熱効率が向上する（図3-6）。本研究のように2本の直噴インジェクタを装着するエンジン試験は，シリンダヘッドを新たに設計する必要が生じるため簡単に行えるものではなく，貴重な結果である。PCCI燃焼の研究が盛んになってから時間が経っているが，本研究のような手法を用いてPCCI運転領域を更に拡大していくことが期待される。（冬頭）

Fig.3-6　サブ燃料がPRFの場合の筒内温度，圧力，熱発生履歴

【参考文献】