超臨界水をエンジンシリンダ内に噴射してNOxとCO2の同時低減を図る、超臨界水場エンジンの原理実証を目的とした開発研究に取組んだ。

　平成14年度実施のFS研究に引き続き、平成15年度からの3ヵ年計画で本システムの原理実証試験を行った。

　平成15年度は原理実証システムの計画および設計の実施を、ついで平成16年度は原理実証システム製作を行い、平成17年度は原理実証システム試験を実施した。

　原理実証システム試験における目標は以下のとおりである。

　

2.1.1.1 検討モデル

　エンジンシリンダをモデル化し、マスバランス、エネルギーバランス式より筒内サイクルのdT/dθ、dP/dθ導出する。筒内ガスは混合ガスと考え、各種ガス単体を半理想気体として、比エンタルピを温度の5次式で近似して検討を進める。

　

2.1.1.2 検討結果

（1）超臨界水噴射による性能改善効果

　450kW/cylクラスのディーゼルエンジンを対象に検討を行う。筒内に任意の超臨界水噴射を考えたときの効果を検討した。まず、超臨界水の噴射波形による性能改善幅を検討するため、矩形、三角形（前高、後高）での噴射を考える。噴射期間は20[deg]、エンタルピ3000[kJ/kg]（35[MPa]、500[℃]相当）、で計算した。またさらに受熱開始角度を遅らせて、Pmaxを一定とした場合についても検討を行った。検討結果を図．2-1-1に示す。

　検討の結果、Pmax一定とした場合、熱効率は最大3.1P（ポイント）改善の結果を得た。

　

（2）ディーゼルサイクルでの検討

　ついで圧縮比をあげてディーゼルサイクルをつくり、そこでPmaxを維持するように噴射させる検討を行った。ベースサイクル＋Pmax維持投入で3.3P改善、ディーゼルサイクル＋Pmax維持投入で5.2P改善の結果となった。

　

（3）超臨界水投入＋燃料追加投入の検討

　まずディーゼルサイクルをベースに投入燃料量を追加した場合の計算を行った。燃料量を追加するほどTmaxは増大し熱効率は低下する傾向となった。ついで、燃料を追加した状態で、さらに超臨界水噴射をしたときの計算を実施した。検討結果を図．2-1-2に示す。Pmaxにて超臨界水を投入し、その後Pmaxを維持するように燃料からの受熱が行われると仮定した。出力15[%]アップ、熱効率4P改善（8[%]改善）の同時達成できる目処を得た。

　

（4）システム全体での検討（フィードバックの概念を組み込んだ検討）

　前項までで目標性能を達成する条件の目処をつけた。ついでフィードバックの概念をとり入れた検討結果により、下記の性能値達成の目論見を得た。

　性能検討の結果を参考に、実証システム（とくに排熱回収系〜噴射弁）の仕様を表．2-1-1に示すように決めた。（実証システム向けは12cyl.向けとして記載する）

　本仕様をもとにシステムの基本設計（一部製作）を進める。