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4.3 実証システムの性能試験
 つぎに各種パラメータ試験の結果を示す。具体的には下記に示すパラメータ試験を行った。それぞれについて結果を示す。
(1)超臨界水噴射量
(2)噴射タイミング
(3)噴射水温度(超臨界点以下の350[℃])
(4)燃料噴射タイミング(ベースエンジンデータを変更)
 
4.3.1 超臨界水噴射量変化試験
 超臨界水の噴射量を変化させて試験を実施した。各試験ケースの主要性能データを表.4-3-1に、また噴射時の波形他を図.4-3-1に示す。
 
表.4-3-1 試験ケースと主要性能データ(パラメータ:噴射量)
単体 case1 case2 case3 case4 case5
負荷 100 100 100 100 100 100
噴射水圧力 MPa - 33 33 33 33 33
噴射水温度 - 423 425 430 433 436
噴射量 Gw/Gf - 0.35 0.47 0.86 1.18 1.32
効率 - 1.0 1.017 1.026 1.045 1.059 1.062
NOx - 1.0 1.01 0.96 0.90 0.86 0.84
 
 図.4-3-5に示すとおり、噴射量と効率改善幅およびNOx低減幅はよく相関がとれており、噴射量が両指標に強く影響していることが見てとれる。
 
4.3.2 超臨界水噴射タイミング変化試験
 超臨界水の噴射タイミングを変化させて試験を実施した。各試験ケースの主要性能データを表.4-3-2に、また噴射時の波形他を図.4-3-2に示す。なお試験はA側の超臨界水噴射弁1本にて実施した。
 
表.4-3-2  試験ケースと主要性能データ
(パラメータ:噴射タイミング)
単体 case1 case2 case3 case4
負荷 100 100 100 100 100
噴射水圧力 MPa - 32 32 32 32
噴射水温度 - 433 423 436 437
タイミング ATDC - -30 -20 -8 0
噴射量 Gw/Gf - 0.73 0.87 0.98 1.10
効率 - 1.0 1.042 1.039 1.037 1.031
NOx - 1.0 0.75 0.84 0.93 0.97
 
 本試験では噴射量はいずれも、1.0倍弱程度であるが、噴射タイミングにより効率とNOxが大きく変化する傾向となった。本試験のなかで最も早く噴射したcase1が、効率およびNOxが最も改善される結果となり、最も遅いタイミングで噴射したcase4が、効率およびNOxが改善幅が小さい結果となった。
 なお噴射の波形については、遅いタイミングの噴射では、遅れの少ない応答波形が得られている。ケース4のタイミングでは、筒内圧力がPmaxに近いところでリフトが開始しており、先述のサック内圧力が十分高いためと考えられる。
 
4.3.3 超臨界水温度変化試験(超臨界点以下での噴射試験)
 噴射温度を超臨界点以下の350[℃]で噴射せる試験を実施した。各試験ケースの主要性能データを表.4-3-3に、また噴射時の波形他を図.4-3-3に示す。
 
表.4-3-3 試験ケースと主要性能データ(目標噴射温度350℃)
単体 case1 case2 case3 case4
負荷 100 100 100 100 100
噴射水圧力 MPa - 32 32 32 32
噴射水温度 - 343 340 334 343
噴射量 Gw/Gf - 0.93 0.90 0.58 0.86
効率 - 1.0 0.999 0.999 0.999 1.001
NOx - 1.0 0.968 0.969 0.952 0.944
 
 結果に示すように効率およびNOxに大きな変化は見られなかった。超臨界点以下の350[℃]での水のエネルギーは低いため(1650[kJ/kg]@350[℃]、2750[kJ/kg]@450[℃])、事前の検討どおり、効率は改善されない結果となった。
 
4.3.4 エンジンベースデータ変更試験(進角が遅い場合)
 エンジンベースデータを変更して試験を実施した。具体的には進角を-1.8[deg]として、燃焼を緩やかにした場合で超臨界水噴射試験を実施した。各試験ケースの主要性能データを表.4-3-4に、また噴射時の波形他を図.4-3-4に示す。
 
表.4-3-4  試験ケースと主要性能データ
(エンジンベースデータ変更)
単体 case1 case2 case3 case4
負荷 100 100 100 100 100
噴射水圧力 MPa - 33 33 33 33
噴射水温度 - 431 435 432 420
噴射量 Gw/Gf - 0.50 1.13 0.46 0.14
効率 - 1.0 1.013 1.049 1.013 1.004
NOx - 1.0 0.81 0.69 0.83 0.93
 
 図.4-3-5に示すように効率については、これまでの結果と同様に流量に比例する傾向が得られた。NOxについては、これまでのに比較してより改善される結果となった。
 
図.4-3-1 パラメータ試験結果(噴射量)
 
図.4-3-2 パラメータ試験結果(噴射タイミング)


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