高速PIVを用いた過給GDIエンジンの筒内流動解析

摘要

近年，燃費向上を目的としたダウンサイジング過給エンジンが開発されている．このコンセプトは，自然吸気エンジンに対して過給機を用いることにより低回転高負荷領域を拡大多用し，実用燃費を向上させるものである．主な技術課題として，特に低回転高負荷領域ではノックが発生し易く，熱効率の向上が期待できないことが挙げられる．これを解決する手法として，燃焼室，吸気ポート形状の最適化やタンブルコントロールバルブなどの吸気切換えデバイスによりエンジン筒内の流動強化が行われ，急速燃焼による等容度の向上やノック回避などが検討されている．これらの研究開発において，CFD（Computational Fluid Dynamics）が積極的に用いられているが，エンジン燃焼室内の詳細な乱流計測の例は少なく，CFDの精度検証が不十分であることから詳細な設計検討が行えているとは言えない．エンジン燃焼室内の乱流計測手法として，熱線流速計やLDV（Laser Doppler Velocimetry）による計測が古くから行われてきたが，点計測であるため燃焼場全体を評価することが必ずしも容易ではない．近年，PIV（Particle Image Velocimetry）がエンジン燃焼室内の流速計測に数多く適用されている．PIVにより得られる結果は流速分布を与えることからLDVに比べて情報量が多く，エンジン燃焼室内の流動をより詳細に評価できる．計測された速度から乱流成分を分離する手法は，以前から多くの研究者により検討されてきた．