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成果報告書詳細
管理番号20160000000464
タイトル平成27年度成果報告書 戦略的省エネルギー技術革新プログラム 省エネルギー技術開発事業の重要技術に係る周辺技術・関連課題の検討 超高過給リーン燃焼方式コージェネ用ガスエンジンの性能評価と課題調査
公開日2017/6/2
報告書年度2015 - 2015
委託先名株式会社サステナブル・エンジン・リサーチセンター
プロジェクト番号P12004
部署名省エネルギー部
和文要約 本事業では,数値シミュレーションによるシステム効率の計算やエンジン動向調査結果,試験エンジンの設計仕様を総合的に評価・分析することで,開発エンジンの性能予測とエンジンシステムに必要とされる要素技術の課題を抽出し,超高過給リーン燃焼方式コージェネ用ガスエンジンの開発に必要となる具体的な研究開発項目/目標を明確化した.そのために,以下の4項目を実施した.
1) エンジン仕様のシミュレーション評価
 分散型電源を想定し,必要な発電量に対して,風力や太陽光などのグリーンエネルギーによる発電量が変化した場合,それを補填するガスエンジンによる必要発電量の時間変化,CO2発生量を低減するために最適なエンジンの出力と熱効率を求めた.さらにこれらの要求を超高過給リーン燃焼方式で実現するために必要なエンジン仕様を算出した.
2) これまでのガスおよびディーゼルエンジンの過給圧と出力及び熱効率の関係の整理とその変遷調査
 これまでの発電及びコージェネ用ガスおよびディーゼルエンジンの過給圧と出力及び熱効率の関係の整理と,その変遷について調査した.この結果を基に,超高過給リーン燃焼方式コージェネ用ガスエンジン研究開発の定量的目標数値の段階的な設定に活用すると共に,必要な要素技術開発項目(過給システムなど)の決定に参照する.
3) 試験エンジンの設計仕様決定
 上記1), 2)で設定した目標値を達成するのに必要となる試験エンジンの設計仕様を決定した.
4) 調査結果の総括と超高過給リーン燃焼方式コージェネ用ガスエンジン開発における研究開発項目設定
 最終的に提案し実証するエンジンシステム(現時点での予定)は,従来の最新天然ガスエンジンに比べ,排気量あたり2倍近くの出力を超高過給リーン燃焼方式により可能とする.この結果,広い負荷範囲にわたって熱効率を大幅に改善できると共に,NOxの排出も抑えられる.また,熱効率の改善により,エンジンサイズ毎に,1台あたりの省エネルギー効果を算出した.さらに,これらの結果を踏まえ,超高過給リーン燃焼方式コージェネ用ガスエンジンの開発に必要となる研究課題としては以下の3点を言及した.
1) 超高過給リーンバーン燃焼手法の開発
2) 高Pme下の燃焼メカニズム解明
3) 高Pme下の安定点火システムの開発
英文要約Title:Strategic Innovation Program for Energy Conservation Technologies/ Research for the Important technologies of Energy Efficiency Projects/ Prediction of Performance in Gas Engines for Co-Generation System Using Highly Boosted Lean Combustion and Investigations on the Subjects

In order to achieve the predictions of targeted engine performance for the development and also the extraction of subjects of elementary technologies to be solved, numerical simulations of the system efficiency and estimation and analysis of test engine specifications for the design were carried out. These results clarified the specific developing items and the numerical targets in the following terms.
1) Estimation of engine specifications by numerical simulation
Assuming the system of distributed electricity supply, how the demanded electricity is supplied by combining green energy, such as wind power and solar power and gas engine was examined with temporal variations of generated power and CO2 emission. In addition, the required engine specifications of a high BMEP gas engine.
2) Investigations on the transition of gas engine, such as turbo-charged intake pressure, engine output and thermal efficiency.
The transition of gas and diesel engines was surveyed to expect the future trends of intake pressure, output power and thermal efficiency. Based on these results, the numerical targets for development and also the required elementary technologies can be determined.
3) Definition of engine specifications for the design of test engine
The engine specifications for testing was determined based on the above results.
4) Summary of investigations and establishment of the items for research and development
The final target of the developing engine system (at this stage) has double power per displacement compared to the latest engine by using ultra boosted lean combustion. As a result, very high thermal efficiency will be attained in a wide operational range with controlled NOx emission. Also, the effect of energy saving per engine for each bore size category was examined.Moreover, based on these results, the following three items were mentioned for necessary research technologies.
1) Combustion technology in ultra lean burn
2) Clarification of combustion mechanism in very high BMEP
3) Development of stable ignition system in very high BMEP
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