成果報告書詳細
管理番号20090000000059
タイトル平成19年度-平成20年度成果報告書 「新燃焼方式の研究開発及び燃料の最適化」(超高度燃焼制御エンジンシステムの研究開発)/「革新的後処理システムの研究開発」(省エネ型NOxコンバータの研究開発)
公開日2009/7/10
報告書年度2007 - 2008
委託先名株式会社いすゞ中央研究所 独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P04013
部署名省エネルギー技術開発部 研究開発グループ
和文要約いすゞ中央研究所では,平成16年度-平成18年度に開発した要素技術についてシミュレーションを活用して目標達成する技術の組合せを検討した.さらに実現性を勘案して要素技術を選択して多気筒エンジンシステムに適用した.具体的には小排気量化により燃費率が良好な運転頻度を高め,高過給・高EGRが可能な3段過給システムを基本として,実験の難易度が比較的低いシステム評価(step1)と難易度が高いさらに革新的なシステム評価(step2)の2段階とした.Step1では3段過給システムによる高過給・高EGRの実現と噴射時期の進角による燃費改善,Step2では3段過給システムに加え,幾何学的高圧縮比とカムレスシステムによる大幅な燃費改善を狙った.Step1においては,3段過給化による高過給・高EGRの実現により,単段過給仕様比60%程度のNOx低減が定常試験で確認された.その結果,燃料噴射時期の進角が可能となりNOxを悪化させずに10%程度の燃費改善が可能となった.定常試験結果を基にJE05モードにて噴射時期の進角,噴射圧力の高圧化により燃費をさらに改善させた.排気後処理装置にはNH3添加によるSCR触媒とDPF,酸化触媒との組み合わせでプロジェクトの目標値を達成した.さらなる燃費改善を目指したStep2においては,幾何学的高圧縮比とカムレスシステムを組み合わせた高膨張比燃焼の有効性が確認できた.しかし,量産化過程における性能劣化を考慮すると研究段階ではさらなる性能改善が必要である.特に燃費改善に伴うNOxの増加,後処理装置浄化率向上の課題である.さらに実用化に向けては,信頼性・耐久性,コストなどを両立させた費用対効果の高いエンジンシステムを開発する必要がある.産業技術総合研究所では,新燃焼方式の研究開発,燃料の最適化および革新的後処理システムの研究開発を実施した.新燃焼技術の開発および燃料設計については従来型および次世代エンジンについて燃料性状の影響を調べた.その結果,着火性が低く,揮発性が高く,芳香族成分を含まないことがディーゼル燃焼を改善することを見出し多気筒エンジン評価用の新燃料として提案した.多気筒エンジン評価では,JIS2号軽油および新燃料についてJE05モード代表点の定常運転によるエンジン性能評価を行い,エンジン燃焼制御コンセプトを提案した.後処理装置を搭載したエンジンシステムにてエンジン燃焼制御コンセプトを実証し,研究目標値を達成するとともに新燃料についてJIS2号軽油に比べNOxおよびPMのトレードオフ関係を改善することに成功した.COによるNO選択還元(CO-SCR)に活性を示す触媒に関して,Ir/SiO2にBaとWを添加したBa/Ir/WO3-SiO2触媒が高い活性・耐久性を有することを見出した.さらに高活性なNOx除去触媒として,前段にNH3-SCR触媒としてCu/Betaを,後段にCO-SCR触媒としてWO3/Ir/SiO2を配置したシリーズ化複合触媒システムを提案した.熱回収型コンバータに関して,シミュレーションと様々な形態およびスケールの試作器による検討を行った.最終的に,メタル製積層プレート形の熱交換部とNH3-SCR触媒などをコートしたセラミック製ハニカム触媒部からなる,熱通過率104W/Kの熱回収型コンバータを試作し,排ガス流量約1800NL/min,200℃で,NOx除去率99%の性能を確認した.
英文要約Title : Research and development of new combustion method and fuel design. (Development of ultra highly developed technologies for diesel engine) / Research and development of innovative aftertreatment system for diesel exhaust (Development of NOx catalyst with emitted heat recovery function) (FY2007-FY2008) Final Report
Isuzu Advanced Engineering Center, Ltd. has found an optimum combination of elemental technology to achieve the project target by using Total Engine Simulation System. These elemental technology have applied for the multi cylinder engine to take the feasibility into consideration. Basic concept is increased in frequency of better fuel economy operation, and 3-stage turbo charged system to be able to high boosting, high EGR rate. NOx and PM emission have reduced by high boosting and high EGR of 3-stage boosting system. The fuel injection timing can be advanced consequently, the fuel economy became to better. NH3-SCR catalyst for De-NOx, catalyzed diesel particulate filter for PM reduction have used with 3-stage boosting system, we have achieved the project target. In order to further reduction of fuel consumption, high expansion ratio piston have conducted to variable valve actuation system (Cam-less) engine. We have found the better fuel economy with such engine technologies. However, further improvements of exhaust emission and fuel consumption are required to take into account of the engine performance degradation at mass production. Increasing in NOx emission associated with better fuel economy is one of important issue especially for higher NOx conversion rate of aftertreatment device. Moreover, cost-effective engine technology requires satisfying both of durability and reliability as a step toward the practical use of such engine system. Regarding the developments of advanced combustion technology and fuel design, emission and engine performances of a conventional and a next-generation advanced engine were evaluated to clarify the effects of fuel properties. The results of the single-cylinder engine tests represent that low fuel auto-ignitability, high volatility and no aromatic hydrocarbon contribute improvements of performances of both the conventional and advanced engines. A new fuel which has the optimum fuel properties was applied to a multi-cylinder advanced engine system with aftertreatments. The research targeted values were achieved by optimizing of engine combustion control. The new fuel could improve NOx and PM emissions in comparison with JIS#2 diesel fuel. We studied a unique catalyst that can selectively reduce NOx with CO under excess oxygen (CO-SCR), and developed Ir/SiO2 combined with Ba and W (Ba/Ir/WO3-SiO2). We also proposed a combined catalytic system in which Cu/Beta and WO3/Ir/SiO2 were arranged in series as catalysts for the selective reduction with NH3 (NH3-SCR) and CO-SCR, respectively. After studying on simulation and investigation by making various types of prototype heat recovery converters, we finally obtained a converter which was composed of a metallic plate-type heat exchanger and ceramic honeycombs coated with NH3-SCR and other catalysts. The overall heat transfer of this converter was estimated to be 104W/K, and the NOx conversion reached 99% at 200 degC.
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