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水素エンジンの迅速な開発。クボタはシミュレーションを活用して加速【水素という選択肢 Vol. 7】

世良 耕太
公開日：
更新日：
水素燃焼エンジン開発に貢献するシミュレーション
さまざまな分野に活用されているクボタV3800型エンジン（ディーゼル仕様、3.8ℓ直4）をベースに開発中の水素燃焼エンジン。水素エンジンへの置換にあたって動弁系はOHV4弁式を踏襲しピストンのベースもディーゼルと共用だ。ブロックに手は入れていないので搭載面の影響がほとんどない点は、OEM側の負担低減につながる。このまったく新しいエンジンの開発期間短縮にシミュレーションが大きな役割を果たしている。
これまでのエンジンでは発生しにくい事例の解決に向けた解析｜水素エンジンの課題のひとつとして、ブローバイガス中の未燃水素がクランクケース内に溜まり、着火下限濃度（モル分率4％）より高くなることで異常燃焼のリスクが高まる。リスクを回避するにはクランクケース内の換気が重要となるため、シミュレーション解析によりクランクケース内の水素濃度分析を予測した。図は換気流量を変化させた際の影響を予測した様子で、換気流量が多いとそのぶん水素濃度は下がることを示している。
クランクケース内換気システムの検討ではモデル化の対象範囲が広く、かつ複数の部品を動作させる必要があるため、計算に時間がかかる。クボタは独自の取り組みにより計算時間を大幅に短縮した。
低エミッションと低燃費を両立した新世代のD902-Kエンジン｜D902シリーズはクボタの産業用ディーゼルエンジンで、スーパーミニシリーズに分類される。排気量898cc・3気筒の自然吸気エンジンだ。ボア×ストロークは72.0×73.6mm。最高出力が19kW未満の小排気量エンジンに対する排ガス規制の強化と低燃費化ニーズに応えるため、D902-Kでは機械式燃料噴射から、燃料噴霧の制御自由度が高い電子制御燃焼噴射システムに置き換えている。
D902-KエンジンのECUを含めた燃料噴射システム全体。
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