SIP 革新的燃焼技術 ガソリン燃焼チーム

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本研究について

本WEBサイトは、内閣府 戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)「革新的燃焼技術」において、「ガソリン燃焼チーム」が実施する研究開発の取り組みおよび活動を紹介するものです。

「ガソリン燃焼チーム」は、JST殿との研究契約に基づき、リーダー大学を担当する慶應義塾大学が日本全国の22大学(29クラスター)と共に、また、自動車用内燃機関技術研究組合(AICE)の支援を受けて強力な産学連携体制のもとに「高効率ガソリンエンジンのためのスーパーリーンバーン研究」を推進しております。

ガソリンエンジンの熱効率50%達成を目標とする「超希薄低温燃焼」の実現に向けて、サイエンスとテクノロジーの両面から革新的燃焼技術にアプローチいたします。

飯田訓正 特任教授

研究責任者
特任教授(研究)飯田訓正
慶應義塾大学大学院理工学研究科

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トピックス&ニュース

平均圧力が急激変化する燃焼場を対象とした世界初のSGS燃焼モデルの検証と開発

  ガソリンエンジンを想定して,平均圧力が大きく変化する乱流燃焼場、定容容器内乱流予混合火炎のDNS結果を用いて,Fractal Dynamic SGS燃焼モデルの検証を行うとともに,その適用性拡大のための手法を提案した. 山田理恵 東京工業大学 詳しくは: 山田 理恵,名田 譲,平岡 克大,Yenerdag Basmil, 源 勇気,志村 祐康,店橋 護:定容容器内乱流予混合火炎のためのフラクタル・ダイナミックSGS燃焼モデルの構築、第30回数値流体力学シンポジウム,第30回数値流体力学シンポジウム予稿集,1-4(2016) コメント SIP革新的燃焼技術で開発中のHINOCAの高精度化には,LES用の高精度なSGS燃焼モデルの開発が不可欠である.乱流燃焼モデルの開発・検証は,平均圧力が変化しない燃焼場で行われることが一般的である.本研究では,筆者らが開発中のFDSGS燃焼モデルをガソリンエンジンに適用するために,世界で初めて平均圧力が上昇する燃焼場においてモデルを検証している.また,HINO...

当量比分布がエンドガス自着火・圧力波発生過程へ及ぼす影響

  詳細反応機構を用いた圧縮性流体解析手法により定容容器ノッキングシミュレーションを実施した.本研究では,多段噴射を考慮し,容器内の当量比分布がノッキング強度に及ぼす影響を調べた.その結果,ある設定条件(下左図のCase B)では,特徴的な二段の自着火が発生し(下右図),予想と反してノッキング強度が大きくなることがわかった.ノッキング現象において,燃料分布の重要性を示す結果である. 佐藤伴音 北海道大学大学院 詳しくは: Tomonari Satoh, Hiroshi Terashima, “Effects of fuel/air mixture distribution on end-gas autoignition and pressure wave generations in knocking combustion”, 26th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems (2017) コメ...

SIP詳細反応モデルが実用ガソリンの着火特性を高精度で予測できることを初めて実証・・・

  ノック回避の鍵を握る低温酸化領域の着火遅れ計測を可能とした新型高圧衝撃波管装置を開発し(図1),実用ガソリン着火遅れの広温度域計測を行った。SIP共通レギュラーガソリン (SGR) の着火遅れは,対応するガソリン模擬燃料(S5R) と広い温度域にわたって一致し(図2),模擬燃料が実用ガソリンの着火特性をよく表していることを確認した。また,SIP詳細反応モデルを用いてシミュレーション計算した結果(図2, 実線)とも一致しており,同反応モデルは実用ガソリンの着火遅れを定量的に再現できることがわかった。 村井梨紗子 上智大学大学院 詳しくは: 村井梨紗子, 舘野弘樹, 高橋和夫, “加熱型高圧衝撃波管によるSIP共通ガソリン着火遅れの広温度域計測”, 第55回燃焼シンポジウム, 富山国際会議場, 2017年11月13日(月)~15日(水) にて発表予定 コメント ガソリン模擬燃料用に開発されたSIP詳細反応モデルが,実用ガソリンの着火特性を広い温度範囲にわたって高精度で予測できることを本研究で初め...

乱れのスケールが燃焼促進におよぼす影響

  さらなる超希薄・高EGR化を実現するため重要となる燃焼促進を目的として,乱れのスケールが希薄・EGR条件下における乱流火炎の燃焼期間および火炎面形状に及ぼす影響について調査した. その結果,同じ乱れ強さにおいても乱れのスケールを小さくすることにより,初期燃焼が促進され,燃焼期間が短縮されることが確認された. 森田理喜 九州大学大学院 詳しくは: 森田理喜,福島拓哉,原田幸信,永野幸秀,北川敏明:定容燃焼容器による乱れのスケールが希薄・EGR条件下の火炎形状および燃焼特性に及ぼす影響の検討、自動車技術会2017年春季大会学術講演会、192、横浜(2017.5) コメント 乱れ場を伝播する火炎に及ぼす乱れの空間的なスケールの影響を示すことができました.燃焼促進手法の検討や伝播火炎のモデル化に有用な知見であると考えます. 北川敏明 九州大学 教授 ...

ノック発生確率制約を考慮した熱効率最適化制御アルゴリズム構築に世界で初めて成功!

  サイクル毎の点火時期決定による熱効率向上を図る場合、ノック発生を如何に抑制するかが重要な課題になる。本研究では、サイクル毎ノック発生確率の最尤推定と熱効率の極値探索手法を融合し、ノック発生確率閾値をリアルタイム探索境界とするノック発生確率閾値制約を考慮した熱効率向上制御アルゴリズムを提案した。 Xun Shen 上智大学大学院 詳しくは: Xun Shen, Yahui Zhang, Tielong Shen, and Chanyut Khajorntraidet, Spark Advance Self Optimization with Knock Probability Threshold for Lean-Burn Operation Mode of SI engine, Energy, Vol.122 ,pp 1-10, 2017. DOI:10.1016/j.energy.2017.01.065 コメント 本研究はオンボードサイクリック制御による効率向上技術開発の目的を具体的に...

リーンバーンの燃焼効率の変動を 実験的に明らかに

  リーンバーンにおけるサイクル変動の要因を明らかにするため、サイクル毎の燃焼圧解析と排ガス分析を行った。この結果、リーンバーンにおけるIMEPのサイクル変動要因として、等容度(燃焼位相と燃焼期間)の他に、燃焼効率の変動が強く寄与していることを実験的に明らかにした。 楯村俊希 千葉大学大学院 詳しくは: リーンバーンガソリン機関における燃焼のサイクル変動解析、第27回内燃機関シンポジウム講演要旨集、講演番号 5、東京工業大学蔵前会館2016年12月5日(月)~12月7日(水)(2016) コメント 従来のストイキ燃焼とは異なり、リーンバーンでは燃焼効率のサイクル変動が大きく、機関の出力変動の強い影響因子となっていることを明らかにした。あわせて、詳細な熱発生解析結果から、燃焼効率の低下要因として、燃焼後半の部分的な消炎による可能性を示唆している点で新しい。対応策についても検討中である。 森吉泰生 千葉大学 教授 ...

非燃焼条件におけて流動変化に伴う微小な局所熱流束変化の計測に成功

  ●タンブル流動の崩壊による乱れの減少や流動強化による吸気行程時の熱伝達促進が熱流束履歴に与える影響を検証
●希薄化による冷却損失低減効果を実証 (低温燃焼の実現) 石井大二郎 東京都市大学大学院 詳しくは: タンブル流動及び希薄燃焼がSIエンジンの局所壁面熱流束に与える影響、自動車技術会2017年春季大会学術講演会、横浜(2017.5) コメント 独自に開発した瞬時熱流束センサと計測システムの組み合わせにより精度の高い計測を実現し、エンジンへの適用の最適化を行った結果、様々な流動場や希薄条件での熱損失低減効果の実証に成功しました。 三原雄司 東京都市大学 教授 ...

水添加によるSIエンジンの冷却損失低減を実証した研究成果をComodia2017・・・

SIエンジンの燃焼サイクルを単発模擬可能な急速圧縮膨張装置(RCEM)を用いて、水添加が燃焼と壁面熱伝達に与える影響について調査した。その結果、水添加によってノックが抑制され、ピストン頂面の局所熱流束が低減されることを明らかにした。 山田涼太
東京工業大学大学院 詳しくは:
Ryota Yamada, Susumu Sato and Hidenori Kosaka.“A Study on Reduction of Cooling Loss by Water Addition in SI engine by using Rapid Compression and Expansion Machine”,COMODIA2017 コメント 筒内水噴射と超希薄燃焼を組み合わせた新コンセプトの現象解明のためにRCEMを用いた模擬試...

サブミリメートルの空間分解能を有する隣接三点MEMS熱流束センサの開発

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技術と呼ばれる微細加工技術を用い,エンジン燃焼室の壁面熱流束を同時に隣接三点で測定できるセンサを開発した.本研究では,従来の熱電対方式に代えて測温抵抗体方式を採用することで,熱流束をcycle-by-cycleで評価できるほどの低ノイズ化を実現した. 出島一仁
明治大学大学院 詳しくは:
Kazuhito Dejima, Osamu Nakabeppu, Keisuke Nagasaka, Yuto Nakamura, Tomohiro Tsuchiya:Development of MEMS heat flux vector sensor for internal combustion engines, COMODIA2017, A202,(2017) コメント ...

二次側電気回路モデルによる放電挙動のシミュレーション

3次元CFDコード内にラグランジュ粒子による放電チャネルモデルを組み込み,放電チャネルを含めたイグニッションコイルの二次側電気回路モデルを使用することで電流・電圧値の計算を行った.
計算結果は定容容器内空気充填環境での実験結果と比較を行い,放電チャネルの伸長長さおよび電流・電圧値においておおむね良い一致を示した. 藤岡拓志
岡山大学大学院 詳しくは:
河原伸幸,藤岡拓志,冨田栄二:火花点火機関における点火過程のモデル化、第54回燃焼シンポジウム, D344(2016) コメント スーパーリーンバーン燃焼においては,高流動により火花放電は引き伸ばされ,再放電などの複雑な挙動を示す.今回,ラグランジュ粒子による放電チャネルモデルおよび二次側電気回路モデルを構築することで,流動内での火花放電挙動ならびに火花放電...

岡山大学大学院 藤岡拓志

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