研究発表 - 飯田　訓正

“Dedicated EGR”を用いた天然ガスSI エンジンの高効率化のポテンシャル

菅田 健志, 李 世埈, 佐古 孝弘, 西 美奈, 飯田 訓正

自動車技術会関東支部2014年度学術研究講演会 （千葉大学 西千葉キャンパス） , 

2015年03月

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口頭発表（一般）, 公益社団法人 自動車技術会

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EGRは低温燃焼を実現して熱損失を低減する一方で，多量のEGRを行うと燃焼速度の低下により熱効率が低下する．これに対し，多気筒機関の第1気筒を燃料過濃雰囲気で燃焼させ，反応性の高いH2やCOなどを含んだ排気全量をEGRガスとして他気筒に供給する“Dedicated EGR”により，SI機関において高EGR化による低温燃焼を実現しつつ燃焼速度を促進することで，熱損失を抑えながら熱効率が向上する可能性が示唆されている．本研究では，素反応数値計算を用いて，Dedicated EGRにより4気筒SI機関の第2～第4気筒に供給される第1気筒の燃焼ガス成分およびH2やCOなどの化学種が自己着火時期に及ぼす影響を調査した．

HCCI機関におけるEGRガス希釈が圧力上昇率に与える影響

松井 隆秀，池田 宏樹，西 美奈，飯田 訓正

自動車技術会関東支部2015年度学術研究講演会 （千葉大学 西千葉キャンパス） , 

2015年03月

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口頭発表（一般）, 公益社団法人 自動車技術会

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HCCI機関は，予混合気を燃焼室内に給気し断熱圧縮することで，燃料を多点同時自己着火させる内燃機関である．高負荷運転時には，燃焼により急峻な熱発生が生じ，燃焼室内圧力が急激に上昇することで，ノッキングが発生するという問題を抱えている．ノッキング回避の手法として燃焼室内の圧力上昇率を低減することが有効であり,手法の一つとしてEGRガスによる希釈があげられる．本研究では，まず当量比を変化させることで供給熱量の変化が圧力上昇率に及ぼす影響を調査し，その後EGRガスによる希釈に着目し，供給予混合気のEGR率の変化，またそれに伴う組成の変化が燃焼時圧力上昇率に及ぼす影響について調査することを目的と

直噴SIエンジンにおける燃料濃度分布及び温度分布が自着火時刻に及ぼす影響の調査

志水 啓祐、根来 恵人、関 悠一、松浦 勝也、佐藤 義久、飯田 訓正、西 美奈

自動車技術会関東支部2015年度学術研究講演会 （千葉大学 西千葉キャンパス） , 

2015年03月

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口頭発表（一般）, 公益社団法人 自動車技術会

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SIエンジン自動車の燃費向上のため、エンジンの過給ダウンサイジングによるポンピングロスやフリクションロスの低減を図る手法がある．しかし，過給や高圧縮比によってトルクを向上させようとすると，低回転時にプレイグニションを起こしやすくなるという問題がある．そのために燃焼室内に液体状態の燃料を直接噴射し，気化熱によってガス温度を下げプレイグニションを防ぐ技術が重要となる．本研究は，燃料供給システムを直噴化することによって筒内につくられる燃料濃度分布や温度分布が混合気の自着火時刻に及ぼす影響について実験的に調べ，プレイグニションとの関連性を調査することを目的とする．

HCCI機関における局所の燃料濃度の不均質性が燃焼に与える影響の調査- LIF法を用いた燃料濃度分布計測 -

今野 秀一，溝上 宏，飯田 訓正，西 美奈

自動車技術会関東支部2014年度学術研究講演会 （千葉大学 西千葉キャンパス） , 

2015年03月

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口頭発表（一般）, 公益社団法人 自動車技術会

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HCCI機関は高負荷時において，ノッキングが起きてしまうという問題を抱えている．この解決手法として，燃焼室内局所ごとの予混合気の反応時期を分散させる必要がある．その手法として，燃料の不均質給気を行い，HCCI燃焼時の圧力上昇率の低減効果を検証する．本研究では燃料濃度分布の計測のためLIF法を導入し，燃料均質手法・燃料不均質給気手法における蛍光強度から燃料濃度分布を調査し，着火燃焼過程との比較を行った．

固体酸化物形燃料電池の燃料極における直接燃料水蒸気改質の炭素析出に関する数値シミュレーション

西川 研志、西 美奈、飯田 訓正

自動車技術会関東支部2014年度学術研究講演会 （千葉大学 西千葉キャンパス） , 

2015年03月

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口頭発表（一般）, 公益社団法人 自動車技術会

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燃料電池の燃料となる水素を炭化水素から取り出す場合，改質器を用いることが一般的である．この方法は水蒸気改質と呼ばれ高温の熱源を必要とする吸熱反応である．SOFCの場合，運転温度は700℃～1000℃と非常に高温であるため，排熱を利用し燃料電池内部で水蒸気改質を起こす直接内部改質が可能である．しかし，直接内部改質には燃料極に炭素が析出してしまうという問題があげられる．炭素の析出は運転電圧の低下や電池性能の劣化を引き起こす原因となる．本研究ではSOFCの燃料極の微細構造をプログラム上で再現し，Ni表面上における水蒸気改質を素反応数値計算により再現することで炭素の析出条件を明らかにする．

リブレッシングEGR 導入型HCCI 機関におけるサイクル間IMEP 変動の解析

木下 貴博，釘町 悠太，鄭 棟元，西 美奈，飯田 訓正

自動車技術会関東支部2015年度学術研究講演会 （千葉大学 西千葉キャンパス） , 

2015年03月

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口頭発表（一般）, 公益社団法人 自動車技術会

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HCCI機関では，高IMEP運転時に燃焼室内のガス圧力が急峻に上昇し，ノッキングが生じる問題がある．ノッキングの回避には燃焼位相を遅延化させ，圧力上昇率を低減させる手法がある．しかし過度な遅延化は，定常運転においてもサイクル毎のIMEPに変動が生じる．本研究では空気，燃料，高温のリブレストEGRガス，低温の外部EGRガスを筒内にトラップするHCCI機関を導入した．EGRで燃焼位相を遅延化させる実験を行い，温度，圧力，流量の計測値および計算により求まる筒内の状態量について，時系列的な推移とパラメータ間の相関関係を調査する．これによりIMEP変動発生時のサイクル間の影響調査，および変動要因の解析を目的とする．

PCCI機関における燃料の二段分割噴射が燃焼過程に与える影響についての素反応数値計算を用いた解析

山崎 慶一，池田 宏樹，西 美奈，飯田 訓正

自動車技術会関東支部2014年度学術研究講演会 （千葉大学 西千葉キャンパス） , 

2015年03月

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口頭発表（一般）, 公益社団法人 自動車技術会

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PCCI機関はディーゼル機関の課題であるすすやNOxの排出量を低減する可能性を持つ．短所となる未燃炭化水素の増加や過度な燃焼騒音については，燃料の二段分割噴射による低減効果が報告されている．本研究ではこの二段分割噴射に着目し，二段噴射PCCI機関の燃焼過程に対する知見を深めるための解析を行った．具体的には，PCCI機関において予混合気の圧縮自己着火過程中に燃料を追加したときの燃焼と，燃料を追加しなかった場合の燃焼を模擬した素反応数値計算をそれぞれ行い，両者の結果を比較することで，燃料の二段分割噴射が中間生成物の生成量や各素反応の熱発生に，ひいては燃焼位相にどのような影響を与えているのかを調査した．

ディーゼルエンジンの多段噴射を想定した着火遅れモデルの構築

小嶋 慧、坪井 翔馬、西 美奈、飯田 訓正、山崎 由大、長谷川 亮

自動車技術会関東支部2014年度学術研究講演会 （千葉大学 西千葉キャンパス） , 

2015年03月

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口頭発表（一般）, 公益社団法人 自動車技術会

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近年のディーゼルエンジンにおける操作量や制御量の増加，また過渡運転状態での規制対応のため，従来のマップに基づくエンジン制御は限界に近づいている．本研究は，ディーゼルエンジンの排気，燃費，燃焼騒音，性能改善のため,過渡,環境変化に対応した最適な燃焼制御手法を確立することが目的である．オンボードでディーゼル燃焼をモデルベース制御によって制御することを視野に入れディーゼル燃焼の１サイクルの離散化モデルを作成した．ディーゼル燃焼制御を考える上で重要な着火遅れ時間の正確なモデルを作成するため素反応数値計算を行い幅広い雰囲気条件の中で使用できるモデルを作成，ディーゼル燃焼詳細シミュレーションモデルと比較し精度検討を行った．

ディーゼル燃焼の簡易ダイナミクスモデル：第2報：多段噴射（2段噴射）モードへの拡張

清水　文也，保田　一馬，山崎　由大，金子　成彦，中村祐介，飯田 訓正，長谷川　亮

第25回内燃機関シンポジウム （（独）産業技術総合研究所） , 

2014年11月

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口頭発表（一般）, 一般社団法人日本機械学会

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従来ディーゼルエンジン制御は，実験的に作成されたエンジンの運転制御マップに従って行われていた．しかし，制御自由度増加によるマップ作成のための実験工数の増加，過渡運転での規制対応も考えると，マップに基づくエンジン制御は限界に近づいている．このような背景のもと，事前の実験回数を削減し，かつ過渡運転や様々な環境変化に対して柔軟に対応できるよう，モデルを利用したエンジン制御システムの検討が活発に行われている．モデルは現在までに様々な用途，種類のものが構築されてきた．しかしながら，計算速度の観点から，これらのモデルをECUに実装し，種々のエンジンの状態量から筒内の着火および燃焼をオンボード予測することや，制御則構築に有用な情報を提供するには至っていない．本研究では，ECUへの実装を見据え，エンジンの1サイクルを離散的に扱うことで，計算の高速化を図ったオンボード用ディーゼル燃焼モデルの構築を行う．

SIエンジンにおけるノッキング発生要因の Livengood-Wu積分および素反応数値計算を用いた解析

根来　恵人，関　悠一，西　美奈，飯田　訓正，佐藤　義久，松浦　勝也

第25回内燃機関シンポジウム （（独）産業技術総合研究所） , 

2014年11月

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口頭発表（一般）, 一般社団法人日本機械学会

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S I エンジンにおけるノッキング要因を調査するためにL i v e n g o o d － W u 積分および素反応数
値計算を用いた解析を行った．1 5 0 0 r p m ではL i v e n g o o d － W u 積分とノッキング強度の相関係数は0 . 1 2 1 となり， 3 0 0 0 r p mでは0 . 5 2 0 となった． 1 5 0 0 r p m のサイクルについて素反応数値計算を用いて自着火タイミングとノッキング強度の相関を取ると， 相関係数は- 0 . 3 6 6 となり， 実験から得た相関係数よりも向上したものの， 3 0 0 0 r p m の実験における相関係数よりも低い結果となり， ノッキ
ングの要因解析を行うには十分ではない．

An Investigation of Controlling Two-peak Heat Release Rate for Combustion Noise Reduction in Split-injection PCCI Engine using Numerical Calculation

Hiroki Ikeda, Hiroshi Kuzuyama, Tsutomu Umehara, Takayuki Fuyuto, Norimasa Iida

2014SETC (Small Engine Technology Conference) （Palazzo dei Congressi; Pisa, Italy） , 

2014年11月

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口頭発表（一般）, JSAE/SAE

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A combustion method called Noise Cancelling Spike (NC-Spike) Combustion is able to reduce combustion noise in pre-mixed charge compression ignition (PCCI) with split injection. This NC-Spike Combustion uses interference of the following “spike” of pressure rise (heat release) on the preceding peak of pressure rise. The overall combustion noise was reduced by lowering the maximum frequency component of the noise spectrum. The period of this frequency is two times of the time interval between the two peaks of the pressure rise rate. This maximum load range of conventional PCCI combustion is limited by the combustion noise, since the maximum pressure rise rate increases as the amount of injected fuel increases. In this paper, we investigates feasibility and controllability of the two-peak heat release rate during high temperature heat release by adding fuel in the adiabatic compression process of pre-mixed gas. The results show that the certain fuel addition timing generates the second heat release, and the interval of peak heat release rate could be controlled.

A Potentiality of Dedicated EGR in SI Engines Fueled by Natural Gas for Improving Thermal Efficiency and Reducing NOx Emissions

Sejun Lee, Kyohei Ozaki, Takahiro Sako, Norimasa Iida

2014SETC (Small Engine Technology Conference) （Palazzo dei Congressi; Pisa, Italy） , 

2014年11月

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口頭発表（一般）, JSAE/SAE

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In spark ignition (SI) engines, exhaust gas recirculation (EGR) can realize reducing NOx emissions and heat loss by the low temperature combustion. However, adjusting the high level of EGR is limited because it incurs decrease of degree of constant volume and cut off flame propagation by the low laminar burning velocity. To improve laminar burning velocity with low flame temperature, numerical analysis of dedicated EGR concept SI engine with various EGR rates was carried out for detail understanding the potential of this concept engine in terms of thermal efficiency and amount of NOx emissions. The results show that Dedicated EGR concept SI engine was able to make higher thermal efficiency than the SI engine without EGR and conventional EGR. NOx emissions was reduced by decrease of the flame temperature while the laminar burning velocity was increased without flame temperature rising due to the influence of H2 and CO that were included in EGR gas as intermediates.

Model-based combustion control of a HCCI engine using cooled EGR and the exhaust rebreathing

Yuta Kugimachi, Yusuke Nakamura, Norimasa Iida

2014SETC (Small Engine Technology Conference) （Palazzo dei Congressi; Pisa, Italy） , 

2014年11月

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口頭発表（一般）, JSAE/SAE

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Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine has advantages of high thermal efficiency and low emission over the conventional spark ignition engine and compression ignition engine. Although one way to achieve higher loads without knocking in HCCI engine is the combustion phasing retard, it is difficult to control a combustion-phasing since there is no external combustion trigger for controlling ignition like spark ignition and diesel fuel injection. In addition, recent researches show that too much combustion-phasing retard leads to unacceptable cycle-to-cycle variation of pressure rise rate and Indicated Mean Effective Pressure (IMEP). Thus, it is necessary to develop a HCCI combustion control system to control a combustion-phasing at constant phasing in the expansion stroke accurately to get the high load without knocking. This study investigates the HCCI combustion control system and the algorithm as a means of extending the limit of IMEP of HCCI combustion at high load for realize HCCI engine fuelled with Dimethyl Ether. The result from the model in this study nearly matches with that of experiments for all points and shows accurate traces for each input parameters.

An Investigation on the Auto-ignition of Fuel-air mixture induced by Release of Oil-fuel droplets from Cylinder-liner using Multi-zone model

Yuichi Seki, Keito Negoro, Katsuya Matsuura, Hiroshi Sono, Norimasa Iida

2014SETC (Small Engine Technology Conference) （Palazzo dei Congressi; Pisa, Italy） , 

2014年11月

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口頭発表（一般）, JSAE/SAE

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Recent researchers point out that the fuel and the oil are mixed on the cylinder liner and then released from it. During the compression stroke the released droplets reach the auto ignition temperature before flame induced by spark ignition propagate to the spots of droplets, and it is called Pre-ignition. When pre-ignition is occurred, sometimes severe pressure happens and damages the engine severely. This work investigates effects of gas inhomogeneity induced by droplets of fuels and oils on the auto ignition timing and temperature in the direct-injection spark ignition (DISI) engine by means of detailed numerical calculation using multi zone model of CHEMKIN-PRO by changing initial temperature and initial equivalence ratio. In order to assume inhomogeneity in the combustion chamber, 16 zones by multiplying 4 types of equivalence ratio and 4 patterns of temperature is used for detailed numerical calculation. In this study used n-heptane that has to low-temperature oxidation (LTO). Consequently, we found that initial in-cylinder gas pressure affects the auto-ignition of air-fuel mixture and there is possibility to lead to cause Pre-ignition.

ディーゼル燃焼の簡易ダイナミクスモデルとモデルを用いたフィードバック制御系の検討

坪井 翔馬, 清水 文也, 山崎 由大, 長谷川 亮, 西 美奈, 飯田 訓正

自動車技術会2014年秋季学術講演会 （仙台国際センター） , 

2014年10月

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口頭発表（一般）, 公益社団法人 自動車技術会

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The dynamics model and model-based controller (LQG servo controller) have been constructed to improve performance of diesel engine at transient condition. The input parameters of the dynamics model are injected fuel quantity, injection timing, external EGR ratio and boost pressure. In the model, one cycle is discretized into 7 representative points such as EVC, IVC, fuel injection, ignition, maximum pressure, EVO and IVO. The precision of the prediction of the model and the responsiveness of the controller were checked.

過給直噴火花点火エンジンで生じるプレイグニションのメカニズムの解析

関 悠一，根来 恵人，佐藤 義久，松浦 勝也，西 美奈，飯田 訓正

自動車技術会2014年秋季学術講演会 （仙台国際センター） , 

2014年10月

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口頭発表（一般）, 公益社団法人 自動車技術会

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TRecent researchers point out that the fuel and the oil are mixed on the cylinder liner and then released from it. During the compression stroke the released droplets reach the auto ignition temperature before flame induced by spark ignition propagate to the spots of droplets, and it is called Pre-ignition. When pre-ignition is occurred, sometimes severe pressure happens and damages the engine severely. This work investigates effects of gas inhomogeneity induced by droplets of fuels and oils on the auto ignition timing and temperature in the direct-injection spark ignition (DISI) engine by means of detailed numerical calculation using multi zone model of CHEMKIN-PRO by changing initial temperature and initial equivalence ratio. In order to assume inhomogeneity in the combustion chamber, 16 zones by multiplying 4 types of equivalence ratio and 4 patterns of temperature is used for detailed numerical calculation. In this study used n-heptane that has to low-temperature oxidation (LTO). Consequently, we found that initial in-cylinder gas pressure affects the auto-ignition of air-fuel mixture and there is possibility to lead to cause Pre-ignition.

A Computational Study of the Effects of Initial Conditions on DME Autoignition Characteristics

Ocktaeck Lim, Narankhuu Jamsran, Norimasa Iida

ICAE2014: International Conference on Applied Energy （Taipei, Taiwan） , 

2014年06月

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口頭発表（一般）, Elsevier Int. Journal, Applied Energy

A Power Generation Study Based on Operating Parameters of the Linear Engine Using a Powerpack

Ocktaeck Lim, Nguyen Ba Hung, Norimasa Iida

ICAE2014: International Conference on Applied Energy （Taipei, Taiwan） , 

2014年06月

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口頭発表（一般）, Elsevier Int. Journal, Applied Energy

Effects of DME-Methanol Concentrations on HCCI Combustion Characteristics

Hyo won Lee, Ock Taeck LIM, Iida Norimasa

自動車技術会2014年春季学術講演会 （パシフィコ横浜） , 

2014年05月

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口頭発表（一般）, 公益社団法人 自動車技術会

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In Dimethyl Ether(DME) indirect production processes, DME have a reforming process to separate Methanol. DME has a high cetane number and Methanol has a high octane number. Each fuel has a different combustion characteristics and reactivity. So, this paper was investigated on the combustion characteristics of DME and Methanol. Basically, Methanol has an effect of retarding ignition. However, Within 10% of total carbon mole number in DME, Methanol slightly changed the onset timing of Low Temperature Reaction (LTR) with increasing thermal-ignition preparation range. It means that controlling combustion phasing of DME can be possible without eliminated LTR. In case of IMEP(Indicated Mean Effective Pressure), the highest IMEP was shown within 10% of total carbon mole number in DME

二段噴射PCCI機関における燃焼騒音低減のための熱発生率制御に関する研究

池田 宏樹,伊藤 星太, 飯田 訓正, 葛山 裕史, 梅原 努, 冬頭 孝之

自動車技術会2014年春季学術講演会 （パシフィコ横浜） , 

2014年05月

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口頭発表（一般）, 公益社団法人 自動車技術会

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燃焼室の急峻な熱発生により発生する圧力波を逆位相となるタイミングでの第二の熱発生により相殺し，燃焼騒音を低減させる手法がある．圧縮自己着火過程において燃料を追加することにより，二段のピークを持つ熱発生過程を実現する方法およびそのタイミングを検証した．