論文

Homogeneous Charge Compression Ignition(HCCI) engine has the potential to achieve lower NOx and PM emissions with high thermal efficiency. Although it has these merits, operation region is still limited by knocking. Combustion phasing retard is one of the methods to avoid knocking. However, excessive retard of CA50 will lead to unstable combustion. In this study, we developed a combustion control system for HCCI engine fuelled with DME. The cyclic dispersion mechanism on the excessive retard of CA50 was analyzed. And the controlling road map for reducing combustion variations was obtained. Based on these results, reduction of cyclic dispersion is realized by combustion control.

反応論的に自己着火時期を遅延させる効果を持ち、また蒸発潜熱の大きいEthanolを予混合気に中に筒内直接噴射して温度不均一を寄与するとともに、局所の着火時期の分散効果による圧力上昇率低減効果について検証したので報告する。

HCCI機関のノッキング回避手法として自着火特性の異なる2種の単体燃料の混合比を変化させると燃焼位相が変化する事を利用し，層状給気によって局所ごとの燃料混合比に違いを与え，燃焼室内に燃焼位相の異なる領域を形成する事による圧力上昇率の低減効果を検証するとともに，ハイスピードカメラによる化学発光像計測およびMulti-zoneモデルによる素反応数値計算によって燃焼室内局所の燃焼を評価した． 層状給気を行なった場合，LTHR終了時に形成される温度差および燃料混合比の違いによるHTHR開始温度の差によって局所ごとの着火時期に時間差が生じ，圧力上昇率が低減する．

In recent years, higher thermal efficiency and lower emissions are required on a reciprocating engine development and therefore cycle-to-cycle combustion control is necessary. Especially it is a key factor to control HCCI combustion engine. In HCCI engine, one of the most promising combustion methods to achieve high thermal efficiency, the ignition timing strongly depends on the mass-averaged temperature of charged gas and residual gas and very precious combustion phase control is required. Therefore it is important to detect the changes of cycle-to-cycle intake air flow rate, EGR gas flow rate and as well as residual gas in each cycle. The traditional laminar flow meter has too low responsivity to measure cycle-to-cycle flow rate. In this study, the fast-response laminar flow meter was developed in order to measure cycle-to-cycle dynamical flow rate. The availability of the fast-response laminar flow meter for cycle-to-cycle intake air flow rate measurement of the HCCI engine is shown in this paper.

予混合気に温度の層状化を付与することによる遅角燃焼時における燃焼ロバスト性についての解析を詳細な素反応を考慮したマルチゾーンモデルを用いて行った．本研究では，予混合気に温度の層状化を付与することによる遅角燃焼時における燃焼ロバスト性についての解析を詳細な素反応を考慮した マルチゾーンモデルを用いて行った．予混合気に温度の層状化を付与し，温度幅を大きくすることで急激に失火することを防ぐことができ，燃焼のロバスト性を確保することができた．

ディーゼルエンジンのこの10年の技術変遷について展望した．10年前には視覚的にも不快感を与えていた黒煙は，最新のディーゼルエンジンではみられなくなった．ディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF）の開発・実用化による．Noxについても，触媒の技術開発は困難を極めたものの，燃料中の硫黄成分の低減が達成される中，NOx還元触媒が実用化された．過給技術，EGR技術の進展に加え，高圧噴射技術，特にコモンレールシステムによる緻密な多段噴射ストラテジーの導入により，低温燃焼をコンセプトとする燃焼技術が実現し，排気後処理技術の導入と相まって，ディーゼルエンジンは目覚しい進化を遂げた．過去10年は，都市環境，地球環境に対する負荷低減のための環境対応型ディーゼル機関の技術開発の歴史といえる．

HCCI機関などの次世代のエンジン開発では，燃焼のサイクル毎の安定性の確保が効率および出力の向上，排出ガスの低減の観点から求められている．さらに往復動機関は間欠燃焼を行うため，サイクル毎にシリンダ内に供給されるガスの流量を把握することが重要である．本研究ではサイクル毎のシリンダへの吸気流量を計測するため高い応答性を持つ層流形流量計測システムを試作し，単気筒HCCI機関に適用し，その性能を確認した．その結果，構築したシステムが高い応答性で正確に動的な流量計測を行えることが明らかになり今後のエンジン開発に有用あると考えられる．

HCCI機関では一定の負荷を超えるとノッキングが発生するため，HCCI運転時のIMEPに限界が生じる．ノッキングは圧力上昇率が5MPa/msを超えると生じることが知られている．そこで，HCCI燃焼の圧力上昇率を支配する要因についての解析を目的として，本研究では，温度層状化，燃料の混合度，燃焼位相，燃料種とその反応過程，圧縮速度（機関回転速度）が圧力上昇率に及ぼす影響を明らかにする．そのために，可視化エンジンと急速圧縮装置による実験，マルチゾーンモデルによる素反応数値計算を用いて調査する．期待される成果として，ノッキングを回避して高IMEPを達成するための知見を提供することができると思われる．

Recently, a potentiality of Dedicated EGR (D-EGR) concept SI engine has been studied. This concept engine had four cylinders and operated with exhaust gas supplied from the single cylinder to the intake manifold. Compared with conventional SI engines, it was able to increase thermal efficiency and decrease CO, HC, and NOx emission by the high D-EGR ratio 0.25. In this study, numerical analysis of a SI engine with D-EGR system with various D-EGR ratios was conducted for detailed understanding the potentiality of this concept in terms of thermal efficiency and NOx emission. #1 cylinder of assumed engine was used as D-EGR cylinder that equivalence ratio varied from 0.6 to 3.4. Entire exhaust gas from #1 cylinder was recirculated to the other cylinders. The other cylinders run with this exhaust gas and new premixed air and fuel with various equivalence ratios from 0.6-1.0. To study the effect of D-EGR ratio, the number of engine cylinders was considered from 3 to 6, same meaning with D-EGR ratio 0.5-0.2. A Laminar burning velocity and a flame temperature were considered to analyze thermal efficiency and NOx emission. The results show that D-EGR system is able to make a similar level of thermal efficiency to that of conventional SI engines. NOx emission were reduced by decreasing 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.

High thermal efficiency with low emission can be realized by low-temperature combustion using EGR. Alger,T in SwRI proposed "Dedicated EGR" (a single sylinder run under rich condition and 100% of exhaust gas from this cylinder recirculated into the other cylinders.) to improve burning velocity by CO and H2 that included in EGR gas under high EGR ratio. This study investigates the dependence of burning velocity and flame temperature on equivalence ratio and EGR ratio by the combustion of premixed methane-air. Finally, it confirmed that "Dedicated EGR" had a potentiality of improving both thermal efficiency and NO emission.

A combustion method called Noise Cancelling Spike (NC-Spike) Combustion has been reported in the co-author’s previous paper, which reduces combustion noise in pre-mixed charge compression ignition with split injection. The overall combustion noise was reduced by lowering the maximum frequency component of the noise spectrum. 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.

今回の「ガソリンベーパーを考えるシンポジウム」 では，「自動車に起因する環境問題」というタイトルで話題提供をいたします。自動車の普及とそれに伴い発生した環境問題の歴史をレビューし，その中から問題点の把握し，課題解決のために私たちがなすべきことについて考えたいと思います。

1990年代から高まってきた地球環境問題への関心は、3・11以降新たなステージを迎えています。世界中で喫緊となっている代替エネルギーの問題、ＰＭ2.5に代表される越境汚染の問題など、その解決のために専門分野を横断する知の集結が求められています。慶應義塾では2011年から大学院博士課程でのグローバル環境システムリーダープログラムによる教育・研究を始めていますが、さらなる学部横断的な教育の取り組みの必要性が高まる中、環境問題の現在を考えていく特集です。

コーニング社のイノベーションの：歴史を紹介して，21世紀がサプライヤにとって明るい未来を拓く世紀であることを解説した

This work investigates the potential of in-cylinder exhaust gas recirculation stratification for reducing the rate of pressure rise in dimethyl ether homogeneous charge compression ignition engines and its coupling with both thermal stratification and fuel stratification. Numerical analyses were performed using a five-zone version of the CHEMKIN-II kinetics rate code and the kinetic mechanics of dimethyl ether. The effects of inert components were used to represent the presence of exhaust gas recirculation in calculations. Three cases of exhaust gas recirculation stratification were tested in terms of both thermal stratification and fuel stratification at a fixed initial temperature, fixed initial pressure and fixed fuelling rate at bottom dead centre. In order to explore the appropriate stratification of exhaust gas recirculation, the exhaust gas recirculation width (defined as the difference between the exhaust gas recirculation ratios in zone 1 and zone 5 in the five-zone model) which we employed was from 0% to 30%. The case of exhaust gas recirculation homogeneity (called case 1), in which the exhaust gas recirculation width is 0%, was examined. In case 2, exhaust gas recirculation is located densely in a hot zone for combination with thermal stratification or in a fuel-rich zone for combination with fuel stratification. The last case (case 3) was the inverse of case 2. Ringing was reduced to an acceptable level in the case of fuel stratification with an appropriate exhaust gas recirculation distribution, which slowed the rapid burning during the compression stroke.

火花点火機関を想定し、予混合気の温度、圧力、組成が変化する場での燃焼速度の挙動を把握することを目的とした。燃焼速度の計測法には容器内での計測が可能なダブルカーネル法を取り上げ、燃焼速度の導出方法を検討した結果、系統誤差１０％以内とすることができた。大気開放容器、定容容器を用いた燃焼実験により、アルカン系のメタン、プロパン、ｎ－ブタンおよびその構造異性体のｉｓｏ－ブタン、エーテル系のジメチルエーテルの各種燃料と空気の予混合気について、標準状態および燃焼の熱発生により温度圧力が上昇する場での燃焼速度を計測した。燃焼速度の当量比依存性、燃料種依存性、温度・圧力依存性を明らかにした。

高圧噴射とマイクロホールノズルの燃焼改善の実験での特性を把握するために単筒エンジンを用いて、燃焼特性、排気特性を噴口径および噴口配置をパラメータとして調査した。また、トロイダル型、浅皿型の２種の燃焼室形状を試験して噴口径の微細化に伴う噴口数の増加への最適化の方向性を検討した。その結果、噴口径の微細化に伴って初期熱発生は増加、拡散燃焼期の熱発生は低下し、適度の微細化ならばスモーク排出を改善できるが、過度に微細化すると燃費、スモーク排出の極端な悪化を招くと言う知見を得た。また、噴口数の増加に伴う噴射角の多段化に対しては、噴霧干渉だけでなく噴霧と壁面との関係の最適化が重要である。

ディーゼル噴霧の着火機構の解明を目的に，着火反応中に生成されるホルムアルデヒドをレーザー誘起蛍光法により２次元可視化している．光源にはNd:YAGレーザーの第３高調波を用いている．噴霧内のホルムアルデヒドは着火反応による総発熱量が燃料の吸熱，蒸発による総吸熱量に等しくなる時期に検出され始め，高温酸化反応が始まる前までは噴霧先端領域全体に分布する．この事はディーゼル噴霧の着火過程初期においては，燃料は低温酸化機構により酸化される事を示している．高温酸化反応によるホルムアルデヒドの消失は噴霧先端領域で開始する．雰囲気温度の上昇は，ホルムアルデヒドの出現と消失時期をともに早める．