研究者詳細 - 飯田　訓正

論文 - 飯田　訓正

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燃料濃度・温度不均一性を利用したHCCIエンジンの圧力上昇率低減効果に関する研究

飯田訓正

日本機械学会　研究協力部会RC232　ディーゼル機関における不均一燃焼の高度制御に関する研究分科会　研究報告書（中間）第2班着火および燃焼の化学反応（(社)日本機械学会）（ 1.6 ） 31-36 2008年06月

研究論文（その他学術会議資料等）, 共著

本研究では，HCCI燃焼において圧力上昇率を支配する要因とその機構を明らかにすることを目的として，層状給気効果について着目して解析を行った．本報では燃料の混合度および温度層状化が圧力上昇率に及ぼす影響について報告する．4ストローク単気筒可視化エンジンおよび急速圧縮機を用いて層状給気HCCI燃焼実験を行った．
可視化エンジンでは，燃料種の層状給気の効果(Fuels Stratification Effects)を調査した．自着火特性の異なる二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ことを利用し，燃焼室内局所ごとの燃料の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設けることによる，燃焼室内全体としての圧力上昇を緩慢化させる効果を検証した．
また，残留ガスや流動の影響を無視することができる急速圧縮機では，温度の層状給気効果(Thermal Stratification Effects)について検証した．水平配置したシリンダ内給気に温度分布を形成して，温度の不均一性にのみ着目し，その圧力上昇率低減効果を検証した．

Evolving Technological Systems for Diesel Engine Emission Control: Balancing GHG and Local Emissions

David.Bauner, Staffan.Laestadius, Norimasa.Iida

Clean Technologies and Environmental Policy （Heidelberg・Springer Berlin 10.1007/s10098-008-0151-x） 11 （ 3 ） 339-365 2008年04月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り, ISSN 1618-954X (Print)

Influence of the Fuel Compositions on the Homogeneous Charge Compression Ignition Combustion

Susumu Sato, Daisuke Yamashita and Norimasa Iida

International Journal of Engine Research （Professional Engineering Publishing Limited, London, UK JSAE，JSME，I MECH E，SAE） 9 （ Issue 2 ） 123-148 2008年04月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り, ISSN 1468-0874

Homogeneous charge compression ignition (HCCI) engines are drawing attention as the next-generation internal combustion engine, but have not been put to practical use because of several issues. One of the issues is that increasing the fuel
charge causes rapid combustion in the combustion chamber, which results in knocking that limits its operation region. In this study, the focus was put on a method to increase the operation region of HCCI engines by mixing two fuels with different reactivities. First, dimethyl ether (DME), n-butane, or hydrogen was mixed with methane to investigate how the changes in mixing ratios affected the oxidation reaction of the pre-mixture based on numerical calculations with elementary reactions. From the calculation results, applicable types of double componential fuels for HCCI engines were considered. Based on the results of the consideration, DME or n-butane was mixed with methane to conduct combustion experiments and to clarify mixing conditions of the double componential fuels that realize high output and high thermal efficiency simultaneously.

HCCI 機関における燃料の自己着火性指標に関する研究

飯田訓正

日本機械学会　研究協力部会RC234　燃料の多様化と低環境負荷動力システムに関する研究分科会　研究報告書（中間）第2班：DME・天然ガスの燃焼，予混合圧縮着火，燃料電池（(社)日本機械学会） 99-106 2008年02月

研究論文（その他学術会議資料等）, 単著

HCCI 機関は空気と燃料の予混合気を燃焼室内に導入し，ピストンによる断熱圧縮によって着火，燃焼させる機関である．多点同時着火のバルク燃焼により希薄な予混合気を用いた低温燃焼が可能であるため，NOX，PMの生成が少なく高効率，低公害を満たす機関としてその実用化が求められているが本機関の燃焼は予混合気の酸化反応過程に依存しているため，着火時期および燃焼期間を制御することが困難であり広範な運転条件に対して最適な燃焼条件を確保するに至っていない．また燃焼形態や燃料の多様化に伴い，従来から用いられているオクタン価やセタン価といった着火指標では説明ができない現象が生じ(1)(2)，新たな自己着火評価の必要性が指摘されている(2)(3)．自己着火がその燃料の酸化反応過程に強く依存することに関して，燃料を構成する成分の分子構造の影響を強く受け，反応経路の違いによりその熱発生履歴が大きく変化することが知られている(4)．また同一の燃料であっても予混合気初期の温度および圧力の違いが自着火に影響することが知られており，圧縮開始から自着火に至るまでに通過する温度圧力履歴を考慮する必要がある．そこで本研究では，熱発生における各素反応および化学種の寄与度を算出する手法に着目し，予混合気初期の温度および圧力の違いが素反応経路に及ぼす影響を調査することを目的とした．予混合気初期の温度および圧力を変化させて素反応数値計算を行い，初期温度および圧力変化時の燃焼特性に見られる燃料間での差異を調査するとともに，この要因となる素反応経路の違いと熱発生に重要となる素反応および化学種を調査した．

An Investigation of the Effect of Charge Inhomogeneity on the Ignition and Combustion Processes in a HCCI Engine Using Chemiluminescence Imaging

Kengo KUMANO, Yudai YAMASAKI and Norimasa IIDA

JSME International Journal of Thermal Science and Technology （JSME） 2 （ 2 ） 200-211 2007年10月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り, ISSN 1880-5566

ＨＣＣＩ機関においても燃焼室内に少なからず存在する予混合気中の燃焼濃度の不均質性が着火・燃焼に及ぼす影響を調査した．４ストローク可視化機関にてＤＭＥ空気予混合気をＨＣＣＩ燃焼させ，筒内圧力履歴，発光強度履歴および二次元発光画像を得た．予混合気中の燃料濃度不均質性は吸気管内での燃料噴射位置，噴射期間を変えることにより変化させた．その結果，ＤＭＥ空気予混合気の圧縮自己着火燃焼過程の発光はＣＯがＣＯ２へと酸化される熱発生の後半部で生じることがわかった．また，燃料濃度の不均質性が増すと発光の開始および終了時刻は空間的に差が生じ，燃焼室全体における燃焼期間が長期化することが明らかになった．

DMEを燃料とするHCCI機関のEGRを用いた燃焼制御に関する研究

大村哲生，池本雅里，飯田訓正

自動車技術会論文集（（社）自動車技術会） 38 （ 5 ） 113-118 2007年09月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

化学発光像を用いた燃料濃度不均質性がHCCI燃焼に与える影響の調査

山沖聡，長岡大聖，飯田訓正

自動車技術会論文集（（社）自動車技術会） 38 （ 5 ） 119-124 2007年09月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

天然ガスHCCIエンジンのターボ過給による高性能化（第2報）

佐古孝弘，森本智史，飯田訓正

自動車技術会論文集（（社）自動車技術会） 38 （ 5 ） 131-136 2007年09月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 単著, 査読有り

DMEを燃料とする小型軽量HCCI機関の高温および低温EGRガスを用いた燃焼制御

大村哲生，鹿ノ戸義彦，飯田訓正

日本機械学会論文集（Ｂ編）（(社)日本機械学会） 73 （ 733B ） 158-164 2007年09月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

Analyses of Mechanism on Roadside Pollution by On-Board Emissions Measurement System: (Transient Characteristics of NOx emissions in Vehicles with EGR System in Real Traffic Conditions)

Yutaka TAKADA, Norifumi TAKADA and Norimasa IIDA

JSME International Journal of Environment and Engineering （日本機械学会） 2 （ 3 ） 546-557 2007年08月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り, ISSN 1880-988X

In order to clarify the reason why the NOx emissions factor becomes higher with vehicle acceleration at intersections etc., two freight vehicles of different emission model years, equipped with EGR systems for reduction of NOx, were tested by an on-board NOx measurement system. Higher NOx emissions factors were observed at vehicle starts in lower-gear operations for each vehicle though the total NOx mass emissions of the later model vehicle were less. Larger NOx mass emissions were clearly observed in the engine operation area of lower engine speed and load in real traffic conditions though the NOx mass emissions in steady state conditions was less. NOx emissions characteristics were analyzed in view of engine torque, NOx mass emissions, and the EGR rate, and considering the rate of engine speed change. It was found that lower-gear operations made the rate of engine speed change higher and also the EGR rate lower resulting in higher NOx emissions. This seems to be one of the factors to engender the intensive NOx pollution at roadsides.

DMEを燃料とする小型軽量HCCI機関の燃焼制御

鹿ノ戸義彦，大村哲生，飯田訓正

自動車技術会論文集（（社）自動車技術会） 38 （ 4 ） 97-102 2007年07月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

Analyses of Mechanism on Roadside Pollution by On-Board Emissions Measurement System: (Characteristics of NOx Emissions in Vehicles with and without EGR System in Real Traffic Conditions)

Yutaka TAKADA, Tomio MIYAZAKI and Norimasa IIDA

JSME International Journal of Environment and Engineering （日本機械学会） 2 （ 3 ） 535-545 2007年07月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り, ISSN 1880-988X

An on-board measurement system that can simultaneously obtain such information as road infrastructure, traffic conditions, driver's operations, vehicle running conditions, and exhaust mass emissions was installed in a light duty freight vehicle with an EGR system and in a minivan without an EGR system. In order to analyze the mechanism of roadside pollution caused by vehicles, road tests were carried out in real traffic conditions. The light duty freight vehicle showed intensive NOx pollution at the roadside in a vehicle start, in which the EGR rate was low, but it was effective to reduce NOx mass emissions at low speed running in traffic jams where the EGR rate was rather high. In the case of the minivan, intensive NOx pollution was observed in low speed running such as in traffic jams. The reduction of NOx during vehicle starts is important for vehicles with an EGR system to reduce intensive NOx pollution at roadsides.

予混合気の不均一性がHCCI燃焼に及ぼす影響

飯田訓正

日本機械学会　研究協力部会RC220　ディーゼル機関における均一および不均一現象を制御する燃焼物理と燃料化学に関する研究分科会　研究報告書（最終）第2班：着火および燃焼の化学反応（(社)日本機械学会）（ 2.5 ） - 2007年06月

研究論文（その他学術会議資料等）, 単著

これまでの研究において，予混合気の温度，燃料濃度の不均一性が，HCCI燃焼において着火および燃焼期間に影響を与えることが，可視化エンジンおよび急速圧縮装置を用いた燃焼状態の可視化および熱力学的解析によって明らかになった。
RC220では，急速圧縮装置と可視化エンジンを用いて化学発光像計測を行い，予混合気の温度，空間濃度の不均一性が熱発生履歴，温度履歴，燃焼期間，圧力上昇率に及ぼす影響を調査した．また，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．そこで素反応シミュレーションによる数値計算を行い，予混合気の温度，空間燃料濃度の不均一性が圧力上昇率に及ぼす影響を検証した。

燃料濃度・温度不均一性を利用したHCCIエンジンの圧力上昇率低減効果に関する研究

飯田訓正

日本機械学会　研究協力部会RC222　燃料の多様化と低環境負荷動力システムに関する研究分科会　研究報告書（最終）第１班予混合圧縮着火燃焼，次世代燃料の燃焼特性（(社)日本機械学会） - 2007年06月

研究論文（その他学術会議資料等）, 単著

予混合圧縮自己着火（以下HCCI）燃焼は燃料と空気の予混合気を圧縮し，燃焼室内で多点同時に自己着火させる燃焼方式である．この燃焼方式では高効率・低公害が可能となり注目されている．しかし，高負荷域において急峻な圧力上昇によってノッキングが発生し，運転領域が低負荷域に限られることが実用化への課題となっている．ノッキングの回避には最大圧力上昇率を抑制した燃焼を実現することが重要となり,これに対して広く研究がされている．またHCCI燃焼において着火温度の異なる二種の燃料を用いて,その混合割合を変化させることで自着火温度が変化することが報告されている．
したがって二種燃料を用いて予混合気中に混合割合の不均一性を導入し，着火温度の異なる混合気の分布を作成することによって着火時期を時間的に分散させ,最大圧力上昇率を低下させられると考えられる．そこで本研究では予混合気中に混合割合の不均一性を与えた場合のHCCI燃焼特性を調査する.本研究で用いる二種の燃料としては着火温度が低い燃料としてジメチルエーテル（以下DME）を，着火温度が高い燃料としてn-Butaneを用いた．また評価項目としては筒内ガス圧力から熱発生及び最大圧力上昇率を評価し，可視化エンジンを用いて高温酸化反応（以下HTR）過程での化学発光を計測し,燃焼室内局所におけるHCCI燃焼特性を評価した．

（再録）二次元発光像計測による燃料濃度不均質性がＨＣＣＩ燃焼に及ぼす影響の調査

長岡大聖

Review of Automotive Engineering （JSAE） 28 （ 2 ） 203-210 2007年04月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

The purpose of this study is to investigate experimentally the effect of fuel stratification on HCCI combustion, using DME. In addition to pressure measurement, the chemiluminescence image in HCCI combustion is used a means of visualizing the charge stratification and evaluating local combustion characters. It was found that fuel stratified charge in DME reduced the maximum pressure rise rate during HCCI combustion. By fuel-stratified charge, the peak time of chemiluminescence intensity was dispersed, comparing to fuel homogeneous charge. Therefore, distribution of equivalence ratio is generated, and this distribution makes the peak time of RHR in each local area dispersed.

二次元発光画像計測による燃料濃度不均質性がHCCI燃焼に及ぼす影響の調査

長岡大聖，桁谷諭史，飯田訓正

自動車技術会論文集（（社）自動車技術会） 38 （ 2 ） 173-178 2007年03月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

"予混合圧縮自己着火燃焼は高負荷域において急峻な圧力上昇によって生じるノッキングが実用化への課題となっている．ノッキングの回避には最大圧力上昇率を抑制することが重要となり,その方法として予混合気内に温度分布を生じさせる方法が注目されている．
本研究では温度分布を生じさせる手法として燃料濃度不均質性に着目し，燃料としてDMEを用い，HCCI燃焼に及ぼす影響を調査した.化学発光によって燃焼室内局所の燃焼特性を評価した.
不均質混合気においては当量比の分布により燃焼室内局所ごとに発光強度ピーク時期が分散したことから,熱発生率ピーク時期もまた分散したと考えられ,均質混合気に比べ最大圧力上昇率が低下した.

予混合圧縮自己着火燃焼は，高効率・低公害の燃焼方式として注目されている．しかし，高負荷域において急峻な圧力上昇によって生じるノッキングが実用化への課題となっている．ノッキングの回避には最大圧力上昇率を抑制することが重要となり，本研究では予混合気中の燃料濃度不均質性の，最大圧力上昇率などへの影響ラジカル発光像を用いて燃焼室局所ごとの燃焼特性を評価することで，燃料濃度の不均質性がHCCI燃焼に与える影響を調査する．

予混合圧縮自己着火（以下HCCI）燃焼は，高効率・低公害が可能となることから次世代の燃焼方式として注目されている(1)．しかし，高負荷域において急峻な圧力上昇によってノッキングが発生してしまい，運転領域が低負荷に限られることが実用化への課題となっている．ノッキングの回避には最大圧力上昇率を抑制することが重要となり,その方法として予混合気内に温度分布を生じさせる方法が注目されている(2)．本研究では温度分布を生じさせる手法として予混合気中の燃料濃度不均質性に着目する．そしてラジカル発光像を用いて燃焼室局所ごとの燃焼特性を評価することで，燃料濃度の不均質性がHCCI燃焼に与える影響を調査する．
"

予混合圧縮自己着火燃焼に及ぼす燃料成分の影響：（第2報） -二成分混合燃料の混合割合がHCCIエンジンの運転領域に及ぼす影響-

佐藤進，山下大輔，飯田訓正

自動車技術会論文集（（社）自動車技術会） 38 （ 2 ） 119-124 2007年03月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

予混合圧縮自己着火燃焼に及ぼす燃料成分の影響：（第1報） -燃料成分の違いが予混合気の酸化反応過程に及ぼす影響-

佐藤進，山下大輔，飯田訓正

自動車技術会論文集（（社）自動車技術会） 38 （ 2 ） 113-118 2007年03月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

A Study on Combustion Control by Using Internal and External EGR for HCCI Engines Fuelled with DME

Tetsuo Ohmura, Masato Ikemoto, Norimasa Iida

SAE Transactions （SAE） 2006-32-0045 2007年03月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

The Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine is possible to achieve high thermal efficiency and low emissions. One of the main challenges with HCCI engines is structuring the systems to control combustion phasing, crank angle of 50% heat release (CA50), for keeping high thermal efficiency and avoiding an excessive rate of pressure rise which causes knocking, when operating conditions vary. Though some HCCI combustion control systems, for example Variable Valve Timing System and Variable Compression Ratio System, have been suggested, these control systems are complex and heavy.

Effect of Degree of Unmixedness on HCCI Combustion Based on Experiment and Numerical Analysis

Jumpei Ozaki, Norimasa Iida

SAE Transactions （SAE） 2006-32-0046 2007年03月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

In this study, for the development of a lightweight and small-sized generator HCCI engine fuelled with Dimethyl Ether (DME) which is low-emission and easy to autoignite, a simple HCCI combustion control system is suggested, and the control system is evaluated experimentally. In the control system, the means of controlling gas temperature at inlet valve closure (IVC) is focused on to control CA50 as the specific autoignition temperature of a fuel is constant in HCCI combustion. The amount of premixture of air and fuel at stoichiometric ratio necessary to achieve load is fixed, and gas temperature at IVC is controlled by changing the mixing ratio of hot (internal) EGR gas and cold (external) EGR gas. And also cold EGR gas plays a role in the avoidance of a very rapid combustion reaction speed. The exhaust cam has two stages to use hot EGR gas, and exhaust gas is cooled through the heat exchanger to use cold EGR gas. The mixing ratio of three gases, stoichiometric premixture, hot EGR gas and cold EGR gas, is controlled by four throttles placed in the flow path of these gases.

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飯田 訓正

論文 - 飯田 訓正

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