研究者詳細 - 飯田　訓正

論文 - 飯田　訓正

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Study on Auto-Ignition and Combustion Mechanism of HCCI Engine

飯田訓正

SAE Transactions Journal of Engines （SAE） SAE Technical Paper 2004-32-0095 2004-32-0095 2004年09月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著

In the HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) engine, a mixture of fuel and air is supplied to the cylinder and auto-ignition occurs resulting from compression. This method can expand the lean flammability limit, realizing smokeless combustion and also having the potential for realizing low NOx and high efficiency. The optimal ignition timing is necessary in order to keep high thermal efficiency. The Ignition in the HCCI engine largely depends on the chemical reaction between the fuel and the oxidizer. Physical methods in conventional engines cannot control it, so a chemical method is demanded. Combustion duration is maintained properly to avoid knocking. In addition, the amount of HC and CO emissions must be reduced. The objective of this study is to clarify the following through calculations with detailed chemical reactions and through experiment with the 2-stroke HCCI engine: the chemical reaction mechanism, and HC and CO emission mechanisms. Ignition and combustion mechanisms and the effect of pre-mixture heterogeneity on ignition and combustion are also clarified. This is done by using an optically accessible engine and measuring the luminescence at auto-ignition and during the combustion process.

化学種の自発光計測によるDME空気予混合圧縮自己着火エンジンの燃焼解析（燃料濃度の不均質性の影響）

山﨑由大，飯田訓正

日本機械学会論文集（Ｂ編）（(社)日本機械学会） 70 （ 697 ） 178-186 2004年09月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

HCCIエンジンにおいても，予混合気中には少なからず燃料濃度や温度の不均質性が存在し，着火，燃焼に影響を与える可能性がある．本研究ではDME空気予混合気を用いて，燃料濃度の不均質性がHCCIエンジンの着火，燃焼に及ぼす影響を実験的に調査した．燃料濃度の不均質性は燃料の噴射位置，噴射期間の変化により制御した．4ストロークの可視化エンジンの筒内圧力履歴および二次元自発光画像の計測，解析を行った．不均質条件では均質条件に比べて，燃焼効率が同じでも燃焼期間が
長くなること，また均質条件では燃焼室全域で発光が開始，終了するのに対し，不均質条件では，空間的に発光の時間差があることが明らかにされた．

DMEを燃料とする高効率エンジンの設計および開発ー自己着火時期・燃焼反応速度の制御と燃焼効率の向上ー

飯田訓正,佐藤進,小島雄一郎,池本雅里

日本機械学会　研究協力部会RC210　多様化する燃料と次世代動力システムの最適化に関する研究分科会　研究報告書（中間）（(社)日本機械学会）（ 1.1 ） 11-16 2004年07月

研究論文（その他学術会議資料等）, 共著

予混合圧縮自己着火（以下HCCI）機関は，高効率・低公害を実現できる次世代機関として注目されているが，着火時期，燃焼期間に関して従来機関のような制御手法が適用できないこと，HC・COの排出量が多いことが課題として挙げられる．
そこで本研究では，HCCI機関の課題として挙げられる１）着火時期の制御，２）燃焼期間の制御，３）高燃焼効率の確保，のための３つの制御因子を明らかにし，３つを同時に制御する実験システムを構築する．燃料に代替燃料として注目されているジメチルエーテル（以下DME）を用い，汎用小型発電機に搭載されているエンジンを元に，HCCI機関の設計・開発を行い，そのエンジンの試験を行った．

Experimental Study on HCCI Combustion Characteristics of n-Heptane and iso-Octane Fuel/air Mixture by the Use of a Rapid Compression Machine

Ock Taeck Lim, Naofumi Sendoh and Norimasa Iida

SAE Transactions Journal of Engines （SAE） 2004-01-1968 2004-01-1968 2004年06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 research is to get fundamental knowledge and to experimentally understand about combustion characteristics of the fuel mixture. This paper shows the Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) characteristics of a mixture of n-Heptane and iso-Octane in a rapid compression machine. The experimental matrixes cover the n-Heptane mixing ratios, r (n- Heptane) , ranging from 0 to 100vol% and the equivalence ratios ranging from 0.1 to 0.6. The experimental study on the effect of mixing fuels focuses on the low temperature oxidation reaction temperatures, T(L) , the high temperature oxidation reaction temperatures, T(H) , the low temperature oxidation reaction starting times, t(L) , the high temperature oxidation reaction starting times, t(H) , and the degeneration period.
The results show that as r (n -Heptane) decreases, t(L) and t(H) become longer and T(L) and T(H) increase by 30K. As the equivalence ratio increases, t(L) becomes longer but t(H) is not a function of equivalence ratio. Moreover, for the partial equivalence ratio of n-Heptane lower than 0.2, t(L) , t(H) , T(L) and T(H) are a function of partial equivalence ratio of n-Heptane, while for the partial equivalence ratio of n-Heptane higher than 0.2, there are no effects on any oxidation reaction.

A Study of High Combustion Efficiency and Low CO Emission in a Natural Gas HCCI Engine

Daesu Jun and Norimasa Iida

SAE Transactions Journal of Engines （SAE） 2004-01-1974 2004-01-1974 2004年06月

研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

Analysis of the Effect of Charge Inhomogeneity on HCCI Combustion by chemiluminescence measurement

Kengo Kumano and Norimasa Iida

SAE Transactions Journal of Engines （SAE） 2004-01-1902 2004-01-1902 2004年06月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

In the HCCI Engine, inhomogeneity in fuel distribution and temperature in the pre-mixture exists microscopically, and has the possibility of affecting the ignition and combustion process. In this study, the effect of charge inhomogeneity in fuel distribution on the HCCI combustion process was investigated. Two-dimensional images of the chemiluminescence were captured by using a framing camera with an optically accessible engine in order to understand the spatial distribution of the combustion. DME was used as a test fuel. By changing a device for mixing air and fuel in the intake manifold, inhomogeneity in fuel distribution in the pre-mixture was varied. The result shows that luminescence is observed in a very short time in a large part of the combustion chamber under the homogeneous condition, while luminescence appears locally with considerable time differences under the inhomogeneous condition. It is also shown that the local luminescence durations are almost the same in both conditions.

圧縮自己着火機関における予混合気の素反応数値計算

飯田訓正，佐藤進

日本機械学会　研究協力部会RC197　エンジンの燃焼モデリングに関する調査研究分科会（フェーズ2）　研究報告書（(社)日本機械学会） 398-411 2004年06月

研究論文（その他学術会議資料等）, 共著

着火および燃焼の解析では，素反応過程を考慮した数値計算は，着火燃焼過程の詳細な化学反応の進行を評価できる手法として有効である。一方，実験則を用いたLivengood-Wu Model，化学反応過程を簡略化したShell ModelやSchreiber Modelといった簡略化モデルでも着火時期の予測は可能である。簡略化モデルをマルチディメンショナルの流体モデルに結合することで，確度の高い燃焼予測計算を行うことが期待される。
そこで本研究では，まず燃料種（DME，CNG，n-Butane），当量比，圧力をパラメータとして，詳細モデルによって各温度での着火遅れを算出し，データベース化する。その上でLivengood-Wu Modelに基づく推算値と詳細モデルの予測値が一致するか否かを，次の３つのケース，１）温度がＴ１からＴ２へステップ状に変化する場合，２）温度が連続的に上昇する場合，３）温度，圧力が共に断熱的に上昇する場合について順に比較する。最終的には確度の高いLivengood-Wu Modelに基づく推算式およびデータベースを提供する。

天然ガス予混合圧縮自己着火機関の性能および排気特性

佐古孝弘，中井俊作，守屋浩二，飯田訓正

日本機械学会論文集(B編) （(社)日本機械学会） 70 （ 694 ） 197-203 2004年06月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 単著, 査読有り

DME空気予混合気を雰囲気とするディーゼル噴霧の燃焼に関する研究

飯田訓正，林玉澤

日本機械学会　研究協力部会RC207 ディーゼル機関のゼロエミッションと低燃費化のための燃焼物理と燃料化学に関する研究分科会，個別研究・中間成果報告（(社)日本機械学会）（ 2.6 ） 1-6 2004年05月

研究論文（その他学術会議資料等）, 共著

HCHO、H2O2、COといった燃焼中間生成物が、噴霧燃料の着火および燃焼に及ぼす影響を調査することを目的として、急速圧縮装置（図1）を用いDME等の燃料と空気の予混合気中に噴霧燃料を高圧噴射する実験を行う。急速圧縮装置により燃料と空気の予混合気を圧縮して高温・高圧場を形成し、低温酸化反応・高温酸化反応を実現するプロセス中もしくはプロセス後に、ディーゼルノズルより噴霧を単発噴射する（図2）。雰囲気燃料としてDME、n-Heptane、iso-Octaneおよびn-Heptaneとiso-Octaneの混合燃料を用いる。噴霧燃料としてJIS2号軽油、n-Decaneおよび-Methylnaphthaleneを用いる。対象とする中間生成物はOH、H2O2、HCHO、HO2、COである。
DME、n-Heptaneおよびiso-Octaneと空気の予混合気を雰囲気とすることで、ディーゼル噴霧の化学的着火遅れ期間の長期化と、噴霧内燃料濃度の均一・希薄化を促進させることにより、NOxとすすの低減を狙う。また低温酸化反応中に生成されるHCHOやH2O2といった中間生成物はラジカル発光像を計測することで、これらの中間生成物がディーゼル燃焼に及ぼす影響を調査する。さらに、ディーゼル噴霧燃焼によるすす生成に与える影響については、高速度直接写真撮影光学系として二次元発光画像を計測しKL直を求めることで明らかにする。
初年度（平成15年度）は、0次元素反応数値計算により各雰囲気燃料を圧縮したときの中間生成物の履歴の調査を行い、急速圧縮装置を用いた実験では高速度直接写真撮影と二色法解析を行った。

使用過程車NOx・PM低減対策調査

飯田訓正，他

平成15年度環境省委託業務結果報告書（株式会社数理計画） 2004年03月

研究論文（その他学術会議資料等）, 共著

ハイブリッド貨物自動車の技術動向調査報告書

飯田訓正

平成１５年度（社）全日本トラック協会委託事業（（社）全日本トラック協会,委託先：（財）運輸低公害車普及機構） 2004年03月

研究論文（その他学術会議資料等）, 単著

新燃料自動車の開発・導入動向及びその影響に関する調査報告書

飯田訓正，他１１名

財団法人道路経済研究所　新燃料自動車の開発・導入動向及びその影響に関する調査委員会　報告書（国土交通省道路局，財団法人道路経済研究所） 2004年03月

研究論文（その他学術会議資料等）, 共著

高度な車載診断システム（OBDシステム）の技術基準策定に関する調査

飯田訓正，他１６名

独立行政法人交通安全環境研究所　高度な車戴診断システム（OBDシステム）導入検討会　報告書（独立行政法人交通安全環境研究所） 2004年03月

研究論文（その他学術会議資料等）, 共著

DME燃料実用化基盤事業に関する報告書

飯田訓正，他１６名

高圧ガス保全協会，液化石油ガス研究所　DMEの安全性を確保する技術開発委員会　報告書（高圧ガス保全協会，液化石油ガス研究所） 2004年03月

研究論文（その他学術会議資料等）, 共著

走行自動車による沿道局所排出ガス汚染のメカニズム解析: -道路インフラ，交通状況および車両挙動と沿道局所ＮＯｘ汚染について-

高田寛，宮崎富夫，飯田訓正

自動車技術会論文集 35 （ 1 ） 115-120 2004年01月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

"走行自動車からの排出ガスによる沿道局所汚染は深刻な状況であり，どのような沿道局所にどの程度の排出ガスがどんな要因により排出されるかそのメカニズムを明らかにする必要がある．走行自動車からの排出ガス量は，道路インフラや交通状況に応じた運転者の運転操作に起因するエンジン挙動，車両挙動，気温，湿度等の気象条件等多くの要因により変化するため，これらの要因と走行自動車からの排出ガス量を路上走行において同時に評価する必要がある．そのため本研究では，車両の走行位置，道路インフラ，交通状況，運転操作，車両挙動および瞬時の排出ガス質量を同時に測定可能な車載型の沿道局所排出ガス汚染解析装置を搭載し，種々の車両条件，走行条件で市街路等における走行試験を行い，どのような沿道局所にどの程度のNOxがどんな要因で排出されるか解析する．さらに，沿道局所汚染に与える道路インフラ，交通状況および車両挙動の要因を明らかにする．
"

予混合圧縮自己着火機関におけるDME予混合気の素反応数値計算

佐藤進，山崎由大，飯田訓正

自動車技術会論文集 35 （ 1 ） 77-82 2004年01月

研究論文（研究会，シンポジウム資料等）, 共著, 査読有り

ラジカル発光計測によるＤＭＥ空気予混合圧縮自己着火機関の燃焼解析

山崎由大，高橋晋也，飯田訓正

自動車技術会論文集（(社)自動車技術会） 34 （ 4 ） 75-80 2003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

車載型の沿道局所排出ガス汚染解析装置の開発

宮崎富夫，高田寛，飯田訓正

日本機械学会論文集（Ｃ編）（(社)日本機械学会） 69 （ 686 ） 2767-2774 2003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

沿道局所汚染における走行自動車による排出ガス汚染メカニズム解明のため，従来にない小型軽量の車載型沿道局所汚染解析システムを開発した。本システムは，GPSによる車両位置，VTRによる道路インフラおよび交通状況，車両挙動および0.5秒ごとの瞬時NOx排出量を計測可能である。本システムを小型貨物自動車に取付け，シャシーダイナモ上で排出ガス試験を行い，排気経路におけるO2濃度およびNOx濃度センサーの適切な取付け位置関係を検討した。次にシャシーダイナモ上にて定容量希釈排出ガスサンプリング装置および本システムによる定常および過渡排出ガス測定を行い，NOx排出量の精度を検証した。検討結果に基づくセンサー位置で，走行試験を行い，路上における小型貨物自動車からのNOx排出量計測が可能であることを実証した。

予混合圧縮自己着火機関におけるMethane/n-Butane混合燃料の燃焼実験および素反応数値計算

田大秀，石井和明，飯田訓正

自動車技術会論文集（(社)自動車技術会） 34 （ 10 ） 69-74 2003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

天然ガス13は，Methaneを主成分とし Ethane，Propane，Butaneの混合燃料である。本研究は，予混合圧縮自己着火（HCCI）エンジンにおいての天然ガス13A中の高級炭化水素の成分が着火・燃焼に及ぼす影響を明らかにするために，Methaneにn-Butaneを混合したときのHCCI燃焼特性に及ぼす影響を調査した。HCCI機関に供給する燃料のMethane/n-Butane混合割合を0％から100％まで変化させ，着火時期，燃焼期間，中間生成物の挙動，燃焼の完結性に及ぼす影響を燃焼実験および素反応数値計算により検証した．すべての条件において投入熱量を一定に設定して比較した．

予混合圧縮自己着火機関の燃焼機構解析

飯田訓正，山崎由大

日本機械学会　研究協力部会RC189　ディーゼル機関のゼロエミッション化と低燃費のための燃焼と排気制御に関する研究分科会　研究成果報告書（最終）（(社)日本機械学会）（ 2.1 ） 45-50 2003年06月

研究論文（その他学術会議資料等）, 共著

予混合圧縮自己着火機関の着火および燃焼は燃料の化学反応過程に大きく依存しており，その制御には化学反応機構の把握が必要である．従来の予混合圧縮自己着火機関に関する研究では当量比，吸気温度，機関回転速度，EGR率，圧縮比，加給圧力が着火・燃焼に与える影響が明らかにされている．これらの研究で主に解析される，燃焼室内圧力履歴，温度履歴，熱発生率履歴等は，各素反応過程で生じる熱発生を積算したものであり，詳細な化学反応過程を解析，評価するには不十分である．化学反応過程の解析には素反応過程を考慮した数値計算が行われているが，計算結果の検証には実機内での化学反応過程に立ち入った結果が必要となり，素反応計算での化学種濃度履歴とLIFによる化学種濃度履歴の比較・検証等の試みも行われている．
着火および燃焼時の化学反応の進行状況を実験的に理解する上で，化学発光を計測することは重要である．そこで，本研究では予混合圧縮自己着火機関の着火・燃焼過程の化学反応機構の解明，素反応数値計算結果との比較検証を行える結果の取得を目的に，まず素反応数値計算に発光モデルを組み込み発光強度履歴の予測を試みた．次に４ストローク単機筒可視化エンジンにジメチルエーテル（DME）空気予混合気を投入し，圧縮自己着火燃焼過程での化学発光の強度履歴を計測し，計算結果との比較を行った．また予混合気中の燃料濃度の不均質性が圧縮自己着火燃焼に及ぼす影響を二次元発光画像の計測により調査した．

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