15始動（火花点火）とHCCI運転の切替え
１． HCCI 燃焼技術の開発
Ⅲ．２．1 HCCI燃焼技術の開発
4 単気筒エンジン等に
よる燃焼研究
多気筒エンジンによる 評価研究
排ガス対策の 調査・評価 エンジンシステム評価
■排ガス触媒評価装置の 設計・製作
・試作触媒の評価
・触媒の選定
■排ガス触媒シス1テムの 設計製作
・多気筒エンジン搭載用 触媒システムの製作
20ｋＷ級のガスエンジン高効率化(ＨＣＣＩ）
・エンジン効率 ： ３５％(ＬＨＶ）以上
・ＮＯx排出量 ： １５０ppm以下(O2＝０％換算）
〔H16年度〕
マイルストーン または成果物
■エンジンシステム装置の 設計・製作
■耐久試験用システムの 設計
■単気筒機関試作機の 設計・製作・評価
・燃焼成立条件の把握
（ＨＣＣＩ基本データの収集）
・混合･供給技術の開発
（燃料供給方法の確定）
■燃焼確認試験装置の設 計・製作・評価
・燃焼制御技術開発
（性能向上のため要素試 験、及びシミュレーション）
・過給技術開発
（単気筒エンジンの過給試 験データより多気筒用過給 機の設計・製作）
■動力制御(高精度実験）シ ステムの設計製作
■多気筒機関試作機の 設計、製作
・単気筒エンジン試験データ をベースとた多気筒エンジ ンでの基礎試験
■混合制御装置の製作
各年度の開発工程と目標と予算
■第１次自然吸気による 性能確認試験
■過給による性能確認 試験(過給機改良含む）
■第２次自然吸気による 性能確認試験
■耐久試験の実施
■耐久試験用システムの 設計（熱交換器等の装置 購入含む）
■排ガス触媒評価装置の 設計・製作
・第2次試作触媒の評価
・触媒の選定
20ｋＷ級のガスエンジン高効率化(ＨＣＣＩ）
・エンジン効率 ： ３８％(ＬＨＶ）以上
・ＮＯx排出量 ： １００ppm以下(O2＝０％換算）
〔H1７年度〕
燃焼制御技術開発 性能向上のため要素試験
及びシミュレーション
Ⅲ．２．1 HCCI燃焼技術の開発
3
5
単気筒エンジン試験の概要
P P
P
T T
サージタンク 空気流量計
動力計
エアフィルタ
クランク角度 センサ 燃焼解析装置 排ガス分析計
マスフローコントローラ
吸引空気 １３Ａ
排ガス
エンジン
ヒータ THC,CO,NOx
O2,CO2
基本運転条件 ピストン=フラット（ハイトップリング）
圧縮比=21
エンジン回転数=1900rpm 水温出口温度=85℃ スワール比=2.7 無過給
横型水冷単気筒 形式
ヤンマーNF170 メーカー型式
858cc 行程容積
102φ×105mm ボア×ストローク
供試エンジン 項目
【事業原簿17頁】
Ⅲ．２．1 HCCI燃焼技術の開発
6
圧縮比、ピストン形状の影響
20 22 24 26 28 0
100 200 300 400 500 600
25 30 35 40 45
圧縮比
CR
IMEPmax [kPa] ηemax ηimax [%]
IMEPmax
ηemax
Flat Piston（Hi-topring)
ηimax
Ne=1900rpm NA
Tin=130℃ 100℃ 70℃
0.8 0.9 1
0 100 200 300 400 500 600
25 30 35 40 45
開口比
d/D
IMEPmax [kPa] ηemax ηimax [%]
IMEPmax
ηemax ηimax
Ne=1900rpm NA Tin=150℃
・圧縮比の熱効率に対する感度が高く、最適値あり。
・開口比の熱効率の感度は低い。
【事業原簿20頁】
Ⅲ．２．1 HCCI燃焼技術の開発
7
ガス組成の影響
・吸気温、空気過剰率に対し、組成の影響は少なく熱量の影響あり。
・定格出力運転でガス組成にあわせ空気過剰率と吸気温±５℃の調整が必要。
吸気温度 空気過剰率
最大比出力 最大比出力
300 400 500
20 40 60 80 100 120
IMEPmax [kPa]
Tin [℃]
Ne=1900rpm Pin=101kPa CR=27.0 45MJ(Base)
44MJ(C3H8⇒-2mol) 44MJ(C2H6⇒-3mol) 44MJ(CH4⇒-5mol) 46MJ(C3H8⇒+2mol) 46MJ(C2H6⇒+3mol) 46MJ(CH4⇒+5mol) 45M(C4H10effect)
300 400 500
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
IMEPmax [kPa]
λ
Ne=1900rpm Pin=101kPa
CR=27.0
45MJ(Base) 44MJ(C3H8⇒-2mol) 44MJ(C2H6⇒-3mol) 44MJ(CH4⇒-5mol) 46MJ(C3H8⇒+2mol) 46MJ(C2H6⇒+3mol) 46MJ(CH4⇒+5mol) 45MJ(C4H10 effect)
【事業原簿33頁】
Ⅲ．２．1 HCCI燃焼技術の開発
8
3 4 5 6
0 10 20
θcb [deg]
Ne=1900rpm
CR=21 NA SR=2.7,Tin=150℃
SR=2.7,Tin=160℃
SR=2.7,Tin=170℃
SR=4.6,Tin=150℃
SR=4.6,Tin=160℃
SR=4.6,Tin=170℃
θig
θcb
g ATDC]
300 400 500
0 1
IMEP [kPa]
Flat Type Piston（Hi-topring) SR弱 SR強
燃焼促進
SR強が燃焼促進 SR弱が燃焼促進
スワールの影響
負荷レベルによりスワールが燃焼に与える影響が逆転
【事業原簿21頁】
Ⅲ．２．1 HCCI燃焼技術の開発
5
9
シミュレーション条件
計算期間
スワール比 初期温度 反応スキーム
4GPE98 B = 98mm S = 110mm CR = 17
初期圧力 空気比
GRI-Mech 3.0
437 K
（低負荷）
回転数
270 kPa 1.8 1800 rpm
1 , 4 IVC ～EVO
(-134～130deg.aTDC)
446 K
（高負荷）
低負荷： 燃焼温度 低 ⇒ 気筒内初期温度 低
高負荷： 高 ⇒ 高
低負荷： 燃焼温度 低 ⇒ 気筒内初期温度 低
高負荷： 高 ⇒ 高
【事業原簿21頁】
Ⅲ．２．1 HCCI燃焼技術の開発
10
反応計算による解析結果
0 2 4 6 8 10 12 14 16
低負荷 高負荷
燃焼期間θ10-90
SR=4.0
SR=1.0
①スワール弱+高負荷
②スワール強+高負荷
③スワール弱+低負荷
④スワール強+低負荷
③
④
②
①
Tin=446K Tin=437K
スワール強弱により燃焼に与える影響度合いが異なる ⇒ 計算が実験の傾向を再現
【事業原簿21頁】
Ⅲ．２．1 HCCI燃焼技術の開発
11
HCCI 過給技術の開発
Ⅲ．２．２．HCCI過給技術の開発
12 単気筒エンジン等に
よる燃焼研究
多気筒エンジンによる 評価研究
排ガス対策の 調査・評価 エンジンシステム評価
■排ガス触媒評価装置の 設計・製作
・試作触媒の評価
・触媒の選定
■排ガス触媒シス1テムの 設計製作
・多気筒エンジン搭載用 触媒システムの製作
20ｋＷ級のガスエンジン高効率化(ＨＣＣＩ）
・エンジン効率 ： ３５％(ＬＨＶ）以上
・ＮＯx排出量 ： １５０ppm以下(O2＝０％換算）
〔H16年度〕
マイルストーン または成果物
■エンジンシステム装置の 設計・製作
■耐久試験用システムの 設計
■単気筒機関試作機の 設計・製作・評価
・燃焼成立条件の把握
（ＨＣＣＩ基本データの収集）
・混合･供給技術の開発
（燃料供給方法の確定）
■燃焼確認試験装置の設 計・製作・評価
・燃焼制御技術開発
（性能向上のため要素試 験、及びシミュレーション）
・過給技術開発
（単気筒エンジンの過給試 験データより多気筒用過給 機の設計・製作）
■動力制御(高精度実験）シ ステムの設計製作
■多気筒機関試作機の 設計、製作
・単気筒エンジン試験データ をベースとた多気筒エンジ ンでの基礎試験
■混合制御装置の製作
各年度の開発工程と目標と予算
■第１次自然吸気による 性能確認試験
■過給による性能確認 試験(過給機改良含む）
■第２次自然吸気による 性能確認試験
■耐久試験の実施
■耐久試験用システムの 設計（熱交換器等の装置 購入含む）
■排ガス触媒評価装置の 設計・製作
・第2次試作触媒の評価
・触媒の選定
20ｋＷ級のガスエンジン高効率化(ＨＣＣＩ）
・エンジン効率 ： ３８％(ＬＨＶ）以上
・ＮＯx排出量 ： １００ppm以下(O2＝０％換算）
〔H1７年度〕
過給技術開発
（単気筒エンジンの過給試験データ より多気筒用過給機の設計・製作）
Ⅲ．２．２．HCCI過給技術の開発
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