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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Development of cold start premixed compression ignition ammonia combustion engine for zero emission

Research Project

Project/Area Number 19K04244
Research InstitutionSophia University

Principal Investigator

一柳 満久  上智大学, 理工学部, 教授 (00584252)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 鈴木 隆  上智大学, 理工学部, 教授 (20206494)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords熱工学 / 熱機関 / アンモニア燃焼 / ゼロエミッション
Outline of Annual Research Achievements

低炭素社会の実現に向けて,水素キャリアでのアンモニア(NH3)利用は実用間近だが,NH3を燃料とした自動車用エンジンの実現には至っていない.主たる要因は,NH3は従来の燃料と比較して保炎範囲が狭く燃焼速度が遅いこと,発火点が高く難着火性であることが挙げられる.NH3を燃料としたエンジンを実現するためには,燃焼方式として副燃焼室付きの予混合圧縮自着火を採用し,冷間始動が可能な燃焼室設計及び定常運転試験による適切な燃焼条件の導出が必要である.本研究では,3次元CFD解析及び定容燃焼器実験を用いて主及び副燃焼室設計を行い,定常運転試験にて燃焼条件を最適化し,カーボンニュートラル社会に向けたNH3燃料エンジンを開発することを目的としている.

この目的を実現するため,①3次元CFD解析及び定容燃焼器実験に基づいた燃焼室の設計,②定容燃焼器実験によるNH3着火条件の検証及び燃焼状態の計測,③主及び副燃焼室を作製し,NH3-ガソリン-空気の混焼エンジンの温間始動および定常運転試験,④予熱器を併用し,冷間始動および定常運転試験を行った.

2022年度の研究成果は2点ある.1点目は,定容燃焼器実験にて,NH3の燃焼条件を検討した点である.当量比ごとの平均火炎伝播速度およびオリフィス部(副燃焼室と主燃焼室を連結する部分)での平均噴射速度を検討した結果,オリフィス部からの平均噴出速度の上昇に伴い,主燃焼室での平均火炎伝播速度が増加し,燃焼期間が短くなることが示唆された.2点目は,実機エンジンにて,NH3-ガソリン-空気の混焼実験を行った点である.NH3とガソリンの混合割合を検討した結果,当該実験条件下では,NH3比率66%まで安定燃焼することがわかった.一方,吸気温度を増加させると,NH3比率を高められるものの,燃焼期間が長くなり,燃焼効率および図示熱効率は著しく低下することがわかった.

  • Research Products

    (6 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Effect of Equivalence Ratio and Mixing Time on Combustion of Ammonia/Oxygen/Argon Mixture Using a Constant Volume Combustion Chamber with Sub-chamber2023

    • Author(s)
      Bin Guo, Mitsuhisa Ichiyanagi, Takuma Ohashi, Qinyue Zheng, Takashi Suzuki
    • Journal Title

      Journal of Mechanical Science and Technology

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Supercharging Effects and Combustion Performance Characteristics of an Ammonia-Gasoline Engine with Glow Plug and Sub-chamber2023

    • Author(s)
      Dyg Farah Aidha Binti Awg Idrus, Hikaru Yamamoto, Bin Guo, Qinyue Zheng, Narumi Aratake, Masashi Kodaka, Hikaru Shiraishi, Takanobu Okada, Mitsuhisa Ichiyanagi, Takashi Suzuki
    • Organizer
      International Conference of Automotive Technology for Young Engineers 2022-2023
  • [Presentation] 副室付き定容燃焼器における当量比及び副室噴口径がアンモニア/酸素/アルゴン混合気の燃焼に与える影響2023

    • Author(s)
      大橋拓真, カクヒン, テイシンエツ, 山王聖仁, 一柳満久, 鈴木隆
    • Organizer
      2022年度自動車技術会関東支部学術研究講演会
  • [Presentation] Influence of Gas Ejected from Sub-chamber on Combustion of Ammonia/Oxygen/Argon Mixture Using a Constant Volume Combustor2022

    • Author(s)
      Bin Guo, Qinyue Zheng, Keita Aihara, Takuma Ohashi, Mitsuhisa Ichiyanagi, Takashi Suzuki
    • Organizer
      The 10th International Conference on Modeling and Diagnostics for Advanced Engine Systems
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental Analysis of Co-combustion SI Engine with Gasoline/Ammonia/Air under Higher Intake Air Temperature Condition2022

    • Author(s)
      Qinyue Zheng, Bin Guo, Kento Kajiki, Narumi Aratake, Masashi Kodaka, Mitsuhisa Ichiyanagi, Takashi Suzuki
    • Organizer
      The 10th International Conference on Modeling and Diagnostics for Advanced Engine Systems
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 上智大学理工学部機能創造理工学科 一柳満久

    • URL

      https://researchmap.jp/ichiyanagi

URL: 

Published: 2023-12-25  

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