高効率水素エンジン・エンジントライボロジー研究センター（HEET: Research Center for High Efficiency Hydrogen Engine/ Engine Tribology ）
KEYWORD
- 内燃機関
- 燃料
- 水素
- e-fuel
- 燃焼
- 熱効率
- 冷却損失
- 摩擦損失
- エミッション
- コーティング
- DLC
- 摩擦
- 摩耗
- 摩擦発電
- 粒子法
- SPH
- ●カーボンニュートラルに向けた高効率水素エンジンの研究/摩擦損失･熱損失の低減研究
- エンジンの熱効率向上とゼロエミッション化に取り組んでいます。水素エンジンでは独自の直噴燃焼方式による高熱効率化と低NOx化の研究、水素やアンモニア及び合成燃料等を視野に入れた熱損失低減、摩擦・摩耗・潤滑ではピストン・クランク軸受などの摩擦低減、及びオイル消費(LOC、LOE)の低減研究や解析モデルの構築を進めています。エンジンや機械要素部品の計測技術では世界トップクラスの研究力を有しており、国内外との産学共同研究を数多く手掛けています。
- ●高度な実験解析研究力で次世代ゼロエミッションエンジン研究開発に貢献
- 本学が基本設計・開発した浮動ライナー式ピストン摩擦計測エンジンや薄膜技術を応用した瞬時熱流束計測システムは多くの企業に導入されています。薄膜センサ技術はトライボロジー分野でも高精度解析モデルの検証用としてエンジン以外の技術産業でも導入が進み、次世代のエンジン開発や新しい産業機器開発 / 研究のコアテクノロジーとなっています。
- ●2050へ向けたカーボンフリー/カーボンニュートラルパワーソースの研究拠点へ
- 近年、課題となっている既存エンジンの熱効率向上研究だけでなく、持続可能な社会の実現に向けた水素エンジン、合成燃料やアンモニア燃料も視野にいれた次世代エンジンで求められる研究の拠点として産学官連携の研究を推進しています。
また、内燃機関のみならず、先進のトライボロジー研究として、すべり軸受の潤滑状態をモニタリングするための自己発電型摩擦発電センサーの開発や、三次元形状の機械要素部品の高耐久性を実現するためのDLC膜の三次元プラズマ成膜の研究、大気中において安定した超潤滑性を発現できる摩擦界面の創生に関する研究、油潤滑環境下において超低摩擦を達成するための超撥液性すべり軸受の開発などの研究にも積極的に取り組んでいます。
研究スタッフ
研究項目
水素燃焼研究関係
- ●高効率ゼロエミッション水素エンジンの熱効率向上とNOx低減研究
- ●筒内直接噴射水素エンジンにおける低圧噴射と燃焼技術の要素研究
- ●内燃機関用水素噴射弁に関する研究
- ●建設機械向け水素エンジンの熱効率向上及び環境性能の向上及び技術課題の検討の研究
- ●直噴水素エンジンの噴射特性と燃焼室形状が筒内気柱振動とブローバイガス中の水素濃度への影響
- ●水素エンジンの燃焼ガス及びブローバイからの凝縮水が潤滑油及び摩擦・摩耗に与える影響
熱損失・冷却損失の低減研究関係
- ●遮熱構造を持つ燃焼室の燃焼及び冷却損失低減の研究
- ●瞬時熱流束を計測するフルフィルム型多点温度センサ及び高筒内圧対応熱流束センサの開発
潤滑油剤の消費・希釈・次世代の潤滑剤研究関係
- ●ポスト噴射による燃料とオイル挙動のフォトクロミズム法による可視化と予測モデル構築
- ●オイル消費機構の解明のためのフォトクロミズム法による油膜可視化と解析モデル構築・検証
- ●歯車ユニットを対象とした糖アルコール環境対応潤滑剤によるトライボロジーの研究
- ●ナノバブル(ウルトラファインバブル)による内燃機関や機械摺動部の摩擦損失低減とメカニズム解明の研究
摩擦・摩耗・焼付きの計測装置関係
- ●エンジン軸受試験機による摩擦・摩耗・焼付き特性に関する基礎研究
- ●浮動ライナーエンジンによるエンジン実働中の瞬時摩擦力計測法の開発
表面コーティング・薄膜センサ
- ●ダイヤモンドライクカーボン(DLC)コーティングによる超低摩擦表面の研究
- ●發油特性を持つ表面が滑り軸受の摩擦低減に与える効果の実証研究
- ●薄膜圧力・温度・ひずみ・距離センサによる機械要素摺動部の物理量の計測手法開発
解析モデル
- ●SPH法に基づく境界潤滑摩擦の反応モデルについて
- ●摩耗、発熱、塑性を考慮したせん断摩擦に関するSPHシミュレーション
研究・開発における本学所有の特徴的な実験・製作機器
- ●過濃混合気塊水素燃焼、研究用直接噴射式エンジン、水素噴霧燃焼可視化エンジン、高圧水素噴射弁⇒高効率、ゼロエミッション水素内燃機関の燃焼研究
- ●予混合式水素エンジン、水素エンジンの強制冷却システム⇒水素燃焼による凝縮水の影響調査
- ●ピストン系摩擦力計測用 浮動ライナーエンジン
- ●エンジン軸受試験機(国際標準ISO指定の評価装置)
- ●ピストンーシリンダー間の油膜挙動可視化用サファイア製シリンダーライナーエンジン
- ●油中摩耗紛観察装置
- ●特殊回転機構付き、スパッタリング装置⇒薄膜センサ・薄膜熱電対・フルフィルム型熱流束センサ製作
- ●PBII（プラズマイオン注入法成膜装置）⇒超發液表面の製作用
水素燃焼による凝縮水と添加剤成分劣化の研究用エンジン及び実験結果の例
直接噴射式水素エンジン
高圧水素噴射弁
超低NOx、50%超熱効率の
過濃混合気塊水素燃焼コンセプト
水素燃焼による潤滑油水分の増加
薄膜圧力センサ/薄膜型フルフィルム瞬時熱流束センサ
フルフィルム型熱流束センサ
燃焼室用薄膜熱流束センサ
(φ3mm、長さ8mm)
多軸型薄膜熱流束センサ
多気筒エンジン対応用データロガー
浮動ライナーエンジン/エンジン軸受試験機
ピストン摩擦力測定用
浮動ライナーエンジン
単気筒のバイフューエル(ディーゼル/水素)
エンジン
エンジン軸受試験機
薄膜センサ(しゅう動面用)
歯車歯面用薄膜圧力センサ
(厚さ0.2µm)
歯車歯面用薄膜圧力センサ 応用例
プラズマ表面改質/コーティングによる機能性固体表面の創生
超撥液表面の創生
超潤滑表面の創生
三次元コーティング
摩擦発電センサの開発