sip革新的燃焼技術による「産産学学連携」と最新...

SIP革新的燃焼技術による「産産学学連携」と最新成果

2018年9月13日SIP燃焼 PD/トヨタ自動車(株) 杉山雅則

SIP燃焼研究責任者/慶應義塾大学飯田訓正JSTイノベーション拠点推進部嶋林ゆう子

SIP燃焼：SIP革新的燃焼技術

産学連携の種類とSIP燃焼の位置づけ

2

基礎研究

開発・実用化研究

大人数個人

産学連携

一企業↕

一ラボ COI

A-STEP

プロジェクト規模

研究フェーズ

CRESTさきがけ ERATO

産学連携

企業群↕

大学群

SIP燃焼

SIP燃焼は、「組織対組織」の産学連携に挑戦。苦労を乗り越え成功例に。

産学連携の混乱、対策・解決から発展へ

3

STEP 1 混乱期STEP 1 混乱期

STEP 2 対策・解決期STEP 2 対策・解決期

STEP 3 自発的な発展期STEP 3 自発的な発展期

対立・不信感・先入観・・・・

不快感が蔓延

初年度

２～３年目

２年目後半～

・強い想い：「プロジェクトを成功させる」

日々、コミュニケーション

真剣だからこその衝突全員で立ち向かう

苦情、相談、議論、対策・・・

問題克服するごとに関係が成長

この奇跡の火を消してはならない

（PD)

この奇跡の火を消してはならない

（PD)

・自発的な研究体制の見直し提案

・SIPで終わらせない活動を開始

（DB、学連合）

衝突

JSTのマネージメント機能の発揮

4

2. 知財戦略の立案（例：オリジナル知財方策（サブPD、JST知財部））2. 知財戦略の立案（例：オリジナル知財方策（サブPD、JST知財部））

3. 産産学学の橋渡し（例：衝突と先入観を氷解させる方策）3. 産産学学の橋渡し（例：衝突と先入観を氷解させる方策）

大規模ソフト：見過ごされがちな貢献を認め合い、環流される独自のしくみを整備。SIP後も継承。

2015公開シンポ：産学トップの対談 2016：産学研究チームが対話 PDレター10通

草の根会合（PDと学の若手）企業見学も（トヨタ、日産、マツダ、ホンダ）

1. 運営体制の構築（例：プログラム会議の編成）1. 運営体制の構築（例：プログラム会議の編成）

産学

現/元企業エンジン研究開発学術（基礎燃焼、化学反応論、制御理論、表面化学・潤滑）

PD 杉山雅則（トヨタ）

ｻﾌﾞPD 古野志健男（SOKEN）

工藤俊治（元トヨタ）

長弘憲一（元ホンダ）

村中重夫（元日産）

越光男（東大名誉教授）

石塚悟（元広島大教授）

小林秀昭（東北大教授）

野波健蔵（千葉大名誉教授）

森誠之（岩手大名誉教授）

JSTJST PD 委員（学）

インセンティブ

成果活用持続＝win-win

講演者紹介

5

杉山雅則トヨタ自動車(株) 未来創生センターエグゼクティブアドバイザー

飯田訓正慶應義塾大学大学院理工学研究科特任教授

http://sip.st.keio.ac.jp/

1980年慶應義塾大学大学院博士課程修了，工学博士。同年同大学理工学部機械工学科の助手に任用，85年同専任講師，90年同助教授。この間，米国ウィスコンシン大学訪問教授，(財)神奈川科学技術アカデミー第２研究室室長などを兼任，97年システムデザイン工学科，理工学研究科総合デザイン工学専攻・教授、16年現職。

1984年トヨタ自動車入社。2002年V6エンジン開発責任者、03年エンジン開発業務改革推進責任者、07年エンジンプロジェクト推進部長、13年常務理事・エンジン技術領域長、16年常務理事・パワートレーン先行技術領域長、17年常務理事・パワートレーンカンパニー先行技術開発担当東富士研究所所長、18年現職。

SIP革新的燃焼技術プログラムディレクター（PD）研究責任者（ガソリン燃焼チーム）

開発委託（量産技術の一部）（日自動車ﾒｰｶｰ→ 欧技術コンサル）

類似の開発受託（欧自動車ﾒｰｶｰ → 欧技術コンサル）

研究委託（日自動車ﾒｰｶｰ→ 欧技術コンサル）

「日本の産学の力を結集して、サイエンスからの新技術で新局面を拓き、屋台骨の製造業を持続的に発展させねば」という共通の危機感。

止まらない、欧州へのお金と技術の流出

自動

車企

業の

海外

への

委託

研究

費の

比率

（％

）

2010 2011 2012 2013

背景１：自動車産業で高まる産学連携の必要性

6SIP革新的燃焼技術推進委員会（2015年6月17日）におけるAICE資料を改編

高度な科学と複雑な技術が絡む、熱マネージメントを事例とする

￥

￥欧州コンサルに欧州コンサルに

技術蓄積

欧州コンサルに欧州コンサルに技術蓄積

増える海外への研究委託

欧州コンサルに欧州コンサルに技術蓄積

背景2：日欧の自動車企業の開発スタイルの違い

7

競争企業：

開発の負荷大、技術の遅れ人材育成の負荷大

大学：実用工学離れ、人材の枯渇

競争協調

• 産学連携• 技術創出と人材育成の両立

産学コンソーシアム群

•FVV（Research Association for Combustion Engines eV）

•アーヘン工科大学•カールスルーエ工科大学など

SIP革新的燃焼技術推進委員会（2015年6月17日）におけるAICE資料を改編

欧州は、組織規模の産学連携によって、研究と人材育成の両方で、日本を引き離しつつあった。

AICE（自動車用内燃機関技術研究組合）とは

8

The Research Association of Automotive Internal Combustion Engines

2014年4月設立現在、自動車会社９社と２団体

日本の内燃機関における産学連携の状態(SIP前）

9

学

基礎工学

応用工学

実用工学

商品開発

企業

大学

産

大学

大学大学

大学

大学

大学

細分化された領域での高度な基礎研究

自動車の電動化は進む。しかし、全体で見ると2040年でも内燃機関は主力。内燃機関の高効率化は、産業競争力強化と温暖化対策に大きなインパクト。

世界将来予測：自動車保有台数の構成

10

0

500

1000

1500

2000

2500

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060

自動

車台

数（

百万

台）

ガソリンエンジンディーゼルエンジン天然ガスエンジンハイブリッドプラグインハイブリッド電気燃料電池

95% 89%

内燃機関搭載

73%

83% 64%23%

内燃機関のみ

平均気温上昇の▲２℃達成のシナリオ

各国政府の新政策を反映させると、2030年までに、世界の電気自動車の保有数は純増

電気自動車_乗用車ﾌﾟﾗｸﾞｲﾝﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ_乗用車ﾌﾟﾗｸﾞｲﾝﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ_商用車電気自動車_商用車

ﾌﾟﾗｸﾞｲﾝﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ_ﾊﾞｽ電気自動車_ﾊﾞｽﾌﾟﾗｸﾞｲﾝﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ_ﾄﾗｯｸ電気自動車_ﾄﾗｯｸ

しかし

出典： ‘International Energy Agency (2018) , Global EV Outlook 2018、また以下データを用いてJSTで作成, 'International Energy Agency (2017), Energy Technology Perspectives 2017, OECD/IEA, Paris'

産⇒学：産の共通ニーズを提示学⇒産：基礎的知見の提供学⇔産：持続的な人材・ニーズ・シーズの行き来

アウトプット目標①最大熱効率を50％

アウトプット目標①最大熱効率を50％

アウトプット目標②持続的な産産学学連携の構築

アウトプット目標②持続的な産産学学連携の構築

アウトカム目標②産学連携のモデルケースとして展開し産業競争力強化に貢献

アウトカム目標②産学連携のモデルケースとして展開し産業競争力強化に貢献

アウトカム目標①• 長期ｴﾈﾙｷﾞｰ需給見通しの実現に貢献

（原油換算1039万kL/年の省エネ）• 温室効果ガス削減目標に貢献

アウトカム目標①• 長期ｴﾈﾙｷﾞｰ需給見通しの実現に貢献

（原油換算1039万kL/年の省エネ）• 温室効果ガス削減目標に貢献

SIP革新的燃焼技術の全体目標

11

SIP革新的燃焼技術の研究実施体制

12人数は延べ数・およそ。SIPは2018年5月時点

79大学、780名

自動車9社、100名

東京工業大学東京都市大学東京農工大学明治大学

東京大学

北海道大学

九州大学山口大学

香川大学徳島大学

岡山大学

京都大学

福井大学

大阪大学大阪工業大学大阪府立大学同志社大学

名古屋工業大学名古屋大学名城大学

慶應義塾大学

広島大学

長崎大学

鳥取大学

早稲田大学滋賀県立大学宇都宮大学

熊本大学

大分大学

群馬大学

横浜国立大学

小野測器（オープンラボ）

堀場製作所（オープンラボ）

赤字は実機ベースの研究開発拠点

千葉大学

上智大学日本大学

東京理科大学産業技術総合研究所

茨城大学宇宙航空研究開発機構

海上・港湾・航空技術研究所東海大学

損失低減チーム早大ラボ損失低減チーム早大ラボ

ディーゼル燃焼チーム京都エンジン実験センター

ディーゼル燃焼チーム京都エンジン実験センター

堀場製作所本社・工場内

SIP革新的燃焼技術の拠点型・オールジャパンの研究体制

13

ガソリン燃焼チームSIPエンジンラボガソリン燃焼チームSIPエンジンラボ

小野測器横浜ﾃｸﾆｶﾙｾﾝﾀｰ内

制御チーム東大ラボ制御チーム東大ラボ

地図はSIP燃焼への参画機関があるエリアを中心に表示

実機試験ができる4拠点を整備、フル稼働。施設提供2社は、SIP後も協力予定。

東北大学

（堀場は改装工事も負担）

2014 2015 2016 2017 2018

43.0 43.1

38.5

40.8

燃焼技術による

損失低減技術による

44.4

46.4

48.6（達成済）

ディーゼルエンジンガソリンエンジン

47.2

熱効率の達成状況

14

48.6（2018.9時点の最新値）

（1.4不足）

最終目標50

最終目標50

年度2014 2015 2016 2017 2018

年度

最新成果を本日ご紹介

チーム横断で鋭意研究中

SIP, “Innovative Combustion Technology”

15

15

革新的燃焼技術によって，ガソリンエンジンの熱効率を50％まで飛躍的に向上させる

出展：1 内燃機関古濱庄一著東京電機大学出版局2 トヨタ自動車75年史3 自動車ｴﾝｼﾞﾝ工学村山・常本著東京電機大学出版局4 内燃機関の歴史富塚清著三栄書房

最高

熱効

率(%

)

年

30

35

40

45

2000 2050195019001850

50

10

15

20

25

0

5

内燃機関の創世記(各種内燃機関)

HV用エンジン

革新技術投入ｵｯﾄｰのｶﾞｽｴﾝｼﾞﾝ※1

1.0Lｶﾞｿﾘﾝｴﾝｼﾞﾝ※2

自動車の普及期

目標値

15ガソリンエンジン熱効率の歴史と目標


16

16

比熱比の増加

冷却損失の低減

スーパーリーンバーンで目指す運転条件;

・超希薄（l ＝2.0）

・高流動・高乱流（ u = 20～50 m/s, u’ = 5 m/s ）・高EGR （EGR ratio = 20 %）

100

80

60

40

20

0

熱収

支(%

)

排気損失

従来燃焼

冷却損失

熱効率

スーパーリーンバーン従来燃焼（ストイキ）スーパーリーンバーン

2,600K 2,000K

これまでにないスーパーリーンバーンによる低温燃焼の実現から，エネルギーロス（冷却損失）を低減し，熱効率を向上

50%

タンブル流動

強力点火装置

スーパーリーンバーンによる低温燃焼の実現

-25%


17

17

低温燃焼実現に向けたガソリン燃焼チームの研究構成

損失低減チームとの研究連携で2018年9月現在、48.6%を達成


18

18

サイエンスとテクノロジーを繋ぐチーム内編成

(25)産総研

熱効率50%

火炎核成長基本モデル(1)東京大

高流動場での放電＆着火モデル化 (3)岡山大

高流動・高乱れ場でのスーパーリーンバーン実現

着火機構の解明→ 高性能点火装置

静止場

高流動場

層流燃焼速度計測(6)九州大

(7)大阪府立大

(5)山口大

高流動場での火炎構造の解明と燃焼のモデル化(6)九州大

共通燃料＆サロゲート燃料設定 (21)東京大

(6)九州大

火炎伝播機構の解明→火炎伝播促進手法実現

DNS活用(着火・火炎伝播・冷却損失のメカニズム解明)(4)東工大

(8)徳島大

熱流束計測の基盤確立：センサ（薄膜、ワイヤレス、金属基板） (12)都市大 (13)東京大 (14)明治大

冷却損失の低減

境界層の解明→ VG 構造

高流動場での冷却損失のモデル化(10)東工大

境界層での冷却損失の解析(L)慶応大

(11)農工大

(11)農工大

ノッキングの抑制

反応時間の計測＆反応機構の解明(17)東北大 (18)茨城大 (19)上智大

素反応モデル構築詳細版＆簡略化

(21)東京大 (22)大工大(23)福井大

シミュレーション活用によるノック解明とモデル化(20)北大（東大から異動）

ノック(圧力振動)メカニズム解明(16)日本大

損失低減チーム：摩擦損失低減、排熱回収、ターボ効率向上

自着火機構、圧力振動機構の解明→ノック抑制の実現

制御チーム : HINOCA竹モデル構築

燃焼変動解析(9)千葉大

エンジンの流動解析

高流動場での放電＆着火メカニズム解明

(2)日本大 (1)東京大

誘電体プラズマ

壁関数モデル(26)大阪府立大

(8)徳島大

(6)九州大 (25)産総研

(27)九州大

(28)名工大

(29)慶応大


19

19

単気筒メタルエンジン

単気筒可視化エンジン

PIVシステム

OH-LIFシステムコントロール

ルーム

単気筒可視化エンジン

PIVシステム

単気筒メタルエンジン

OH-LIF システム

コントロールルーム

慶応大学SIPエンジンラボ（小野測器横浜テクニカルセンター内）


20

20

・（課題）学のサイエンスに基づくアイデアを着実に遂行

36

38

40

42

44

46

48

50

52

2014 2015 2016 2017 2018目標結果基準目標結果目標 9月

2015,16年度：目標達成

熱電素子

過給機の効率向上

ガソリン燃焼チーム

SIP開始時の基準効率

損失低減チーム

正味

熱効

率（％

）

結果

2017年度の目標達成

2016年度に確立した・スーパーリーンバーン技術＋エンジン仕様の最適化

・ロングストローク S/B=1.7)・高圧縮比=15

摩擦損失低減

44.443.0

38.5

50.1%

目標

熱効率の目標達成状況

47.248.6

損失低減チームとの研究連携で2018年9月現在48.6%を達成

最終年度はクラスター提案のサイエンスに基づく新規アイデアで充足

1. スーパリーンバーンの進化スーパー点火装置+傘型電極（慶大）非平衡プラズマ放電（東北大）⇒ λ2.2～2.4に拡大低温燃焼+高速燃焼

2.高圧筒内水噴射（東工大）

⇒ 冷損低減・ノック抑制

3.冷炎直前の摂動スパイク印加（広島大）⇒ ノック抑制

4.燃料研究（燃料ノック班）⇒ ノック抑制・燃焼促進

その他⇒ ツインタンブル成層化（千葉大）

誘電体バリア放電（産総研）超微細乱流促進体（農工大）


21

21

スーパーリーンバーンでは何が起こっているか

1. 超希薄な燃料/空気の予混合気を導入

・燃焼速度 SL 小・火炎帯厚さδ 大


22

22


1. 超希薄な燃料/空気の予混合気を導入・燃焼速度 SL 小・火炎帯厚さδ 大

2. 強いタンブル流動・u=20～30m/s


23

23


1. 超希薄な燃料/空気の予混合気を導入

・燃焼速度 SL 小・火炎帯厚さδ 大


3. ダンブル流の軌道を圧縮行程で崩壊、微細渦群を生成・スケール L 小・乱れ強さ u‘ 大


24

24



3. ダンブル流の軌道を圧縮行程で崩壊、微細渦群を生成・スケール L 小・乱れ強さ u‘ 大

4. 並行してスーパ点火装置の放電開始


25

25

-50deg

-45-40 -35

-30

-25deg CA


2. 強いタンブル流動

3. ダンブル流の軌道を圧縮行程で崩

壊、微細渦群を生成

・スケールＬ小・乱れ強さｕ‘ 大

4. 並行してスーパ点火装置の放電開始

5. 火炎核群を生成・燃焼室内に蓄積


26

26

-50deg-45-40-35 -30 -25deg CA


5. 火炎核群を生成・燃焼室内に蓄積

6. 圧縮上死点にて、タンブル流動および渦流が崩壊、圧縮により混合気の圧力・温度が上昇

⇒ 多数の火炎核が、同時に火炎伝播を開始

Ａエンジン圧縮行程における「Peters の乱流燃焼状態map」に関わる物理量（乱流特性vs火炎特性）の履歴

・タンブル流動 ⇒ 乱流スケール l (t), 乱れ強さu’(t)・温度(t), 圧力(t) ⇒ 層流火炎厚みδ(t), 層流燃焼速度SL(t)・これらの物理量から定まる ⇒ カルロビッツ数Ｋ(t)

今後の課題：流れ方向のサイクル毎のゆらぎ現象、およびＣＡ変動 ⇒ サイクル毎燃焼変動


27

27

100

101

102

100 101 102 103

Corrugated flamelets

Broken reaction zones

Integral length scale l / Flame thickness dTurb

ulen

t int

ensi

ty u

’ / L

amin

ar b

urni

ng v

eloc

ity S

LCH4/AirNe = 2000 rpm

Thin reaction zones1 < Ka < 100 f = 1.0

IVC

TDC

−10−20

−30−40

Ignition timing

CA10実機

f = 0.5

IVC

TDC

−10

−20−30−40

Ignition timing

CA10実機

理論混合比ストイキ（f = 1.0）

圧縮TDC付近にて、急激にKa低下

（層流燃焼速度増大、乱れ強度低下の影響）

点火から火炎核成長期間（CA10）

において、Ka＜1 の Corrugated

flamelets 領域に推移

スーパーリーン（f = 0.5）

リーン化に伴い、Ka増加

（層流燃焼速度低下、火炎帯厚さ拡大影響）

点火から火炎核成長期間において、

5＜Ka＜30となり、火炎伸張による消

炎作用が大きいThin reaction zones

領域を推移

消炎

安定火炎

希薄・乱流場での燃焼の学術的意味・体系

エンジンの複雑な現象を基礎試験で解明


28

28

可視化エンジンでの燃焼挙動（慶應大、SIPエンジンラボ＠小野測にて取得）

2000 rpm，λ= 1.8，IMEP = 400 kPa

1/12000 s/コマで撮影

スーパーリーンバーンの課題

課題：燃焼サイクルごとに正常/失火が起こる不安定性

従来の火炎伝播とは全く異なる、乱流燃焼形態の可能性


29

29

Strong ignition（10 coils）＋Strong Tumble flow up to 30m/s λ=2.0

800kPa

600kPa

放電インターバル0.2ms

針-針電極

試作電極（特許出願中）（サイクル間の流れ方向のゆらぎに対応）

050

100150200250300

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5Crank Angle θ [deg ATDC]Di

scha

rge

Curr

ent

I d [m

A]

0.2ms

050

100150200250300

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

Disc

harg

e Cu

rren

t I d

[mA]

Crank Angle θ [deg ATDC]

放電インターバル0ms

乱流場での不安定性と克服方策


30

30

1 1.5 2 2.50

10

20

30

40

50

60図

示熱

効率

η th

[%]

空気過剰率 [-]

2,000rpmIMEP=800kPa10coilsAdapter

Strong ignition（10 coils）＋Strong Tumble flow up to 30m/s λ=2.0

不安定性の克服による更なる高効率化の可能性

＠小野測器SIPエンジンラボ

従来エンジン

最終目標

試作電極 + Interval 0ms図示熱効率 ηth = 47.7%

試作電極 + Interval 0.2ms図示熱効率 ηth = 50.1%

050

100150200250300

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

Disc

harg

e Cu

rren

t I d

[mA]

Crank Angle θ [deg ATDC]

050

100150200250300

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5Crank Angle θ [deg ATDC]

Disc

harg

e Cu

rren

tI d

[mA]


31

31

Motoring， 2000 rpm，1サイクル中1deg毎の連続計測

可視化エンジンでの高速PIVによる流動計測

可視化エンジンでの高速PIVによる流動計測（慶應大・東工大、SIPエンジンラボ＠小野測にて取得）

PIV粒子画像背景光除去画像処理後


32

32

Motoring， 2000 rpm，1サイクル中1deg毎の連続計測

積分スケールサイズの空間フィルタによって、巨視的な流体挙動と乱流挙動を分離

エンジン筒内の流体・乱流挙動の解析


計測データ巨視的な流体挙動乱流挙動（積分スケール程度）

Ex In Ex In Ex In


33

33

Ex In

Motoring， 2000 rpmタンブル流渦中心位置の軌跡（92サイクル分）

= 1 × ⋅ ⋅ ( )∈

Nm : 測定面法線ベクトル

：xp→x の変位ベクトル

S : 検査領域

の最大となる位置をタンブル渦中心と決定

u(x) : x 位置における流速ベクトル

タンブル流渦中心位置の決定方法

xp

x

u(x)

タンブル流渦中心位置は圧縮行程で変動

筒内のタンブル流の渦中心位置の解析



34

34

Ex Inc

点火タイミング(-30deg.aTDC)での点火プラグ位置流速と筒内全域での流動との相関マップ

= ∑ − ̅ −∑ − ̅ ⋅ ∑ − /

データ B各クランク角度における流速値, ,

データ A点火タイミング(-30deg.aTDC)におけるプラグ位置水平方向成分 (cyc)

相関係数

相関関係を調査

点火時の点火プラグ位置での流動は圧縮行程前半の吸気バルブへの吹き戻し流と関係あり → その後，タンブル流へ

タンブル流動現象の解明と数式化



35

35

ガソリン燃焼チームの主な成果（まとめ）

強タンブル流動を付与したエンジン内流動を可視化（PIV）強タンブル流動を付与したエンジン内流動を可視化（PIV）

ｻｲｸﾙ変動：1ｻｲｸﾙ中に、流動方向が前後左右に大きく揺らぐ

ｻｲｸﾙ変動：1ｻｲｸﾙ中に、流動方向が前後左右に大きく揺らぐ

乱流ｽｹｰﾙ：点火ﾌﾟﾗｸﾞの放電Gap近傍のTaylor ﾏｲｸﾛｽｹｰﾙは0.8mm前後

乱流ｽｹｰﾙ：点火ﾌﾟﾗｸﾞの放電Gap近傍のTaylor ﾏｲｸﾛｽｹｰﾙは0.8mm前後

傘型接地電極点火プラグ傘型接地電極点火プラグ

ﾋﾟｽﾄﾝ頂面の速度境界層：乱流境界層まで発達しておらず、

層流境界層に近い

ﾋﾟｽﾄﾝ頂面の速度境界層：乱流境界層まで発達しておらず、

層流境界層に近い

熱損失モデル式熱損失モデル式

HINOCAHINOCA

ノッキング抑制技術ノッキング抑制技術

正味熱効率 50％正味熱効率 50％

燃料の化学反応機構

・ｻﾛｹﾞｰﾄ燃料の設計・詳細反応機構ﾓﾃﾞﾙ

の構築

燃料の化学反応機構

・ｻﾛｹﾞｰﾄ燃料の設計・詳細反応機構ﾓﾃﾞﾙ

の構築

HINOCAのサブモデル構築

理論混合比を外れても

高精度に予測可能

HINOCAのサブモデル構築

理論混合比を外れても

高精度に予測可能

スーパーリーンバーンの実現（安定した着火・燃焼、低温高速燃焼）

スーパーリーンバーンの実現（安定した着火・燃焼、低温高速燃焼）

世界初

～知の結集：サイエンスから創出されたエンジン・テクノロジー～

世界初

特許出願済

目標

解決手法

技術

～

サイエンス

～

計測

発見 ① 発見 ② 発見 ③ 構築

構築創出発明

計測

サイエンスの発展に貢献

乱流燃焼の基礎的知識の

体系化⇒ Petersの

乱流燃焼状態ダイアグラムの

発展

世界の燃焼基礎研究者に

提供（国内外

アクセス3万件）


36

36

産学連携の様子（１）個人の識別がつく（学生の顔が映っている）ものは、媒体への掲載をご遠慮ください。


37

37

産学連携の様子（2）個人の識別がつく（学生の顔が映っている）ものは、媒体への掲載をご遠慮ください。

37


38

38

実現したい姿実施項目アウトプット

燃焼のサイクル変動に関する困りごと：RANSではサイクル変動を予測できないので，試作

評価後開発が進んだ頃，課題として判明し，開発のやり直しなどが発生している．

・燃焼変動ﾒｶﾆｽﾞﾑの解析・予測技術の構築

λ=2.0以上での変動要因の感度とモデル化ωタンブルなど流動特性，λ，EGR分布

評価手法構築も重要で，サイクル毎のガス流動，混合気形成，火炎伝播，スパークのバラツキを必要な時間・空

間スケールで取得できる計測手法

ノックのサイクル変動に関する困りごと：ノックは統計的な現象でサイクル平均では反応計

算などして「この条件ではノックしない」予測なのに，実際には偶発的なノックが起こって実験結果は「この条件はノックする」となることを，うまく説明できない．プレイグも過給エンジンで大きな課題となっている．

・ノックのサイクル変動解析

λ=1.0での上記の火炎伝播，残留ガス濃度変動の感度リーン過給下での影響因子の感度およびモデル化

（HW設計と制御への展開を想定）

それらを評価する評価手法

実現したい姿テーマキーワード取り組み

着火性の向上燃料分子の相違と着火性の関係明確化

u, u', スケール容器試験：放電調査、LIF

P,T エンジン試験：放電調査、LIF層流燃焼、乱流燃焼、着火エネルギー LES, DNS

カルロビッツ数

火炎伝播限界の拡大燃料分子の相違と火炎伝播特性の関係明確化

u, u', スケール容器試験：放電調査、LIF

P,T エンジン試験：放電調査、LIF層流燃焼、乱流燃焼、火炎構造 LES, DNS

カルロビッツ数消炎

抽象的なニーズ・シーズの議論が

物理量で具体的に語るまでに深化

抽象的なニーズ・シーズの議論が

物理量で具体的に語るまでに深化

SIP前後の産学の議論の変化

SIP前

SIP


39

39

まとめ

1. 研究について• ガソリンエンジン研究では、大学が貢献できる領域はもうないと思い込んでいた。

しかし、SIPで究極の熱効率を目標にした研究に挑戦し、サイエンスの探求無しにブレークスルーできないことを実感。クラスタ大学に感謝。

• 世界のエンジン開発者が、ミニマムローカルの世界から飛び出すインパクトに！

• 研究拠点で、学の良さを引き出しあえる学学の研究ネットワークが構築。人材育成にも。小野測器に感謝。

2. 産産学学連携について• これほど大規模な共同体制で一つの課題に向かった例はない。

産学の第一線の研究者間で密な知識共有と連携が飛躍的に進んだ。AICEに感謝。

3. プロジェクト全体について• サイトビジットや年度途中の研究費追加など、きめ細かいマネージメント。PDに感謝。• 手続きの適切性と研究者の側に立った視点を両立させた研究支援。JSTに感謝。

管理法人としてJSTを選択したことが、SIP燃焼の成功に導いた！

SIP燃焼で得られた産産学学間での強力な連携体制を将来に渡っても維持したいと強く願っています

SIP燃焼で開発したモデル/ソフトウェアの例～熱効率向上と基盤技術の創出が両輪～

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ターボチャージャ

熱電発電

（早大、千葉大）

（京大、鳥取大、産総研、阪大、長崎大、広島大、滋賀県立大、同志社大）

（JAXA、早大他後ほど詳細紹介）

（東京理科大、早大）

燃焼の高度制御に不可欠な、幅広い現象のモデル・ソフトを創出。経験と勘を超えたサイエンス・物理ベースの、高度先進ものづくりの基盤を構築。

ターボチャージャ

熱電変換燃料の噴霧形成

燃焼シミュレータ HINOCA

ガソリン燃焼１D（点火・火炎伝播・冷損・ノック）

ピストン系摩擦、焼付・摩耗、ｵｲﾙ上がり

（都市大、九大、東北大、九大、東海大、福井大、名城大、京大、名大、香川大、東工大）

（千葉大、慶應大、東工大、東大、早大、阪工大、農工大、都市大、明治大、日大、徳大、岡山大、阪府大、九大、広大、福井大、北大）

ディーゼル

ガソリン

本日紹介

HINOCA（火神）動画

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SIP燃焼で、世界最先端の３Dエンジン燃焼シミュレーションソフトウェアができつつある。

リーダー：早稲田大、JAXA、海技研、北海道大、大阪大、広島大、東北大、大分大、慶應大、東工大、阪府大、九州大、名工大、岡山大、群馬大、東大、徳島大、福井大

火炎伝播冷却損失

ノッキングPM・微粒子生成

吸気・筒内流動・排気燃料噴射と混合気形成点火

４ｻｲｸﾙｴﾝｼﾞﾝの一連の現象渦構造圧力波

「産産学学」の力を結集させたHINOCA

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乱流（流動）モデル

壁モデル

壁面冷損モデル

噴霧液膜モデル

点火モデル

火炎伝播モデル

PM

モデル

ノックモデル

モデル/実験式・検証データ

サブモデル

流動プラットフォーム

慶應大、東工大、農工大、明治大、阪府大、九大、名工大、岡山大、群馬大、明治大、千葉大、横国大、日大、東大、山口大、徳大、広大、福井大、上智大、東北大、北大

検証各社提供のデータで検証

早稲田大、広大、海技研、北大、大阪大、東北大、大分大

AICE（ホンダ、トヨタ、いすゞ、マツダ、スバル等）

基礎物理（乱流、伝熱など）実験・計測

大学群と企業群AICEが成果授受することで、理論・実験・計算が一体になった、大規模・本格ソフトが実現。SIP後も、AICE中心に産学で研究継続。

流動流動

成果の授受

成果の授受

成果の授受

【実施機関】

航空宇宙分野でも活用・発展

学 ⇒ AICE ⇒各社

公表前の最新成果を4回/年、共有

論文・学会発表リスト

自動車各社内での報告会

報告書

産学の議論の場（公開/非公開）

SIP中から各社は競争的な目利き能力を発揮し、着実な成果活用に。

成果に対して高まる産の期待

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SIP成果の様々な展開方策

2017年時点。AICE内アンケートによる。９社延べ数。

①活用できそうな成果がみられる： 373件

②活用を検討したい成果がある： 163件

③活用成果がある（進める予定である）： 34件

AICEでの活用件数

多様な企業に公開

合計 570件

SIP革新的燃焼技術で実現した産産学学連携体制

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学

基礎工学

応用工学

実用工学

商品開発

産

クラスター

大学

大学

企業(AICE含む)

SIP燃焼

リーダー大学

研究拠点

HINOCAモデルベース開発

SIPのリーダー大学を核とした大規模なチーム型研究により、基礎研究から実用工学まで、広範囲の協調領域をカバーし、技術創出。

協調/競争領域を橋渡す

産学共通プラットフォーム

協調領域（理論、実験、計算）

バラバラだった産学が、SIPを求心力に一つになり、研究成果創出と人材育成に。「SIPの終わり＝“産産学学連携”の終わり」にさせない。新たな取組を開始。

SIP前

産

学

SIP

深い谷遠い距離

・実用面の情報充実

産AICE

学

新規参入

協調領域のニーズ

・ニーズに応じた基礎研究

SIP後

・学のチーム力・産の探求力・産学の人材育成

SIP前後で変化した産産学学の関係

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AICE

学

協調領域のニーズ

大きな成果を生み続ける

・実用面の情報不足

・各社が独自研究・合わせ込み中心

・出口なき基礎研究への偏重シーズ

SIPで実現

AICE設立に向けた変化

持続的な産学連携体制を構築

SIPを産学の連合体で引き継ぎ、共通プラットフォームを基盤に“産産学学連携”を発展させる。

産の連合体

学の連合体内燃機関産学官連携

コンソーシアム2017年設立事務局産総研

産学MBDツール

管理団体

学学連携

シーズ・研究提案・研究成果

研究費

ニーズ提示、人材

研究提案（産学共同）

研究費産産連携産産学学連携

SIP燃焼

MBD (Model Based Development) ：モデルベース開発

国内閣府経産省文科省

・・

HINOCA

モデルベース開発実機ベース開発

研究拠点

燃焼DBSIP後はAICEが維持管理負担

産学共通プラットフォーム SIPから継続

委託（ソフト管理など）

研究提案（産学共同）

研究費

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産学の人材育成への貢献

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ﾓﾁﾍﾞｰｼｮﾝ責任感がアップ

若手

産

ｼｰｽﾞ・ﾆｰｽﾞや違いを理解し合えた

スピード感を学んだ

スピード感を学んだ

顔の見える先輩に会えた SIP 参画者（学）

1年で 79大学・780名（2018年）5年累積 1,300人、うち約7割（940人）が学生

SIPによる変化（学の声全79ラボ）

・研究への意識変化約60ラボ・研究内容の発展約60ラボ・人的ﾈｯﾄﾜｰｸ約50ラボ・就職への影響約20ラボ・今後の課題約10ラボ

幅広い分野から、多数参画。若手の人材育成に貢献、誰もが成長。SIP後も、「産産学学」連携の経験が、各方面に広がっていくだろう。

参画大学の報告書記載意見に基づく

産学若手実験の様子（都市大）

学

知識が深まり研究が拡がった

学外・他分野の研究者からの

刺激・教育を受けた

学学・若手ネットワーク

進路

研究の質向上

ｲﾝﾀｰﾝｼｯﾌﾟ就職に繋がった

2018年5月時点、延べ数・およそ

2018年7月末時点ベンチャーを設立した若手も

まとめ

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1. SIP燃焼は、産学連携で先行する欧州への危機感を背景にスタート。

2. 当初はバラバラ。しかし、PD・産学・JSTの、「成功させる」という真剣な想いとチームワークで克服。本気を経験したからこその課題も認識し合えた（基礎・応用、教育のバランス）。【衝突ー理解ー優れた成果】のスパイラルへ。

3. その結果、「SIPで終わらせない」という意識の高まりに。① 学学連合（学の声）② HINOCA他の研究（AICEの研究費、JAXAの理解）③ 拠点（小野測・堀場の協力）④ DB（産学の議論、慶應大・産総研の協力）

SIP燃焼で、産産学学連携の一つの成功の姿を築くことができました。我々は、基礎研究の強さとチームワークという、日本独自の産学連携で進化し続けます。今回の取り組みが、他の実用工学の産学連携の参考になれば、幸いです。

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ご静聴ありがとうございました

お知らせ：最終シンポジウムを開催します。2019年1月28日（月）東京大学安田講堂にて

SIP燃焼の5年間の成果を発信します！

詳細決定しましたら、Webに掲載します。http://www.jst.go.jp/sip/k01.html皆様のお越しをお待ちしております。

印刷用補足（P10のアニメーションを補うものです）

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印刷用補足資料

sip革新的燃焼技術による 「産産学学連携」と最新...

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