2017年 理工学部 シラバス - 機械工学科
設置情報
| 科目名 | 内燃機関 | ||
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| 設置学科 | 機械工学科 | 学年 | 3年 |
| 担当者 | 飯島 晃良 | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 月曜2 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | F12N |
| クラス | |||
| 学科ポリシー | ディプロマ・ポリシー【DP】 カリキュラム・ポリシー【CP】 | ||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | 内燃機関は，自動車をはじめとして様々な動力源で広く利用されている．近年は，エネルギー・地球環境問題やグローバルな技術開発競争を背景とし，高効率化（低燃費化），排気のクリーン化，出力性能，高い信頼性を低コストで実現すること等が求められ，今なお進化の途中にある．本講義では，主に自動車用エンジンを題材に，その原理，基礎理論，性能向上法，高効率化手法，燃焼，排気，エネルギー・環境問題を踏まえた最新動向などを講義する．具体的な学習目標を以下に記す． ①内燃機関の熱力学的取り扱いを理解し，熱力学的な性能解析ができる。 ②内燃機関の作動原理と構造を理解し，説明できる。 ③内燃機関の出力・燃費・排ガス性能特性を，機械工学等の基礎理論に基づき理解し，それらの改善方法を説明できる。 ④ガソリン機関及びディーゼル機関の燃焼を理解し，主要な相違点とそれに伴う利点や課題を説明できる。 |
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| 授業形態及び 授業方法 |
板書を中心とした講義形式で行う．また，適宜学会等で発表されている内燃機関の最新の研究成果や技術，今後の研究が必要な未解決事項，世界的な研究開発動向などを紹介する． |
| 履修条件 | 熱力学Ⅰの単位を修得していること． 熱力学Ⅱの単位を修得していることが望ましい． |
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準備学習（予習・ 復習等）の内容 |
①事前の準備 熱力学Ⅰの理想気体の状態変化，熱力学Ⅱのガスサイクル，特にオットーサイクル，ディーゼルサイクル，サバテサイクルを理解していること．また，熱力学Ⅲの燃焼を理解していることが望ましい．その他，各自エンジンの仕組みを調べ，動作をイメージしておくことが望ましい. ②復習について 内燃機関には，多くの専門用語が存在する．それらの専門用語の意味や内容をよく復習し，理解することが必要である．また，内燃機関の動作・燃焼・排気・伝熱などは，複合した現象を論ずることが多いので，それらをよくイメージできるようにする必要がある． ③予習について シラバスに基づき，次の講義の項目について，予め参考書等を読んで内容を把握し，疑問点を明確にしてから講義に臨むこと． |
授業計画
| 第1回 | 内燃機関の基本・定義・原理 【キーワード】熱機関，内燃機関と外燃機関，容積型と速度型，ガソリン機関とディーゼル機関，4ストローク機関と2ストローク機関，ロータリーエンジン |
|---|---|
| 第2回 | 内燃機関の性能の表し方と計算法（その1） 【キーワード】トルク，出力，平均有効圧力，図示仕事と正味仕事，熱効率と燃料消費率 |
| 第3回 | 内燃機関の性能の表し方と計算法（その2） 【キーワード】理論サイクル，指圧線図と熱力学的解析，充填効率と体積効率 |
| 第4回 | ４ストローク機関（ガソリン機関とディーゼル機関） 【キーワード】ガソリン機関とディーゼル機関，燃料供給法，燃焼法 |
| 第5回 | 内燃機関の高出力化（その1） 【キーワード】出力の支配因子，体積効率・充填効率とその向上法 |
| 第6回 | 内燃機関の高出力化（その2） 【キーワード】エンジンの吸排気系，バルブタイミング，過給，出力の向上法 |
| 第7回 | 内燃機関の高効率化・低燃費化（その1） 【キーワード】熱効率への支配因子，内燃機関の諸損失，高圧縮比化とノッキング，希薄燃焼，排ガス再循環（EGR） |
| 第8回 | 内燃機関の高効率化・低燃費化（その2） 【キーワード】冷却損失，ポンピングロス，摩擦損失，高膨張比サイクル |
| 第9回 | 内燃機関の燃料 【キーワード】石油精製とガソリン・軽油，オクタン価とセタン価，炭化水素の種類と分子構造，代替燃料 |
| 第10回 | 燃焼の基礎 【キーワード】燃焼反応，空燃比・当量比・空気過剰率，予混合燃焼と拡散燃焼，火炎温度 |
| 第11回 | ガソリン機関の正常燃焼 【キーワード】点火過程，予混合火炎伝播，燃焼温度，ガス流動と乱流火炎伝播速度，希薄成層燃焼，筒内直噴エンジン |
| 第12回 | ガソリン機関の異常燃焼 【キーワード】ノッキング，低温酸化反応と自着火，燃料分子構造とオクタン価，運転状態の影響 |
| 第13回 | ディーゼル機関の燃焼 【キーワード】ディーゼル噴霧の着火・燃焼過程，セタン価，燃焼室形状の影響，高圧噴射（コモンレール），NOxとPM排出のトレードオフ |
| 第14回 | 内燃機関の排気のクリーン化 【キーワード】CO・HC・NO・PMの発生機構，燃焼による低減法（EGR，予混合化，過給），後処理による浄化法（三元触媒，NOx触媒，DPF），排ガス規制 |
| 第15回 | エンジンの最新トピックス紹介と 理解度確認演習 |
その他
| 教科書 |
教科書は特に指定せず，板書や配布資料で講義を進める．各自，理解を助けるために，自身に合った参考書を使うことを勧める（以下を参照）．
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| 参考書 |
村中重夫 編著 『新訂・自動車用ガソリンエンジン』 養賢堂 2011年 第１版
鈴木孝幸 『ディーゼルエンジンの徹底研究』 グランプリ出版 2012年 第1版
古濱庄一 『内燃機関』 東京電機大学出版局 2011年 第1版
村山正，常本秀幸 『自動車エンジン工学』 東京電機大学出版局 2009年 第2版
John B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill Education, 1989
石川 義和 『自動車用ガソリンエンジンの設計』 グランプリ出版 2015年
村瀬栄一 他 『革新的燃焼技術による高効率内燃機関開発最前線』 NTS 2015年
粟野 誠一 『内燃機関工学』 山海堂 1958年
長尾不二夫 『内燃機関講義 上巻 第3次改著』 養賢堂 1994年
C. F. Taylor 『The Internal Combustion Engine in Theory and Practice: Vol. 1 - 2nd Edition, Revised (Thermodynamics, Fluid Flow, Performance)』 The MIT Press 1985年
C. F. Taylor 『Internal Combustion Engine in Theory and Practice: Vol. 2 - 2nd Edition, Revised (Combustion, Fuels, Materials, Design) 』 The MIT Press 1985年
GP企画センター編 『増補二訂 自動車用語辞典』 グランプリ出版 2016年
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| 成績評価の方法 及び基準 |
目標①②③④に対して理解度確認演習100%によって達成度を評価し，100点満点に換算して60点以上を目標が達成されたものと評価する． |
| 質問への対応 | オフィスアワーを含め，随時質問を受けつける． |
| 研究室又は 連絡先 |
駿河台校舎4号館428B室 03-3259-0739 iijima@mech.cst.nihon-u.ac.jp |
| オフィスアワー |
月曜 駿河台 12:10 ~ 13:20 4号館2階428B室
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| 学生への メッセージ |
内燃機関が誕生してから100年以上が経過し，この分野は成熟したように感じるかもしれない．しかし，内燃機関は誕生以来，出力向上，小型化，高効率化，クリーン化，信頼性，低コスト，低炭素化という社会からの厳しい要求を克服し，今なお進化している．内燃機関を通じて，これまでに学んできた機械工学の基礎科目を有機的に関連付け，応用する術を学ぶとともに，化学，環境，エネルギーなど，様々な分野への興味の視野を広げてほしい． |