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Publications
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1998 -
      
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研究のスタンス
資源の乏しい我が国にとって，燃料、素材、原料を輸入し，付加価値の高い製品を生み出すこと
はつとに重要です。自動車に続く基幹産業の必要性が言われて
久しいですが、中小企業から大企業まで我が国の屋台骨を支える新たな産業が現れる可能性は不透明です。また、最近は、欧州をはじめと
した電動化の政策と電気自動車を同義と誤解をしている人も多いですがこれは誤りで、電動化とはハイブリッドやプラグイン-ハイブリッド自動車のようなエン
ジンとバッテリー技術を組み合わせた、より複雑なパワートレーンを意味します。なので、複雑機械の開発は我が国の得意とするところで、日本の自動車産業は
今
後も新興国も加わったグローバル市場でも活躍できるものと期待しています。
IEA(International Energy
Agency)の予測では，現実的なシナリオとして2050年において、乗用車の世界の年間販売台数は現在の1.4倍に当たる１億４千万台程度が見込まれ
ており、この中でエンジン搭載の乗用車が80%を占め、未だ乗用車の主役であることが予想され
ています。さらに、トラックやバス等の重量車、定置式エンジン、船舶等の大型エンジンに代わるものは現れな
いかもしれません。
エンジン・触媒、電池のエネルギー変換過程は非定常で常温から2000℃を超える高温の多成分気体-液体-固体，表面化学種の熱流動を扱う学問で、機械
工学の
中でも最難関領域の１つと言っても過言ではありません。こ
のような背景から、私の研究室では、流行や風評に左右されない、真に現代の課題と直結した難解な研究テーマを選定して展開しています。そして、自身の研究
が機械産業の発展に、
「いつ」、「どのように」つながるか、を常に意識してしています。
機械系三力学の中でも，熱力学や流体力学は特に重要で２つの力学を土台として，化学反応理論や輸送理論を積み上げて、
新
しい知見を研究スタッフとともに、工学系で国内最大の学会「公益社団法人自動車技術会, JSAE」（会員数
5万人）や米国自動車技術会-SAE(Society of Automotive Engineers)
を中心に発表し、数多くの学会賞を受賞してきました。2014年10月からは本学から多大な支援を受けて「次世代自動車研究機構」
を設置し，国の大型プロジェクトを中心に研究を進めています。
研究テーマ
草鹿
仁研究室における研究テーマの一部は次のとおりです。研究内容は、一見すると難しそうなテーマが並んでいますが、学部３年生から、あるいは、修士１年生か
らの講義、演習で自ずと実験、数値計算を遂行する力が身につくようにカリキュラムが構成されていますので心配は無用です。研究テーマは 1.
カーボンニュートラル燃料を活用したエンジン・触媒の研究、2. ハイブリッド自動車の研究、3. 電気自動車 の研究に大別されます。
1.カーボンニュートラル燃料を利活したエンジン・触媒の研究
1.1 熱効率５５％を達成する次世代オットーサイクルエンジン
1.2 熱効率５５％を達成する次世代ディーゼルサイクルエンジン
1.3 カーボンニュートラル燃料エンジンにおける排出ガス浄化触媒の高性能化、コンパクト化の研究
1.4 カーボンニュートラル燃料設計とエンジン設計の最適化
1.5 天然ガス、水素、NH3 混合燃焼定置式大型エンジン
2. ハイブリッド自動車の研究（次の 3. 電気自動車の研究 とオーバーラップします）
2.1 リチウムイオン
バッテリーの内部輸送現象の数値シミュレーション
2.2 モーター、インバータの等価回路モデリング
2,3 HEV車のエネルギーマネージメント制御の研究
3. 電気自動車の研究 （ 2. ハイブリッド自動車の研究 とオーバーラップします）
3.1 バッテリー、インバーター、モータのサーマルマネージメントの研究
3.2 電気トラックの研究・開発
上記テーマにチームを形成し取り組んでいます。また、この他にも自動車関連企業、エネルギー関連企業、国から各種研究プロジェクトを受託しており、研
究を進めています。
研究の公表
学術講演において研究成果を報告することは大学として重要な活動の一つです。草鹿 仁研究室では、主に公益社団法人自動車技術会（JSAE,
会員数５万人の国内最大級の学術団体）、米国自動車技術会(SAE)、各国SAEにおいて学術的な発表を行なっています。自動車技術会は春季大会は横浜、
秋季大会は全
国各地で開催されます。また、米国自動車技術会や各国SAEにおける北米、欧州の各都市における学術講演会や各国SAEが主催する学会に参加して研究成果
を公表しま
す。国際会議に参加し、世界の研究者と討議するとともに、各地の風土や文化に触れることは研究者・技術者として大きく成長する一助になるものと期待してい
ます。
これまでの論文賞などの受賞歴（優秀講演賞は受賞多数につき省略しています）
エンジン燃焼関連で４回、触媒で３回、パワートレイン総合（エンジン、モーター、バッテリー）で４回の論文賞などの受賞歴があります。これからの自動車
パワートレインは、全体をシステムとして見ることが必要で、触媒なしにエンジン燃焼は成立しませんし、エンジン制御なしで触媒は成立しません。さらに、ハ
イブリッドはエンジンシシステム、モーター、バッテリーとサーマルマネージメントを含めた統合システムです。常に自動車パワートレイン全体を意識しながら
それぞれの研究テーマを深く研究することが必要です。
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Research Stance
For
resource-poor country, it is very important to import fuel, materials,
and raw materials to produce high value-added products. It has been a
long time since the need for a key industry to follow in the footsteps
of the automobile was mentioned, but the possibility of a new industry
supporting the backbone of our country, from small and medium-sized
companies to large corporations, is uncertain. Recently, many people
have misunderstood that the policy of electrification, especially in
Europe, is synonymous with electric vehicles, but this is not true.
Therefore, the development of complex machines is one of Japan's strong
points, and I expect that the Japanese automobile industry will be able
to play an active role in the global market, including emerging
countries.
According
to the IEA (International Energy Agency) forecast, as a realistic
scenario, the annual global sales of passenger cars in 2050 are
expected to be around 140 million units, 1.4 times the current level.
Of these, 80% will be passenger cars with engines, which are still
expected to play a leading role. Furthermore, there may be no
replacement for heavy vehicles such as trucks and buses, stationary
engines, and large engines for ships.
The
energy conversion processes of engines, catalysts, and batteries are
unsteady and deal with the heat flow of multi-component
gas-liquid-solid and surface chemical species at temperatures ranging
from room temperature to over 2000°C. It is no exaggeration to say that
this is one of the most difficult areas of mechanical engineering.
Against this background, my laboratory selects and develops difficult
research themes that are not influenced by fads or rumors, but are
truly directly related to contemporary issues. In addition, I am always
conscious of "when" and "how" our research will lead to the development
of machinery industries.
Thermodynamics
and fluid mechanics are particularly important among the three
mechanics of mechanical systems, and based on these two mechanics, I
have built up chemical reaction theories and transport theories and
studied new findings with my staff. In October 2014, we established the
"Next
Generation Vehicle Research Organization" with great support from
Tohoku University, and have been conducting research mainly on
large-scale national projects.
Research Themes
Research
themes in the Jin Kusaka Laboratory are as follows. However, there is
no need to worry because the curriculum is designed so that students
can naturally acquire the ability to carry out experiments and
numerical calculations through lectures and exercises starting from the
third year of undergraduate studies or the first year of master's
studies. There are three major areas of research: 1) Research on
engines and catalysts using carbon-neutral fuels, 2) Research on hybrid
vehicles, and 3) Research on electric vehicles.
1. Research on engines and
catalysts using carbon-neutral fuels
1.1 Next-generation Otto cycle
engines with 55% thermal efficiency
1.2 Next generation Diesel
cycle engines with 55% thermal efficiency
1.3 Research on high
performance and compactness of exhaust gas after treatment catalysts
for carbon neutral fuel engines
1.4 Optimization of carbon
neutral fuel design and engine design
1.5 Stationary large engine
using hydrogen and NH3 utilization with natural gas
2. Research on hybrid vehicles
(overlaps with research on electric vehicles in section 3)
2.1 Numerical simulation of
internal transport phenomena in lithium-ion batteries
2.2 Equivalent circuit modeling
of motors and inverters
2.3 Research on energy
management control for HEVs
3. Research on electric
vehicles (overlaps with the research on hybrid vehicles in 2)
3.1 Studies of thermal
management of batteries, inverters and motors
3.2 Research and development of
battery electric trucks
In addition to the above, we
have been commissioned to conduct various research projects by
automobile-related companies, energy-related companies, and the
government.
Research Award (The Outstanding Presentation Award has been omitted due to the large number of awards received.)
We
have received numerous awards, including four best paper awards for
engine combustion-related research, three for catalysts, and four for
integrated powertrain research (engine, motor, battery). Future
automotive powertrains require a holistic view as a system; engine
combustion cannot function without a catalyst, and catalysts cannot
function without engine control. Furthermore, hybrids are integrated
systems including the engine system, motor, battery, and thermal
management. It is essential to deeply research each research topic
while always being mindful of the entire automotive powertrain.
2001
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JSAE
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Asahara
Prize for Research on "Study on Formation Processes of Polycyclic
Aromatic Hydrocarbons and Particulate Matter in Rich Mixture"
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2003
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SAE
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SETC
2003 Best Paper Award for "Effects of High Temperature Fuel on
In-Cylinder Fuel Mixture Formation Process for Direct Injection Engines"
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2011
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JSAE
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The
61st JSAE Best Paper Award for“Study on the Relationship between Fuel
Characteristics and Auto-Ignition in Gasoline HCCI Engines (1st and
2nd. Reports)
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2013
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JSAE
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The 63th JSAE Best Paper Award for“A Basic Study on the Optimization of the Components for a Diesel Parallel HEV
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2013
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SICE
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The
society of Instrument and Control Engineers(SICE) Best Paper Award for
“Development of Method for Construction of a Response Surface Model and
Control Parameter Optimization Method for Automobile Engine”
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2021
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JSAE
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The
71st JSAE Best Paper Award for “Ash Accumulation and Transport in
Diesel Particulate Filters (Fourth Report) - In-situ Observation and
Detailed Analysis of Ash Accumulation –“
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2021
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JSME
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Research
Achievement Award by Engine Systems Division for“Outstanding academic
contributions Award for the research on high efficiency and low
emission of automotive powertrains”
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2023
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Waseda
Univ.
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Phase1：
Top-level PI in the carbon neutrality society research field from among
the four KPIs of (1) papers, (2) Ph.Ds., (3) external funding, (4)
social contributions into top level PIs
https://www.waseda.jp/inst/wcans/en/pi
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2024
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SAE
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SAE Energy & Propulsion Conference & Exhibition Best Paper Award for
“Experimental and numerical investigations on the effect of urea pulse
injection strategies to reduce NOx emission in Urea-SCR catalysts”
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2025
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Waseda
Univ. |
Ono
Azusa Memorial Award (Research) for "The Phenomenological Oxide Film
Formation and Destruction Model in Rh Type Three-way Catalysts"
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2026
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Waseda
Univ.
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Phase2：Top-level PI in
the carbon neutrality society research field from among the four KPIs
of (1) papers, (2) Ph.Ds., (3) external funding, (4) social
contributions into top level PIs
https://www.waseda.jp/inst/wcans/pi-phase2
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Experimental
set up here
Single cylinder gasoline engine, single cylinder heavy duty
Diesel
engine, single cylinder light duty diesel engine, four cylinder light
duty Diesel engine, three cyliner gasoline engine,
Rapid compression and expansion machine, three Constant Volume Vessels,
Modified four cylinder gasoline engines,
three Mini-reactors, Two fuel cell test benches, chassis dynamometer, etc.
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Computational facilities
48 cores AMD Opteron server, 16 core Intel Nehalem-EX server, 24 core
Intel Xeon5650 server, 64-core AMD Opteron server, etc
Software
Axisuite,
GT-POWER, Star-CCM, KIVA series, CHEMKIN-2, CHEMKIN-PRO, Converge,
modeFRONTIER, COMSOL, MATLAB/Simulink, FORTE, GT-Power
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