聖護院 京極のブログ

天と地の間に新しいことなし(ことわざ)・・・人間の行動は今も昔も変わってはいない

ガソリンエンジン熱効率52 %を達成

 

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画像出典:東京工業大学

 

 

超希薄燃焼と水噴射でガソリンエンジン熱効率52 %を達成

要点

  • 空気過剰率を上げた超希薄燃焼ガソリンエンジンに筒内水噴射を適用
  • ピストン上に低温水蒸気層を形成し、ノッキングと冷却損失を効果的に低減
  • 乗用車用ガソリンエンジンとして世界最高水準の図示熱効率52.6 %を達成

 

 京工業大学 工学院 システム制御系の小酒英範教授、長澤剛助教、佐藤進准教授らは、慶應義塾大学の飯田訓正名誉教授、横森剛准教授らとともに、空気過剰率を2程度まで上げた超希薄燃焼ガソリンエンジンに筒内水噴射[用語2]を適用し、これまで40 %程度だった乗用車用エンジンの正味熱効率を51.5 %、図示熱効率を52.6 %に向上させることに成功した。 高い熱効率が期待される超希薄燃焼ガソリンエンジンだが、さらなる熱効率向上を目指すには高負荷領域におけるノッキング抑制と冷却損失低減が欠かせない。同グループは燃焼室内のピストン表面近くに水を噴射して低温水蒸気層を形成することにより、超希薄燃焼においても燃焼を悪化させることなくノッキング抑制と冷却損失低減を実現することを目指した。 各種の条件を最適化し、最終的には圧縮比を17まで上げることで乗用車用ガソリンエンジンとしては世界最高水準の熱効率を達成した。(引用はここまで)長文に付き、続きは、下記のサイトでどうぞ。

超希薄燃焼と水噴射でガソリンエンジン熱効率52 %を達成 温度成層化によるノッキング抑制と冷却損失低減効果 | 東工大ニュース | 東京工業大学

 

これは、実は凄い実績です。この先、どんなに改良を重ねても今のガソリンエンジンが、この効率を超えるのは至難の業でしょうね。たとえ超えられても、数パーセントではないでしょうか。ディーゼルエンジンでも、現状で、ほぼ同じ位の効率を達成していますが同様です。つまり、内燃機関の限界です。

 

一般的にガソリン自動車の熱効率が30%少しです。トヨタ自動車が全社を挙げて最新の高熱効率のエンジンを発表したのは、昨年のことでした。その、熱効率でさえ37%から38%ですから、どれだけ凄いかが判ります。

 

トヨタの場合、これにハイブリッドシステムを組み合わせれば、45%に実験では成功したとの記事もあります。それだけでも凄いと言わねばなりません。

 

 自動車の熱効率というのは、車が走るとエンジンが熱くなり、ラジエターで冷やさなくてはなりません。つまり、熱を逃がしている訳です。それは結局、高いガソリンを燃焼しても、放熱や騒音エネルギーとして無駄になっていることになります。現在の車でしたら大体65-6%少しの熱を捨てているといわれています。

 

10年位前でしたら、70%を捨てていましたので、それだけ技術が進んだのです。

 

従って、熱効率を引き上げることが、多くの場合に燃費も向上しますが、比例するわけではありません。定速で走る場合とかアイドリングの時には燃費は良くなりますが、熱効率としては良くありません。また、エンジンへの負荷は、一定ではないので、常に熱効率が高い状態で稼働している訳でもありませんので実際には、かなり落ちるでしょうね。

 

アクセルはほぼ全開で、エンジンパワーと要求されている駆動力が釣り合っていて、つまり加速も減速にもならないようなときに、熱効率が最大になるんです。そんなときは殆どありませんが。

 

熱効率を上げるために、車のエンジン技術者は悪戦苦闘していますが、こちらを立てればあちらが立たずで、なかなかうまくいかないのです。

 

一つの解決策は、ハイブリッド車になります。

ハイブリッド車は通常のガソリンエンジンの運用上の熱効率よりも、1.5倍以上は優れているといわれていますので、今回52%の熱効率を達成した、エンジンにハイブリッドシステムを組み合わせると65%近くになるでしょうか。

それでも、もう限界でしょう。

 

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では、電気自動車はどうでしょうか。電気自動車の一番のネックは二次電池です。二次電池では、昨年ノーベル賞を受賞したリチュウムイオン電池が現時点で最高性能です。しかし、この電池は常に、爆発や火災を引き起こす危険性が拭えません。日本の技術なので、日本のメーカーも研究機関も血道をあげてはいますがリチュウムを使う以上、やはり、危うさは残ります。

 

それ以外の二次電池の開発もいろいろ進められていますが、まだはこれといってめぼしいものはありません。

 

4-5年前に、日本マイク二クスというメーカーが開発した二次電池は、そうした火災の危険性や発火性がなく、高価な材質を使わず、早い充電性能で、劣化も殆どしないとう二次電池が発表されましたが、その後、漏電の速度が速く6時間程度で半分になるとの欠点がでて、メーカーもまだこれを解決するに至っていません。

 

期待はしたいですね。将来は有望な技術ですから。