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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


1 ：2020/04/26 〜 最終レス ：2020/05/31
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


研究
公開日：2020.04.24



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




概要

東京工業大学 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。これらに加え、水噴霧の可視化と熱流束の計測により当初の狙い通りピストン表面近くに低温水蒸気層が形成されていることを示唆する結果を得た。

本研究成果は、英国機械学会の国際学術誌「International Journal of Engine Research」オンライン版に4月6日付で掲載された。

　　　　　=====　後略　=====
全文は下記URLで

https://www.titech.ac.jp/news/2020/046821.html

2 ：
燃焼機関万歳！なにが電気自動車だｗｗｗｗｗ

3 ：
水噴霧は空挺ドラゴンズで知った

4 ：
真っ黒い煙がモクモク

5 ：
そのエンジンを定速回転で発電用に使えよ。
コロナ不況が長引き原油安が続けば
ＥＶ車では大容量バッテリーより安くつくわ。

6 ：
結局、蒸気機関に戻るんか！
街中に蒸気自動車が溢れるな！

7 ：
ハイブリッドは不滅なのか

8 ：
ガソリンエンジン内に水噴射、大二次世界大戦時の戦闘機もやっていたような。
熱効率向上とは違っていたのかな？

9 ：
窒素酸化物とかでないのか

10 ：
ジェットエンジンもやっていたような

11 ：
水タンクが別途必要になるん？
ディーゼルの尿素タンク程度の量でいいのかな

12 ：
寒冷地では凍結するから実用時には
水メタノール噴射になるな。第二次大戦中と同じ

13 ：
水の保熱力は物質中最も大きい。
水蒸気吐き出して温暖化促進するのでは？
と考えてしまうなぁ

14 ：
>>1
ガソリン自動車で水も運ぶの？
無駄すぎる

15 ：
５２％ってすごいな
発電機と組み合わせったら
次世代のハイブリッドが作れるんじゃないかな

16 ：
ノッキング勘違いしてるアホ↓

17 ：
火力発電より効率高いなら電気自動車よりエコだな

18 ：
>>8
冷やす対象が違う。
航空機用のは空気を冷やす（吸気温度を下げて充填効率を高める）。
今回のはピストンやシリンダーの加熱防止

19 ：
マツダ｢あああああああああああああああああああああああああああ!｣

20 ：
ガソリンエンジンなんてもうオワコンなのにな

21 ：
ラリーカーは昔から水噴射が常識だったろ、何を今更。

22 ：
水が冷却、膨張、収縮兼ねるのか。面白い技術やな。

23 ：
70年代技術だね。

24 ：
実物のせた車が走ってるところを早く見せてくれ
そこで初めて喜べるわ

25 ：
触媒が使えないんで実用化できていないんじゃ？

26 ：
よし　ガソリンに

　　水を混ぜればいいんだな　今日からやってみる　

27 ：
>>11
完全燃焼するとマフラーから水が出てくる
それを利用

28 ：
素晴らしいが、複雑な機構が安価でコンパクトに製造できるのかが問題
街乗り用低出力エンジンであればシリーズハイブリッドに軍配があがるし
定回転エンジンであればディーゼルの方が熱効率がいい
排ガス規制の為にどれだけ壊れやすい機構が加わったのか
エンジンの寿命がそこで決まるのは本末転倒

29 ：
>>14
燃料の一部と考えれば大した事ない
ディーゼルも触媒用のAdBlueがないとは知らない

30 ：
従来からある水噴射は
ピストン冷却ではないみたいだね
後付けキットがあるとは知らなかった

https://minkara.carview.co.jp/userid/1615455/blog/28173061/

31 ：
ノッキング ON YOUR DOOR

32 ：
希薄燃焼は必然として混合気にムラが生じる
結果としてNOxやら不完全燃焼物質やらが発生するので単純に熱効率だけでそれを選択できない。

33 ：
リーンバーンはずいぶん前に廃れた技術。
確かに燃費は良くなるが、排気に酸素が残るので三元触媒を使えず、
結果的に排気ガスが汚くなるので使われなくなった。

34 ：
錆びねえ？

35 ：
実用は３０％以下になるんでしょ

36 ：
>>21
ラリーカーのあれってインタークーラーやラジエターに水かけて冷やすだけ。
この記事で言ってる水噴射は、燃焼中の燃焼室内に燃料と水両方吹いて
燃焼温度下げてノッキングを抑える制御。
第二次大戦で航空用高オクタン燃料が底尽いた日本やドイツが取り入れた方法。
簡単に言うとレギュラーガソリンと水でハイオクガソリンと同じ仕事させる方法。

37 ：
>>9 >>33
圧縮比上げてノッキング域に入ると窒素酸化物が大量発生しつつ
ノッキングが起きてピストンが溶けたり割れたりで壊れそうになる。
それら両方を抑えるために燃焼中の燃焼室内に水吹いて温度下げてやる。

今ＢＭＷは、市販車で水噴射取り入れてるが水は、エアコン作動で発生する
水を溜めて使ってる。

38 ：
これ水が切れたらどうなるの？

爆発？

39 ：
コスト含め実用化が問題でしょ。

40 ：
環境活動家に延々絡まれる系の技術だ

41 ：
Pmi（図示平均有効圧）からPme（正味平均有効圧）を引いた値、つまりメカニカル損失がこのエンジンの場合、効率計算でたった1.1%というのが信じられないが。軸受け、リング、カムなど殆どが摩擦ゼロ？どんなエンジンだ？だれか教えてくれ！！

42 ：
水じゃなくて尿素を噴射すれば排ガスもクリーンになる

43 ：
スターリング機関を応用したやつだべ

44 ：
冷却不要のセラミクス・エンジンはどうした

45 ：
排気音がブロロロロー、では無くシュポポポポになるｗ

46 ：
>>44
周りの樹脂、ゴム類が持たんので、とっくの昔に消滅

47 ：
ヒント：原油暴落

48 ：
>>5
いいね。
直列配列のハイブリッド車のエンジンにすべし。

　エンジン（発電専用）
　　↓
****蓄電池*****
　　↓　　　↑回生ブレーキ
　電導モーター

49 ：
>>19
マツダはガゾリン自体を噴いて温度制御（冷却）
しているんだから、マツダの方が優れものでは？

50 ：
日本軍も水噴射して航空機のエンジン出力を増す研究をしてた。実用化されていた
かもしれない。

51 ：
今そこらで走ってるレギュラー仕様の街乗りコンパクトカーでさえ
圧縮（膨張）比13だの14だのとトチ狂った設計で
発進や登坂でカリカリ言わせながら走ってるかんなー
あのカリカリを根本的に防ぐにゃ水ぶっかけなきゃ駄目なのか
新車時はいいけど半年そこらでちょっと煤溜まるともう駄目ね
ターボのプレイグと違ってスパークノックだから
エンジンオイルをSN+に替えても意味ないという

52 ：
錆びるからダメ

53 ：
>>44
断熱エンジン=セラミックエンジンと早とちりしていた連中が騒いでいただけ。

54 ：
中華野菜炒めで
ちょいスープを加えると
じゅっとなって
よく火がとおる
豆ですよ

55 ：
居酒屋が出していたテイクアウトのお弁当で『うに丼1枚まるまる弁当』が1000円で売られていたので気になって注文してみ..
http://vbhten.frentz.net/ob?yi1qku5/712t5f20dun.html

「分かる人にはわかるヤバいやつ」NHKでパチンコ店の様子が報道されるも“写っちゃいけない写真“が放送されていた

http://vbhten.frentz.net/rc?5vrwd7gg/q5a8l552q2d.html

56 ：
BMW M4GTSは水メタノール噴いてる

57 ：
オクタン価がたりないため旧日本軍の水メタノール噴射を思い出したが皆も同じことを言ってるので安心した

58 ：
煤かNOXどっちを許容するかのバランスだけだから
触媒通す前に両方激減出来たら出直してこいって感じ？

59 ：
発電機にも採用してほしい。作動時間長くなるし

60 ：
昔と違って精密な解析と、制御が出来るようになったからな。

61 ：
ディーゼルのエマルション（乳化）燃料も実用的だったけど潰されたでしょ。
石油業界の利益が減る技術は全て潰されるんだから意味なしですよ。

62 ：
e-powerとかの発電で使えそう、燃費が更に上がるよね？

63 ：
お前ら詳しいな
なんで働かないのか不思議だわ
国家の損失じゃ

64 ：
ホンダCVCCとかの時代に散々研究はやりつくした。
研究室では出来ても実用化にはいろいろ無理があり
結局現在の方式になった経緯がある。
効率では燃焼期間は電気には敵わないよ。
21世紀は電気自動車の世紀になるのは確定。

65 ：
ジェットイグニッションですでに50%達成してるから周回遅れの技術かもしれない

66 ：
>>57
気化熱による冷却だけなら水のみの方がいいんだよな
米軍も末期のダブルワスプで使ってるが、その時はなんと2800馬力

67 ：
全固体電池の実用化まだー？
出力が従来のバッテリーより落ちる点は解決できそうなのか？

68 ：
https://www.titech.ac.jp/news/img/news_25231_01.jpg
ポート噴射でいけるなら直噴の煤の問題は起きないのかな？
別にリーンバーンにせんでも、ストイキでも十分有意義そうな気がする
なんかこういう既存のメカにチョイ足しで効果バツグンみたいな機構は
スズキが好きそう

69 ：
水野文の麺手が大変そう

70 ：
>>2
原発で作った電気で走らせる電気自動車こそが、一番環境負荷が少ないんだよ

71 ：
内燃機関で効率５０％超えるならＥＶより環境に優しいんじゃないか？

72 ：
シリーズハイブリッドだったけ？
高速走行以外はエンジンを発電用だけに使うPHVハイブリッドが今後増えるだろうな
でも高そう

73 ：
>>68
スズキよりマツダが好きそうな気がする

74 ：
水と燃料を混ぜて使う、エマルジョン燃料
使ってるところは前から使ってる

75 ：
>>73
ロータリーだのhcciだのといった技術屋的には派手な新機軸を
愚直に商品化してるようなマツダだと
こういう地味な工夫で「なるほど」と唸らせるようなアイデアとは
ちょっと方向性が違うような気がする

76 ：
大戦時にあったけど今は廃れてるってことはやっぱ何か問題が？
今ならそのデメリットが十分解消されてるとかなのかな

77 ：
ボッシュが２０１６年夏にウォーターインジェクションを発表している。
https://www.bosch.co.jp/press/group-1608-05/
コストに見合う効果があれば、どこのメーカーも採用すると思うんだけど、
未だ実用化が遅れているとすると、何が理由なんだろう？
「燃費が最大１３％向上」なら、画期的じゃないか？

78 ：
ガソリンの中に水を入れて置けばいいような。ガソリンと水が仲良くなる様に
アルコールも添加。要するに市販の「水抜き剤」と同じなんだが、、、、、

79 ：
そんな研究は意味ないだろ
じき乗用車はぜんぶ電動になるのにさ
でなきゃグレタが許さんぞ・・
と思ってたけど
なにせ原油マイナスだもんな
やっぱガソリンエンジンはなくならんな

80 ：
大東亞戦争のときの航空機のエンジンでやったやつ？

81 ：
>>79
これから四輪車の生産が年間１億台から２億台に増えるとき、
増加分のほぼ全部が内燃機関車になる。
自動車生産が増加するのは成熟市場の先進国でなく、成長市場の新興国で、
新興国では未だ電力の供給量が豊富ではないからだ。
電気でしか出来ないことに電気を使って、
電力供給量に余剰が生じてからでないと、電気自動車の普及には向かわない。
今世紀は内燃機関車の時代だと、どの自動車メーカーも考えている。

82 ：
俺が昔知恵袋で質問して馬鹿にされたやつじゃん

83 ：
原油がここまで安くなったら、こんな研究も原発もシェールガスも不要になる
コロナがんばれ

84 ：
個人的にはリーンバーンは全く信用していない

85 ：
ここに来てまさかの蒸気機関

まぁピストン押せれば何でもいいんだけどね

86 ：
自動車エンジンのように回転数や負荷が常に変動してる用途では理論通りの効率なんて
不可能だろうね。
発電などの低速回転エンジンとしては悪くないと思う。
いくら頑張っても自動車は電気モーターには勝てないよ。

87 ：
>>77
北海道なんかだと、冬場インジェクション内部で凍り付いて破損しちゃう

88 ：
>>86
ちょっと何言ってるか？良く分からんけど
エンジン並みの出力を、モーターコイルで出そうと思ったら
とんでもない大きさのコイルと電池が必要になる

だから未だにエンジンの補器として使われてる（主機ではない

でも、もしかしたら未来の世界では変わって来るのかもね

89 ：
ウォーターハンマー

90 ：
>>88
とっくの昔に、電気モーターは内燃機関を超えてるよ

91 ：
>>70
核のゴミは環境負荷にはならないの？

92 ：
JKの新鮮な尿素を噴射すればピストンの硬度があがり・・・・・

93 ：
熱効率とエネルギー効率は違うのけ？

94 ：
水蒸気爆発エンジンか。夢が広がるなw

95 ：
今までの効率は何％くらいだったの？

96 ：
>>5
発電用ならハイブリッドガスタービンコジェネなら排熱利用まで含むと
熱効率95％以上だからオットーサイクルなんか出番はねーよ

97 ：
>>91
いつか石油が入ってこなくて沢山の人死にが出るよりマシじゃん？って話さ。
起こるかどうか分からないことを心配するより，より起こりそうなことを心配した方が良いじゃん。
昭和の時代の環境問題は何の対策もしなかったから起こったもので，核廃棄物は一応は管理が出来ている。
保存してる100年200年の間に色々考えることが出来るし対策も打てるだろう。
だが石油が入ってこなくなったら，国と民間の備蓄の半年を過ぎれば電気が止まり，あらゆる経済活動が停止する。
コロナどころの騒ぎでは無い。原子力発電があれば，その時間稼ぎが出来る。
太陽光発電は使えない。電力量が絶対的に足りないし，お天気任せで出力が不安定だ。

98 ：
要は余ってる熱で水蒸気作ってピストン押させるってこと？

99 ：
ブローバイでオイル駄目にならんのか？

100 ：
実用化されてから初めて評価に値する、20分稼働で消耗品交換では話にならん


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