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2016年12月14日

自動車用水噴射装置をボッシュが実用化

テーマ：航空ＡＩＲ、船舶、ミリタリーファン(613)

カテゴリ：自動車メカ、部品

　世界最大の自動車部品メーカー、ボッシュが、気筒内水噴射装置を実用化した。

　熱機関は熱サイクルの温度差が大きい程効率が良く、内燃機関は吸気温度が低い程燃焼時との温度差が大きくなり効率が良い。

　内燃機関では、混合を最適より濃く設定して、過剰燃料による気化熱により燃焼室内の温度を下げてデトネーションを防ぐ方法もとられている。

　水噴射装置は、吸気に水を噴射して、過剰燃料による気化熱を水の気化熱によって補って混合気を冷却することで高出力での混合比を最適に設定して、出力を上げる。

　より熱効率を上げるための手法として水噴射装置が開発された。

ボッシュ、BMW「M4 GTS」で採用された水噴射システムを

　他の自動車メーカーにも供給

　ウォーター・インジェクション（水噴射）は昔からある改造車テクニックの１つである。

　フルパワーで稼働中のエンジンがオーバーヒートするのを防ぐため、シリンダー内に水を噴射して燃焼熱を和らげる仕組みだ。

　そうして温度や圧力が下がることで、エンジンが適切な状態に保たれるのである。

　BMWはボッシュ製のウォーター・インジェクション・システムを限定モデル「M4GTS」に採用し、向上したブースト圧のおかげで最高出力を431pから500psに引き上げることに成功した。

　このシステムが、今後はより多くの量産車に採用されるというニュースが入ってきた。

　報道によると、ボッシュは同社のウォーター・インジェクション・システムをBMW以外の自動車メーカーにも供給する予定であり、これを採用する新型車が早ければ2019年に発売される見通しだという。

　ボッシュは、ウォーター・インジェクションによってパワーは 5％、燃費は最大13％向上すると述べている。

　この性能アップの要因はおそらく、高圧縮比または高ブースト（あるいはその両方）で作動できるようにエンジンを設計することで、長期信頼性の点でリスクを伴わずに排気量あたりの馬力を引き上げることが可能になるためだろう。

　ボッシュのファビアナ・ピアッツァ氏によれば、ウォーター・インジェクションは排気量1リッターあたり110psを超えるエンジンで最も効果があるという。

　　…(略)…

水噴射装置のデメリット

・装置不使用時はデッドウエイト

・各シリンダーに均等に噴射するためには精度の
　高い噴 射ポンプが必要

・シリンダー内の腐食

・エンジンオイルの乳化や希釈

　ボッシュは重量以外の課題は解消したはず。

　量産車の水メタノール噴射装置は、米国では1961-63年式オールズモビル・カトラスのターボモデル、F-85 ジェットファイアーの215Cu-in(3.52L)のV8エンジンに、水メタノール噴射装置が搭載されていた。

　欧州では1978年のサーブ・99ターボSが水メタノール噴射装置を搭載されていた。

【空の水噴射装置】

　私が水噴射装置を知ったのは、第二次世界大戦中のレシプロ機のエンジンの話。

　大日本帝国陸海軍は、スーパーチャージャーや高効率の過給器を利用して高高度で大出力を発揮する米軍の航空機対策に苦労していた。

　B-29やP-47はスーパーチャージャーを実用化し、高高度を高速で飛行できた。

　工作精度が低く、冶金技術に劣り、資源も不足している日本で、スーパーチャージャーの実用化は困難だった。

　高高度で過給給圧を上げればエンジン出力は上がるが、圧縮された混合気が高温になるため、デトネーションを起こし、最悪の場合エンジンが壊れる。

　米軍はアンチノック性の高い高オクタン価（100-120）の燃料を使うこと、吸気温度を下げることなどでデトネーションを防ぎ過給圧を高くすることができた。

　日独の航空機の燃料は90オクタン前後だった。

　メッサーシュミットBf109に搭載され、高精度、緻密な設計で有名なDB601エンジンは低オクタン価燃料で作動することを前提に設計されたので、低回転型となったとされる。

　高出力を実現しデトネーションを防止するため、日独は「水メタノール噴射」装置を装備した。

　高空の低温環境では水だけでは凍りやすいため、水にメタノールを混合し、腐食防止剤を入れて噴射し、混合気の温度を下げた。

　ドイツのMW 50はメタノール50％、水49.5％、腐食防止剤0.5％の噴射装置。

　Fw190に搭載されたBMW 801D型エンジンでは、離昇出力1700馬力を2100馬力にまで向上させることができた。

　Fw190D-9に搭載されたユンカースJumo 213A-1は、離昇出力1776馬力を2240馬力にまで向上させることができた。

　大日本帝国海軍は水メタノール噴射装置を使いこなすことができなかったようだ。

　水メタノール噴射装置にあった整備（エンジンの調整）もできなかったのかもしれない。

　誉(ハ45)にも水メタノール噴射装置は搭載されたが、整備能力、工作精度の低

さ、ガソリンのオクタン価の低さなどで、満足に稼働させる事ができぬまま終戦を迎えた。

　大日本帝国陸軍は一式戦闘機「隼」の強化策としてハ115 -Ⅰを隼に水メタノール噴射装置を搭載した隼三型を1,153 機を戦地へ送り出した。

　隼三型を担当した大島設計主務は「速度は零戦の各型より優速となり、上昇力、航続距離、操縦性何れも上回り、劣っているのは武装のみ」と水メタノール噴射装置を評価した。

　ハ45搭載を搭載した四式戦闘機「疾風」についても、整備の教育システムを整えて整備能力を向上させ、終戦まで稼働率90%以上を維持した部隊が存在した。

　工作精度、燃料のオクタン価の低さは陸海軍で変わりないので、出力は十分出ていなかったと想定される。

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最終更新日 2019年08月27日 07時35分19秒
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