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HOMEセミナー/イベント/技術者塾 > 熱効率50%を目指して加速するエンジンの技術とノウハウ

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ハイブリッド車開発にもエンジンの知識は欠かせません!

熱効率50%を目指して加速するエンジンの技術とノウハウ

エンジンのプロが教える 自動車エンジンの最新技術と開発の勘所

日程:2017年8月25日 会場:御茶ノ水トライエッジカンファレンス

主催:日経Automotive

今、自動車エンジン(ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン)の開発が加速しています。燃費を飛躍的に高めるべく、熱効率を50%に高めることを目指して各社が開発にしのぎを削っているのです。熱効率を50%にまで高めるのは、確かに高いハードルです。しかし、そのハードルを超える可能性がある新技術が続々と誕生しています。

その一方で、電気自動車(EV)や燃料電池車(FCV)が次世代自動車の主流を占め、エンジン車が縮小に向かうのではないかという観測を伝える報道があります。しかし、冷静に見れば、EVやFCVは技術的難易度が高い上に、インフラ整備などに関しては先進国においてさえも解決すべき課題が多い状態です。しかも、年間1億台近い新車販売台数のうち、新興国が占める割合は6割以上となっています。この事実を踏まえると、世界の自動車市場において、エンジン車はまだまだ主役の座を明け渡すことはありません。むしろ、EVやFCVの登場に触発されて、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンの技術開発が加速している面があります。

本講座では、トヨタ自動車でエンジンの設計開発に長年携わった自動車エンジンのスペシャリストであり、工学博士でもある講師が、熱効率50%の燃費向上を目指して開発が進む最新のエンジン技術を解説します。初めて聞く方にも分かりやすいように、エンジンの基本構造・サイクル理論から入ります。その上で、エンジン改良において考慮すべき技術課題を、エネルギーの損失(燃費向上)という観点で整理。続いて、ガソリンエンジンでは希薄燃焼、高圧縮比化、ディーゼルエンジンでは低圧縮比化、低スワール化をKey技術として、これまでに開発されたエンジン技術と燃費改善効果、そして近い将来の熱効率50%に向けた最新技術について詳しく解説していきます。

受講効果

  • ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの理論と実際の解説により、エンジン燃焼の基礎を理解することができます。
  • 各種新規技術が燃費・出力性能・排気改良にどのように役立ってきたかを理解し、それぞれの技術の内容を、理屈を踏まえた上で習得できます。
  • 熱効率50%達成に向けて今後必要となるキー技術や、それらの技術を実現する上での課題や難易度を学ぶことができます。

講師紹介

藤村 俊夫 氏 (ふじむら としお)

愛知工業大学
工学部 教授〔博士(工学)元 トヨタ自動車〕

藤村 俊夫 氏

1980年に岡山大学大学院 工学研究科修士課程動力工学専攻修了、トヨタ自動車工業入社。入社以来30年間、本社技術部にてエンジンの設計開発に従事。専門はエンジンの機能部品設計(噴射システム、触媒システムなど)と制御技術、および各種性能改良。2004年に基幹職一級(部長職)となり、将来エンジンの技術シナリオ策定などに従事。2011年4月より愛知工業大学に出向、機械学科教授として、熱力学や内燃機関工学、エネルギー変換工学を担当。研究では、エンジンの熱効率改善に関わる8テーマの各種実験装置とシミュレーション・プログラムを用いた解析を推進中。
自動車技術会 代議員・論文校閲委員、機械学会 代表会員。「ディーゼル車用新触媒システムDPNR」で日経BP賞技術賞エコロジー部門賞(2001年)、「ディーゼルPM, NOx同時低減触媒システム(DPNR)」で日本機械学会賞技術賞(2003年)。

概要

日時: 2017年08月25日(金)10:00~17:00(開場09:30予定)
会場: 御茶ノ水トライエッジカンファレンス (東京・御茶ノ水)
主催: 日経Automotive

受講料(税込み)

  • 一般価格:49,800円
  • 会員・読者価格:43,200円
  • 日経Automotive
    +日経テクノロジーオンラインセット購読付申し込み:61,200円
  • 日経テクノロジーオンライン有料会員サービス付申し込み:53,000円
  • ※お得な複数名同時申込もできます。詳細は青いお申し込みボタンをクリック
■会員・読者価格
「会員・読者価格」は、日経テクノロジーオンライン有料会員(年払いのみ)、または、日経エレクトロニクス、日経ものづくり、日経Automotive定期購読者の方(日経テクノロジーオンライン有料会員とのセット購読の方を含む)が対象です。
■複数名同時申込価格
開催日の3日前(土日・祝日がある場合はその前日)に受付を終了させていただきます。
  • ※受講料には、昼食は含まれておりません。
  • ※満席になり次第、申込受付を締め切らせていただきますので、お早めにお申し込みください。

プログラム詳細

10:00 - 17:00

【1】エンジン開発のこれまでの取り組み

自動車の進化は、ここ50年間で目を見張るものがあります。材料技術や加工技術、触媒技術、電子制御技術(各種センサーを含む)の発展によるところが大きく、これまでガソリンエンジンとディーゼルエンジンは共に、動弁系や噴射系、触媒系、制御系などに関する先進技術開発を行ってきました。燃焼の基本的な考え方も踏まえ、これらの技術による出力性能や燃費性能、排ガス性能の改良効果と、ハイブリッド車用エンジンにおける新たな改良技術、エタノールや天然ガス(CNG)水素といった燃料多様化への対応技術に関して解説します。

1.1 エンジンの歴史

1.2 ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの構造の違い

1.3 エンジンのサイクル理論と熱効率

   オットーサイクル(ガソリンベース)、サバテサイクル(ディーゼルベース)

1.4 エンジン内のエネルギー損失

   冷却損失、排気損失、ポンピング損失、機械損失の割合と低減手段の概要

1.5 ガソリンエンジンの基本とキー技術

  ・ガソリンエンジンの燃焼の基本
   混合気形成(空気流動、噴霧)、火炎伝播、空燃比と排出ガス成分
  ・ガソリンエンジンの先端技術開発
   直噴、可変動弁系、希薄燃焼(均質、成層)、点火システム、3元触媒等

1.6 ディーゼルエンジンの基本とキー技術

 ・ディーゼルエンジンの燃焼の基本
  燃焼プロセス、混合気形成(空気流動、高圧噴射)
 ・ディーゼルエンジンの先端技術開発
  低圧縮化、コモンレールシステム、高過給ターボシステム、De-NOx触媒等

1.7 代替燃料車の技術開発

 ・CNG車対応(バイフューエルシステム)
 ・FFV対応(フレックスフューエルビークル E100/E85)

1.8 ハイブリッド車用エンジンの技術開発(トヨタ自動車)

 ・アトキンソンサイクル(高膨張)、クールドEGR等

1.9 各種動力源(各種エネルギー)におけるWell to WheelによるCO2の考察

【2】エンジンの将来に向けた技術開発

今後の自動車は、従来のガソリン車やディーゼル車に加えて、エネルギーの多様化に合わせて、エタノール車やCNG車、ハイブリッド車(HV)、電気自動車(EV)、燃料電池車(FCHV)と多様化していきます。ただし、世界の自動車生産台数は2020年に年間1万台を超え、その60%が新興国と予想されることなどを考えると、今後も主流は内燃機関であり、改良の余地はまだまだ残されています。ここでは燃費改良技術として、ガソリンエンジンに関しては、高圧縮比化、可変圧縮比化、超リーンバーン(含むHCCI)、エンジン断熱、ヒートマネージメントなどの新技術に、過給、高膨張サイクルを含め、これらをどのように組み合わせて熱効率50%の道筋を立てていくか、一方ディーゼルエンジンに関しては、低圧縮比化、燃焼室内低流動化、大量クールドEGR、予混合燃焼(PCCI)などの技術をどのように組み合わせて熱効率50%の道筋を立てていくかについて解説します。

2.1 燃焼技術のトレンド(特許調査から)

日本は希薄燃焼、HCCI、PCCI、欧米はHCCI、希薄燃焼、ガソリン高圧縮、ディーゼル低圧縮での出願数が多い

2.2 将来ガソリンエンジンの熱効率改善シナリオ

Key技術として、高圧縮比、アトキンソンサイクル(高膨張)、超リーンバーン、可変圧縮比、高エネルギー点火、超断熱(ヒートマネージメント)、大量クールドEGRを取り込むシナリオとなる。具体例として以下について解説する
・高圧縮比化 ―ノッキング発生メカニズムとその対応―
 圧縮比とノックの関係、点火システム強化、圧縮比と乱れと燃焼速度の関係
・可変圧縮比 ―燃費と出力性能の両立―
 燃費改善効果、各種可変方式
・ヒートマネージメント ―熱損失の低減あるいは有効活用―
 シリンダ壁断熱とアトキンソンサイクルの活用による熱効率改善
 ヒートパイプ活用による低温時機械損失の低減
・過給スカベンジング ―バルブオーバーラップ間の掃気―
 アトキンソンの充填課題である全負荷性能低下の改善
 高圧縮比化に伴うノック発生の抑制

2.3 将来ディーゼルエンジンの熱効率改善シナリオ

Key技術として、低圧縮比、アトキンソンサイクル(高膨張)、低流動、超断熱(ヒートマネージメント)、PCCI、超高圧コモンレールシステム、大量クールドEGRを取り込むシナリオとなる。具体例として以下について解説する。
・低圧縮比化のメリット ―出力性能、燃費、NOx、PM改善―
・低圧縮・低流動燃焼における多段噴射(2~4段)+PCCI燃焼との組み合わせ効果
 熱効率改善と大量EGR時の壁面クエンチ抑制(CO、HC抑制)
・低NOx領域の拡大 ―MPL-EGR、2-Stage Turboの効果―

2.4 HCCI燃焼

ガソリンエンジンでは、超リーンバーン燃焼の実現手段として、均一予混合圧縮着火の実現可能性について検討がなされており、ディーゼルエンジンではPCCIを含め均一予混合圧縮着火領域の拡大検討が行われている。HCCIの具体的課題について解説する。
・ガソリンエンジンからHCCIへのアプローチ
 超リーンバーンでのHCCIでの課題(着火不能、異常燃焼発生の原因と対応)
・ディーゼルエンジンからHCCIへのアプローチ
 大量クールドEGRによるLTC(Low Temperature Combustion)の実現と領域拡大に向けての課題

  • ※途中、昼休憩と午後の小休憩が入ります。
  • ※講演時刻等、随時更新いたします。また、プログラムは変更になる場合があります。あらかじめご了承願います。
■受講料のお支払い
≪1名でお申し込みの場合≫
お支払い方法が「請求書」の方には、後日、受講券・請求書を郵送いたします。
ご入金は銀行振込でお願いいたします。なお、振込手数料はお客様のご負担となりますので、あらかじめご了承ください。
クレジットカード支払いの方は、受講証はMyPageから印刷してご持参ください。
≪複数名同時申込の場合≫
お支払い方法が「請求書」の場合、お申込筆頭の方に、後日、筆頭の方の受講券と全員分の合算請求書を郵送いたします。
ご入金は銀行振込でお願いいたします。なお、振込手数料はお客様のご負担となりますので、あらかじめご了承ください。
クレジットカード支払いの場合、お申込筆頭の方はMyPageから受講証を印刷してご持参ください。
※支払方法にかかわらず、申込完了後にお申込筆頭者の方宛に、「登録完了メール」をお送りしますので、2人目以降の方はそちらを印刷してご持参ください。
 筆頭の方は、2人目以降の方に、「登録完了メール」の転送をお願いいたします。
■お申し込み後のキャンセルおよび欠席など
お申し込み後のキャンセル、ご送金後の返金はお受けいたしかねます。代理の方が出席くださいますようお願いいたします。
会場までの交通費や宿泊費は、受講される方のご負担となります。講師等の急病、天災その他の不可抗力、その他やむを得ない事情により、中止する場合があります。この場合、受講料は返金いたします。
■最少開催人員
15名。参加申込人数が最少開催人員に達しない場合は、開催を中止させていただくことがあります。

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