燃焼室への水の噴射は・・・応用は出来ないのでしょうか？。

質問

YS-11は、ロールスロイス_ダート_エンジンの採用時出力不足であったが、ＲＲがエンジンを改良し後期型でウォータースプレーで馬力を上げ、当初の目標で有った７００ｍの滑走路で離陸出来たと記憶しています。

この技はターボ（プロップ）では可能な事は理解出来ますが、
今日の自動車用レシプロエンジンで応用は出来ないのでしょうか？。
ヂィーゼルやＧＤＩの技術が進化した現在なら、コストと性能のバランスがとれても良いような気がします。
プロの方の意見がお聞きしたいです。
（※インプレッサの様に水を補給するのは、マニアックで楽しそうなんですけど）

http://www.translog.jp/events/yakushima/y8-8.html

回答No.6

noname#12265 · ベストアンサー

水噴射が自動車用エンジンで使えるかどぅか、色々御意見が出ていますが・・・これはよく知られた古い技術の一つで、別に高度な制御をしなくても、確かに馬力が上がります。

　自動車での水噴射とは、過給器付きエンジンの吸気温度を下げる為に使われます。
　具体的には、高過給の吸気内に水を噴射し、その気化潜熱で吸気を冷却するワケです。

　実際に、レースの世界では過給器付きエンジンで時々見られた装置で、イチバン最近ではターボ時代のF1に登場し、しかしレギュレーションで禁止されてすぐに消えました。今日のレースでは燃料の成分が厳しく規定されており、水噴射も燃料添加剤と見なされているので今後登場する事はないでしょう。

　さて、何故市販車に使わないか？ですが。

　可能性としてはアリだと思います。が、噴射した水が気化するほど高過給圧でなければ効果がない（セッティングの幅が狭い）、異常な高過給を得る為の、エンジン本体の低圧縮比化（極低速でのドライバビリティ悪化）、水蒸気や水滴によるエンジン内部の腐食などが考えられ、市販車では問題点が山積みです。

　と言うワケで自動車メーカが採用する可能性は低いですが、SHOPレベルのチューニングパーツとして登場する可能性は十分あります。

　尚、ついでに。
　市販車でも過給器付きエンジンの吸気温度は問題となっていますが、燃料冷却という手段を用いています。これは燃料を余計に吹いて燃料の気化潜熱で吸気温度や燃焼室内の温度を制御するモノで、当然燃費は著しく悪化し、排ガスの毒ガス成分も増えます。
　しかし燃料冷却をするのは高負荷/全開走行の時だけで、排ガス規制はこの種の走行パターンが含まれていないので法規的にこれでよい、全開走行中だから燃費が悪化してもこれでよい、という解釈の上に採用されています。

補足

詳しく解説ありがとうございます。
既にレースで使われていたとは全く知りませんでした。
市販車の場合はやはり錆びが問題なんでしょうね。

うちの会社では、FA用マシンですがロータリー・セラミック・バルブを使ってます（ラビリンス無しで１５～２０ミクロン程度）、一時話題になったセラミック・シリンダーやチタン・シリンダー・（又はハステロイ・シリンダー）が出れば、錆びの問題はクリアですね。

ターボの時の様に、ウォーター・ダイレクト・インジェクション・システムとかでIHIとかが作って、HKSとかHRCとかNISMO、TRDとかが売り出せば愉快なんですけど。

ドライバビリティーの問題は今日のＥＣＵ技術でなんとかなると思うんですが・・。

ヘッド部はシリンダーヘッドの鍛造から作らないと無理ですよね。
既存の会社でなくワシマイヤーあたりがエンボスで「ＢＢＳ」とヘッドに結晶焼付け塗装とかしてると痺れるんですけど（笑）

（いろいろ考えると排気量上げル方が、やはり正当ですね。）

ちなみに燃料冷却は経験済みです。
（５０CCの改造で十分経験しました、カブやノーティーで一杯Ｏ／Ｈしました。）

回答No.8

kobe-kun

内燃ピストン機関への水噴射は、古くから有る技術の様ですね。
戦闘機のエンジン用として、日本で発明されたものだと聞いたことがあります。

自動車のエンジンに付いても、余り良くは知りませんが、
「ＷＲＣラリーカー」のような分野で、現在も使われているようですよ。

水噴射は「水の積載量に限界がある」ため、長時間の使用が難しいところに、
その問題が有るのだと思われます。

「　水噴射 WRC　」
http://search.goo.ne.jp/web.jsp?TAB=&MT=%BF%E5%CA%AE%BC%CD+WRC&web.x=44&web.y=9&web=%A5%A6%A5%A7%A5%D6

「　エンジンの水噴射　」
http://science3.2ch.net/test/read.cgi/kikai/1022492426/-100

上の掲示板のスレッドを、全部読めば、大抵の疑問は解消されると思われます。

参考URL：

http://science3.2ch.net/test/read.cgi/kikai/1022492426/-100

補足

一気読みしました、感想はクラクラしました。
あそこは相変わらずですね。

メンテが問題、コストが問題の点が見えてきた気がします。

回答No.7

fukachan23

自動車メーカーのエンジン制御設計者です。

シリンダーに水を噴射すると・・・気化熱による冷却は出来るでしょう。ですが気化した水蒸気がシリンダー内に残るとその分混合気の充填量が減少しますので、出力は低下します。ＥＧＲを入れると出力が落ちるのと同じ理屈です。

したがって、充填量減少分を補う必要が出てきます。
冷却効果との天秤になるわけですが、デメリットを
補うだけのメリットは見出せないのが現実だと思います。

補足

過給器付なら高出力を狙える更なる理由ですね。

NAはそう簡単には出力が上がりませんね。

この携帯発電機なような使い方なら、低燃費と言う可能性があるかもしれませんね！。

http://www.ihi.co.jp/ihi/technology/gihou/image/44-1-8.pdf

回答No.5

M111

素人ですが、メカニズム的に制御が難しいのではないでしょうか。

ガソリンであれば、GDIであっても、燃料を注入したあと爆発タイミングの最終的な調整は点火で行える分、制御しやすいでしょう。
しかし、水を注入して水蒸気爆発というメカニズムでは、注入タイミングで調整するしかありません。内部の温度やその分布も、必ずしも毎回同じではないのにです。
このあたり、たしかにディーゼルと事情が似ているようにも思えますが、ディーゼルでは極論すればどこか一箇所で点火すればおおむね事は足ります。ですが、水の場合は残った水分は排気中で気化して次の排気を妨げるので、全体が膨張過程で気化してくれないと困ります。

さらに、この反応を単独では使えず、他の燃焼のあとに行わなければなりません。一行程で複数の反応を順に行わなければいけない分、難易度はさらに上がります。
ガソリンの2段階着火はもうありますが、ディーゼルの2段階燃焼というのはまだ実現してなかったのではないでしょうか?シリンダー内への水の注入は、それよりもさらに難しい技術にあたるのでは、と思います。

補足

＞メカニズム的に制御が難しいのではないでしょうか。

ＥＣＵは時間的には十分だと思います。
燃焼室の構造は今日ペントルーフですので、解析技術で十分研究可能と思います。

おっしゃる通りヂーゼルに似てきますので楽しいです。
（未知の領域は楽しい）

＞水の場合は残った水分は排気中で気化して次の排気を妨げるので・・

シリンダ内に残さない技術が重要ですよね、排気管内は問題ない気がします。

＞ガソリンの2段階着火・・

NISSANのZエンジンやALFAツインスパーク、MAZDAロータリーですよね。
好きじゃなかったですね（レシプロは）、ヂーゼルでは有りえないのでは（笑）。

みなさま、ご回答ありがとうございます。

回答No.4

FOCA

似たようなことを考える方はたくさんいらっしゃるようです。水が蒸気になると***倍（忘れた）に膨れ上がるからパワーアップするだろうと。
ラジコン模型をやる人は一度は実験してみるようです。エンジンをテストベンチに載せてフルパワーで回しながら注射器でキャブレターに少量の水を吹き込む。すると回転は見る見る落ちていきます。
少なくともNAエンジンでは役に立たないと思いますがターボエンジンならばガソリン冷却の代用位にはなりそうですね。（回答にならなくてすいません。）

お礼

ありがとうございます。

補足で誤字がありました。
高過吸気→高過給器

アルコール・チャージしながらの書きこみは、字懲りますね。（事故リますね！）

おあとよろしいようで・・・。

補足

私は、ラジコン（Uコン）もしてましたが、やりませんでした。（笑）

熱量（水の比熱）の計算をして模型エンヂンでは、容量が少なすぎるのを感で解かっていたつもりでした。

RRがYSのエンジンに使用したと知って高過吸気（ターボ）なら可能ではと思いました。

スバルか三菱あたりがやってくれると飛行機ファンとして嬉しいですが・・。

回答No.3

r420

量産する場合、一般人が燃焼に必要な２つの液体の補充を気にすることに対する懸念と、装置の増加、水という腐食性のある液体を金属の塊であるエンジンの稼動部に供給することが問題になるのではないでしょうか。

燃焼するにあたって必要となる水の供給量は現在のコンピューターを使えばさほど難しいことではないように思えますが、それ以前に長期に渡って問題なく動作させる『自動車』としての信頼性に問題が出るのではないでしょうか。

以前、富士重工のＲＥＸスーパーチャージャーに乗っていましたが、同じ外気温で晴天、霧雨、雨、土砂降りでは明らかに霧雨のときにパワーが出てました。

個人的にはとても面白いとおもいます。

補足

最近面白い構造のガソリン・エンジン進化が少なくなった気がするので、スバルあたりが出してくれるとうれしいんですが・・・（笑）。

＞富士重工のＲＥＸスーパーチャージャーに乗っていましたが、同じ外気温で晴天、霧雨、雨、土砂降りでは明らかに霧雨のときにパワーが出てました。

私も昔、ＳＯＬＥＸキャブ車に乗ってました、
天候、温度、湿度、気圧で吹けがまったく違い、ご機嫌を伺いながら乗ってました。機械らしく無くて懐かしいですね。

回答No.2

miyacchi518

ウォータースプレーは・・・

１．インタークーラーにスプレーしＩＣの吸気の冷却能力を上げる。（インプレッサ）

２．ラジエータにスプレーし冷却水の冷却能力を上げる。

３．エアコンのコンデンサにスプレーしエアコンの効きをよくする

といったものが一般的ですよね。ＲＲのものがどういったものかはわからないのですが、燃焼室内にスプレーするものなのでしょうか？

エンジンの燃焼は混合気の温度を上げる必要があり、燃焼室に水を噴射ということは一時的に燃焼室の温度を下げることができ、ノッキング対策も可能かと思われますが、別途、スプレー用のインジェクタを設置するコスト、信頼性を考えれば実用化できるものとは思われません。

フューエルラインに水を混ぜることは、配管のサビ、また混合気を噴出したとたんに水で燃焼室内温度が低下しますのでまともな燃焼はできないでしょう。

補足

ダート・エンジンのウォーター・スプレーは、離陸時のみ使用されるようです。（最高出力の為）
燃焼室に水を噴出し、高温高圧の中で水蒸気爆発を起こし出力を上げるものだそうです。
ターボ・プロップの構造はジェット・エンジンとほぼ同様で、出力が回転軸から取られる形になります。
（今日のジェット機の主流はファン・ジェットですが。）

自動車のレシプロでもターボ（スーパー・チャージを含む）エンジンなら、構造的に付加可能な気がします。
コストに見合うかは確かに疑問ですが・・。

回答No.1

noname#25358

安全性の問題があるから採算取れないのでは……(笑)
　少なくとも一般自動車に採用することはできないし、レースカー向きに開発するにしても安全性を無視していいわけじゃないですしね。

　安全に関する技術は、「危険な技術を安全に使う」よりも「危険なことは最初からしない」方がずっとずっと安上がりになります。

補足

危険は少ないと思うんですが・・。
機器が増えると故障の要因は増えますよね。