成果報告書詳細
管理番号20110000000760
タイトル平成20年度~平成22年度成果報告書 エネルギー使用合理化技術戦略的開発 エネルギー使用合理化技術実用化開発 マイクロ波プラズマ燃焼エンジンの研究開発
公開日2011/8/25
報告書年度2008 - 2010
委託先名イマジニアリング株式会社
プロジェクト番号P03033
部署名エネルギー対策推進部
和文要約既存エンジンシステムを変えることなく、燃費改善、エミッション低減、高効率を安価に実現できるマイクロ波プラズマ燃焼エンジンの研究開発の実用化フェーズを推進した。マイクロ波プラズマ燃焼エンジンシステムの耐久性を実証した。エンジンベンチでマイクロ波プラズマ燃焼エンジンの燃費評価を行い、モード運転代表複数点において燃費低減効果を確認した。車両搭載を念頭に小型化、低電力化、多気筒制御のシステムプロト機を試作し、エンジンベンチでの性能検証を行った。並行して本技術の事業化・実証研究課題の検討を進め、早期実用化のための課題を抽出した。具体的に行った研究開発の内容と成果は以下のとおりである。1)プラズマ燃焼用プラグ開発において、ミキサー回路とプラグの接続部にチューナーを設けることで、電力損失を低減。マイクロ波投入エネルギーを低減することでプラグ耐久性を向上した。市販プラグに大きな改良を加えることなく使用可能とし、供試エンジンの最大出力ポイント(WOT)で動作確認し、問題ないことを実証した。ミキサー回路の開発において、点火コイルと一体化したミキサーユニットを試作し目標性能(耐電圧:10kV以上、マイクロ波減衰:-1dB以下)を達成した。マイクロ波分配器の開発では半導体式分配器を試作。伝送損失を実用に供するレベルに低減した。ECU・制御システムの開発ではTier1メーカーとの課題討議、モード運転各領域でのプラズマ燃焼運転有無を検討し、燃費低減利得の得られる低負荷および高負荷EGR運転でのプラズマ燃焼運転制御を選定した。電源・電装系の開発では車載バッテリーDC12V 対応車載用パルス電源試作を完了。パルス電源の低電圧化の目処をつけた。電源の半導体化による小型化、信頼性向上のための商品化開発に着手した。2)商品、量産化のために、本システムを660cc、2000ccクラスの実用多気筒ガソリンエンジンに適用し、JC08モード代表点における燃費低減10%評価実験によりISFC(図示燃料消費率)で6.5%、EGR効果で3.9%燃費改善を達成した。3)事業化検討・実証研究課題の検討においてTier1メーカと 車載化、性能、コスト販売ルート、ターゲット車種、特許、量産開発計画(スケジュール、費用)、世界市場情勢等を検討しながら商品化・量産化のためのコア要素の課題抽出と対策検討を完了した。特許出願:29件(国内/国外PCT含む)、研究発表・講演(口頭発表も含む):国内7件、海外5件。
英文要約Title: Strategic Development of Energy Conservation Technology/Practical application development Phase/Development of microwave plasma combustion engine (FY2009-FY2011) FY2011 Final Report
Plasma combustion system was developed to improve fuel economy and achieve the higher efficiency without any modification of current engine configuration. The system performed in the full load condition with conventional gasoline engine and conventional spark plugs, which were commercially available, the mixer circuit and impedance tuner. An impedance tuner was developed for impedance matching between a spark plug and mixer circuit. The impedance tuner reduced the reflected microwave power and allows conventional spark plugs to apply plasma ignition with less modification. The mixer circuit achieved the development target (voltage resistance: higher than 10kV, decay rate: less than -1dB). In addition, integrated modularization is to be promoted to seek for vehicle installation. A magnetron, wave-guide and coaxial cable-converter will be integrated in miniaturized unit. A prototype microwave oscillator and transmission system for vehicle installation was developed from the aspect of heat release. To development the microwave oscillator, the material and the edge structure of the coaxial transmission cable were considered. Furthermore, for practical application in engines, a microwave distributor was developed. Semiconducting switch with the substrate structure of equivalent circuit was adopted. Prototype distributor was made and tested. The switching rate, the transmission efficiency and allowable power are enough. To develop ECU and control system for plasma ignition, it is being considered that the feasibility of the system control by the adapter added to conventional ECU circuit. In the development of the electric power supply and electric component unit, the system structure powered by the installed battery DC12V was developed. Microwave pulse width and duty was determined base on the combustion experiment. Specification of power supply for vehicle installation was considered on JIS and ISO. In order to estimate the microwave plasma combustion system with real engines, engine test bed system, exhaust gas analyzer and so on have been done. The experimental conditions were six representative points of engine mode operating conditions. For every engine operating conditions, MW plasma improved the lean limit and fuel efficiency. The estimated fuel efficiency improvement for mode operating achieved 6.5%. For practical use of this system, it needs reducing cost of parts of this system, improving endurance, and increasing reliability. To find problems for the practical use, information exchange with automakers and parts suppliers has done. Final target is mass-producing this system. Patents: 29 applications (Foreign/domestic PCT): Academic Papers & Presentation (including oral speech): Domestic 7, overseas 5.
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