成果報告書詳細
管理番号20140000000282
タイトル平成23年度-平成25年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業 実証研究 「マイクロ波プラズマ燃焼エンジンの研究開発」
公開日2014/7/1
報告書年度2011 - 2013
委託先名イマジニアリング株式会社 ダイハツ工業株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約 マイクロ波プラズマ燃焼技術を低燃費エンジン技術と組み合わせることでこれまで実現し得なかった超希薄燃焼を可能とし、JC08モード運転で燃費10%以上の改善を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証研究フェーズを推進した。半導体素子を用いた車載可能なマイクロ波発振電源をはじめ、マイクロ波プラズマ燃焼システムを開発した。開発したシステムを実機エンジンへ組付けた評価で、JC08モード運転代表点での図示燃費改善(ISFC)効果が12.4%である事を確認できた。
 本システムの量産化・事業化を念頭に、車輌搭載用のマイクロ波プラズマ燃焼システム量産仕様の確立、および搭載候補エンジンへの本プラズマ燃焼に必要なコンポーネントの作りこみ技術(設計・製造)仕様の確立・生産の具現化に必要な課題を抽出・検討した。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) マイクロ波プラズマ燃焼システムの開発
 エンジン燃焼室へのマイクロ波入射方式としてプラグ一体アンテナ、ミキサーユニットを開発することでアンテナのエンジン織り込み技術開発以外に量産型エンジンへの適用に向けた完成度が向上した。
 一方、プラグ一体方式によりプラグの磨耗性が懸念されたが、プラグの放電時間に対するマイクロ波発振時期を制御することで耐摩耗性を向上することが可能となった。マイクロ波発振に関しては、高出力の半導体デバイスの開発が進んだことから、出力1kW@2.45GHzのマイクロ波パルス発振電源を開発した。伝送系として、直流通電、高周波発振を同時に供給するミキサーユニットを開発し、エンジンの運転条件に合わせて、任意のマイクロ波発振制御を行なう制御系と組み合わせて、車載システムの具現化案をまとめた。

2) マイクロ波プラズマ燃焼エンジン搭載車の開発
 3気筒量産型エンジンへのマイクロ波プラズマ燃焼システム、および先行着火システムの適用を行い、JC08モード運転代表点評価において、図示燃費低減効果を12.4%まで改善した。リーン燃焼による燃費改善のみならず、高EGR率下での着火安定、安定燃焼により、JC08モード運転での燃費を改善した。

3) 量産化・事業化検討
 システムの量産化に向けて機器仕様と構成を決定し、部品、モジュール製造メーカとの連携で量産化技術の課題抽出を完了した。また、本システムの構成ごとの部品調達、製造、評価、供給体制を検討し、デバイスメーカ、モジュールメーカとの供給体制を構築した。車載システム共通仕様をもとにコスト低減の課題を検討し100,000円以下の目処をつけた。
 日本のOEMのコンセンサスは一台当たり当初20,000-25,000円、複数社、百万台以上の搭載を前提に15,000円前後までは許容可能。最終目標は10,000円。共同開発に参加している企業とはこの目標でコンセンサスが取れており邁進中。適用車両台数による量産効果で大幅なコストダウンが図れる。

特許出願:国内33件、外国19件 
研究発表・講演(口頭発表も含む):国内16件、海外5件
英文要約 We carried out the development of microwave plasma combustion engine that can deliver 10% or more reduction in fuel consumption of the vehicle when tested at the JC08 mode driving cycle. We have developed a vehicle-mounted microwave plasma combustion system using a semiconductor microwave oscillation device. By evaluating in a production engine, we confirmed that newly developed system is able to achieve 12.4% (TSFC; Indicated Specific Fuel Consumption) fuel efficiency improvement at the JC08 mode driving cycle. For mass production of vehicle mounted microwave plasma combustion system, the specifications for design and manufacturing, the challenges in technology establishment were reviewed.
To introduce the microwave power to the engine combustion chamber, the plug was integrated with a microwave antenna, such that no modification is required for current engine geometry. For transmission of DC power and the microwaves to the plug, a mixer unit was developed which simultaneously transmits the high voltage DC power and high frequency microwave signals. This mixer unit works in conjunction with the engine control unit and controls the microwave power according to the operating conditions of the engine. With the progress in the development of semiconductor device, we developed a microwave pulse generation device with 1 kW power at 2.45GHz.
We compared the microwave plasma combustion system with the conventional ignition system in a three-cylinder production engine model, the newly developed system is able to achieve 12.4% (ISFC) reduction in fuel consumption when tested at the JC08 driving cycle. By improving the fuel efficiency associated with lean combustion, ignition stability, the stable combustion under high EGR rate, an improved fuel economy was achieved.
To determine the configuration and equipment specifications for mass production, we already completed the specifications, configuration of the components and technology with the cooperation of component and module makers. We examined the part procurement, production, quality evaluation, and built a supply chain of the system with device manufacturers and the module makers. On the basis of in-vehicle system specifications, we study the cost reduction challenges based on the initial cost of 100,000 yen. The final goal for cost is to be less than 10,000 yen. The cost could be significantly reduced when we apply this technology to mass production.

[Patent applications] Domestic: 33, Overseas: 19
[Papers, Lecture (including oral presentations)] Domestic: 16, Overseas: 5
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