成果報告書詳細
管理番号20140000000571
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 実用化開発 レンジエクステンダーEV用超低燃費ディーゼル発電機システムの研究開発
公開日2014/8/5
報告書年度2011 - 2013
委託先名株式会社ACR
プロジェクト番号
部署名省エネルギー部
和文要約 EVは地球温暖化防止や省エネルギーへの寄与が著しく大きいためその普及が期待されているが、現時点では電池の性能が不十分で通常車両に比較して価格は2.5倍、一充電での航続距離は1/3である。EVは燃料代がガソリン車に比較して1/4-1/8になるが、車両価格差を埋めるには数十万キロの走行が必要であり通常の走行距離では価格差を回収できないため、普及には電池の性能改善が必須と思われる。しかし、NEDOの2次電池技術開発ロードマップによれば2020年の目標を質量エネルギー密度3倍、価格1/10としているが現時点での見通しは得られていない。
 上記理由から当面EVよりハイブリッド車の普及が有力で、特に近距離は純粋なEV、中長距離はハイブリッド走行するプラグインハイブリッド、レンジエクステンダータイプの電気自動車(以降レンジエクステンダーEVという)が有望との見方が多い。これらに用いる原動機としてはヨーロッパを中心に各種提案されているが、特に省エネルギーをターゲットとした車両では熱効率に優れたディーゼルエンジンを採用する提案が多い(VW、ベンツ、プジョー、BMW等)。
 しかしながら日本においては、ディーゼルエンジンは高コストな燃料噴射システム、排ガス浄化システム、振動騒音対策が必要等の理由でガソリンエンジンに比較し2-3倍高コストであること、ディーゼルエンジンは汚いというイメージが払拭されないこと等によりハイブリッド車にディーゼルエンジンを採用する報道は見あたらない。
 本研究は以上のような現状から、EVに最も近い省エネルギー特性を発揮できるレンジエクステンダーEVを主なターゲットとして 『低燃費、低振動、クリーンでかつ低コストなディーゼルエンジンを用いた発電システム』 を開発し、EVの欠点を補うレンジエクステンダーEVを普及させ省エネルギーに貢献することを目的とした。
 熱効率を高めるため同一排気量で燃焼室表面積が最小となる単気筒エンジンを採用し、最大の欠点である振動低減のため増速ギヤを組み込んで発電機を高速回転させ慣性モーメントを増やすことで多気筒並みの小さい回転変動にすることが出来た。さらに、回転速度が増加する膨張行程で集中的に発電機の吸収トルクを増大させ更に回転変動が低減する基本システムが出来た。また、良好な燃焼の維持とPM低減のためタービンスクロールをきわめて薄い肉厚として熱損失を半減させた超小型、高効率ターボ過給機を開発した。
 燃料噴射装置はディーゼルエンジンが高コストになる最大の理由である。コスト低減のためユニットインジェクタを使用することにより高価なコモンレールと加圧ポンプを省略したシステムを完成させた。又、燃焼騒音低減のためのピエゾインジェクタ採用の見通しがついた。
 排気ガス温度を450℃-550℃の間に制御することにより弊社独自の軽油を還元剤とするNOx低減装置を採用した。アンモニアスリップ対策触媒、凍結防止システムを備えた尿素タンクなどが不要であり大幅なコスト低減が実現できた。PM浄化装置は弊社独自のワイヤメッシュを三次元に織り込んだフィルタを用いて小型、低コストで耐久性にすぐれたDPFを開発した。その結果、ポスト新長期規制レベルのNOxとPMの排出基準を満足させることができた。
  インバータは車両搭載を考慮しノイズや振動に強い構造を採用するとともに高効率化と小型化を両立させると共に、膨張行程での集中発電制御の基本構成を盛り込むことが出来た。
 これらの結果、欧州のレンジエクステンダー用発電システムと比較しても十分優位性のある発電システムを開発することが出来た。
英文要約The spread of electric vehicle (it is said as follows with EV) is strongly expected for prevention of global warming and energy saving effect. But at the present moment cost of the battery is very high and performance is poor. The cost of the EV is 2.5 times of the general car. 1 charge mileage is 1/3. Energy cost of the EV is 1/4 -1/8 of the fuel cost of the general car. Several 100,000km run is necessary to collect a initial cost increase. Large cost reduction and performance improvement of the battery is necessary. The secondary battery technology development road map of NEDO aims at performance 3 times and cost 1/10, but there is no positive prospect.
Hybrid car and EV with small engine generator system (it is said with range extender EV) are thought to be promising. As for the engine for range extender EV diesel engine is thought to be most suitable for energy saving in Europe.
However in Japan the diesel engine is not adopted on the hybrid car because of high cost and image to be mean. The cost of the diesel engine is 2 or 3 times high compared with gasoline engine. It comes from very expensive fuel injection system and exhaust emission control system
This project aims to develop a diesel generating system with fuel saving, low vibration, clean and low cost characteristic for a range extender EV which has similar energy saving effect with EV. Range extender EV developed by this project shows better fuel economy due to adopting a single cylinder engine and lower cost due to low cost and highly efficient fuel injection system and low cost emission control system compared with European range extender EV.
To get higher thermal efficiency a single cylinder configuration was selected to get minimum combustion chamber surface area at the same swept volume. A step-up gear was installed between the engine and generator to reduce vibration which is one of the serious problem of the single cylinder diesel engine. Absorbing torque of the generator is controlled to increase during the expansion stroke of the engine to reduce periodic engine speed change similar to that of multi-cylinder engine. A very small turbocharger was developed to get good combustion and to reduce PM. To reduce thermal loss through turbine scroll very thin fleshy wrapped with heat insulation material was adopted.
Fuel injection system is the biggest cause of the cost increase of the diesel engine. Common rail and high pressure pump is replaced by the unit injector system. Piezo-injector is to be adopted to reduce combustion noise.
As for NOx control system we developed a de-NOx system without urea water. De-NOx system with urea water is very expensive because of special urea tank equipped with heating system. Wire mesh filter composed of 3-dimensionaly composed and catalyst coated is adopted for PM removal equipment. Exhaust gas temperature is controlled between 450℃and 550℃and emission level can be controlled under the level of Japanese post new long term regulation.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る