Question 1

なぜ新しい内燃機関が必要なのですか？

Accepted Answer

内燃機関は、(a) 長時間の運転、(b) ヘビーデューティー作業、(c) 多様な運転条件が求められる用途において、電動エンジンと比べて大幅に効果的です。電動エンジンには大きな弱点があります。それはバッテリーです。バッテリーは、長時間にわたり多様な条件下で稼働したり、ヘビーデューティー作業を行ったりする車両や機械を十分に支えることができません。 世界全体では、毎年約1億台の車両が生産されています。そのほぼすべて、98%以上が内燃機関を搭載しています。International Council for Clean Transportationは、現在から2050年までにさらに30億基のエンジンが導入されると推定しています。そのため、内燃機関を生産し続け、可能な限りクリーンで効率的にする大きな必要性が依然として存在します。

Question 2

SARMエンジンはどのような燃料を使用しますか？

Accepted Answer

SARMエンジンは以下の燃料で作動できます。1. 水素2. 天然ガス3. ガソリン4. ディーゼル5. eFuel6. 合成燃料7. バイオ燃料8. JP-8 水素で作動することにより、当社のエンジンは完全なサステナブルエネルギーエンジンとなります。要件に応じて、SARMは既存のICEエンジンを代替できます。

Question 3

エンジンはウェブサイトで使用している画像のような外観になりますか？

Accepted Answer

コアエンジンについては、その通りです。ただし、全体のセットアップは、運転に必要な追加装置を搭載するため、当然ながら異なり、より大きくなります。将来的にエンジンが最適化されるにつれて、全体設計や外観も変化し、よりコンパクトでディスク状に近い形になっていきます。

Question 4

このエンジンの作動方法について、もう少し詳しく教えてもらえますか？

Accepted Answer

SARMエンジンの作動原理と利点に関する詳細な説明は、SAE論文 “Description of a Novel Concentric Rotary Engine”, S.Savvakis, V. Gkoutzamanis, Z.Samaras, doi.org/10.4271/2018-01-0365 に記載されています。

Question 5

熱効率はどの程度で、どのように計算しましたか？

Accepted Answer

熱効率はエンジン回転数に依存します。Savvasの博士課程中に、ANSYS Fluentを用いた詳細な3Dシミュレーションによって計算されました。当社のアトキンソンベースの作動サイクルでは、圧縮比（CR）の値に上限はありません。可能な限り高く設定でき、それはより高い効率を意味します。CRが13の場合、SARMエンジンはSIエンジンより19%高効率です（論文 “Numerical simulation of a novel rotary engine compared to conventional reciprocating engine cycle”, V. Gkoutzamanis, S.Savvakis, A. Kalfas, Proceedings of Shanghai 2017 Global Power and Propulsion Forum, 2017, GPPS-2017-147）。ただし、Mazda SkyactivエンジンはCR 14に到達しており、16以上を目指しているとされるため、これはさらに高くなる可能性があります。 SARMの熱効率：36〜42%（100 rpm〜5,000 rpm）。これはANSYS Fluentで作成された詳細な3Dシミュレーションに基づいています。これらのシミュレーションには、1つの作動原理におけるすべてのプロセス、すなわち吸入、圧縮、噴射、気化、点火、燃焼、膨張、排気ガス除去プロセスが含まれます。ただし、連続して実行したのは2サイクルのみであり、設計パラメータもランダムでした。動的メッシュのため、全サイクルを2サイクル以上運転することは非常に困難で時間を要しました。一方で、予想どおり、2サイクル目は1サイクル目より高い効率を示しました。この現象は、状態が安定するまで続くと考えられます。当社のコンプレッサーでの経験では、最初のサイクルは5回目または6回目のサイクルより最大15%高くなることがあります。したがって、メッシュを作成する必要がなくモデル設定が大幅に速いConvergeCFDでも作動サイクルをシミュレーションする予定です。ConvergeCFDでの目標は、熱力学条件が2サイクル間で変化しなくなるまで5〜30サイクルを連続で実行し、その後、設計パラメータを最適化して、1,000 rpmから15,000 rpmの速度範囲におけるエンジンの最適化された理論熱効率を明らかにすることです。 同じCFDシミュレーションにより、燃焼過程は従来エンジンよりもはるかに速いことが結論づけられました。これは乱流が従来エンジンよりも大きいためです。乱流が大きいほど、燃焼過程の完了は速くなります。これはトヨタのDynamic Force Engineによっても確認されています。同エンジンは強いタンブル流を生成し、燃焼過程を30%速め、エネルギー損失を低減するとされています。これはまた、「乱流が大きいなら冷却損失も大きくなるはずだ」と指摘する一部のエンジニアの疑問にも答えるものです。トヨタのエンジンは乱流が大きいにもかかわらず、燃焼過程が冷却過程よりもはるかに速いため、効率は高くなります。

Question 6

エンジンのシーリングによって生じる圧力損失はどの程度ですか？ワンケルエンジンはシールの評判が非常に悪いですが。

Accepted Answer

当社はワンケルエンジンのようなアペックスシールやサイドシールを使用しません。ラビリンスシーリングを使用し、このシーリングの効率はエンジン回転数とエンジンサイズに依存します。エンジン回転数が高いほど、ラビリンスを通って逃げる作動媒体は少なくなります。エンジンサイズが大きいほど、漏れ経路は長くなり、エンジンサイズに対する隙間は小さくなります。シミュレーションでは、最大93.5%の圧縮等エントロピー効率を達成できることが示されました。これは、圧縮過程が等エントロピーであった場合に得られる圧力の93.5%を、圧縮段階の終わりに達成できることを意味します（D. Vogiatzis, Z. Samaras 修士論文）。 ピストンと圧縮チャンバー間のシーリングについては、K. Zoubourlosの修士論文が、この3D CFD研究において以下の図を結論として示しています。

Question 7

SARMが最大4倍小型・軽量になり得ると考える理由は何ですか？

Accepted Answer

SARMは180度ごとに1回のパワーストロークを発生できるため、4ストロークエンジンと比較して出力密度を最大4倍高くできます。

Question 8

冷却損失はどうですか？表面積対体積比が往復エンジンより非常に高く、ワンケルの比率よりもさらに高いのではありませんか？

Accepted Answer

当社の高い表面積対体積比（S/V）により、多くの人は従来エンジンよりもはるかに大きな冷却損失が発生すると考えます。この仮定は論理的で予想されるものです。なぜなら、ワンケルエンジンも高いS/V比を持ち、それが燃焼過程における「コールドフレーム」を引き起こすからです。これはワンケル型エンジンの低い熱効率の主な理由です。しかし、当社の燃焼過程は3度未満で完了します（他のSIエンジンの場合は15〜35度）。また、この燃焼は、燃焼チャンバーのS/V比が球体のS/Vと同じ値になるときに行われます。したがって、圧力損失は非常に限られており、往復エンジンと比較してもさらに限定的です。燃焼過程のピーク圧力に到達した後の膨張過程では、圧力と温度は低下し、S/Vは上昇します。詳細については、前述のSAE論文をご参照ください。 一方、膨張過程では、作動媒体が冷却システムにさらされる表面積は大きいものの、作動媒体と環境との間のΔPおよびΔTは小さくなります。初期燃焼体積の急速な膨張により、他のエンジンのピーク圧力・温度（70〜100 bar、2000K超）と比較して、低いピーク圧力・温度（50 bar、1150K）が生じます。したがって、膨張過程でも、他のエンジン形式と比較してΔPおよびΔTは小さくなります。

Question 9

NOx排出についてはどうですか？なぜNOxが80%少ないと言えるのですか？

Accepted Answer

急速な膨張により低い温度（ピーク温度1150K）が発生します。そのため、NOxの生成を回避できます。

Question 10

まだ試験または計算されていない利点に関する仮定はありますか？

Accepted Answer

はい、低振動および低騒音レベルに関する主張はまだ計算されていません。当社の推定は、オットーエンジン、ディーゼルエンジン、ワンケル型（偏心）エンジンなど、他の往復エンジンが発生させる振動や騒音を回避する、対称・同心設計および作動に基づいています。100%対称かつ同心の設計であっても、ほぼゼロ振動レベルであるとは述べていない点は重要です。完全にバランスした設計であればそれが期待されますが、燃焼そのものが考慮すべき大きな力を生み出すためです。 騒音の原因となるのは、燃焼過程、吸入過程、そして排気ポートを通じた排気ガスの除去です。エンジン回転数が高いほど騒音は大きくなりますが、いずれの場合も往復エンジンとはまったく異なる、より滑らかな騒音となります。ワンケル型エンジンも、往復エンジンより静かです。 低コストについては期待されるものの、まだ計算されていません。当社はよりシンプルな設計と少ない部品数を備えており、エンジンが低い温度を発生するため冷却システムの必要kWは低くなり、エンジンの多くの部位で潤滑システムを不要にできます。

Question 11

SARMはどのような燃料を使用しますか？

Accepted Answer

SARMはディーゼルを除くあらゆる種類の燃料を使用できます。現時点では、SARMを圧縮着火エンジン（ディーゼル型エンジン）として試験していません。さらに、水素、合成燃料、eFuel、バイオ燃料を使用することで、SARMはゼロエミッションエンジンとしても特徴づけることができます。

Question 12

圧縮された作動媒体が圧縮チャンバーから膨張チャンバーへ移動する際に発生する速度は、マッハ数によって制限される可能性があります。これは本当ですか？

Accepted Answer

圧力チャンバー内で発生し得る速度が340 m/sを超える場合でも、作動媒体の移動中にマッハ数によって流体がチョークされることはありません。なぜなら、マッハ数は温度と圧力に依存し、これら2つの熱力学条件が上昇すると高くなるためです。したがって、作動媒体の移動中にマッハ数が1を超えることはありません。

Question 13

なぜ可変圧縮比（Variable CR）を使用するのですか？

Accepted Answer

高出力の多気筒内燃機関は、素早い加速や重い牽引能力といったドライバーの要求を満たすために必要となる場合があります。しかし、日常使用では、一般に最大出力の25%未満で運転されています（例えば高速道路速度では、空気抵抗、転がり抵抗、エアコンなどの補機を動かすために必要な出力は40 hp（30 kW）未満です）。 しかし、ガソリン内燃機関が全負荷未満で作動している場合、スロットルが完全に開いていないため、有効圧縮比は測定された（形状に基づく）圧縮比よりもはるかに低くなります。その結果、各吸気ストロークでシリンダーに入る空気量は満充填より少なくなります。

Question 14

なぜ構造にアルミニウムではなく鋼を使用するのですか？

Accepted Answer

当社は重量面で競争優位性を持っているため、アルミニウムではなく鋼を使用することができます。一次アルミニウムのライフサイクル全体におけるCO2フットプリントは、鋼の3倍以上に達するためです。この理由の1つは、アルミニウムのリサイクルプロセスが鋼に比べて複雑であることです。

よくある質問