背景・目的

天然ガスは、クリーンなエネルギーであり、将来性が有望視されている。本研究では、２サイクル機関において、電子制御の筒内噴射を採用した。２サイクル機関には、高出力・低コスト・小型という長所に対して、短所として燃料の吹き抜けによる排ガス成分の悪化・効率低下がある。そこで、本噴射装置により筒内噴射をおこなうことで、小型２サイクル機関固有の掃気の吹き抜けの改善を図った。実験に際しては、供試機関をガソリンによる気化器付機関として運転する一方、供試噴射系で吸気管噴射をも行って、それぞれの性能を比較検討した。

内容・方法

本研究では、家庭用のガスラインから天然ガスを供給して原動機を運転し、これにより、一般家庭で使用出来るようなヒートポンプシステムを構成することを目的とした。なお、実験に使用した原動機は２サイクルエンジンであり、燃料供給方式としては電子制御の筒内噴射を採用した。２サイクルエンジンは高出力・低コスト・小型というメリットに対し、課題として燃料の吹き抜けによる排ガス成分の悪化・効率低下がある。本研究では、GHP用小型エンジンとして、汎用の２サイクルエンジンをもとに電子制御式の燃料噴射装置を試作し、これにより小型２サイクル機関固有の掃気の吹き抜けの改善を図った。実験に際しては、供試機関をガソリンによる気化器付機関として運転する一方、供試噴射系で吸気管噴射をも行って、それぞれの性能を比較検討した。実験の便宜上、今回の実験においては高圧ボンベに充填された15MPaのCNGを0.1〜0.5MPaまで減圧してエンジンに供給した。

結果・成果

２サイクルガソリン機関において天然ガスを用い、吸気管噴射、および筒内噴射を行なって、ガソリンを気化器で使用した場合との出力、燃料消費率、正味熱効率、及び排出ガスの比較を行った。得られた成果を要約すると、およそ以下の通りである。 1.天然ガスを燃料として使用した場合には、気体燃料のため、体積効率の低下と燃料特性の違いにより出力の低下が見られた。 2.吸気管噴射には最適噴射時期は存在せず、掃気の際の燃料の吹き抜けのため、筒内噴射と比較すると全般に性能の低下が見られた。 3.最適噴射時期に天然ガスの筒内噴射を行うことにより、燃料の吹き抜けが防止され、正味熱効率、および燃料消費率に関しては、吸気管噴射で運転した場合を上回る性能が確認された。 4.筒内噴射では、掃気の吹き抜けが減少するのでTHCの排出量が気化器、吸気管噴射に比べて大幅に低減した。

今後の展望

平成11年度は、低圧天然ガスを２サイクルガソリンエンジンに供給して、吸気管噴射と筒内噴射とを試み、ガソリンを気化器で供給した場合との比較を行い、燃料消費率（熱効率）の向上、排出ガス（ＣＯ、ＨＣ、およびＣＯ2）の減少を確認した。ただし、残された課題として、サイクル変動が筒内噴射の場合大きい（変動率10〜20％）。図示効率が低い（30％程度）。つまり、現状のエンジンでは限界の性能（空冷式のため圧縮比を高くした時の冷却能力の不足）が得られていることが考えられる。そこで、平成12年度の計画としては、ベースエンジンを水冷式に交換して、今までの噴射技術を応用して、さらなる熱効率の向上と、サイクル変動対策技術の検証、および排出ガス（ＣＯ、ＨＣ、NOXおよびＣＯ2）の減少効果を確認する予定である。