これからの自動車の形態はどうなるのか? EVが主流? 内燃機関が生き残る? 対応すべきKey技術は?

2030年以降、エンジン車を廃止するという中国、ドイツ、イギリス、フランス政府発表を契機に、今後電気自動車や燃料電池車が次世代自動車の主流を占めるのではという報道がなされていますが、それぞれの技術的難易度のみならず、インフラ整備など先進国においてさえも解決すべき課題が依然多い一方、年間一億台近い新車販売台数のうち新興国が60%以上を占めているのも事実です。 　エンジンにおいては地産地消の観点で使用燃料の多様化 (カーボンフリー化) を考えることとあわせ、さらなる熱効率の向上が重要となってきています。 　本セミナーでは、マイルドハイブリッドシステムを含めた電動化技術の概要とそれぞれの技術的難易度を理解して頂きます。その上でエンジン改良における技術課題をエネルギーの損失という観点で整理し、ガソリンエンジンでは希薄燃焼/高圧縮比化、ディーゼルエンジンでは低圧縮比化/低スワール化をKey 技術として、これまで開発されてきた技術と燃費改善効果、さらには将来の熱効率50%Overに向けたエンジンの最新技術動向について解説し、最後にCOP21パリ協定でのCO2低減目標の実現に向けた、自動車のロードマップについて解説します。

1. 自動車を取り巻く環境と技術対応の俯瞰
   • 地球温暖化、エネルギーセキュリティ、大気汚染という課題に対して、内燃機関車、電動車の技術的難易度を明確にし市場への導入優先度をわかりやすく解説します。
   1. 取り巻く環境と対応技術
   2. 内燃機関、次世代車の分類
   3. HV車の分類
   4. PHVの概要
   5. EVの概要と技術的課題 特にバッテリエネルギー密度の改善シナリオ
   6. FCVの概要
   7. 次世代車の市場導入優先順位
2. 環境課題への対応
   • IPCC5次レポートを受け、COP21 (パリ協定) にて、各産業セクターでの2050年に向けてのCO2低減目標が明確になりました。自動車業界ではこれを受け、現在60トン排出しているCO2を2050年までに70～80%低減する必要があります。
     本章では、今後の世界販売台数の予測から、これからのCO2排出量を見積もり、燃費規制をどこまで強化する必要があるかを解説し、あわせてカルフォルニア州のZEV規制、中国のNEV規制について自動車業界へのインパクトについて述べます。
   1. IPCC5次レポート
   2. セクターごとのCO2排出量
   3. 各国のCO2規制
   4. 運輸セクター (自動車) のCO2低減目標
   5. カルフォルニアZEV、中国NEV規制
   6. 脱石油に向けたエネルギー対応
   7. 各種エネルギーのWtWとエネルギー密度
3. これからの自動車の先進技術技術開発
• 今後の自動車は、従来のガソリン車やディーゼル車に加えて、ハイブリッド車 (HV) 、電気自動車 (EV) 、燃料電池車 (FCHV) と多様化していきます。ただし、世界の自動車生産台数は2020年に年間1万台を超え、その60%が新興国と予想されることなどを考えると、今後も主流は内燃機関であり、改良の余地はまだまだ残されています。また内燃機関用の燃料もガソリン、軽油からバイオ燃料、天然ガス、水素燃料に転換し、CO2の大幅低減効果が期待できます。
  本章では燃費改良技術にフォーカスし、ガソリンエンジンに関しては、高圧縮比化、可変圧縮比化、超リーンバーン (含むHCCI) 、エンジン断熱、ヒートマネージメントなどの新技術に、過給、高膨張サイクルを含め、これらをどのように組み合わせて熱効率50%の道筋を立てていくか、一方ディーゼルエンジンに関しては、低圧縮比化、燃焼室内低流動化、大量クールドEGR、予混合燃焼 (PCCI) 、ピストン断熱などの技術をどのように組み合わせて熱効率50%の道筋を立てていくかについて解説します。
  1. 車両改良技術の全体俯瞰
  2. エンジン燃焼技術のトレンド (特許調査から)
     • 日本は希薄燃焼、HCCI、PCCI、欧米はHCCI、希薄燃焼、ガソリン高圧縮、ディーゼル低圧縮での出願数が多い
  3. 将来ガソリンエンジンの熱効率改善シナリオ
     • Key技術として、高圧縮比、アトキンソンサイクル (高膨張) 、超リーンバーン、可変圧縮比、高エネルギー点火、超断熱 (ヒートマネージメント) 、大量クールドEGRを取り込むシナリオとなる。具体例として以下について解説する。
       • 高圧縮比化 ～ノッキング発生メカニズムとその対応～
         圧縮比とノックの関係、点火システム強化、圧縮比と乱れと燃焼速度の関係
       • 超リーンバーン化
         メリットと課題、HCCIへの展開
       • 可変圧縮比 ～燃費と出力性能の両立～
         燃費改善効果、各種可変方式
       • ヒートマネージメント ～熱損失の低減あるいは有効活用～
         シリンダ壁断熱とアトキンソンサイクルの活用による熱効率改善
         ヒートパイプ活用による低温時機械損失の低減
       • 過給スカベンジング ～バルブオーバーラップ間の掃気～
         アトキンソンの充填課題である全負荷性能低下の改善
         高圧縮比化に伴うノック発生の抑制
  4. 将来ディーゼルエンジンの熱効率改善シナリオ
     • Key技術として、低圧縮比、アトキンソンサイクル (高膨張) 、低流動、ピストン断熱 (ヒートマネージメント) 、PCCI、超高圧コモンレールシステム、大量クールドEGRを取り込むシナリオとなる。具体例として以下について解説する。
       • 低圧縮比化のメリット ～出力性能、燃費、NOx、PM改善～
       • 低圧縮・低流動燃焼における多段噴射 (2～4段) +PCCI燃焼との組み合わせ効果
         熱効率改善と大量EGR時の壁面クエンチ抑制 (CO、HC抑制)
       • 低NOx領域の拡大 ～MPL – EGR、2 – Stage Turboの効果～
• 将来の自動車の動力源の展望およびまとめ
  • 今後予想されるCO2排出量を、エンジン車の効率改善とバイオ/水素への転換、次世代電動車の技術難易度を考慮したうえでセールスミックスを検討し、COP21のCO2目標達成の道筋を解説します。
  1. 将来モビィリティーのすみわけ
  2. エンジン車、電動車のロードマップ
  3. 上記シナリオでのCO2低減目標達成可能性
• 質疑応答・名刺交換