ngine r eview...engine review contents society of automotive engineers of japan 4vo.l n 5o. 2014...

E

SJS

ENSOCIETY OSAE エンジン

特集:模型・模型から

From a

・模型用エ

A kind a

・発電機用

Charact

・船舶用・発

Technic

・ロケット用Comme

NGIOF AUTOンレビュー

型エンジンロケットエン

model engin

エンジンの種類

and characte

用エンジンの特

teristic of the

発電用大型エ

cal trend of t

用エンジン entary of the

INEMOTIVE E

ンからロケンジンまで ne to a rocke

類と特徴 eristic of the

特徴 e engine for

エンジンの技

the large eng

e rocket engi

E RENGINEER

ットエンジ

et engine

e engine for m

generators

技術動向 gine for mari

ine

RERS OF JA

ジンまで

models

ine applicati

EVIAPAN

ion, generati

IEWVol. 4 N

ion

W No. 5 2014

CONTENTSENGINE REVIEW SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS OF JAPAN Vol. 4 No. 5 2014

コラム：●商用車用ディーゼルエンジンの排出ガス清浄化：下田正敏（編集委員） 1

Systematic Development of Clean Heavy Duty Diesel Engines for Commercial Vehicle

特集：模型エンジンからロケットエンジンまで

・模型からロケットエンジンまで：菊池勉（編集委員） 4

From a model engine to a rocket engine：

NISSAN MOTOR CORPORATION & Editing committee

・模型用エンジンの種類と特徴：小川精機株式会社開発グループ 8

A kind and characteristic of the engine for models：O.S.ENGINES MFG.CO,LTD.

・発電機用エンジンの特徴：布川剛史（本田技術研究所） 11

Characteristic of the engine for generators：Honda R＆D Co.,LTD

・船舶用・発電用大型エンジンの技術動向：遠藤浩之（編集委員） 14

Technical trend of the large engine for marine application, generation：

Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. & Editing committee

・ロケット用エンジン：香河英史（宇宙航空研究開発機構） 22

Commentary of the rocket engine：

Aerospace Research and Development Directorate, Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)

■ JSAE エンジンレビュー編集委員会

委員長：飯田訓正（慶應義塾大学）

副委員長：村中重夫（元日産自動車）

幹事：飯島晃良（日本大学）

委員：遠藤浩之（三菱重工業）

金子タカシ（JX 日鉱日石エネルギー）

菊池勉（日産自動車）

小池誠（豊田中央研究所）

小酒英範（東京工業大学）

佐藤唯史（ケーヒン）

清水健一（元産業技術総合研究所）

下田正敏（日野自動車）

鈴木央一（交通安全環境研究所）

西村知江子（堀場製作所）

野口勝三（本田技術研究所）

平井洋（日本自動車研究所）

山崎敏司（編集）

発行所：公益社団法人自動車技術会

発行日： 2014 年 12 月 30 日

発行人：竹村純（三菱自動車工業）

〒102-0076 東京都千代田区五番町 10-2

電話：03-3262-8211

ENSOCIETY

GINE ROF AUTOMOTIVE ENG

●コラ

当時

である

エンジ

たかを

1 197

担当

の基礎

た。基礎

部長に

（松岡，

研究の

上で指

衝突を

追及し

果が大

きなか

黒煙が

また

であり

2 198

初

NA エン

効かな

た。

当時

UP（ユ

米国に

各種部

に参考

大きな

REVIEWGINEERS OF JAPAN

ラム

商用― 若い

Systematic

時の石原都知事

。筆者は 1975 年

ンであり，かつ研

を振り返ってみた

5～1985

当者として三度の

礎研究（高速度撮

礎研究をやりな

に予算と「必要性

，神本先生），京

の目の付け所，解

指導して頂いた。

を均等にして，同

したが，「NOx」vs

大きかったが，燃

かった。そこで，「

が低く，燃費の良

た，燃料噴射系が

，電子制御化さ

86～1995

初の TI エンジンの

ンジンが TI エン

ないエンジン極低

時の将来の燃料

ユニットポンプ），

に多くの出張をさ

部品のサプライヤ

考になった。この

な財産の一つであ

W Vol. 4 No. 5 20

用車用デいエンジン技

c Developmen

がペットボトルを

年（昭和 50 年）

研究を主体とし

たい。

の規制対策を経

撮影，空気流動

ながらの排出ガス

性を感じた者がや

京都大学（長尾，

解析の方法，実

しかし，NA（自

同時にスワールに

s.「黒煙」のトレー

燃焼室のリップ部

NOx」vs.「黒煙」

良い TI（ターボイ

が列型噴射系と

された次世代の高

の市場投入が 1

ンジンに代替され

低速領域とゼロブ

料噴射系としては

コモンレールが

させていただいた

ヤに多くの友人を

ネットワークの構

ある。

014

ディーゼル技術者の提

nt of Clean He

を振ってディーゼ

に入社以来，研

したごく限られた

経験した。初期の

動，噴霧，混合気

ス対策を若手に任

やるのが一番良

池上先生），九

験等多くのご指

然吸気）エンジン

による噴霧の相

ードオフから大き

部の温度低減の

のトレードオフ改

ンタークーラ）エ

とメカニカルタイマ

高圧噴射系が非

981 年であった

れ，ダウンサイジ

ブースト時のトル

は，列型噴射系の

が俎上に載ってい

た。それにより，

を得ることができ

構築は，特に研

ルエンジン提案にどこま

Heavy Duty Di

M

H

ゼル車の排出ガ

研究において排出

経験ではあるが

のころは DI（直接

気形成の解析等

任せることは会

良い」との励ましの

九州大学（村上先

指導をいただいた

ンが主力であり

互干渉を考慮し

きく脱却できなか

のためクーリング

改善のため，着

エンジンに研究の

マの組合せであ

非常に望まれた。

たが，その後規制

ジング化が進んだ

ルクの確保である

のスリーブコント

いた。しかし，日本

直接コンペティタ

きた。このネット

研究においては大

ンの排出まで答えてい

iesel Engines

下田正敏

Masatoshi SHIM

日野自動車（

Hino Motors, L

ガス規制の強化を

出ガス対策を担

が，その時々に技

接噴射式）の燃焼

）を実施しながら

社として大胆な

の言葉を頂いて

先生），慶応大学

た。また，鈴木孝

り，各ノズル噴口

して均一な燃焼を

かった。スキッシ

グチャンネルまで

火遅れが短く，比

の中心を移してい

あり，高圧化およ

。

制適合，燃費の面

だ。この TI 化の

る。これに適の

トロール，電磁弁

本ではこれらの

タでない自動車

ワークからの情

大事であり，先輩

出ガス清浄いただけたか

for Commerc

IMODA

株）技術研

Ltd. Technical

を訴えられたのが

担当してきた。大型

技術的に何を考

焼過程自体がま

ら燃焼の適化

計画であったと

て着手した。基礎

学（佐藤，川口，藤

孝部長には SAE

口より噴射された

を試行したり，吸

シュリップの燃焼

でつけたが信頼性

比較的NOxが低

いった。

よび制御の自由度

面より排出ガス規

の大の問題点は

の噴射系がコモ

弁を用いた UI（ユ

正確な情報が十

，エンジンメーカ

情報，討論はその

輩から引継ぎそれ

浄化か？ ―

rcial Vehicle

研究所

l Research Cen

が 1999 年（平成

型商業車用ディ

考えながら仕事を

まだ不明確であり

化を提案し，実施

と思うが，当時の

礎研究は東京工

藤本，飯田先生

E の論文作成を

た噴霧の燃焼室

吸気系の乱れの

焼室が黒煙低減

性の面より実用

低く，空気過剰率

度からはほど遠

規制が強化され

はターボ過給が

モンレール噴射系

ユニットインジェ

十分に入手でき

カー，大学，研究

の後の意思決定

れを次世代に受

ter

成 11 年）

ィーゼル

をしてき

り，燃焼

施してき

の鈴木孝

工業大学

生）より，

を休日返

室壁への

の効果を

減には効

用化がで

率が高く，

遠いもの

れる毎に

が十分に

系であっ

ェクタ），

きず欧州，

究機関，

定に非常

受け継ぐ

1

2

ENGINE REVIEW SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS OF JAPAN Vol. 4 No. 5 2014

コモンレール噴射系の大の利点は

・車両としての発進時のトルク（エンジン極低速回転時とゼロブーストトルク）

・エンジンの再設計の容易さ（UI に比較して）

・駆動トルクの低さ

・エンジンメーカー，噴射系サプライヤがエンジンと噴射系をそれぞれ分担して同時開発が可能

であり，エンジンの TI 化と相まって，コモンレール噴射系が他の噴射系を駆逐していくことになる。当初のコモンレール噴

射系には燃料リークの多さ，燃焼騒音と NOx の高さなど多くの問題点があり，エンジン性能における完成度は他の噴射

系に対して良いとはいえなかったが，噴射系サプライヤの技術陣の地道な改善により，燃料リークの低減，高圧化，多段

噴射の自由度の拡大，噴射量の経時変化の防止等が図られ，初の市場導入が 1995 年となる。

この時期にはもう一つディーゼルの後処理をどうするか？という大きな問題点があった。他の自動車メーカーはガソリ

ンエンジン部門があるので後処理部隊がいるが，弊社にはディーゼル専業のため後処理部隊がなく，大きな不安を抱え

ていた。当時，宮崎大学の岩本先生よりリーン NOｘ触媒の研究が発表され始めたのが 1985～1986 年であり，また同時

に高圧 NH3 ボンベをエンジン実験室に持込み，発電所用の V 系の SCR 触媒で SCR のエンジン実験を始めたのが 1988

年ごろであった。これによりなんとかディーゼル後処理の感触をつかみ，当時の鈴木孝副社長，茂森政専務に直訴し

後処理グループをエンジン研究室内に 1991 年に立ち上げた。もとより専門家がいないので，岩本先生の研究室（宮崎大

学から北海道大学）に留学生を送り込み，同時に多くの触媒サプライヤのご協力，ご指導をいただいた。しかし技術的ハ

ードルが高く，このグループが潰されないようにリーダーを兼任し，初の製品化にこぎつけたのが米国 1998 年規制対

応用酸化触媒であった。その間，後処理グループの精神的飢餓感が高く，深夜まで仕事をする悪癖？を生んでしまった。

リーン NOｘ触媒が市場投入できたのが 2010 年である。担当者の眼の輝きがある限りはと思い，20 年間にわたり予算を

つけた。

3 1996～2005

初のコモンレール付エンジンを 1995 年に市場投入したが「NOx」vs.「黒煙」のトレードオフ，「NOx」vs.「燃費」のトレー

ドオフを大きく改善できない状態が続いた。この状態を脱却するため多くの燃焼解析，実験，シミュレーション等を実施し，

得られた結論は以下の通りである。

・黒煙は噴射の初期に噴射された燃料が空気導入不十分で発生する寄与度が高い。

・コモンレール噴射系で黒煙を大きく低減するには初期噴射率の高い矩形型の噴射率にならざるを得ない。

・そのため NOｘは高くならざるを得ないのでほかの方法，即ち EGR と組み合わせる。その後，更に NOｘ後処理と組み

合わせる。

・そのためには燃料中の硫黄（S）を下げてサルファーフリーまでもっていく必要がある。

この燃料中の硫黄の低減は，自動車業界内部ではどうしようもなく，石油連盟にお願いするしかない。自工会と石連は

お互いに持ちつ持たれつの関係にありながら，ある面では利害が反する。燃料中の低硫黄化の必要性の論文を多く発

表し始めたころ，東京工業大学の神本先生に「低硫黄化は自工会－石連の間ではなく，まず技術ベースで自技会－石

油活性化センターの間で討議を始めましょう」と声をかけていただき，JCAP（Japan Clean Air Program）の前身の委員会

に参加させていただいた。米国において Auto Oil Program が先行していたが，国内においては本委員会が JCAP に発展

し，1997 年 500ppm，2005 年 50ppm，2007 年（2005 年に前倒し）10ppm のサルファーフリー燃料の実現につながったのは

記憶に新しい。これによりクール EGR とコモンレール噴射系の高圧化が、到達できた時々のサルファー濃度に合わせて

使えるようになり，シリンダ内の燃焼改善で大幅な「NOx」vs.「黒煙」と「NOx」vs.「燃費」の各トレードオフの改善につなげ

ることができた。EGR の信頼性の確保には研究・開発の総力をあげた努力と協力会社の多大な尽力を頂きなんとか達成

することができた。また，その後の後処理技術の発展につなげることが可能になった。これらはひとえに神本先生をはじ

め JCAP に参加いただいた大学の委員の方々，石油会社，自動車会社の委員の方々と石油会社のご尽力の賜物であ

る。

4 2005～2008

技術研究所長として：

・若い技術者の提案は必ず聞く。

・一緒に考える。やらせてみる。

・眼の輝いているうちは予算をつける。

3

ENGINE REVIEW SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS OF JAPAN Vol. 4 No. 5 2014

・更に高い目標に挑戦させる。

というサイクルを，開発の効率は必ずしも高くはなかったかもしれないが，回してきたつもりである。

排出ガス対策の研究として，自分の後の仕事になったのが米国 2010 年規制と国内ポスト新長期規制である。両者

ともに研究と開発の密接な協力と，多くの協力会社のご尽力により，前者においては米国 2010 年排出ガス規制だけでな

く，CO2（GHG）の 2014 年，2017 年規制を同時達成したこと，後者においては尿素水を必要としないマフラー内に DPF と

一体化したリーン NOx 触媒システムが，機械学会賞，自動車技術会賞等をいただいたことは望外の喜びであった。

5 まとめ

自分の経験から言えることは

・若い技術者にとって自分の提案を聞いてくれる人間，協力してくれる人間が社内，社外に必ずいることを自覚すべき

であり，積極的姿勢が望まれる。

・技術は必然であることしか積みあげることができないが，当事者にとっては現状が必然であるか必然でないかは認識

し難いものである。そのために背中を押す人間が必ず必要であることをリーダーは肝に銘じるべきである。

4 ENGINE REVIEW SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS OF JAPAN Vol. 4 No. 5 2014

模型からロケットエンジンまで From a model engine to a rocket engine

菊池勉

Tsutomu KIKUCH

JSAE エンジンレビュー編集委員

JSAE engine review editing committee

1 はじめに

今回の特集は，排気量/重量の範囲で，2 cc/0.14 kg の模型エンジンから 2808 万 cc (28 m3)/238 万 kg (2380 t)のレシプロエンジン，ロケットまで用途

が異なる各種エンジンの最前線を紹介する。

本稿は，21 世紀以降の新しいエンジンと生物の比較，各種エンジンの寸法や性能を比較し，物理的な関係があるかを考察した。学術的に厳密な比

較を行っているわけではないので気軽に読んでいただければと思う。

2 エンジンとは

そもそも，“エンジンレビュー”に冠する“エンジン”とは何か？語源 1)を調べてみると，ingenium（古典ラテン語，natural quality。精巧なという

ingenious も同じ語源）から engin(旧フランス語)を経て engine になった。蒸気機関が広範に普及した 19 世紀には engine は蒸気機関を示した。その後，

各種の原動機が開発されて，それらを総称してエンジンと呼んだ。

現在内燃機関はガソリン，ディーゼル，ガスタービン，ロケット機関等，外燃機関は蒸気タービン等が様々な分野で活躍しており，我々の生活に欠か

せないものとなっている。

3 生物とエンジンの比較

熱機関についての古い文書によると，紀元75年に作られたといわれるヘロンの汽力計 2)が有名で18世紀の蒸気機関，19世紀のガス機関等を経て，

効率を改善し使う用途に合わせて進歩してきた。生物も地球の誕生以降，約40億年かけて様々な環境変化に対応して進化してきた。このように環境に

対して変化を続ける無機質なエンジンと，有機質な生命体の類似点とその理由を考察した。

3.1 体格の比較

両者の体格の関係性を考察するために，哺乳類と恐竜の全長と質量の関係を比較した 3)（図 1）。この図から生物もエンジンも重い種ほど，全長が長

くなる。回帰線の傾きを示す，べき数は約－2.5 と同じ値であった。この図で見ると同じ全長では哺乳類はレシプロエンジンと比較して約 10 倍重く，恐

竜とロケットエンジンはほぼ同じ線上にあり，若干右側に位置しているのは興味深い。なぜ哺乳類は重いのかを考察するため，さらに体積と質量を比

較した（図 2）。哺乳動物の体積は，主要成分は水なので，水の比重と仮定して計算した。乗用車用ガソリンエンジンとトラック用ディーゼルエンジンの

体積は外形最大寸法から計算した。エンジンの回帰線の傾きは，哺乳動物と比較して傾きが小さい。図中エンジンの平均密度を計算すると 0.52g/cm3

となり，哺乳動物の約 1/2 となった。エンジンは比重の重い鉄やアルミニウム等でできているが，シリンダブロック，吸気管，排気管等内部には空間が

多く存在するので，平均密度は哺乳動物よりも低い値になっていると思われる。

3.2 呼吸とガス交換

生命活動の基本である呼吸能力と，エンジン作動の基本であるガス交換の関係性を考察するために，少し仮定に無理があるが，機関回転速度≒呼

吸数，総行程容積≒肺活量として哺乳動物と比較した（図 3）。いずれも大型になるほど，機関回転速度≒呼吸数が小さい値となり，総行程容積≒肺

活量が大きくなった。回帰線の傾きを示す，べき数は図 1 と同じように約－2.5 であった。

この理由について考察すると，エンジンは総行程容積が大きくなると行程が大きな値となるが，平均ピストン速度には限界値があるので必然的に回

転速度が制限される。同時に燃料が燃焼するには時間が必要なので，最高回転速度にも限界がある。

同様に哺乳動物の場合は，肺がポンプのように収縮と拡張を繰り返して，空気を吸い込んだり吐き出したりする働きを行うので，肺が大きくなるとそ

れを動かす筋肉等の器官の運動速度が律速になり呼吸回数が制限されるものと推定する。

生物の間では，アロメトリー (生物の体の大きさにかかわらず，二つの指標間に成立する両対数線形関係)があるといわれているが，今回の検討範

囲ではエンジンと生物で回帰線のべき数が約－2.5 という同じ値を示した。

生命の無いエンジンが，人間の手で開発されることによって生物的な傾向を帯びてくるということは，ただの偶然であろうか。

ENSOCIETY

4 各種

次に

グロー点

ル低速

ンジン，

大値の

4.1 基本

各種

容積は

り，レシ

このよ

する要素

次に

れぞれ

端部とコ

失が増

4.5 と非

エ

模型

自動車

舶用

NGINE R OF AUTOMOTIVE ENG

種エンジンの比較

各種エンジン間

点火エンジン，発

ディーゼルエン

トラック（ディー

範囲を表し，青

本諸元について

エンジンの基本

比例し，1 cc 当

シプロとほぼ同じ

ようにほぼ一定

素（シリンダヘッ

エンジン性能に

の寸法はエンジ

コネクティングロ

える等の不都合

非常に大きな値で

航空機

自動車

ガソリンディーゼル

発電機主機

ロケット用

エンジン種類

型用

車用

用

発電用


Fig.1

較

間の関係性を検討

発電用は４ストロ

ジンであり，それ

ーゼル車）は 4 ス

字は各項目の最

て

本諸元の関係を見

当たり約 83 g の値

じ値となった。

の関係となって

ッド，シリンダブロ

に影響を与える諸

ジン種で大きく異

ロッドの干渉を避

合が生じるので制

である。

総行程容

ル7989

3612831-2

W Vol. 4 No. 5 20

討した。比較に用

ロークサイクルガ

れぞれ特集記事

ストロークサイク

最小値，赤字は

見るために，エン

値であった。更に

ている理由として

ロック，ピストン，

諸元として，シリン

異なるが，行程内

避けるためにコネ

制限される。今回

容積(cc)

4.49-69.67

2 .09 -4.8949.4-68849-5000

1362-1568497-2049889.228089997.8

014

用いているエンジ

ガソリンエンジン

事に掲載されてい

ルのディーゼル

最大値を表す。

ンジン質量と総

に機構の異なる

は，エンジンが使

クランク等）と，

ンダ内径と行程

内径比は舶用主機

ネクティングロッド

回比較に用いた

出力(kW)

0.302 -1.2

1.287-2.200.7-1

1.5-2453-38

1030-1869310480-73200

Fig.2

ジンスペックの概

，舶用発電機は

いる数字を用いた

ルエンジンの既販

Table.1

総行程容積を比較

るロータリエンジン

使われる用途，

その材質（アル

程を比較した（図

機を除くと約 1近

ドが非常に長くな

た舶用用低速ディ

回転速度(

25 7000-

07 36000-410 3600-45 3600-82 2900-3.9 500-00 84

2

概略を表 1 に示

は 4 ストロークサ

た。乗用車（ガソ

販車のスペックを

較した（図 4）。

ンと比較してみる

要求される耐久

ルミニウム，鉄等）

5）図中の直線

近辺の値となって

なり，エンジン全

ィーゼルエンジン

rpm) シリンダ

21000

45000-600014000-3600-10004 -127

示す。模型用は 4

サイクルガスエン

ソリン車）と２輪車

を用いた。表中の

エンジンの種類

ると，自動車用は

久性等は異なって

）は概略同じであ

線は行程内径比

ている。行程内径

全高が高くなるこ

ンはクロスヘッド

ダ内径(mm)

15.2-33.6

13 .8 -18.541-88

36-10273-147

170-500500-980

Fig.3

4 ストロークと 2

ンジン，舶用主機

車は 4 ストローク

の数字は，エンジ

類に関係なくエン

は 90～94 g/cc

ても，近年のエン

あるからと考える

比が 1:1 を示す。

径比を大きく取ろ

ことや，ピストンの

ドを用いており，

行程(mm)

13.7 -29.6

14.0-18.236-72

33.1-10081.4-154220-580

2300-3260

2 ストロークサイ

機は 2 ストローク

クサイクルのガソ

ジン種類毎の最

ンジンの質量と総

，模型用 84 g/c

ンジンでは全体

る。

シリンダ内径と行

ろうとするとシリ

の横圧があがり摩

行程内径比が約

質量 (kg)

0.138 -3

0.225-05.

18.2-110-

7950-12289000-2380

0.35-7

5

イクルの

クサイク

ソリンエ

最少と最

総行程

cc であ

を構成

行程そ

ンダ下

摩擦損

約 3～

3.167

0.3605-44-29512453000

00005500

ENSOCIETY

4.2 性能

エンジ

ジン毎に

特徴

rpm と極

ピストン

特徴

推測す

次に

値を用い

ンジンの

に上死

積が大

失の影

比出

率が低


能について

ジンの重要な特

に特徴が見られ

の一点目は，模

極めて高い。模型

ン速度は 21～25

の 2 点目は，発

る。

，熱効率を総行

いた。汎用発電

の熱効率は量産

点時における概

きく，S/V比が小

響が大半を占め

力が高いエンジ

下してしまう。こ


特性である比出力

れる。

模型エンジンのと

型用エンジンは

5.8 m/ sec であ

発電用の汎用エン

行程容積との関係

電機用エンジン，

産エンジンの概略

概算の燃焼室面

小さな値となる。

めていると思われ

ジンを作る場合，

このように，エンジ

Fig.6

W Vol. 4 No. 5 20

Fig.4

力をエンジン質量

とびぬけた比出力

総行程容積が 2

り，高速機関の

ンジンは同じ比

係で比較した（図

模型用エンジン

略値用いた。図7

積と体積の比率

S/V比は冷却損

れる。

模型エンジンの

ジンの出力と燃

014

量との関係で比較

力である。これは

2.1～3.49 cc と小

代表であるガソ

出力でも質量が

図 7）。舶用発電

ンの熱効率の値

7は総行程容積

率（S/V 比）と，熱

損失と未燃率の

の例のように，行

費はトレードオフ

較した（図 6）。

は表1に示すよう

小さく，行程は 1

ソリン車,二輪車の

が軽い所に位置

電用エンジン，舶

は，今回の特集

積が大きいエンジ

熱効率を比較し

の二つの素質を表

行程容積を小さく

フ関係となり使わ

Fig.7

質量が大きいエ

うに，100kW/Lを

4.0～16.8 mm と

の 11～24 m/ se

していることであ

舶用主機エンジン

集記事に記載され

ジンになると高い

した（図 8）。総行

表しており，この

くする必要がある

われる用途に合

Fig.5

エンジンほど比出

を遥かに超える

と短いので，回転

ec の範囲に収ま

ある。これは可搬

ンの熱効率の値

れている燃料消

い熱効率になる傾

行程容積が大き

の図から熱効率に

るが，図 8 に示さ

合わせて設計され

出力が低い値を

エンジンは最高

転速度が 4 万 50

まっている。

搬性を考慮し軽量

値には，今回の特

消費量と出力から

傾向を示す。この

きい大型エンジン

に対しては，S/V

されるように S/

れる。

Fig.8

を示す傾向があり

高回転速度が4万

000 rpm におけ

量化に注力した

特集に記載され

ら概算した。ガソ

の関係を考察す

ンになるほど燃焼

V比低下による冷

/V 比が大きくな

6

り，エン

万5000

る平均

た結果と

れている

ソリンエ

するため

焼室容

冷却損

なり熱効


5 まとめ

自然は自ら周囲の環境とのインタラクションを通して，様々な形態を発生させてきた。一方，人間が製作するエンジンも今回比較した範囲では，自

然物と同じ傾向を持つことが分かった。この理由は，エンジン，生物ともに，空気を酸化剤として取り込み，内部で炭化水素ほかを｢燃焼｣させて，熱・運

動エネルギーを得ているという共通則によるものと思われる。

2ccの模型用エンジンから2808万cc(28m3)の舶用エンジンを比較した結果，諸元寸法や，性能特性は，大きさに関係なくある程度の一定関係を持つ

ことが分かった。

今回比較したパラメーターの線上から外れたエンジンが考案されれば，全く新しい発想のエンジンが誕生する可能性があり，将来の技術発展に期待

をしたい。

比較用の貴重なデータの収集にご協力いただいた，三菱重工，本田，小川精機，JAXA の皆様に感謝いたします。

【参考文献】

1) 小口幸成,動力発生学,朝倉書店

2) John F. Sandfort, 宮島龍興/高野文彦訳,熱機関

3) Flindt，浜本哲郎訳,数値でみる生物学

ENSOCIETY

１はじ

模型

はじめ

行機用

同 16

転。同 4

クルエン

ジャー付

ドで，国

２模型

模型

び４スト

模型

心部を通

シリン

燃焼熱

火時期

トタイプ

発生す

プを使用

シリン

合ポー

ピスト

ピスト

用せず

クラン

ランクシ

空気

Fig.１

３各種

一口

定した回

表１に


模型用～Max45000

小川精機株式

じめに

用エンジンの種

めに弊社につい

エンジン（O.S.1

6 年，資本金 20

43 年，世界初の

ンジンの量産開

付4サイクルエン

国内外で良く知ら

型用エンジンの種

用のエンジンと

トロークサイクル

用グローエンジ

通り，クランクケ

ンダヘッドに取り

熱と触媒熱によっ

は自動的に進角

プとコールドタイプ

る場合，コール

用し適正な点火

ンダーは真鍮，炭

ト(穴あけ) 加工

トンは，ピストン

トンリング径φ1

気密を保つ。こ

ンクピンとピスト

シャフトが片持ち

と燃料の混合比

O.S.１型ピキシ

種エンジンの用途

に模型用エンジ

回転が求められ

に代表的な用途


用エンジン0rpm の秘密

式会社：開発

種類は多岐に渡る

いて簡単にご紹介

型ピキシー）とし

0 万円にて小川精

の模型用ロータリ

始。同 53 年，ラ

ンジンを開発。常

られている。

種類と基本構造

として使われるの

ルのグローエンジ

ジンの代表的な構

ケース内で１次圧

り付けられたグロ

って焼玉として働

角される。点火

プに位置づけら

ドタイプを使って

火タイミングを得る

炭素鋼鋼管で無

工形状，切削角度

リング仕様のエ

9.5 以下のピス

の為にサブミク

ンピンはすべり

ちであることが構

比率はキャブレタ

シー Fig.2 エ

途別特徴につい

ジンといっても，搭

れるものもあれば

途と基本諸元に示

W Vol. 4 No. 5 20

ンの種類密とは～

発グループ

るが，弊社が製

介させていただ

して OS エンジン

精機株式会社を

リーエンジンの商

ライブ・スチーム

常に模型用エンジ

造

のは，ガソリンや

ジンが主流を占め

構造を図２に示す

圧縮されて吸気ポ

ロープラグに電流

働きエンジンは回

火時期の調整は

れる。それぞれ

て適温に下げ，ト

るといように使い

無電解 NiP メッキ

度等が性能追求

ンジンでは実物

ストンでは，特殊な

ロンレベルでの

軸受けで，強度

構造上の特徴であ

ターによって調整

ンジン断面図

いて

搭載する模型が

ば，高出力が求め

示す。

014

類と特徴

造販売している

く。昭和１１年（１

ンは誕生した。

を設立。同 29 年

商品化に成功。同

・ロコモーティブ

ジンメーカーのパ

バイオエタノール

める。本稿では

す。２ストローク

ポートを経てシリ

流を流し，フィラ

回転を持続する。

はフィラメント材料

れの使い分けは，

トラブルを防ぎ，

い分ける。（図４

キやハードクロム

求の要となる。そ

物のエンジンと近

なハイシリコンア

マッチングとミク

度と軽量化の為コ

ある。

整され，通常は４

Fig.3 シャ

が飛行機であった

められるものもあ

徴

るエンジンの内，

１９３６），創業者

（図１）

年，模型用ラジオ

同 48 年，日本初

ブの製造，販売を

パイオニアとして

ルを燃料とする

は，2 ストロークグ

クサイクルエンジ

リンダ内に入る。

ラメントを赤熱させ

。エンジンが高

料である，複数の

，プラグのフィラ

逆に始動後いつ

４）

ムメッキを施して

その為５軸同時

近い AC8A 相当を

アルミのピストン

クロンレベルで管

コンロッドは超ジ

４～7 位の間で運

フト外観 Fig

たり，車やヘリ

ある。

主な用途ごとに

者の故小川重夫

オコントロール装

初のシュニューレ

を開始。同 58 年

て成長してきた。

るものもあるが，一

グローエンジンを

ジンの場合，キャ

せてエンジンを始

高回転で運転さ

の白金族の配合

ラメントの熱が高

つまでも温度が

ている。シリンダ

時加工などを駆使

を用い，コンプレ

ンと，真鍮製シリン

管理されたテーパ

ジュラルミン製で

運転される。

g.4 グロープラグ

コプターであった

にその構造と特徴

夫が大阪市東住吉

装置の生産開始。

レ掃気方式のグ

年，奈良工場完成

模型を趣味とす

一般的にメタノー

を主に述べる。

ャブレターを通っ

始動させる。そ

れれば，フィラメ

合量などで調整す

高温になり，断線

が上がらず，レス

ダー自体は単純

使して加工してい

レッションリングが

ンダーを組み合

パー加工を施して

で両端には銅合金

グ外観 Fig.5 シ

たりとその形態

徴を紹介する。

吉区にて小川製

。同 32 年，現在

グローエンジンを

成。平成 2 年，模

する人には”O.S

ールを主成分と

った燃料はクラン

その後通電を止

メントは冷える間

する。プラグが

線やノッキングに

スポンスが今ひと

なパーツだが２

いる。（図５）

が１本ついている

合わせることによ

ている。

金のブッシュが

シリンダー外観

や使用する目的

製作所を創業。模

在の本社工場を新

開発。同 51 年，

模型用スーパー

.エンジン“という

とする燃料を用い

ンクシャフト（図３

止めてもフィラメン

間もなく高温にな

が持つ熱価ごとに

によるオーバーヒ

とつの時にはホッ

サイクルエンジ

る。（図６）

より，ピストンリン

はめ込まれてい

Fig.6 ピストン

的は様々で，中に

8

模型飛

新築移

4 サイ

ーチャー

うブラン

い，２及

３）の中

ントは，

なり，点

に，ホッ

ヒートが

ットタイ

ンの場

ングを使

いる。ク

外観

には安

ENSOCIETY

以降用

３．１

飛行

ンジンで

縮比 5.2

約８程度

飛行

方になる

特殊

る。（図

ー・エン

大きいが

ンジンで

初期

３．２

カー用

1/10 ツ

全回

望む時

その実現

シリン

わせに

からあけ

上に大

リヤボ

重使用回

エンジ


用途毎に，その特

飛行機用

行機用エンジンは

で，圧縮比は 4.5

2 最高回転 700

度，最高回転数

機用として工夫

るよう設定してい

な例として 197

図９）従来のレシプ

ンジンはローター

が，ロータリー・

である。

はサイドポート吸

Fig.7 AX シ

RC カー用エン

用エンジンは 2.

ツーリングにおい

転域でトルクフル

に発生させ，そ

現のために以下

ンダーライナーは

より，ベースエン

けられた多数の

きく貢献している

ボールベアリング

重量（ｋｇ）回転領域（ｒｐｍ）

燃費出力トルク

圧縮

ジン寸法（ｍｍ）

点火

Bore Stroke

気筒エンジン排

品

エンジン特


特徴や工夫点を

は 1936 年に販売

5 で，回転数はせ

0rpm であった。

数は 13000rpm に

夫している点はロ

いる。排気量によ

70 年に販売を開

プロエンジンは

ーで発生する回転

エンジンは，ロー

吸気であったが

シリーズ

ジン

1cc から 5.0cc，

いて 2011 年，20

ルな出力特性，

その結果，過酷な

下の工夫をしてい

はオーソドックス

ンジンの低燃費

の穴は，軽量化と

る。

グには，転がり抵

(L/

最大（Nm）

最大（ｋＷ）

最低回転

幅高さ

ドライ

長さ縮比形式

最高回転常用運転時

(mm)e (mm)筒数

排気量（ｃｃ）

名

特性項目

W Vol. 4 No. 5 20

Tab

を述べる。

売された OS1 型

せいぜい 4000r

戦争中アメリカ

になる。飛行機

ロータリーバルブ

よりシリンダーピ

開始したロータリ

，シリンダー内で

転力を直接出力

ーターの回転運

が，ペリフェラルポ

Fig.8 ロ

圧縮比は 7 程

13 年に全日本チ

さらにどんな回

な走行条件下で

いる。

スな３ポート(掃気

性能を犠牲にせ

と抜群の冷却性

抵抗軽減の為に

小

15LA

15.213.7

12.49

グロー7.69：1 1

63.740.061.0

0.1382,500

18,000H) 0.50

0.3020.169

）

飛行

014

ble 1 模型用エ

型ピキシーが最初

pm 程度であった

においてグロー

用エンジンの主

ブ方式のためキャ

ピストンは小型(5

リー・エンジンを

でのピストンの往

力軸に伝えている

運動のみなので，

ポート吸気に変更

ータリエンジン

度。オンロード

チャンピオンに輝

回転域からでも微

でも，ドライバーに

気３ポート＋排気

せずにスムーズ

能を実現する。

にセラミックスボ

中大

65AX 160FX

24.0 33.623.5 29.6

1 110.63 26.25

グローグロー10.28：1 8.12：1

93.3 115.560.0 74.099.5 123.2

0.497 0.9252,000 1,800

12,000 10,0001.75 2.50

1.287 2.7210.768 2.888

行機用２ｓｔ

ンジンの代表的

初で，２ストローク

た。その後 1940

ープラグ点火方式

主流である AX シ

ャブレター位置が

5cc 以下)はピス

紹介する。（図８

往復運動をクラ

る。このためレ

容易にバランス

更され現在に至

ドのレーシング用

輝いた O.S.SPEE

微妙なスロットル

にとって運転自体

気１ポート)ながら

ズ且つ伸びの有る

また前モデル比

ボールベアリング

小中

FS-30S FS-95V

19.5 29.016.4 23.6

14.90 15.59

グローグロー7.74：1 9.30：1

82.0 115.744.0 61.086.5 119.0

0.279 0.5922,500 2,100

13,000 11,0000.60 1.20

0.368 1.2500.351 1.194

飛行機用

的な用途と基本諸

クサイクルでピス

0 年には 9.35cc

式が実用化され

シリーズエンジン

がプロペラ回転

ストンンリングレス

８）バンケル型ロ

ランク軸の回転運

レシプロエンジン

スをとることがで

っている。

Fig

用では実用回転

ED 12XZ SpecII

ル操作に確実に追

体が楽に感じら

ら，O.S.SPEED 専

る出力性能を実

比約 2.5ｍｍダウ

グを採用している

大小

V FR7-420 37SZ-

0 24.0 206 22.0 181 7

9 69.67 6.0ーグローグロー

8.79：1 13.7：7 158.5 750 230.0 450 230.0 76

3.167 0.290 1,500 2,000 7,000 21,000 3.50 2.1

― 1.030― 0.546

４ｓｔ

諸元

ストンバルブ，ピ

c の OS6 型が発

た。現在におい

を図７に示す。

域に近いため，

ス方式とし，中・大

ロータリー・エンジ

運動に変換し動

ンは往復運動によ

でき，振動が少な

g.9 エンジン構造

数が 45000rpm

II の工夫点と特

追従するレスポ

られる自然なエン

専用のポート及

実現。軽量，低重

ウンの全高を実

る。クランクシャフ

中大

-H 55HZ-R 105

0.5 23.0 28.4 21.5 2

1 107 8.93 17ーグローグロ：1 11.4：1 10.05.0 76.6 85.0 52.0 66.5 90.9 103 0.429 0.500 2,000 2,000 20,000 16,514 2.31 30 1.545 2.76 0.868 1.7

ヘリコプター用

ピストンにデフレク

発売，当時の最高

いては排気量は

安全性から燃調

大型はリング方

ジンと同じ構造で

動力を取出してい

よる慣性力の不

なく，非常に円滑

造詳細

m に達する。

特徴について述べ

ポンスは，必要な

ンジンフィーリン

及びインナーヘッ

重心専用アウター

実現。低重心化が

フトにはポッテイ

大小

5HZ 12XZ Spec.3 R2

29.0 13.826.0 14.0

1 17.17 2.09ローグローグ0：1 7.47：1 7.85.5 52.461.0 39.000.7 82.6596 0.225 0.000 5,000 4500 45,000 453.27 0.9021 1.287 2.33 0.351 0.

車

クタのない横断

高性能のエンジ

は 5～70cc で圧縮

調ニードル部を斜

方式を採用。

で，同じ原理で作

いるのに対し，ロ

不釣合いのため振

滑に作動する高性

べる。（図１０）

なパワーをドライバ

ングを実現してい

ッド(燃焼室)との組

ーヘッドを採用。

がマシンの運動性

イング加工を施し

中大

2101 30VG 2

16.1 18.517.2 18.2

1 13.49 4.89

グローグローグ12：1 8.65：165.6 65.645.0 45.094.2 113.0

.340 0.3604,000 4,0005,000 36,000 41.50 2.18

.059 2.207

.596 0.753

車用

9

掃気エ

ジンで圧

縮比は

斜め後

作動す

ロータリ

振動が

性能エ

バーの

います。

組み合

ボトム

性能向

し，カウ

21XZ-M

16.2716.8

13.49

グロー

65.645.078.0

0.3074,000

45,000

2.0590.596

舶用

ENSOCIETY

ンターウ

ている。

図１１

カーを対

３．３

ヘリコ

は 11 程

対応す

開度が

このエン

出力が

している

３．４

ボー

を施して

４さい

今ま

本報が


ウェイト部には慣

。

１は小川精機が

対象としたレース

ヘリコプター用

コプター用エンジ

程度。回転数は

る性能が求めら

半分のホバリン

ンジンは，F3C 競

要求され，高め

る。

ボート用

ト用エンジンは，

ている。船体内部

いごに

まで模型用エンジ

が物づくりを目指


慣性マスを最適化

が管理する奈良県

スイベント等を定

Fig.10

（図１２）

ジンはホバリング

は 15000～23000

られる。安定した

ング域とスロットル

競技用をターゲ

めの圧縮比であり

，カー用や飛行

部は密閉された

ジンとしては様々

指す若いエンジニ

W Vol. 4 No. 5 20

化する為にタング

県の R/C エンジ

定期的に開催。エ

RC カーエンジン

グ時等の冷却の

0rpm 程度である

た燃料供給システ

ル全開のフルパ

ゲットに開発された

りながら，熱ダレ

Fig.12 ヘリ

行機用エンジンを

状態になるので

々な構造のもの

ニアや，自動車用

014

グステンウェイト

ンカーの専用サ

エンジン R/C カー

ン

のためシリンダヘ

る。近年，模型ヘ

テムの開発は燃

パワー領域の 2

たものである。

レしない新設計の

リコプター

をベースにしなが

で，確実な冷却性

Fig.1

が存在したが，

用エンジンをはじ

トを追加している

サーキットです。エ

ーを思う存分楽

ヘッドが大きく作ら

ヘリコプターは，運

燃料加圧方式の

系統で安定した

図のエンジン

の燃焼室形状と

Fig.1

がらも，水上走行

性能を得るため，

14 ボート用エン

小型，軽量，低

じめエンジンを開

る。表面処理には

エンジン R/C カ

楽しむことが可能

Fig.11 専用サ

られている事が特

運動性能が格段

の領域に入ってい

た出力特性が要

ンではブルーアル

し，ホバリングと

13 ヘリコプター

行に欠かせない

，水冷ヘッドの装

ンジン

コストを基本とし

開発に携わる人

は耐久性と滑り性

ーの普及を目指

である。

サーキット

特徴である。排

段に向上し，エン

いる。エンジン使

要求される。ヘリコ

ルマイトのヒートシ

と上空フライト時

ー用エンジン

トルクフルな出力

装着を基本として

して，複雑な構造

達の一助になれ

性に貢献する D

指して設置してい

排気量は 5.23ｃ

ンジンもその激し

使用回転域は，キ

コプター専用エン

シンクで冷却効

時の出力域での安

力特性を得られ

ている。（図１４）

造なものは淘汰

れば幸いである

LC コーティング

いるコースで，エ

ｃ～17.17cc で圧

しい飛行姿勢の変

キャブレタースロ

ンジンを図１３に

果を高め，高回

安定した運転を可

れるようなチュー

されてきた。

。

10

グを施し

エンジン

圧縮比

変化に

ロットル

に示す。

回転，高

可能に

ーニング

ENSOCIETY

1 はじ

Hon

量化，低

現在

●

●

供

●

が

以上

ン)，天然

2 発電

2.1 エ

既述

3000rpm

車やモー

ある。近

わせた

※ワッ

2.2 バ

汎用

（図 2）。

1）。

2.3 燃

Hond

化しにく

きること

比べ安


発電機Characterist

布川剛史

Takeshi FUKA

本田技術研究

Honda R＆D C

じめに

nda 発電機の歴

低騒音および低

の Honda 発電機

AVR 方式：交流

サイクロコンバー

供給できる電気を

インバータ方式

が複雑になる。

の 3 種類がある

然ガス，灯油等

電機用エンジンの

エンジン回転数

述の通り，AVR 方

m（50Hz）もしくは

ーターサイクル

近年インバータを

エンジン回転数

ットが実用化した

バルブ駆動形式

エンジンのバル

。また，排気量は

燃料の種類

da 発電機の燃料

くい特徴がる。ま

とから東日本大震

い地域が多いた


機用エンtic of the eng

AWA

究所汎用 R&D

Co., LTD

史は 1966 年に

低燃費化への進化

機を発電方法か

流発電機の電圧

ータ方式：入力周

を発生。

式：PWM制御によ

るが，お客様の

があり，それぞれ

の特徴

方式の発電機は

は 3600rpm（60H

のようにドライバ

を搭載したことに

数で運転すること

た遠心調速機が一

と排気量

ルブ駆動形式とし

は発電機に求め

料は無鉛ガソリン

また，国内ではカ

震災以降バック

ため，新興国では

W Vol. 4 No. 5 20

ジンの特gine for gener

センター

量産を開始した

化を遂げてきた

から大きく分類す

を自動的に一定

周波数より低い

より出力周波数は

仕様用途により

れの燃料の特性

は出力電力の周

Hz）の一定回転

バー(オペレータ)

により，出力周波

とによる燃費の向

一般的である。

しては，シリンダ

められる可搬性や

ンのほかにガス

カセットコンロ等で

アップ発電機用

はガソリンエンジ

Fig.1 E8

014

特徴 rators

た E80（図 1）から

。

すると

定に保つための装

い周波数の交流

はエンジン回転数

り使い分けられて

性に合わせた燃

周波数がエンジ

転数で運転されて

)によるエンジン

波数がエンジン回

向上と騒音の低減

ヘッド周りのコン

や発電容量に応

ス(プロパン，ブタ

で使用するカセ

用燃料として注目

ジンをベースに，

80

ら始まる。それか

装置，回路構成

電圧を得られる

数に依存しない

ている。使用でき

燃料供給システム

ジンの回転数に

ている。ただし，発

ン回転数制御は望

回転数に依存し

減を図る発電機

ンパクト化と，信

応じて Honda で

タン，天然ガス)を

ットガスは，交換

目された。一方で

LPG 用に改造さ

から約半世紀に亘

成が簡単であるが

る方式。単純な回

い。コンピュータ機

きる燃料は主に無

ムを持ち，必要に

に依存するため，

発電機は作業者

望めず，エンジン

しなくなったため

機が増加している

信頼性および整備

は 49.4cm3(0.6k

を用いた発電機が

換が容易で可搬

で，燃料の価格を

された発電機が

Fig.2 OH

亘り，お客様の要

が，周波数はエン

回路構成でコンピ

機器にも使用可

無鉛ガソリンであ

に応じ各部構成部

このタイプの発

者から離れた場所

ン回転数を一定

，スロットルバル

る。

備性の向上を図

kVA)～668cm3(

がある。ガス燃料

搬性に優れ，コン

を熱量ベースで比

が散見される。

HV エンジン

要望に応えるべ

ンジンの回転数

ピュータ機器を

能な高品質な電

あるが，ほかに

部品の変更を行

発電機に搭載さ

所に設置される

定に調速する機構

ルブ開度をモー

図るために OHV

(10kVA)のエンジ

料はガソリンに比

ンビニエンスストア

比較した場合，L

く出力の向上，小

数に依存する。

除くほとんどの機

電気が得られるが

も LPG(プロパン

行っている。

される汎用エン

ることが多いため

構(ガバナ※)が必

タで制御し，負荷

方式が一般的

ジンを搭載してい

比べ長期保管し

ア等でも容易に入

LPG の方がガソ

11

小型軽

機器に

が回路

ン，ブタ

ジンは

め，自動

必要で

荷に合

的である

いる（表

しても劣

入手で

ソリンに

ENSOCIETY 3 エミ

発電

向にある

特に新

規制発

Table.

Table.

Table.

4 排気

汎用

る。その

量が主

排気ガス

そこで

システム

を 2014

当該

ブレタ方

5 低燃

Hond

図ってき

ムの採

発電方法

周波

電圧発電

完成機

ENG


ミッション規制

電機にも自動車や

る（表 2，3，4）。

新興国は煮炊き

行時に段階を踏

1 Honda 発電機

2 日本国内自主

4 EU STAGE 2

気ガスエミッショ

用エンジンは作業

のため，簡略な構

にジェットにあけ

スエミッション性

で Honda では電

ムの技術を用い

4 年 2 月に開始

該発電機は，排気

方式の発電機と

燃費化

da では，キャブレ

きた。しかしなが

用が不可欠であ

波数

圧電方式

燃費 [L/h] 連続運転時間　[

使用可能燃料定格出力交流 [kVA]/

最大出力 [kW]

呼称

ＥＮＧ排気量　[cm

L×W×H　[mm重量(ドライ) [kg

ボア [mm]ストローク [mm

圧縮比

常用回転数 [rpm(エコスロットルOF

最大回転数 [rpm


やモーターサイク

きに使われる木質

踏まずに突然先

機とエンジンの仕

主規制(3 次規制

2 規制 [g/(kW･

ン規制対応技術

業機として使われ

構造と高い整備

けた穴径で決定

性能を向上させる

電子制御スロット

いて，EPA PHAS

した。

気ガス浄化触媒

同じ販売価格を

レタ方式の発電

がら，今後ますま

あり，普及のため

225×

無鉛

AC-AC変換(サイクロコ

サイリスタ位

多極界磁回

[ｈ]料/直流[W]]

m3]

m]g]

m]

m]FF)

m]

W Vol. 4 No. 5 20

クル同様，エバ

質バイオマスや，

進国並の規制値

仕様

制) [g/(kW･h)]

h)]

術の紹介

れることから，自

備性を両立するキ

されるため，燃料

ることは容易では

トルを持つキャブ

EⅢをクリアしつ

媒とエンジン負荷

を達成できた（図

電機においても電

ます厳しくなる排

めにさらなる一段

EX6

49.4×274×353 287

5.541.8368

45003

(44500

0.553.8

鉛ガソリン無0.60.7

換方式コンバータ方式)

DC-(イン

位相制御 PWM

回転型多極

014

ポエミッションや

，急速に進んだ

値になる事があ

自動車やモーター

キャブレタを用い

料の供給量をエ

はない。

ブレタを搭載した

つつ，かつ，キャブ

や回転数に応じ

4）。

電子制御スロット

気エミッション規

段のコスト低減が

EU16/20i E

98.57×304×402 304

10.656408.5

3000～50004300～5000)

5000

1.073.4

無鉛ガソリン無1.62

-AC変換方式ンバータ方式) 遠心重

M トランジ

極界磁回転型 2極界磁

や排気ガスエミッ

だ工業化による大

る。

Table.3 EP

ーサイクルに比べ

いた空冷エンジン

エンジン負荷や回

た既存の発電機

ブレタモデルに対

じて燃料噴射量

トルとインバータ

規制をクリアしつ

が求められている

EBR2300 EU

1634×362×335 313×

1568458.5

3600250

(3503600

1.498.1

無鉛ガソリン無鉛2.3

重鎮式DC-A(インバ

ジスタAVR方式 PWM

磁回転型多極界

ッションの法規規

大気汚染の対策

PA PHASE 3 規

べ過酷な条件で

ンが一般的であ

回転数に応じて

をベースに，自

対して定格時の

を制御する電子

タ方式を採用する

つつ，さらなる低燃

る。

U28/30is EG3

196×376×335 355×

1668548.5

00～380000～3800)3800

1.827.1

鉛ガソリン無鉛2.83

AC変換方式バータ方式) 遠心重鎮

トランジス

界磁回転型 2極界磁

規制(国内は自主

策が急務であるた

規制 [g/(kW･h)]

で使用されること

る。しかしながら

自由に制御や補

動車やモーター

の燃料消費率を 2

子制御燃料噴射

ることで負荷に応

燃費化を進める

3500XK1 EM

242×428×418 383

25.873588.2

3600 303600

2.242.4

鉛ガソリン無3

3.5

鎮式遠心重鎮

スタAVR方式トランジ

回転型 2極界磁

主規制)があり，

ため，先進国の

とが多く，日々の

らキャブレタ方式

補正をすることが

ーサイクルで培っ

20％向上した E

射システムを搭載

応じた回転数制御

るためには，電子

M4500CX EU

337×484×448

36.482648

000(50Hz)240

(3303000

3.277.2

鉛ガソリン無鉛5

5.5

鎮式DC-AC(インバ

ジスタAVR方式 PWM

磁回転型多極界

世界的に厳しく

規制値を参考に

の点検整備が重

式は，供給する燃

が困難である。よ

った電子制御燃料

EU7000is（図 3）の

載しながら，従来

御を行い，低燃


U7000is EB1

389 6405×4

4488 764 78.2 9

00～360000～3600) 363600 36

2.95 56.5 5

鉛ガソリン無鉛ガ5.57 1

C変換方式バータ方式) 遠心重鎮

デジタルA

界磁回転型 2極界磁回

12

くなる傾

にして，

要であ

燃料流

よって，

料噴射

の販売

来のキャ

費化を

射システ

0000

8810×4384.478729.3

600600

5.85.3ガソリン910

鎮式

AVR方式

回転型

ENSOCIETY

6 今後

汎用

る。また

Honda

スに向け


後の動向

エンジンの排気

た，既出の通り発

発電機シリーズ

けては，燃費と排


Fig.3 EU7

気エミッション規制

発電機は作業機

ズのハイエンドモ

排気エミッション

W Vol. 4 No. 5 20

7000is

制は，自動車や

機であるため，販

モデルであるため

ンのバランスを最

014

やモーターサイク

販売価格や燃費

め，排気ガス浄化

最適化しつつ，お

クル同様，先進

費は自動車やモ

化触媒と電子制

お客様がより購入

Fig.4 EU70

国，新興国を問

モーターサイクル

制御燃料噴射シス

入しやすい価格の

000is 燃料燃料

問わず規制を強化

ル以上に厳しくお

ステムを組み合

のシステムを搭

料噴射システム概

化する国が今後

お客様から評価

合わせて構築でき

搭載した発電機が

概略図

後増加すると予

価される。EU700

きたが，より小さ

が求められている

13

想され

00is は

さいクラ

る。

ENSOCIETY

1 はじ

1000

いては，

2 船舶

2.1 最

現在

①エ

②船

③デ

で

IMO

規制 2)

て削減率

2.2 各

最近

BME

IMO

ている。

種開発

また

説明す

2.3 舶

（1）燃

燃料

駆動させ


船舶用Technical tre

遠藤浩之

JSAE エンジ

JSAE engine r

じめに

kW以上の舶用

，中高速の 4 サ

舶用大型エンジ

最近の製品開発

，舶用大型エン

エンジンの IMO T

船舶の EEDI(Ene

デュアルフューエ

である。

排ガス規制は図

は図 1.2 に示す

率が決められて

Fig.1.1

各社の最近の船

の船舶用の大型

P/回転数を下げ

TierⅢ排ガス規

。EEDI 規制に対

されてきている

LNG 船におい

る。

舶用大型エンジン

料噴射装置

料噴射系は電子制

せる方式 9）を採


用・発電用end of the lar

ンレビュー編集

review editing c

・発電用エンジン

サイクルガスエン

ンの技術動向

発の背景

ンジンの課題とな

TierⅢ排ガス規

ergy Efficiency

エル化によるガス

図 1.1 に示す 1)よ

すように，一定の

ている。デュアル

IMO 排ガス規

船舶用大型 2 サイ

型 2 サイクルディ

げた運転点（L4/

規制への適合に

対しては，燃料噴

。

ては，ディーゼル

ンに使用されて

制御噴射システ

用している。三菱

W Vol. 4 No. 5 20

用大型エrge engine for

集委員

committee

ンの技術動向に

ンジンについて紹

なっているのは，

規制への適合

Design Index)規

ス燃料への対応

ように，現在の T

の条件化で 1ton

ルフューエルエン

規制（文献 1 より

イクルエンジン

ィーゼルエンジン

/R4/P4 レーティ

対しては，自動

噴射や排気弁開

ル燃料とガス燃

いる技術

テムの採用が拡大

菱重工の燃料噴

014

エンジンr marine appl

について紹介する

紹介する。

規制への適合

応

TierⅡから 2016

の貨物を 1 マイ

ジンは主に LNG

り引用）

ンの主な機種と

ィング）では，燃費

車用ディーゼル

開時期の最適化に

燃料の両方に対応

大してきている。

噴射ポンプについ

ンの技術lication, gene

る。舶用について

年には TierⅢ規

イル運ぶ際に排

G 船主機用とし

と諸元について表

費率 158g/kWh

ルと同様に，電子

によって，部分負

応できるデュアル

。ワルチラ社はコ

いてもう少し詳し

術動向 eration

ては，主に低速

規制に移行する

排出される CO2 量

て開発されてい

Fig.1.2 E

表 1.1 に示す 3-7)

，熱効率 53.4%と


負荷域での燃費

ルフューエルエン

コモンレール方式

しく説明すると，ク

2サイクルディー

るため，TierⅢ規

量であり，2015

いる。

EEDI 規制（文献

)。

と高い熱効率を実

，EGR，SCR，V

費率改善に取り組

ンジンが出現して

式 8)，MAN およ

クランク軸からの

ーゼルエンジンに

規制への適合が必

年，2020 年，20

献 2 より引用）

実現している。

VG 過給機などの

組まれている。ま

てきている。各技

よび三菱重工は作

の動力で駆動さ

について，発電

必要である。また

025 年と三段階

の技術が開発さ

また廃熱回収技

技術について次

作動油で燃料ポ

れる油圧ポンプ

14

用につ

た EEDI

に分け

されてき

技術も各

項にて

ポンプを

プによっ

ENSOCIETY

て作動

について

また

製

MAN4

ワル

MHI

（2）排

舶用

＋油圧

（3）EG

IMO

有量が

お，IMO

（4）SC

EGR

ュームと

媒を配置


油を増圧してお

ては文献 9）を参

各社とも燃料弁

製造者

4 S90

G80

G60

G50

G40

ルチラ 6 W-X

W-X

W-X

W-X7 UEC

UEC

UEC

UEC

気動弁系

用 2 サイクルディ

式を採用したが

GR

TierⅢ規制への

多いため，図 1

O TierⅢ規制では

CR

R 以外の対応策

と排気タービンの

置したシステムも


おき，この作動油

参照いただきたい

弁ノズルチップの

Table

機種

0ME-C9.2

0ME-C9.2

0ME-C9.2

0ME-B9.3

0ME-B9.3

X92

X82

X62

X40

C80LSE-Eco-B1

C60LSE-Eco-B1

C50LSH-Eco-C2

C40LSE-Eco-B1

ィーゼルの排気弁

が，図 1.3 に示す

F

の対応のため，

.4 に示す様に，

は ECA（Emissio

として SCR につ

の中間に SCR 触

も開発されてい

W Vol. 4 No. 5 20

油を電磁油圧弁で

い。

のサックボリューム

1.1 最近発表さ

ボア×ス

ローク

mm x m

900x3260

800x3720

600x2790

500x2500

400x2500

920x3468

820x3375

620x2658

400x1770

1 800x3150

1 600x2400

2 500x2300

1 400x1770

弁は油圧駆動で

すような可変化機

ig.1.3 MAN 社

各社とも EGR 技

いったんスクラ

on Cotrol Area

ついても開発され

触媒を配置するの

る。

014

で燃料噴射ポン

ムを削減すること

された舶用２サイ

スト

ク

L1/

BMEP

mm MPa

0 2.00

0 2.10

0 2.10

0 2.10

0 2.10

8 2.00

5 2.10

8 2.05

0 2.10

0 2.10

0 2.10

0 2.19

0 2.10

であり，電磁弁に

機構を使用するこ

ME-B エンジンの

技術の開発を行

バーで排ガス中

a）のみ NOx 規制

れている 1,10）。2 サ

のが一般的であ

ンププランジャの

とで，排出 HC 低

イクルディーゼル

/R1/P1 レーテ

回転

数

燃

率

min-1 g/k

84 166

68 166

97 167

100 167

125 174

76 166

76 165

97 167

146 174

80 166

105 168

108 164

146 174

により開閉時期を

ことで，75％負荷

の可変排気バル

行っている 10,11）。舶

中の微粒子や S

制値が厳しくなる

サイクルエンジン

あるが，エンジン

駆動側に流入さ

低減を図っている

ルエンジンの諸元

ティング

燃費

率

熱効

率

kWh %

6.0 50.8

6.0 50.8

7.0 50.2

7.0 50.2

4.0 48.5

6.0 50.8

5.0 51.1

7.0 50.5

4.0 48.5

6.0 50.8

8.0 50.2

4.0 51.4

4.0 48.5

を可変化できる。

荷以下で排気弁

ルブタイミング（文

舶用 2 サイクル

Ox を除去し，E

るため，ECA に限

ンは排ガス温度

ン動特性への影響

させることで，プ

る。

元

L4/R4/

BMEP 回

数

MPa mi

1.60 76

1.68 58

1.68 77

1.68 85

1.68 106

1.51 70

1.60 65

1.54 77

1.98 124

1.68 68

1.68 79

1.61 85

1.68 124

MAN 社は ME-

閉時期を早める

文献 3 より引用）

ルディーゼルで使

GR ブロワで加圧

限定して EGR を

度が低いため，図

響を考慮し，図

プランジャの駆動

/P4 レーティン

回転

数

燃費

率

n-1 g/kWh

160.0

160.0

161.0

161.0

6 170.0

159.0

158.0

160.0

4 172.0

160.7

162.7

158.0

4 168.7

-B シリーズより

る可変化を行って

）

使用する C 重油

圧して給気中に

を使用する。

図 1.5 に示すよう

1.6 のように排気

動を制御している

ング

熱効

率

%

52.7

52.7

52.4

52.4

49.6

53.0

53.4

52.7

49.0

52.5

51.8

53.4

50.0

，電磁弁ではな

ている 3）。

油は硫黄や残炭分

に再循環させてい

うに，エンジン排

気タービン後に S

15

る。詳細

ないカム

分の含

いる。な

排気ボリ

SCR 触

ENSOCIETY


Fig.

*

*


1.4 三菱重工

*1 舶用 2 サイ重油燃料のため 300℃

*2 触媒ブロッ気で定期的を装備して

W Vol. 4 No. 5 20

（左）および三井

Fig.1.5 日立造

Fig.1.6 三

イクルエンジンの場合、硫黄分が SCR の使用

ックに堆積した的にブローするている。

014

井造船＆MAN 社

造船＆MAN 社に

三菱重工にて開発

ンで使用する分が 3wt%と高い下限値となる

たSootを圧縮空る Soot-blowe

社（右）にて開発中

にて開発中の SC

発中の SCR シス

Cい。空er

中の EGR システ

CR システム（文

ステム（文献 10

テム（文献 10 お


より引用）

および 11 より引用用）

16

ENSOCIETY （5）デ

特に

れてきて

おり，ガ

採用し

（6）過

過給

イブリッ

エネルギ

2.4 舶

本報

術開発

行ってい

3 発電

3.1 最

電力

る。また

が安定

発も活発


ュアルフューエル

に LNG 船用の主

ている 4,12,13）。図

ガスの燃焼は拡散13），ガスの燃焼

給技術

給機においても，

ッド過給機である

ギーからエネル

舶用大型エンジン

報告で概説した通

がなされている

いる。

電用大型エンジ

最近の製品開発

自由化や自然エ

た新興国では初

し，クリーンな排

発に進められて


ル化

主機として，低速

1.7 左に示すよ

散燃焼方式であ

焼は予混合燃焼方

Fig.1.7 MAN 社

自動車用ディー

る 14-17）。ハイブリ

ルギーを回収する

ンまとめ

通り，舶用 2 サイ

る。基本的な考え

ンの技術動向

発の背景

エネルギーの伸

期投資および建

排ガスを実現でき

ている。

W Vol. 4 No. 5 20

2 サイクルディー

ように，MAN 社お

ある。図 1.7 右に

方式である。着火

社（左）およびワ

ーゼルと同様の技

リッド過給機はモ

るターボコンパウ

Fig.1.8 三

イクルディーゼル

え方は自動車用デ

伸長のため数百

建設期間の観点

きる天然ガスの

014

ーゼルエンジンを

および三菱重工の

に示すように，ワ

火方式は両社と

ルチラ社（右）の

技術開発がなさ

モータ発電機を組

ウンドとして使用

菱重工のモータ

ルエンジンでは，

ディーゼルと同様

MW 規模の集中

点から分散電源を

利用が進んでき

をベースに天然

の場合はシリン

ワルチラ社の場

ともパイロット燃料

のデュアルフュエ

されている。即ち

組み込んだ過給

する場合がある

ター発電機付き過

50％を超える高

様であるが，2 サ

中型大規模発電

を主要電源の一

きている。以上の

然ガスを燃焼でき

ダカバーにガス

合はシリンダライ

料による着火と

エルガスエンジン

VTIやVTGと呼

給機であり，起動

る。図1.8に三菱

過給機（文献 14

高い熱効率を維

サイクルエンジン

電設備ではなく，

一つとして取り組

の背景から発電

きるようにしたデ

スインジェクタを有

イナ下部にガス

している。

ン（文献 4 および

呼んでいる可変タ

時や低負荷時に

重工が開発した

4 より引用）

維持したまま，環

ン特有の低排気

数十 MW 以下の

組んでいる国も多

電用大型ガスエン

デュアルフューエル

有する高圧ガス

ス供給弁を有する

び 12 より引用）

タービン絞り機構

に電動アシストに

たハイブリッド過

環境適合性と経済

気温度や C 重油

の分散型電源の

多い。また重油燃

ンジンの需要が

ルエンジンが生

噴射方式 4)を使

る低圧ガス噴射

構付き過給機お

に使用する場合

給機の例を示す

済性を高める各種

油燃料に対する

の市場が伸びて

燃料に比較して

が拡大しており，技

17

生産化さ

使用して

方式を

よびハ

合と排気

す 14,15）。

種の技

対応を

てきてい

て，価格

技術開

ENSOCIETY 3.2 各

最近

市場に

（1）ワ

ワル

用してい

の安定

（2）GE

9500

すように

タークー

Fig.2.1


各社の高効率ガ

のガスエンジン

ついてもガスエン

ルチラ

ルチラは世界最大

いる（図 2.1）。ノ

した燃焼を実現

Jenbacher

0kW の J920 を発

に二段過給にお

ーラ排熱を利用出

ワルチラ社 50


スエンジン

の主要諸元を表

ンジンのシェアが

Table

大出力となる 18

ックセンサによる

現している。

発売開始した 19

おける過給機総合

出来るようにし，

0SG のガス供給

製造者機

ワルチラ 5

川崎重工 K

三菱重工 1

GEJ J

MWM T

GEJ J

MTU 4

CAT G

三菱重工 G

W Vol. 4 No. 5 20

表 2.1 に整理する

が増えてきてい

2.1 最近発表さ

.3MW のガスエン

る気筒毎燃焼モ

9）。採用技術を図

合効率は 75％以

総合効率を 90

給システム（文献

Fig.2.3 GE J

機種

50SG

KG18V

8KU30GSI

J920

TCG2032V16

J624GS

4000

G3516H

GS16R2

014

る。高出力化と高

る。ここでは各社

された発電用高効

ンジン 50SG を発

モニタリング結果

図 2.2 に示す。吸

以上を達成してお

0％まで高めてい


Jenbacher 社 J9

ボア × ス

トローク

気

mm x mm

500x580 18

300x480 18

300x380 18

310x350 20

260x320 16

190x220 24

170x210 20

170x215 16

170x220 16

高発電効率化が

社のガスエンジン

効率ガスエンジ

発売している 18）

果に基づいて，点

吸気弁早閉じに

おり，発電効率

いる。

Fig.2.2 GE

920 の過給機総

気筒数 BME

MPa

8 2.2

8 2.1

8 1.9

0 2.2

6 1.9

4 2.4

0 2.1

6 2.1

6 1.5

が進んできており

ンについて概説

ンの諸元

*1 :発電機効

。着火燃焼方式

点火時期とガス供

よる高膨張比サ

48.6％の実現に

Jenbacher 社 J

総合効率（文献 1

EP 出力

a ekW

2 18,32

7,800

95 5,750

2 9,500

94 4,300

4 4,400

8 2,520

3 *1 2,027

55 1,000

り，従来ガスター

説する。

効率 97%と仮定

式としては，副室

供給量が気筒毎

サイクルに二段過

に寄与している。

J920 で採用され

19 より引用）

回転数

min-1

20 500

0 750

0 750

0 1,000

0 1,000

0 1,500

0 *1 1,500

7 1,500

0 1,000

ービンの市場とさ

定して算出した値

室トーチジェット着

毎に制御され，高

過給を組み合わ

また混合気温度

れている技術（文

数発電効率

%

48.6

49.5

48.8

48.7

44.1

46.5

44.3

44.7

42.3

されてきた 10‐50

値。

着火希薄燃焼方

高 BMEP かつ希

わせている。図 2.

度を上げることで

文献 19 より引用

率

18

0MW の

式を採

薄域で

.3 に示

で，イン

）

ENSOCIETY （3）MW

4300

燃焼方

（4）Ca

CAT

（5）MT

MTU

ウンスさ

焼方式

（6）川

川崎

き過給機

（7）三

三菱

BMEP(正

成してい

また

48.8％の

3.3 高

ここで

（1）サ

いず

は遅閉

（2）過

吸気

社とも高

（3）着

主に

る。圧縮

ら主室に

海外

室式に

（4）燃

中速

測し，ノ

に燃焼

工の中

（M-RIC

けられた

失火の

を最適制


WM

0kW で 44.1％の

式ガスエンジン

aterpillar

T は 2013 年に発

TU

U が 2013 年の C

された 23）。出力

を採用している

崎重工

崎重工では，世界

機の採用によっ

菱重工

菱重工では 2013

正味平均有効圧

いる。

中速エンジンと

の高い発電効率

高効率ガスエンジ

では，各社高効率

イクル

れのエンジンに

じが採用されて

給技術

弁早閉じもしくは

高膨張比サイクル

火技術

国内メーカーで

縮上死点近傍で

にトーチジェット

メーカーでは，単

比較するとλで

焼制御技術

速ガスエンジンで

ノッキングや失火

を制御する手法

速ガスエンジン

CS）について示す

た筒内圧力セン

状況を判断し，

制御する 26）。


発電効率を達成

である 20）。

発電効率 44.7％

CIMAC 大会にて

は 16 気筒で 2

。

界最高効率である

って高い発電効率

年 11 月に東京

圧力)を増大する

としては，5.75MW

率を達成している

ジンに使用されて

率ガスエンジンに

においても，幾何

ている。

は遅閉じを採用

ルに最適な高圧

では，副室式が主

で副室内の当量比

として噴出する

単室式を採用し

で 1.6 程度のリッ

ではシリンダ内圧

火の状態を判定

法が適用されてい

ンに適用されてい

す。M-RICS では

ンサの信号に基

各シリンダのガ

W Vol. 4 No. 5 20

成した TCG2032

％を達成した 202

て発表した 22）高

MW となる。発電

る発電効率 49.5

率を実現している

京ガスと共同開発

ることで機械効率

W の KU30GSI

る 26）。

ている技術

に適用されてい

何学的な膨張比よ

することで，出力

圧力比の過給機

主流となっている

比がほぼ量論比

ことで，主室内の

した機種が多い。

チ側に設定する

圧力を圧力セン

定しながらリアル

いる。図 2.4 に

いる燃焼制御シ

は，各シリンダに

基づいて，ノッキ

ガス供給量と点

014

2V16 は，シリンダ

7kW ガスエンジ

高効率ガスエンジ

電効率は 44.3%で

5％を達成した 7

る。

発した 1000kW ガ

率を高めるととも

エンジンを販売

いる技術について

より圧縮比を大

力が低下してしま

機を採用している

る。副室内に燃料

比近傍となり，副

の希薄混合気に

。通常の火花点

るとともに，点火栓

サで計

ルタイム

三菱重

システム

に取り付

キングや

火時期

Fig.2.4 三菱

ダ直径Φ260mm

ジン G3516H を発

ジン MTU4000 は

であり，CAT351

7,800kW ガスエン

ガスエンジン GS

もに，高膨張比サ

売している。KU3

て概説する。

きく取る高膨張

まうため，過給機

る。また一部のガ

料ガスを直接供

副室内に取り付け

に着火する。

点火栓では希薄混

栓を小容積キャ

菱重工の KU30G

m で単室式希薄

発売開始した 21）。

は，2014 年 4 月

6H とほぼ同等

ンジンを製品化し

S16R2 を発売開

サイクル，高効率

30GSI では，筒

張比サイクルが採

機による圧力比

ガスエンジンでは

供給し，主室には

けられた火花点

混合気への点火

ャビティで囲った

GSI エンジンに適

薄燃焼を実現して

。本エンジンも単

より 12 気筒およ

の出力＆性能で

している 24）。シリ

開始した 25）。エン

率過給機などの

内圧センサを使

採用されている。

比を増大すること

は二段過給も採用

はλ（空気過剰率

火栓で点火する

火が困難なため，

プリチャンバプラ

適用されている燃

ており，世界で一

単室希薄燃焼方

よび 16 気筒版を

である。なお本エ

リンダ毎個別燃焼

ンジン定格回転数

の適用によって，

使った燃焼制御技

。手法としては，

とで，出力を維持

用されている 19）

率）が 2 程度の

る。副室内の混合

，主室の混合気

ラグを採用してい

燃焼制御システ

一番大口径な単室

方式を採用してい

を発売開始する

エンジンは単室希

焼制御，可変ノズ

数を 1000rpm に

発電効率 42.3

技術を適用する

吸気弁の早閉じ

持している。このた

。

の希薄混合気を吸

合気が燃焼し，副

気の当量比を上記

いる。

テム（文献 26 より

19

室希薄

いる。

るとアナ

希薄燃

ズル付

に抑え，

％を達

ることで

じもしく

ため各

吸入す

副室か

記の副

り引用）

ENSOCIETY （5）廃

分散

を作り出

ネルギー

最近

発電す

Fig.2.5

3.4 発

発電

40％(19

流れは

【参考

1）Tak

NOx

2）平岡

3）Sus

Sha

4）http

5）Mar

CIM

6）http

7）http

8）Hein

Req

9）阪口

http

10）Nao

Co

11） To

CIM

12） Ing

Co

13）http

-m

14） Yo

Co

15）「省

htt

16） Ja


熱利用技術

電源の場合，需

出したり，吸収冷

ーの総合利用効

の技術としては

る技術が開発さ

5 ガスエンジン

発電用大型ガスエ

用ガスエンジン

994 年ごろ)→49

続くと思われるた

文献】

kahiro Fujibayash

x Tier III”, Pape

岡,「舶用大型低速

sanne Kindt,”Sta

anghai, May2013

p://www.doosan

rc Spahni, Andre

MAC World Cong

p://www.wartsila

ps://www.mhi.co

nrich Brunner, J

quirement”, Pap

口ほか，「環境対

p://www.mhi.co.j

ohiro Hiraoka, K

ongress in Shan

oshinori Shirai, P

MAC 2013, 27th

gemar Nylund, M

ongress in Shan

p://www.wartsila

main-propulsion

oshihisa Ono, “S

ongress in Shan

エネを追及した

tp://www.mhi.co

coby Pierre, Xu


需要家に隣接して

冷凍機を駆動して

効率で 70％以上

は，エンジン冷却

されている。図 2

ンコージェネレー

エンジンまとめ

ンは，大型エンジ

9％（2014 年），

ため，当面発電

hi, Shinji Baba, H

er No.29, CIMAC

速ディーゼルエ

ate-of-the-art

3

nengine.com/co

eas Kyrtatos, R

gress in Shangh

a.com/en/engin

o.jp/products/e

Jean-Noel Cons

per No.326, CIMA

対応ディーゼル機

.jp/technology/

Katsumi Imanaka

ghai, May2013

Peter Skjoldage

h CIMAC World

Marcel Ott, “De

ghai, May2013

a.com/en/press

Solutions for be

ghai, May2013

た三菱重工舶用機

o.jp/technology

u Henry, Wang D

W Vol. 4 No. 5 20

て発電を行うため

て冷水を得るこ

上にできるため，

水の温度を高く

2.6 に Turboden

ションシステムの

ジンの分野では，

BMEP で 1.5MP

電用大型ガスエン

Hironaka Tanaka

C 2013, 27th CIM

ンジンの技術動

MAN B&W Two

mmon/pdf/prod

Ronald de Jong,

ai, May2013

nes/generation-

expand/mitsubis

stantin, Beat Sc

AC 2013, 27th C

機関”UEC-Eco-

review/pdf/411

a,“Exhaust Emi

r, Sumito Yokob

Congress in Sh

evelopment of a

s-releases/lng-

etter engine per

機械エンジン株

/review/pdf/51

David, “VTG tur

014

め，エンジンから

とが出来る。この

各国で省エネル

くして，蒸気生成

社の ORC27）の例

の構成例

，この 20 年で

Pa（1994 年頃）→

ンジンの市場は拡

a, “Developmen

MAC World Con

動向」,第 24 回内

o-stroke Super-

duct/Doosan-M

“The New X

-x-low-speed-m

shi-ue_diesel_en

humacher, “Up

CIMAC World C

-Engine”」，P.20

/411020.pdf

ssion Control o

be, Shoichi Ibar

hanghai, May201

a Dual Fuel tec

-carrier-choose

rformance at low

の舶用製品」，P

1/511030.pdf

bocharging - a v

ら発生する廃熱

のように電気だ

ルギーの観点か

成に利用する全蒸

例を示す。

Fig.2

最も飛躍的に効

→2.4MPa（2014

拡大していくもの

nt of Marine SC

ngress in Shangh

内燃機関シンポジ

-long-stroke En

MAN02.pdf

Generation Low

merchant-marin

gine_line-up.htm

pgrade of Wartsi

Congress in Shan

0，三菱重工技報

of Mitsubishi U

ragi, “EGR syst

3

chnology for slo

s-wartsilas-new

w load by Mitsu

P.30，三菱重工

valuable concep

を活用することが

けでなく，熱を利

から普及促進の政

蒸気回収技術や

2.6 Turboden

効率と出力が向

4 年）と大幅な性

のと考えられる。

CR System for L

hai, May2013

ジウム講演論文

ngines”, Paper N

w-Speed Engin

e-2-stroke

ml

las Two-Stroke

nghai, May2013

報 Vol.41 No.1(20

E Diesel Engine

tem Developmen

w-speed engine

w-game-changin

bishi turbocharg

技報 Vol.51 No.

pt for traction a

ができる。図 2.5

利用する方法をコ

政策が施行され

や，ORC（Organic

社の ORC27 と作

上している。トッ

性能向上になって

Large Two-strok

集,2013 年 11 月

No.71, CIMAC 2

es from W?rtsil?

Engine Portfoli

004)

e”, Paper No.41

nt on MES Test

es”, Paper No.2

ng-2-stroke-low

gers”, Paper No

1(2014)

pplication”, Pap

5 に示すように

コージェネレーシ

れている。

c Rankine Cycl

作動サイクル

ップランナーにつ

ている。今後とも

ke Diesel Engine

月

2013, 27th CIMA

?”, Paper No.26

io to fulfil the Ch

18, CIMAC 201

t engine 4S50M

284, CIMAC 201

w-pressure-dua

o.15, CIMAC 20

per No.116, CIM

廃熱から，温水

ションと呼んでお

e）を用いて，廃

ついては，発電効

も分散電源市場拡

es Complying wi

AC World Cong

67, CIMAC 2013

hanging Marine

3, 27th CIMAC

ME-T9”, Paper N

13, 27th CIMAC

al-fuel-engine-a

13, 27th CIMAC

AC 2013, 27th C

20

水，蒸気

おり，エ

熱から

効率で

拡大の

th IMO

gress in

3, 27th

Market

C World

No.176,

C World

as

C World

CIMAC


World Congress in Shanghai, May2013

17） Stephan Mest, Oswald Loewlein, Dirk Balthasar, “TCS-PTG - MAN Diesel & Turbo’s power turbine

portfolio for waste heat recovery”, Paper No.214, CIMAC 2013, 27th CIMAC World Congress in Shanghai, May2013

18）http://www.wartsila.com/en/power-plants/technology/combustion-engines/gas-engines

19）Chrisian Trapp, Andreas Birgel, Nikolaus Spyra, Herbert Kopecek, Dieter Chvatal, GE’s all new J920 gas engine- a smart accretion of two-stage

turbocharging, ultra lean combustion concept and intelligent controls, Paper No.289, CIMAC 2013, 27th CIMAC World Congress in Shanghai,

May2013

20）http://www.mwm.net/en/products/gas-engines-power-generators/tcg-2032/

21）http://www.cat.com/en_US/power-systems/electric-power-generation/gas-generator-sets/18485094.html

22）Udo Sander, Stephan Menzel, Markus Raindl, “The New MTU Type L64 of Series 4000 Gas Engines”, Paper No.67, CIMAC 2013, 27th CIMAC World

Congress in Shanghai, May2013

23）http://www.mtuonsiteenergy.com/press/press-releases/detail/news/mtu_onsite_energy_introduces_further_developed_series_4000_natural_gas_

engine/news_smode/text/

24）http://www.khi.co.jp/machinery/product/power/green.html

25）http://www.mhi.co.jp/news/story/131028.html

26） Hajime Suzuki, Hiroshi Yoshizumi, Michiyasu Ishida, Shoji Namekawa, Shinnosuke Osafune, MACH II-SI achieved Higher Thermal Efficiency, Paper

No.421, CIMAC 2013, 27th CIMAC World Congress in Shanghai, May2013

27）http://www.turboden.eu/en/public/downloads/12-COM.P-21-rev.11.pdf

ENSOCIETY

1 まえ

エンジ

エンジン

ットエン

2 ロケ

人工

ジンがロ

ネルギ

（JAXA)

類に分

ロケッ

ものです

分には

ンジンの

する力を

方式です

温高圧

の熱エ

推進で

います。

3 化学

現在

いるのが

宙空間

焼ガスを

ります。

て，推進

り，液体

推進剤

固体推

あります

室への

剤を昇

ンと推進

て推進

れます(

ロケッ

焼ガスの

れるよう


ロケットCommentary

香河英史

Hideshi KAGA

宇宙航空研究

研究開発本部

Aerospace Res

えがき

ジンにはいろいろ

ンがある。本稿で

ンジンも内燃機関

ケットエンジンの

衛星などを打ち

ロケットエンジン

ーを利用する基

)で使用している

類されています

ットエンジンの力

す。物質を噴射

自動車用エンジ

の性能は，「噴射

をどう得るかで分

す。化学推進で

の燃焼ガスを作

ネルギーは，ノ

は，「噴出する物

。

学推進ロケット

，JAXA で宇宙

が化学推進ロケ

という空気がな

を得るための燃

。化学推進ロケ

進剤と呼んでい

体推進剤を使用

剤を使用する固体

進剤を合わせて

す。液体ロケット

供給方法により

圧して燃焼室に

進剤を貯蔵する

剤を押し出すガ

(図２)。

ットエンジンの性

の速度で決まる

うに高圧で燃焼


ト用エンy of the rocke

AWA

究開発機構（JA

部推進系グル

search and Dev

ろな形式・用途の

では，現在日本

関の１ジャンルで

の分類

ち上げるロケット

ンです。自動車の

基礎的な原理を利

るロケットエンジ

す（図１）。

力を得る原理は

するには何らか

ジンのようなピス

射する物質」とそ

分類されており，

では，「噴射する物

作りだし，そのガ

ズル内で運動エ

物質」をエンジン

宙機からロケット

ケットです。ロケ

ない環境で運転さ

燃料の他に酸化剤

ットでは，燃料と

います。推進剤の

用する液体ロケッ

体ロケットエンジ

て使用するハイ

トエンジンの中で

り，機械的にポ

に押し込むポンプ

るタンク自体を高

ガス押しロケット

性能は，燃焼室

るため，よりノズ

させる方が有利

W Vol. 4 No. 5 20

ンジン et engine

AXA)

ループ

velopment Direc

のものがあるが

本で使用されてい

であると自動車エ

トや宇宙を飛行す

のエンジンと同様

利用しているも

ンの種類は，ロ

，エンジンから物

かのエネルギーが

ストンやクランク

その「噴射する速

，化学推進と電

物質」のエネル

ガスを燃焼室から

エネルギーに変

ン内で電離し電界

まで主に使われ

ットエンジンは，

されることから，

剤も運ぶ必要が

と酸化剤を合わ

の形態の違いに

ットエンジン，固

ジン，液体推進剤

ブリッドエンジン

で，推進剤の燃

ンプを用いて推

プ式ロケットエン

高圧なガスで加圧

トエンジンに分け

室から排気される

ズル内で膨張させ

利になります。この

014

ctorate, Japan A

が．地上走行のみ

いるロケットエンジ

エンジンを日々開

する宇宙機や人

様に燃料を燃焼

のもあります。現

ロケットの推進剤

物質を噴射して，

が必要ですが，

といった複雑な

速さ」で表すこと

気推進が現在使

ギーを，燃料と酸

らノズルを用いて

変換され猛スピー

界を掛けて加速

れて

宇

燃

があ

わせ

によ

固体

剤と

ンが

燃焼

推進

ンジ

圧し

けら

る燃

せら

の

Aerospace Expl

みならず空の飛行

ジンについて，作

開発している方々

人工衛星に使用

焼器の内部で燃焼

現在，宇宙航空

剤や機構などか

，その反力を得

エネルギーを力

な機構はありませ

とができます。ロ

使用されている主

酸化剤を燃焼器

て噴出させる．こ

ードで噴出させて

速するという方式

loration Agency

行，そのさらに上

作動原理，分類

々にご紹介したい

されているエン

焼させてそのエ

空研究開発機構

ら次のような種

るという単純な

力に変換する部

せん。ロケットエ

ロケットは，噴射

主要なエンジン

器内で燃やし高

この時高温ガス

ています。電気

式が採用されて

y

上空の宇宙空間

類やその特徴，代

いと思う。

Fig.1

間まで使用できる

代表的な諸元な

ポンプ

ガス押し

液体ロケット

固体ロケット

ハイブリッド

化学推進

イオンエン

アークジ

電気推進

ロケットエンジ

るエンジンにはロ

どについて述べ

プ式

し式

トエンジン

トエンジン

ドエンジン

ンジン

ジェット

ジンの分類

22

ロケット

べ，ロケ

ENSOCIETY

ため，何

が生じ，

使用す

ランスを

ットがポ

と N-II

ガス押

一液

込み発

固体

め，貯蔵

比較的

われて

ハイブ

わせ持


何らかの方式で

非常にタンクが

るのがポンプ式

を考えて，総合的

ポンプ式を採用し

ロケットの第二段

押し式中ではさ

式エンジンは，

生した高温ガス

ロケットは，推進

蔵容器そのもの

簡単に大型化で

います。

ブリッドロケットは

つエンジンです


で推進剤を燃焼室

が重くなってしま

式です。ポンプが

的に評価検討を

しています。図３

段で採用してい

らに簡便な一液

液体推進剤を推

スをノズルから噴

Fig.3 二液式ロ

進剤が固形であ

のが燃焼に耐えら

できることなどか

は，液体と固体

。液体側の供給

W Vol. 4 No. 5 20

室に高圧で押し

まいます。これを解

が加わることでエ

を行いどちらの方

３に推進剤として

ました。また，JA

液式と呼んでいる

推進剤の圧力で

噴出し，熱を速度

ロケットエンジン

あるところからそ

られる容器にし

から，ロケットが地

の推進剤を組み

給量を制御するこ

F

014

し込む必要があり

解決するために

エンジン自体の構

方式にするかを決

て燃料と酸化剤を

AXA の人工衛星

る自己分解をする

で電気の通電の

度に変換する反力

の概念図

う呼ばれていま

なければなりま

地上から飛び立

Fig.5 固体ロケ

み合わることで液

ことによりロケッ

Fig.6 ハイブリッド

ります。タンクを

に燃焼室の手前

構造が複雑化し

決定します。JAX

を使用して温度

星「きずな」「みち

る推進剤を採用

の有無により作動

力で推力を得る

ます(図 5)。貯蔵

ません。しかしな

立つ際の推力を補

ケットエンジン（

液体ロケット特徴

ットエンジンの動作

ドロケットエンジ

を高圧にするには

にポンプを設置

し重量も増えます

XA の打ち上げロ

の高い燃焼ガス

ちびき」，宇宙機

用しています（図４

動を制御する電磁

という作動をしま

Fig.4

蔵されている場所

がら，液体ロケ

補う目的や人工

参考文献１）

徴である制御の

作を制御するこ

ジン（参考文献１）

は，巨大なタンク

置して，タンク自体

すが，タンクは軽

ロケットでは，H-

スを得る二液式と

機「あかつき」「は

４）。

磁弁を通じて推

ます。

4 一液式ロケット

所で燃焼し，貯蔵

ットに比べて構造

工衛星で一回大き

しやすさと固体ロ

とができます(図

）

ク全体を高圧に

体の圧力は低い

軽量で済むので，

-IIA/B ロケットの

と言われる方式

はやぶさ」でも採用

推進剤と直ちに反

トエンジンの概念

蔵庫自体が燃焼

造が簡単なこと

きな軌道変更が

ロケット特徴であ

図 6)。

耐えるように作

いままで軽量なタ

必要な燃料量

の第一段，第二

式を示します．過去

用しています。

反応する触媒層

念図

焼室になります。

と，着火が確実な

が必要な場合な

ある構造の簡単

23

る必要

タンクを

量とのバ

段ロケ

去 N-I

層に押し

このた

なこと，

どに使

単さを合

ENSOCIETY 4 電気

小惑

ンでは，

給して加

を節約す

5 JA

これま

て運用さ

ては，S

次に

ロケット

地球

等の軌

の場合

上述

化学推

ない推進


気推進エンジン

星探査機「はや

，推進剤を電離

加速することから

することができ，

AXA で使用され

まで各種のロケ

されている H-IIA

SRB-A が利用さ

久しぶりの新型

トに加え，第二段

を周回する人工

道や姿勢を変更

は間欠運転をし

の化学推進ロケ

進ロケットと比べ

進剤で大きな速


やぶさ」で一躍有

離してイオン化した

ら，化学推進ロケ

地球から離れた

れているエンジン

ケットエンジンを説

A/B ロケットを紹

されています。

型ロケットと脚光を

段に液体ロケット

工衛星や地球か

更するのにも使用

しながら，１５年以

ケットよりも低燃

べると非常に小

速度を得られます

主要

適用

真空

混合

真空

エンジ

エンジ

推進

膨張

燃焼

LH2

LOX

全長

質量

推力

推進

全燃

W Vol. 4 No. 5 20

名になったイオ

た後に電界を掛

ケットの限界を大

たところに行く用

ンの例

説明してきました

紹介します（表１

を浴びたイプシ

ト，３段と人工衛

から離れた宇宙空

用されます。打ち

以上使用を続け

費で，宇宙機を

小さい推力ですが

す（表４）。

要諸元

ロケット

空中推力

合比

空中比推力

ジン方式

ジンサイクル

進剤

張比

焼圧力

ターボポンプ回転数

ターボポンプ回転数

長

量

調整

進薬質量

燃焼時間

014

ンエンジンをは

掛けて，推進剤を

大きく超える様な

用途に適していま

Fig.7 電気推

たが，現在 JAXA

）。液体ロケット

ロンロケットです

星の間に PBS と

空間を航行する宇

ち上げロケットの

けるものもあります

をより遠くの宇宙

が，推進剤を真空

Table.1 H-IIA/B ロ

SRB-A3

H-IIA

2,500kN/2,305

該当なし

283.6s

固体

該当なし

コンポジット推進

（BP-207J）

非公開

11.8MPa/11.1M

数非搭載

数非搭載

15.1m

75.5ton/76.5t

内部形状で実

64.9ton/66.0t

98s/116s

じめとする推進

を加速し噴出させ

な非常に高速度

ます(図 7)。

推進エンジン（参

A で利用されてい

トエンジンとしては

すが，基本的に３

という液体ロケッ

宇宙機では，そ

の場合には，１度

す。

空間に航行させ

空中でプラズマ

ロケットに搭載されて

LE-7A

H-IIA

5kN 1,074kN

5.9

429s

二段燃焼

進剤

）

約 38.7

MPa 12.3MPa

41900rpm

18300rpm

3.4m

ton 約 1.7ton

実施 72%

ton 101.1ton

400s

剤に運動エネル

せます。推進剤

まで推進剤を加

参考文献１）

いるエンジンはど

は LE-7A,LE-5B

３段式の固体ロケ

ットが搭載されて

その他いろいろな

度点火すると，そ

せる事が可能なの

化する原理を用

ているエンジン

LE-7A LE-

H-IIA/B H-

1,098kN 137

5.9 5

440s 44

ポンプ式

焼サイクル

エクス

ンダー

ードサ

ル

LH2/LOX

約 46.7 約 1

12.3MPa 3.6M

41900rpm 52000

18300rpm 18000

3.7m 2.8

約 1.8ton 290

72% 60

177.8ton 16.9

400s 60

ルギー増加に電界

の反応によるエ

加速して噴出させ

どのようなもので

B,50N スラスタが

ケットと呼ばれて

ています（表２）。

なロケットエンジン

そのまま燃焼させ

のが，電気推進

用いるものです。

-5B ガスジェッ

ト

IIA H-IIA/B

7kN 50N

5 該当なし

8s 221s

ガス押し

式

スパ

ーブリ

サイク

ル

該当なし

ヒドラジン

110 約 100

MPa 1MPa 以

下

0rpm 非搭載

0rpm 非搭載

8m 0.176m

0kg 1.06kg

0% 作動時間

で制御

9ton 時間で規

定

0s 3041sec

界を使用する方

エネルギーではな

せることができま

でしょうか。まず，

が利用されてい

ていますが．一段

。

ンが利用されて

せ続けることが多

進エンジンの一つ

。しかし，燃費は

方式です。イオン

なく外部から電

ます。このため，推

国の基幹ロケッ

ます。固体ロケッ

段，二段，三段の

います（表３）。宇

多いですが，宇宙

つのイオンエンジ

は圧倒的に高く，

24

ンエンジ

力を供

推進剤

ットとし

ットとし

の固体

宇宙機

宙機用

ジンで，

より少


これらのロケットエンジンを使用には，燃料の圧力や取り扱う液ガスなどの種類により各法令（高圧ガス保安法，火薬類取締法，毒物及び劇物取締

法など）を順守しなければいけません．

6 むすび

以上のようにロケットエンジンは，物質を噴出させてその反力を使う推進原理や空気がないので酸化剤も運搬する必要があるなど自動車用のエンジ

ンとは異なっている点等について，またその種類を簡単に紹介しました．本稿が皆様の研究開発のお役に立てることを期待いたします。

【参考文献】

1) George P. Sutton, Rocket Propulsion Elements, JOHN WILEY & SONS,INC.

JAXA 公式 HP http://www.jaxa.jp/

Table.4 JAXA で採用している電気推進エンジン

搭載衛星

はやぶさ

はやぶさ

２

きく８号きずな

こだま

真空中推力 8mN 20mN 0.5N

混合比該当なし

真空中比推力 3,200sec 2,200s 302s

エンジン方式イオンエンジンアークジ

ェット

エンジンサイクルマイクロ

波放電式

直流放電

式

電熱加

熱

推進剤キセノンヒドラジ

ン

口径 10cm 12cm 非公開

燃焼圧力ほぼ真空

全長非公開 20cm

質量非公開

（４台搭載時 70kg) 0.84kg

推力調整 4 段階切り替え弁の開

閉

推進薬質量 80kg 96kg 390kg

全燃焼時間 20,000h 16,000h 370h

Table.2 イプシロン初号機に搭載されたロケット

主要諸元 SRB-A3 SMSJ SPM M-34c KM-V2ｂ５０N 23N

仕様箇所第１段モータ固体モータサイドジェットスピンモータ第２段モータ第３段モータ PBS ２段 RCS

真空中推力 - 270N 以上平均 0.85kN 平均 327kN 85.6ton 50N 23N

真空中比推力 284s - - 300s 301s 215s 224s

エンジン方式固体ロケットガス押し式ガス押し式

エンジンサイクル一液式一液式

推進剤 BP-210J GGP-3B BP-250JA BP-205J BP-205J N2H4 N2H4

膨張比非公開 50 55.8

燃焼圧力大 11.4MPa 非公開平均 5.4MPa 大 5.88MPa 大 5.2MPa 1MPa 以下 0.74MPa

全長非公開 4.3m 2.9m 0.176m 非公開

質量 74ton 非公開 12ton 3ton 1.06kg 0.74kg

推力調整予め内孔面形状でパターンを設計弁の開閉で実施

推進薬質量 66ton 50kg 1.6kg 10.7ton 2.5ton 約 103kg 約 18kg

全燃焼時間 120s 171s 以上 4.8s 105s 91s 非公開

Table.3 JAXA 衛星に搭載されたエンジン

出力 450N 4N 450N 120N 500N 23N

適用衛星きずな,商用静

止,シグナス

きずな,し

ずくこうのとりこうのとりあかつき

あかり、はやぶ

さ、はやぶさ２

真空中推力 450N 4.7N 478N 120N 500N 20N

混合比 0.92 非該当 1.65 1.65 0.78 非該当

真空中比推力 329s 226s 316s 275s 319s 非公開

エンジン方式ガス押し式ガス押し

式ガス押し式ガス押し式ガス押し式ガス押し式

エンジンサイク

ル二液式一液式二液式二液式二液式二液式

推進剤 N2H4/N2O4 N2H4 MMH/N2O4 MMH/N2O4 N2H4/N2O4 N2H4/N2O4

膨張比非公開 100 300 300 非公開非公開

燃焼圧力 1MPa 以下 1MPa 以

下 1MPa 以下 1MPa 以下 0.72MPa 非公開

全長 0.65m 0.149m 0.675m 0.675m 0.465m 非公開

質量 4.63kg 0.90kg 4.2kg 4.2kg 3.8kg 非公開

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