水メタノール噴射装置

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水メタノール噴射装置(みず - ふんしゃそうち、Water Methanol injection)は、主に過給機レシプロエンジンの出力を向上させるための装置である。

概要[編集]

熱機関は熱サイクルの低温熱源と高温熱源の温度差が大きい程効率が良く、内燃機関は吸気温度が低い程効率が良い。内燃機関では、高出力の範囲において混合気[1]の混合比[2]の設定を最良混合比より濃く設定して、その分の過剰燃料による気化熱によって混合気の温度を下げてデトネーションを防ぐ仕組みになっている為、混合気が最良混合比の設定の場合と比べて、高出力での出力が少し低下していた。そこに、吸入気に水を噴射して、過剰燃料による気化熱を水の気化熱によって補い、より混合気を冷却する[3]とともに、高出力での混合気を最良混合比に設定して、効率(出力)を上げる装置が水メタノール噴射装置である。過給機付きのエンジンの場合は、過給機によって圧縮された吸気は温度が上昇するため、特に必要とされる。航空用エンジンで用いる場合、高空での凍結を防ぐ目的でメタノールが混ぜられる為、水メタノール噴射と言う。第二次世界大戦期において枢軸国側の航空用エンジンに多く用いられた。ドイツではMW 50等が使用されていた。同様の役割を持つものとしてインタークーラーがある。

過給圧を上げればエンジン出力も上がるが、空気は圧縮されると高温になる性質があるため、過給圧の上げすぎはエンジンノックが発生し、最悪の場合はエンジンブローにつながる恐れがある。これを防ぐには、アンチノック性の高い燃料を使う・吸気温度を下げる、などの対策が必要である。第二次大戦期において、連合国側の航空機用ガソリンは100~120オクタン程度のオクタン価があったが、枢軸国側は90オクタン前後であったため、枢軸国側では入手不可能の100オクタン燃料は「91オクタン燃料プラス水メタノール噴射」で代用することとなり、大戦末期の日本軍の航空機用エンジンには、軒並み水メタノール噴射装置の装備が試みられた。

特徴[編集]

メリット

  • オクタン価の低い燃料でも比較的簡単に最大過給圧を上げることができる。

デメリット

  • 装置不使用時はデッドウエイトとなる。(100kg程度)
  • 噴射ポンプの性能の問題で各シリンダーに均等に噴射できない場合が多く、激しい振動が発生する。
  • シリンダー内の腐食、整備性の悪化など稼働率に与える影響

上記のようなデメリットの為、現在では完全にインタークーラー(+ハイオクガソリン)にとって代わられている。

ジェット機での採用[編集]

水メタノール噴射装置は上述の通り、主にレシプロエンジンで用いられたが、ジェットエンジンでの使用、またはそれが試みられた例がある。

B-52爆撃機(初期型)など、1950年代に登場したジェット機では、離陸時の推力向上を目的に水メタノール噴射装置が搭載されているものがあった。 水メタノール噴射時には多量の黒煙を排出したため、装置の使用/不使用が外部から容易に確認可能であった。

F-4戦闘機において、エンジンに水メタノール噴射装置を付加する事によって、最大速度M3.2、巡航速度M2.7を目指した。しかしながら、F-4戦闘機の高性能化が可能であるという事実がF-15戦闘機の開発に悪影響を与えるのではないかという懸念と、水噴射の安全性と信頼性が問題視され、開発は中途で頓挫した。

脚注[編集]

  1. ^ 気化した燃料と空気が混合した物。
  2. ^ 混合気中の燃料と空気の重量比のこと。
  3. ^ 水の気化熱による混合気の冷却が、過剰燃料による気化熱よりも良い為、吸気温度をさらに下げることができる。