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水素燃焼は進歩の途中。トヨタは特有のプレイグニッションに挑む【水素という選択肢 Vol. 9】

牧野 茂雄
公開日：
更新日：
BMW V12水素燃焼ICE｜2007年に少量生産され市販車に搭載された。ポート噴射で排気量6.0ℓ、最高出力191kW（260PS）だった。現在BMWは燃料電池に水素を利用する。
ポート噴射（PFI）で水素を噴く場合、前のサイクルの燃焼済みガスの掃気をうまくやらないとシリンダー内に高温のまま残る。そこに空気と混ざった水素が流入すれば、プラグ点火される前の吸気行程で勝手に着火してしまう。これが水素特有のバックファイア（プレイグニッションの一種）である。
筒内残留ガスが引き起こすバックファイアをなくす対策として、筒内への水素直接噴射（DI）がある。DIでは空燃比や点火時期、バルブタイミングなどをさまざまに変化させても最高負荷までバックファイアの発生が見られなかったという。希薄燃焼ではバックファイアの可能性が増える。
水素は火が着きやすい｜上のふたつのグラフは通常燃焼とプレイグの比較。吸気行程の途中でプレイグが起きると本来の燃焼が行なわれない。したがってパワーを得られない。また、異常燃焼は筒内圧を極端に上昇させ、トラブルの原因になる。これは通常のICEと同じである。
上のグラフは点火プラグの電極温度比較。ハイオクガソリンICEと比較しても水素ICEの熱面着火温度は約200℃低い。その理由は水素の熱伝導率の高さで混合気温度が上昇しやすいためと推測される。したがって「暴走型プレイグ」の予防策は、燃焼室内の高温になりやすい部分の冷却である。
直噴のメリット｜このグラフはバックファイア発生率比較。ポート噴射（PFI）ではBMEP（正味平均有効圧）0.5未満でもバックファイアが起きる。DI特有の難しさは当然あるが、瞬発力が求められ急激な負荷変動にさらされる乗用車用の水素ICEでは、DIが有効だという理由になる。
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