BMW の水素自動車プロジェクト 2007 年 11 月 28 日国連大学ゼロエミッションシンポジウム 2007 地球温暖化対策 - 展望と世界の先進事例 BMW Japan Corp. 山根健 Hydrogen 7: the first premium saloon with a bivalent internal combustion engine.
水素エンジン自動車開発と今後 BMWの水素自動車開発の歴史と現状 BMWのHydrogen 7プロジェクト 車両エンジン水素貯蔵開発試験 今後の取り組み
水素自動車開発の背景 個人のモビリティ手段を提供し続ける と共に 走る歓びを実現する 提供し続ける : 情勢変化があっても個人のモビリティ実現のために最大限の努力を惜しまない 走る歓び : 意のままに ダイナミックに
モビリティ 歴史 : 有史以前から人類は生きるために移動していた 長い間 人力 動物 自然力がその移動用の動力であった 動力機関による移動手段の発明により 先ずこれまでにない高速 大量の次いで 個人の自由な移動が可能となった 自動車 特に乗用車は 個人の自由な移動範囲を拡大した
エネルギー 歴史 : 有史以前から長い間 人力 動物 自然力がその移動用の動力であった 照明 暖房 調理用エネルギー源は長いこと動植物を原料としたものだった 航海技術 植民地 産業発展 に伴い エネルギー革命 (1 次 : 石炭へ 2 次石油へ ) が誘起され 以後急速にエネルギー消費量が増加し続けている 近代は 大量の化石燃料消費に伴う大気汚染とエネルギー枯渇問題が大きく影を落としている
大気汚染への取り組み自動車から排出される汚染物質量の変遷 ( 独 ) CO [ kt /a] Driving Performance [Mrd. km/a] NOx [ kt /a] Driving Performance [Mrd. km/a] 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 800 700 600 500 400 300 200 100 0 1200 1000 800 600 400 200 0 800 700 600 500 400 300 200 100 0 1980 1990 2000 2010 2020 1980 1990 2000 2010 2020 HC [ kt /a] Driving Performance [Mrd. km/a] Particle [ kt /a] Driving Performance [Mrd. km/a] 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 800 700 600 500 400 300 200 100 40 35 30 25 20 15 10 5 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 0 0 1980 1990 2000 2010 2020 1980 1990 2000 2010 2020
地球温暖化問題への取り組み CO2- 排出量との関係.
今後 自動車台数はどうなるか?. 既に飽和状態の国とこれから急増が見込まれる国 6220 Population (Millions) Vehicles (Millions) Vehicles per 1000 Person 1280 1050 716 585 505 502 95 380 285 204 192 82 127 41 47 310 20 16 8 8 Welt USA EU (15) Deutschland Japan China Indien
世界のエネルギー消費予測 2000 年から 2040 年の間に倍増の予測 Yet open 2040 Geo-Ocean Solar New Biomass 2000 Wind Nuclear Water Natural Gas Oil Coal Quelle: Tradit. Biomass
新世代パワートレイン開発スローガン高効率高性能コンセプト -Efficient dynamics. power Efficient dynamics weight fuel economy
110 BMW のフリート燃費の変遷 1990 年からの 15 年間でほぼ 30% の改善を果した 105 100 95 100.0 97.5 Weight and Function increase within the vehicle % 90 90.9 89.3 85 80 75 70 85.8 83.7 86.3 87.3 85.6 82.1 79.6 77.3 74.3 74.0 74.0 70.8 65 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05
BMW Group のエネルギー戦略. 短 中期の主要課題 軽量化 ( 新材料 ) 空力改善 現行の動力 駆動系の改良 エネルギー管理 電気駆動動力系
持続可能モビリティと走る歓びの両立 BMW Group の展望. Hydrogen tomorrow today 2006 > 2020
BMW における Clean Energy パワートレイン研究 代替エネルギー - 水素 - 天然ガス - 合成燃料 - 植物油 - メタノール -... 動力発生装置 - 熱機関 内燃ピストンエンジン ヴァンケルエンジン - 燃料電池 + 電動モーター PEMFC SOFC - ハイブリッドシステム - 蒸気エンジン - スターリングエンジン - ガスタービン -... 特徴 - 技術面 出力特性 航続距離 / 燃費 排出ガス 車両搭載性... - 量産 普及対応 大量生産の実現性 コスト 部品供給 / 材料 認証と運営... - 戦略 市場性 (CO 2, 排出ガス ) 上級車からの導入...
BMW の考える将来型パワートレイン 代替エネルギーを使用したパワートレイン 典型的なBMW 運動性能を有する - 性能 - 運動性能 - 燃費 -... CO2- の排出ゼロ -ACEA- コミット - 京都議定書 代替パワートレインの性能特性 代替パワートレインでしか達成できないこと!!!!! 持続性があること - 化石燃料からの脱却 - 再生可能エネルギー!!!! The same 100% compliance has to be achieved as with conventionally propelled vehicles Achieving substantial benefit compared to vehicles with 自立性 短期に独自のエネルギー供給が可能 Freedom Car- プログラム USA -WE-NET- プログラム日本!! 排出ガス - EU4, EU5, LEV II 等への適合 - PZEV, ZEV にも適合可能
水素へのエネルギー転換 鉱物資源は有限であり しかも偏在している 反面 人口の増加 非先進国 の急速な発展により総エネルギー消費量は急速に増加し続けている 大気汚染問題 地球温暖化もこの総エネルギー消費量増加と切り離せない 再生可能エネルギーを水素に変換することにより 自由に使えるエネルギー となる
Challenges in the transportation sector. Mobility of the future. 2000 s + Supply guarantee + Hydrogen Powered Vehicles 1990 s + Climate change Kyoto Protocol + 1960 s + Air quality ZEV mandate
乗用車用エネルギー源として考えられるもの 資源 から燃料への流れ 消費型エネルギー源 石油, 天然ガス, 石炭 原子力 再生可能型エネルギー源太陽エネルギー ( 直接 ), 水力発電, バイオマス風力発電 電力 蓄電池 ディーゼル 植物油 ガソリン プロパン / ブタン エタノール メタノール メタン 水素
再生可能なエネルギーサイクル水素サイクル. H 2 輸送貯蔵 水の電気分解 O 2 ENERGY H 2 O 2 H 2 O 2 太陽電池 & 水力発電など H 2 O 燃焼 ENERGY
大規模な太陽熱発電所 Mojave Desert (California) CleanEnergy - fr - 070800-0029
今日の水素利用と製造状況水素は工業的にはすでに大量に流通している 石油工業 化学工業 しかし 燃料用としては水素利用は限られている.
水素の製造法 手段環境問題解決の手段として考えると再生可能エネルギーによるものであるべき. バイオマスガス化 水の熱分解 電気分解 ( 風力 -, 太陽 - or 水力発電 ) 天然ガス蒸気改質 石炭蒸気改質
BMW CleanEnergy. 水素エンジン車両開発の歴史 1980s-1999 R & D として 1999-2001 R & D 実用評価ステージ 2001-2006 量産開発 一般ユーザーの使用を目的に
2006: Hydrogen 7 (E68). BMW 初の量産水素自動車.
水素エンジン自動車開発と今後 BMWの水素自動車開発の歴史と現状 BMW Hydrogen 7プロジェクト 車両エンジン水素貯蔵開発試験 今後の取り組み
液体水素タンク BMW Hydrogen 7. 車両概要 水素 - ガソリンバイフューエル内燃機関 ガソリンタンク
BMW Hydrogen 7. 量産開発工程 BMW Hydrogen 7 の技術的目標 量産開発 H2 関連コンポーネントおよびシステムの検証および認定 最初の BMW 水素自動車を使用者に供給
BMW Hydrogen 7. 車両変更内容 液体水素貯蔵部液体水素タンク液体水素充填システムタンク制御システムボイルオフシステム 車両 タンク搭載用サイドフレーム補強 水素ガス漏洩警報システム エンジン関連バイフューエル内燃機関点火システムエンジン制御システム (DME) 水素燃料噴射システム 新規部品 仕様変更部品
BMW Hydrogen 7. 全方位型安全コンセプト 耐衝突パッケージ バリア コンセプト LH2 タンクは爆発してはならない 保護目標 爆発防止ゾーン 可燃性混合気が生成されてはならない ガス警告 手段 機械的オーバーサイズ 一定量を上回る水素が放出されてはならない 診断および安全性機能 一定エリアには点火源が存在してはならない 冗長シャットオフおよびセーフティ バルブ コールドバーンは回避されなければならない ボイルオフ マネージメント システム
BMW Hydrogen 7. バイフューエル水素エンジン バイフューエル 12 気筒エンジン ( 水素 / ガソリン ) 排気量最高出力最大トルク H 2 : 6.0 litres 191 kw (260 bhp) /5100rpm 390 Nm /4300 rpm ポート噴射 ガソリン l: 筒内直噴
BMW Hydrogen 7. 水素エンジン用ピストン
BMW Hydrogen 7. 吸気マニフォールドと燃料噴射系
BMW Hydrogen 7. 水素噴射弁
BMW Hydrogen 7. 出力特性
BMW Hydrogen 7. 水素運転範囲 (NOx 対策 )
BMW Hydrogen 7. 排出ガス特性 Europe USA / Canada EU4 NEDC SULEV II FTP 75 100 % Limit HC CO NO x 0.1 g/km 1.0 g/km 0.08 g/km 100 % Limit NMOG CO NO x 0.01 g/mi 1.0 g/mi 0.02 g/mi < 1.0 % < 1.0 % 2.0 % < 1.0 % < 1.0 % 30 % Hydrogen 7 Bi-fuel 10 % Hydrogen 7 Mono-fuel
燃料のエネルギー密度 120 100 80 120 重量密度 発熱量 [MJ / kg] 60 40 20 45 44 33,6 35,8 容積密度 エネルギー [MJ / ltr] 8,5 ガソリン軽油液体水素
断熱層 BMW Hydrogen 7. 液体水素貯蔵タンク ( 極低温 ) 内殻 水素レベルセンサー 外殻 液体水素 遮断弁 充填部 センサー コントロール 熱交換器 エンジンへの水素供給管 エンジン冷却水導入管 気密シール 弁 ( 内圧制御 ボイルオフ 安全弁 )
BMW Hydrogen 7. 開発試験 Pressure release Crash Roll-Over Thermal Effect Ansaugung Ansaugung Einleitung Gas flow Explosion in system box Explosion tests within the vehicle Mechanical Damage Rupture of Vacuum Integrity of operation Thermographie LH2-Tank
BMW Hydrogen 7. 量産車としての安全試験の数々
BMW Hydrogen 7. 車両試験 年間を通じてさまざまな試験が行われている : - 高速走行試験 - 寒地試験 - 熱地試験これまでに150 万 km 以上の走行試験を行ってきたユーザー使用を想定したさまざまな試験を行っている
水素エンジン自動車開発と今後 BMWの水素自動車開発の歴史と現状 BMWのHydrogen 7プロジェクト 車両エンジン水素貯蔵開発試験 今後の取り組み
水素エンジンプロジェクト今後の取り組み水素エンジン開発目標 1. エンジンのトルクと出力 少なくとも今日のガソリン ディーゼルエンジンのレベル : 比出力 : 50-60 kw/dm 3 比トルク : 90-110 Nm/dm 3 2. 排出ガス NO x - 排出レベルが SULEV (FTP75) & US06 規制値 3. 燃費 を満足するポテンシャルを有すること 効率 4. エンジン追加部品 H 2 混合気生成装置 全負荷 ( 最大出力時 ) η e 35 % 代表負荷点 (2000 / w e 02) η e 30 %
水素エンジンプロジェクト今後の取り組み 理論出力密度 運転条件 : λ =1 η e = 一定. 燃料ガソリン水素水素水素水素 混合気生成外部 ( ポート ) 外部 ( ポート ) 極低温外部 直噴 直噴 + 過給 吸入空気温度 [K] 293 293 210 293 293 比出力 ( 対ガソリン ) [%] 100 82 115 117 約 200 Quelle intern: ZT-2, 2004
水素エンジンプロジェクト今後の取り組み
水素の車両搭載液体水素 次世代への発展性