最近、ニッサンのＮＯＴＥのように、スーパーチャージャーを小型排気量のエンジンに取り付けて燃費を高めたものがありますが、このスーパーチャージャーとして、停車時にモーターまたはコンプレッサーを動作させて、

Question

圧縮空気をタンクにためておき、必要なときに、圧縮空気でタービンを回してターボ効果を得るようにすれば、もっと燃費が伸びるように思いますが、どんなもんだんでしょうか？圧縮空気を利用するのは、シトロエン等が既に行っているようなので、技術的には可能とおもうんですが？

補足

たくさんの回答ありがとうございました。文章が陳腐で不明確な点が多く失礼しました。自分は、自動車の減速時に回生モータで発生させた電気で作った高圧空気により、排気ガスを利用せずに吸気を圧縮するためのタービンを回転させる高圧空気スーパーチャージャーを考えていました。この場合、減速時に発生する電気の全てを使い切れないので、スズキのエネチャージのように、小量でも蓄電手段が必要ななります。よって、排ガスと高圧空気とが混合することはなく、タービンの耐熱性が低くて済んで、小型化でき、ターボのようなタイムラグも生じない？かもしれません。できれば、高圧空気を断熱膨張させるときに温度低を利用して吸気を冷却することで、エンジンの充填率も向上できるかもしれません。また、ハイブリッドの補助モータのように、高圧空気で発進時のトルクを補助できるともっといいのですが、現行のタンク規制では、１０気圧が上限のため、自動車自体の補助動力とするのは難しいと思ったので、タービンを回す位ならできると考えました。重たい電池を乗せるよりも圧縮空気の方が軽くていいと思いましたが、エネルギー効果が少ないみたいですね。

Answer 1

追記

「専門家」の方々の回答、勉強になりました。

が、質問の主語は「燃費を高める」「燃費が伸びる」ための手段として、ですよ？
そこを是非聞かせていただきたいものです。わたしゃ専門家じゃないんで。

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そもそもスーパーチャージャーは”燃費向上”のための手段ではないと思うが？
小排気量エンジンで、燃費を「あまり落とすことなく」パワーを上げる手段でしょ？
同じ燃料消費で高出力が得られる点では、同出力の排気量の大きなエンジンよりも燃費が”良い”と言えますけどね。

回答になってなくて申し訳ない、また、私の勘違いならごめんなさい、だけど。

ちなみに、マーチに”ツインチャージャー”ってのがあったはず。ターボ＋スーパーチャージャーで、低回転から高回転まで安定して出力を上げる手段だったと記憶している。

＞圧縮空気でタービンを回してターボ効果を得る
そりゃ、できるでしょ。排気の代りにすればいいんだから。だけど効率的とは思わないなあ、、、

Answer 2

それでは、「本物」の専門家がお答えしましょう。
質問者さんの名誉のために最初に断っておくと、例としてあげられているシトロエンの件ですが、これは実在します。
プジョー・シトロエングループが開発し今年の初めに公開した、新型ハイブリッドシステム 「Hybrid Air」のことですね？
通常のガソリンエンジンに高圧空気ポンプと空気モーターを内蔵したトランスミッションを接続し、車体のセンタートンネル＆リヤに高圧空気タンクを搭載したシステムです。

仕組みの詳細は「PSA｀Hybrid Air」でググると日本語の解説ページ＆動画が用意されているので、そちらを見てご理解ください。
電動ハイブリッドより大変安価で、しかも効率が良いのがセールスポイント。蓄えられるエネルギー量が少ないのが玉に瑕ですが、
より安価に作れる新型ハイブリッドとして注目されています。

さてさて、質問の回答の方に移ります。質問の要点は「燃費云々」ではなく、スーパーチャージャーを圧縮空気＋排気ターボの組み合わせで置き換えられないか？ということですよね？？

良い線いってますが残念ながらその方法は成立しないのです。

ターボを圧縮空気で作動させるという部分ですが、不可能ではないのですが、ターボは見かけによらず、その作動に非常に大きなエネルギーを消費するので、実現にはきわめて大量の圧縮空気を必要とします。その必要空気量を確保するのが非常に困難となります。
加えて、排気管中に空気を流し込むと排ガス中に酸素が紛れ込むので三元触媒が機能しなくなります。加えて触媒の温度が低下し機能しなくなるので、現在の厳しい排気ガス規制をクリアできなくなってしまいます。
加えて、遠心コンプレッサを使用するいわゆるターボ型過給機は、サージ限界という限界が存在するため、スーパーチャージャーのように低速回転域から過給を行うとが出来ません。
これらの理由によりご質問された方法では、スーパーチャージャーの代用として圧縮空気＋排気ターボの組み合わせを使用することは出来ない、というわけです。

なので、プジョーシトロエングループは、別体の専用高圧空気ポンプで高圧空気を作り出し、そのエネルギーを直接用いて空気モータを作動させ、発進・加速時に駆動力をアシストする方式としたわけです。

しかし、良い線いってると思います。また、よくHybrid Airのことをご存じですね。なんかの雑誌に載ってましたか？？

Answer 3

osm884さんへ

私がこの手の話題に回答すると、専門家"風情"の方が現れるのが通例だったりしますけども。(苦笑)

お書きに成った構想は、もう少し煮詰める必要が有りそうに思います。d(^^;)

>停車時にモーターまたはコンプレッサーを動作させて、
>圧縮空気をタンクにためておき、
停車時、と言う事は、その動力源はエンジンな訳ですよね?
ハイブリッド式なら。制動でエネルギーを電気的に回生して蓄電しておき、次の加速に回すと言う事に成ります。

まあ、減速中に蓄圧したとしましょうか。
蓄圧した空気で

>必要なときに、圧縮空気で
>タービンを回してターボ効果を得るようにすれば、
とする・・・。
変換に次ぐ変換で、効率が上がりましょうや??

大型商船のエンジン
http://www.khi.co.jp/knews/backnumber/bn_2006/pdf/news141_02.pdf
では、使い切れない過給気を膨張タービンに通す事で解放して、クランク軸にトルクを回収しています。が、それにしても、各機器の大きさが桁違いに違います。
Turboの様な物は、回転する為にクリアランスが不可欠ですが、規模が小さく成るに従って飛躍的にその隙間からの漏れが大きく見えて来てしまいます。
大型商船のTurboでさえ、効率は(ちょっと古い数字ですが)74%。
コンプレッサー、タービンの効率が夫々90%、80%という一見高い数字を示してさえ、掛算して合わせれば72%にしか成りません。大型車に使われるサイズでさえ、60%に届くでしょうか?
ですから、圧縮して蓄えて、それをエネルギー源にして何かを動かして、と言うのはとっても効率が悪い事が容易に想像出来てしまうのです。d(^=^;)
おまけに、タンクに蓄圧式の過給は、大昔にGMがSAE(全米自動車学会)で失敗作として発表した事が在ります。ちょっとやそっとの容積じゃぁ、直ぐに使い切ってしまう事が既に判っているんですネ。(^^;)


やるのなら、こんな感じの物が良いでしょう。
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q13100548288

内部圧縮を持つ事で高効率な、機械式の過給器を使い(だから、ルーツブロワーではダメ)、アイドル回転から大気圧の2倍という高過給圧を常用する様にする。
膨張比は理想の14と高く採る。と、ガソリンエンジンとしては高圧縮比過ぎて自己不正着火が不可欠なので、吸気弁を吸気行程の途中で閉じてしまう、早閉じ式アトキンソンサイクルミラーシステムとする。
その、閉じ時期を連続可変出来る機構にして、スロットルバルブの代わりをさせて出力と過給圧を一緒に制御する。
・・・
アイドルから高過給圧出力が倍。なので、排気量を半分にしてしまう。
そうすれば、ピストンとシリンダーの擦動面積と言う、各種摩擦損に占める割合の大きい物を大きく削って効率を上げられる。(ダウンサイジング)
膨張比が14と大きいので排気が十分に膨張させられて低温に成るので、過濃混合気で冷やす必要も無い。
エンジンルーム内に余裕が生み出せるなら、機械式過給器の他にTurboも付け加えて、ハイブリッド過給にすれば良いでしょう。吸気弁閉じ時期連続可変式なら、ウェイストゲートやプレッシャーリリーフの様に、折角の圧を捨てる様な勿体無い事をせずに済みます。
これは既に特許化されて、世界中のメーカーが手本にしている考え方、なのです。
発案者はこのお方。(誇りに思いましょう d(^^)
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%BC%E5%9D%82%E5%BC%98

最初は「兼坂サイクルを発明した!」って大喜びしていたそうです。が、「実はですね、それはミラーサイクルなんですヨ。大昔に特許化されていまして」と耳打ちしてくれた方が居て、ガッカリしたのだそうです。
が、圧縮上死点温度が
・高過ぎて困る過給
・低過ぎて困るミラーサイクル(ノンスロットリング機構)
の組み合わせが目新しい、そして確実に効率改善が見込めると言う事で、新たな特許が成立したのでした。
兼坂式アトキンソンサイクルミラーシステム。
では如何にも長ったらしいので、縮めて「K-ミラーサイクル」なのでした。

これを見れば、ノートの改善点も解ってしまいますネ。
・圧縮(膨張)比を14に迄上げる
・スロットルバルブを廃止する、吸入負圧による損を解消する
・過給器の効率を更に上げ、アイドルから高過給圧が常用出来る様にする
・・・と言う事に成ります。

以上 ご参考まで


<追加>
う〜〜ん・・・、解り難い。。。f(^^;)

えっと、制動で発電、ですよね?
で、それを一度蓄電してから、モーターを回す?
回して過給、なのかな?
読むと、空気圧としてエネルギーを蓄えよう、と言う事でもありますよね?

再度書きます。
変換に次ぐ変換で、トータルの効率は上がりましょうや?
蓄圧する容積は足りますか?

そこら辺が重量と容積の制約を満足し切れない。から、主流には成り得ないのです。
ちょっと畑違いですが、こんな研究成果(?)をご紹介しておきます。
http://www.fareast-gun.co.jp/column/2013/05/post-21.html
圧よりは流量。その為には容積。
と言う事なのです。

因みに、タンクからの流量や圧を調整するのは、どんな方式でやりますか?
バルブで絞る、、、って事だと、スロットルバルブでの絞り損発生と同じ原理に成ってしまいますヨ。d(^^;)
ご紹介した、吸気弁閉じ時期連続可変機構でのノンスロットリング or ミラーサイクルは、スロットル損廃絶を目指しています。絞るのでは無く、時比率で制御する。
効率を考える際には、この様な事も考えてみましょう。

Answer 4

シトロエンが既に行っている圧縮空気の利用は、サスペンションじゃない？

Answer 5

個人的な見解で言えば逆効果だと思います
ターボにしろスーパーチャージャーにしろエンジンを動かした時の副産物で作動させています
其れをわざわざモーターやコンプレッサー等を稼動させ副産物であるはずの動力をエネルギーを消費し生産（生成）するのは支離滅裂です
ターボの難点であるスタートダッシュ時（低回転域）のパワーを稼ぐ意味では理工的かもしれませんが低燃費には役に立たないのではないのでしょうか？

補足
＞停車時にモーターまたはコンプレッサーを動作させて
とあったので回生エネルギーではなくアイドリングで回収するのかと思ってしまいました
すみません
補足を確認したところ私なりに考察しなおしました
空気を圧縮してタービンを回すのは一見画期的層ですが決定的な欠点があります
エネルギーは性質の異なるものへ変化させる時により損失が大きい傾向にあります

ご思案の構造で行くと
減速時の回生動力（運動エネルギー）→モーター回転（電気エネルギー）→空気圧縮時（熱エネルギー）
加速時圧縮空気開放（熱エネルギー）→タービン回転（運動エネルギー）→吸気圧縮（熱エネルギー）→エンジン燃焼（熱エネルギー）→駆動軸回転（運動エネルギー）

一般的なハイブリッドの場合は
減速時の回生動力（運動エネルギー）→モーター回転（電気エネルギー）→バッテリーへ蓄電（エネルギー性質変化無）
加速時電力消費（電気エネルギー）→モーター回転（運動エネルギー）→（駆動軸回転）

ご思案の構造の方が熱エネルギーの性質変化のため無駄なステップを２つはさんでしまいます
いくら高効率のタービンを採用しようとこの性質変化のロスは今の科学では補えないと思います
よって既存のハイブリッドの方が高効率では？と思います

Answer 6

圧縮空気を溜めてどうするんですか?
結局、溜めるタンクが満杯になったら?

圧縮され続けなければならないのに溜めてどーするの？