職場で圧縮空気を使ったエアークーラーというものを使ってる人がいて驚きました❗️ 空気を高速の渦にすると温風と冷風を分離することができるんですね❗️

Question

僕の目にはとても革新的な物のように映りました❗️

そこで思ったのですが、このエアークーラーを車のエンジンのターボチャージャと併用もしくは融合させて
インタークーラーなどの冷却器などの要らない とてもシンプルで信頼性の高い しかもエンジンにも優しい過給器を開発することはできないでしょうか

http://www.nissin-san.co.jp/enviro_box/cooler.htm

補足

参考動画のリンク 貼っておきます。 動画ではノズルが凍るほど冷たい-10度の空気が出ているのがわかると思います。 問題は効率ですね❗️ https://youtu.be/njbnST8tg6g

Answer 1

s_miyama2さんへ

横目で見て通り過ぎようと思ったんですが、dajmtpajtdmさんへの補足を読んで出て参りました。(^^;)

>何バールという空気を押し込む
>今までの過給器の考え方を捨てて
>なるべく冷たい空気を送り込んで
との事ですが、それで大事な充填効率が上がるでしょうか?
確かに物凄く冷やして凝縮した空気を吸い込ませれば、という事も考えられなく無いですが、それだと圧縮上死点温度が必要なだけ上がっているか、という問題も考えねばなりません。例えばですが、、、
点火プラグの絶縁碍子表面の清浄性は、大体400〜850℃位で保たれる、と聞いた事が有ります。(低いと結露やデポジット焼き切りが不可能でリークを起こして火花飛ばず)
もう一つ。
スロットルバルブによる絞り損・ポンピング損を無くす為にノンスロットリング化する事を考える。と、点火着火性悪化や燃焼速度低下で、満足にアイドル回転迄下げて行けなく成っちゃう、という事が知られています。
絞りと言う狭い所へ、半ば無理矢理に吸入新気を通す。と、与えられた運動エネルギーが圧縮上死点温度Upに転化する。
それは、この昇温が無いと、満足にアイドル回転へ下げて行けない程。
つまり、オットーサイクル最大の損失であるポンピング損が在るが為に、オットーサイクルは成立出来ていた、という皮肉な結果だったのです。
だからBMWのVANOSは、不要な筈のスロットル弁が残されていた。
その昔、世界中の各社がノンスロットリング化の研究から可変圧縮比エンジンの研究へ流れて行った(しかもことごとく頓挫→中止)のも、上死点温度が低下して火点きが悪化した分、圧縮比を上げて行ったらどうか、という目論見だったと考えられます。が、全て駄目だった。安く簡単には可変圧縮比化出来ない。から現在に至る迄、この構造のエンジンは登場していません。(僅かに、コンチネンタルの戦車用ディーゼル位の物)
と成ると、もうちょっと違った事・バランスを考えなきゃいけないんです。d(^^;)

>圧縮比の向上
との目論見ですが、必要なんでしょうか? 圧縮は。

その昔、蒸気機関車にも成って一大勢力を築いた蒸気機関では、シリンダーでは膨張するだけで立派に仕事をしていましたヨ。d(^^;)
圧縮は無駄仕事。ならば、圧縮しないで済むなら、しない方がよろしい。d(^o^;)
と言っても、コンプレッサーを見ても判る様に、高圧の領域ではピストンとシリンダーの組み合わせが一番良いので、低圧大流量の部分は過給器の羽車に分担させちゃおう、と言うのが過給器付きエンジンの目論見だったりするのです。(その方が効率が良い)
又、ディーゼルエンジンでは、副室式燃焼室から筒内直噴に進化するに当たって、21〜23も有った圧縮比が、16.5〜17.6と大幅に引き下げられました。
この引き下げ分を過給圧Upに回したので、出力の大幅Upのみならず、空気過剰な燃焼にする事で、黒煙対策を始める事が出来たのです。(過給が排ガス対策の第一歩に成った)
という事例を考えると、
・圧縮比と膨張比は分けて考えて、
・圧縮比は、必要な上死点温度が得られるだけに留め、
・膨張比は理想の高さに
と解って来ます。圧縮は、必要にして充分なだけすれば良い。無闇に高圧縮比にしても、摩擦損が増加してしまう分、却って(熱)効率は悪化してしまう。
から、マツダのSKYACTIVコンセプトでは、ガソリン・ディーゼルの別無く、圧縮(膨張)比14が理想だとしてデビューして来た訳なのです。
膨張比14が理想なれど、ガソリンでは圧縮比14は高過ぎる。から、吸気弁閉じ時期をBestなタイミングから前後にズラして圧縮比だけ下げる、アトキンソンサイクルミラーシステムによって、ノッキングをギリギリ回避しながらの高膨張比14を達成して来ました。
これ以上を狙うなら、過給圧をもっと高く、そして広い領域で掛ける様にする分、吸気弁を早閉じにして圧縮比だけ下げる。。。
という構想が、既に特許化されています。

吸気温が高いと拙いのは論を待たないが、低過ぎるのも又、解決出来ない問題が多々在る。
という事で、冷やして吸わせるだけじゃ駄目なんだと思って頂ければ良いでしょう。
今求められているのは
・理想の高膨張比14を達成し
・スロットル弁を廃止して、吸気弁閉じ時期連続可変機構で出力と過給圧を一緒に制御する技術の確立
・内部圧縮を持つ事で高効率な機械式過給器の採用
の3点を同時に、全て一緒に採用した新世代ガソリンエンジンです。
理想の高膨張比なので、ディーゼルと比肩する様に成ります。し、十分に膨張させて排気温が下がるので、高過給圧を常用しても過濃混合比や気化潜熱を使って冷やす必要がありません。
部分負荷域でディーゼルに負ける要因とされたスロットル損も無く成る。
これで、アイドル回転から大気圧の2倍と言う高過給圧を常用し、排気量半分と言った大胆なダウンサイジングをする事で、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、ドカンと半減させる。。。

排気量半分ですから、エンジンが小さく成って隙間も生まれるでしょう。そうしたら、そこにTurboも加えて、排ガスエネルギーの回生も行なうと、増々嬉しい事に成るでしょう。
吸気弁閉じ時期を早めて吸気行程長の長短で制御するなら、ウェイストゲートやプレッシャーリリーフ弁の様な、折角の圧を逃がしたり捨てちゃう様な勿体無い事をせずに済みます。

という事で、特許化されている「一つの理想」から考えてみるに、吸気を冷やして吸わすだけじゃ駄目なんじゃないかと考えるのでした。

中々難しい話なので、疑問が有れば補足なさって下さいな。

Answer 2

仕事で使った事があります。

ただ、アレは圧縮空気を開放する際に「断熱膨張」で温度を下げてます。
単に圧縮空気を作っても逆に断熱圧縮で熱は上がってしまいます。
それを冷却するのがインタークーラーです。
熱を下げるには開放して圧力を一気に下げることになるのでこれでは過給器の意味を成さないです。

Answer 3

リンク先の「エアークーラーの特長」をヨ～く読みました？
圧縮（した）空気を送って、、、
しかし
出てくる冷気は【大気圧＝過給効果０】、、、、、

つまり

ターボ過給にしろ、何にしろ
過給＝吸気量を増やして＝実質的には排気量ＵＰ
なのに
吸気温度を下げる、、、タメに【過給＝吸気量はＮＡと同じ】
では
過給機を働かせる分だけ【無駄仕事】となり
だけでなく
熱気＝排気熱の高い排気が出る、、、、
熱の排出が上手くいかなければエンジン温度が上がるだけに、、、

インタークーラーは
圧縮した状態のままで吸気の温度を下げる
が
この質問のエアークーラーだと
圧縮した空気を減圧して冷気と熱気を分離し冷気を利用する
吸気の温度は下がっても、吸気圧力も一緒に下がってしまう
のならばエンジンに使うのは無理！
コレ
仕事としては０どころかマイナス、、、、



ちなみに

普通の車のスロットルでも
絞ればその部分で流速が上がる
分だけ温度が下がる
冬季は、だからスロットルが凍結する
から
ラジエターからわざわざ温水を引っ張ってきて
スロットルを温めている、、、、んだヨ



＞＞＞問題は効率ですね❗️
温度を下げる為に【圧力を捨てる】のならば
効率としては０/ゼロ、、、、だネ

ターボなどでの過給が全くの無意味＝無駄仕事になるだけ
しかも
熱気を排気/排出するんだから
効率としては、、、、マイナス、、、、だネ

Answer 4

その分は 圧縮空気を作る時にコンプレッサーから発熱してるんだけど