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内燃機関超基礎講座 | BMW×ボッシュの水噴射システム:エンジンに水を噴いて大丈夫? 何が起こる?

  • 2021/03/19
  • Motor Fan illustrated編集部
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エンジンに水を噴射するというBMWとボッシュのシステムとは、何を狙うものなのか。

BMWの水噴射システムは、吸気のサージタンク内に3本の水噴射インジェクターを配置し、全負荷運転時に最大10bar(1MPa)の噴射圧で水をスプレーし吸気温度を下げるというもの。全負荷時のみの使用を想定しているようで、水噴射で、8%前後の燃費低減効果があるという。効果を燃費に振るかパフォーマンスに振るかの自由度もあるという。

全開時の吸気温度を水噴射によって効果的に下げることで、過給圧を上げられたり、点火時期を早められたりする効果がある。もちろん、ノッキングの回避にも有効だ。RON98ではなく低いオクタン価のE10燃料の使用も可能になるという。水噴射システムが市販車で搭載されてこなかった理由は、システムの重量と錆の問題が大きい。今回のBMWの場合は、水タンクの容量は5ℓ。エンジンを切るたびにホース内の水をタンクに戻すという。水の補給の他に追加のメインテナンスは必要としない、とBMWは言う。

ウォーター・インジェクション・システム(水噴射)と言えば、かつては主にレースフィールドでターボエンジンに使われてきた技術だ。全開時にシリンダー内に水を噴射してその気化潜熱で筒内温度を下げる、あるいは、ラジエーターやインタークーラーに直接水を噴射して冷却する、というような技術だ。

この水噴射をBMWは近い将来Mモデルに採用する。現在は、MotoGPのセーフティカーであるM4に搭載してテスト中だ。基本的に全負荷運転時にメリットのあるシステムだが、実際どうだろう。登場が楽しみである。

水は、全負荷運転時にサージタンク内に配された3本のインジェクターからスプレーされる。水が気化する際の気化潜熱で吸気温度を下げ、ノック限界を上げられる。またターボの過給圧も上げることが出来、結果、出力・燃費ともに向上するという。もちろん水タンクが空の場合は、エンジンの保護プロセスが開始され、過給圧、点火タイミング等が調節される。開発はM GmbHが担当。
サージタンク内に配された3つの水噴射用インジェクター。サーキット走行などのハードな使用状況では給油毎に、通常では運転状況にもよるが、もっと長いインターバルでの水補給が必要となる。高速道路での使用だと5回の給油につき1回の水補給を要する。
水噴射用のインジェクターは3本。つまり2気筒ずつ配置されている。ラゲッジルームにはウォーターポンプと容量5ℓの水タンクが装備される。噴射圧は10bar(1MPa)。エンジンを切るたびに、配管の凍結を考慮して、水はホースからタンクに戻されるという。
2輪レースの最高峰、MotoGPのセーフティカーに採用されているBMWM4。ベースのエンジンは、S55型3.0ℓ直6ターボで317kW/550Nmのパワースペックだ。BMWは近い将来、Mモデルにこの水噴射システムを導入する見込みだ。

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