化石燃料の世界的な埋蔵量が徐々に減少し、大気汚染が増加しているため、自動車エンジニアは、自動車の燃料効率を高め、炭素排出量を削減する方法を常に模索しています。彼らが無駄なエネルギーを見つけた最も驚くべき場所の1つは、車の排気ガスです。実際、自動車の設計者は1970年代初頭から、自動車の排気ガスの隠れた力を利用してきました。このテクノロジーは、排気ガスを車両から排出する前にリサイクルするため、自動車から排出される排出物を削減し、大気汚染と戦うのにも役立ちます。
車両の排気効率を最大化するために作られた技術は、まとめて排気熱の回収と再循環として知られています。 。車両の排気ガスを使用して燃費を向上させ、排出ガスを抑えて走行させる方法はいくつかあります。たとえば、自動車の排気ガスの熱を利用してエンジン冷却水を温め、モーターを長時間オフにした場合でもエンジンを暖かく保つことができます。非常に寒い時期でも、排気熱を利用して車内を暖めることができます。亜酸化窒素（N2O）の排出量を減らすことができ、実際に車両の排気ガスを使用して発電することができます。 排気熱回収という用語 排気ガスの熱エネルギーが車とエンジンの両方でリサイクルされるプロセスに使用されるため、これらすべてのテクノロジーの一部です。
これらの技術は、内燃エンジンを搭載したあらゆる車、トラック、SUVで使用できますが、最大の燃料効率と最小の排出量を生み出す必要があるハイブリッド車にとって特に重要です。この技術の最も先進的な実装のいくつかは、2010年のトヨタプリウスで見つけることができます。次の数ページでは、自動車エンジニアがこのテクノロジーをどのように実現したかを見ていきます。
コンテンツ車、トラック、その他の車両の内燃機関は、いくつかの種類の汚染を引き起こします。最も一般的なものの1つは二酸化炭素の排出であり、これは地球温暖化に重要な役割を果たします。炭素排出量の削減は、自動車エンジニアが直面する最も重要な目標の1つになっています。ただし、自動車エンジンは他の排出物も生成します。スモッグの主成分の1つはN2Oです-亜酸化窒素 -そしてこれらの排出物は内燃機関によっても生成されます。
二酸化炭素と同様に、亜酸化窒素は温室効果ガスです。 。これは、それが私たちの大気中の太陽放射（太陽光）に熱を閉じ込め、それを使って地球の表面を加熱することを意味します。温室効果ガスに閉じ込められた熱がなければ、地球の表面は冷たすぎて生命を維持できません。ただし、適切なバランスが重要です。少なすぎると地球は凍った雪玉になり、多すぎると地球は蒸し暑いジャングルや砂漠になります。人間と私たちの技術は、特定の気候を必要とするように進化してきました。その気候を変えるものはすべて私たちの生活に影響を及ぼし、農業のパターンを劇的に変え、極地の氷冠を溶かす可能性があります。
自動車からの亜酸化窒素排出量を削減することは、炭素排出量を削減することと同じくらい重要であることは明らかですが、どのようにして排出量を削減できるでしょうか。亜酸化窒素は非常に高温で生成されるため、内燃機関の作動温度を下げるものはすべてN2O排出量を削減します。そこで、排熱の再循環が発生します。これについては、次のページで詳しく説明します。
排気熱再循環の鍵は、排気ガス再循環と呼ばれる装置です。 （ EGR ） バルブ。 EGRバルブは、車の排気ガスからの背圧に遭遇すると開き、燃焼室に戻されます。チャンバー内の空気はガソリンと混合されて可燃性になるので、これが何をするのか不思議に思うかもしれません。さて、それがすることの1つは、燃料を暖かくすることです。暖かい燃料はより効率的に加熱されるため、ガロンあたりの走行距離が長くなります。 EGRバルブは、エンジンが十分に温まっていることを検知すると、エンジンが過熱するのを防ぐために排気を別の場所に向け直します。
クーラントと燃料を温めることは、エンジンが最初に始動したときにエンジンが最適な温度に早く到達するのを助けるだけでなく、ハイブリッドにとって特別な利点もあります。ほとんどのハイブリッド車は、車両が停止すると内燃エンジンが停止するように設計されています。長時間オフのままにすると、エンジンが冷える可能性があります。 EGRは、エンジンの冷却が早すぎるのを防ぐのに役立ちます。
排気ガス再循環はどのように汚染を減らしますか？ EGRの対象となる排出物は、非常に高温で生成される亜酸化窒素から発生します。車の排気ガスと吸気ガスを混合することで、混合気中の酸素量が減少し、可燃性も低下し、燃料が低温で燃焼します。ほとんどのEGRシステムでは、排気ガスがガスと混合される前に排気ガスも冷却されます。したがって、排気ガスと混合された燃料はより低温で燃焼し、N2Oを生成する可能性が低くなります。より低い温度はまた燃料経済を助けます。燃料が爆発しにくいため、最新のエンジン用のソフトウェアタイミングルーチンを作成するプログラマーは、エンジンのタイミングの精度をより細かく制御できます。気温が低いと、熱伝達エネルギーの損失を回避するのにも役立ちます。つまり、車のエネルギーの多くがホイールに電力を供給することになります。
これまで見てきたように、排気ガスを再循環させることで、燃料効率を高め、汚染を減らすことができます。しかし、それが電気を生み出すこともできるかもしれないことをあなたは知っていましたか？その概念については、次のページで説明します。
熱電材料 、その名前が示すように、電気から熱を発生させることができます。これらの資料は、1821年にドイツの物理学者トーマスゼーベックによって発見されました。それらは一般に高価で非効率的であり、自動車エンジニアには使用できませんでしたが、これは変化し始めました。米国エネルギー省は、自動車で使用できる実用的な熱電システムの開発に資金を提供することに関心を示しています。
車にはラジエーターやエンジンなど多くの排熱源がありますが、最大の排熱源はおそらく排気です。ほとんどの車はすでにEGRループで排気ガスを再循環させており、この技術は将来さらに重要になることを考えると、これは、この無駄な熱を閉じ込め、熱電装置を使用して電気に変換する理想的な機会を提供します。この電気は、自動車の電気システムに電力を供給し、バッテリーを再充電し、おそらく最も重要なこととして、ハイブリッドおよびプラグインバッテリー電気自動車で電気モーターを実行するために使用できます。これは、いくつかの技術のほぼ完全な合流点であり、燃料と混合する前に排気ガスをさらに冷却することにより、亜酸化窒素の排出を削減するのに役立つという副作用があります。
どんなタイプの車でもこの熱電ブーストの恩恵を受けることができますが、ここでも、ハイブリッド車に適用すると最も便利です。それは、電気モーターを動かすバッテリーを補うことによってそれらの範囲を拡大し、それらのバッテリーを再充電するのに必要な時間を短縮します。
排気再循環や熱電などの低燃費で低公害の技術の開発により、化石燃料をほとんどまたはまったく使用しない未来の自動車が可能になります。化石燃料がなくなり、汚染が地球の大気や気候に重大な損害を与える前に、これらの技術を今すぐ開発することが重要です。