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🌡️ 📆 令和4年12月3日

自動車がなくなったら―目指せカーボンニュートラル―

山形大学  理工学研究科(工学系)  化学・バイオ工学科  🔋 C1 伊藤智博 立花和宏

スライド JIS.D―自動車の規格
  1 自動車 の構成部品
機能 区分 部品 働き
走る 動力発生装置 エンジン(ガソリン・ディーゼル)、モーター、ECU * 電池
動力伝達装置 クラッチ、変速機
走行装置 車軸、ホイール、タイヤ、フレーム
懸架装置 スプリング、ショックアブソーバ、リンク機構
曲がる 舵取り装置 ステアリング
止まる 制動装置 ブレーキ
支える 車体・その他 ボデー、外装、内装、(ガラス、ランプ、メータ)・その他
10.無機工業化学

ビークルからモビリティへ、電気自動車の行方

ビークルからモビリティへ。 電気自動車から電気自転車、そして自動車よりもはるかに小さい超小型モビリティ。 化石燃料からバッテリーにパラダイムシフトするとき、必要なことは既成概念に囚われない豊かな想像力だ。

太陽エネルギー 二酸化炭素 蓄電池 ソーラーパネル 電気自動車
  1 低炭素住宅V2H

V2Hとは、 電気自動車の電池を、 住宅の電池(ESS)にリユース することです。 電気自動車電池容量は、 40kWh程度とすれば、住宅の電池10kWhの4世帯分に相当します。

しかし安全リユース するには、バッテリーのインスペクションが欠かせません。

https://jafmate.jp/blog/car/191129-60.html https://www.yamaha-motor.co.jp/wheelchair/ https://www.city.sendai.jp/jitensha/documents/koukizisikeikaku.pdf http://mjtrike.com/ https://whill.jp/ https://docomo-cycle.jp/ https://docomo-cycle.jp/sendai/

バッテリーの電池容量とサイズ

  2  バッテリーの電池容量とサイズ
用途 平均的な電池容量/kWh
住宅 4~10 *
自家用車 ( EV) 40~60 *
スマホ 0.0012~0.0014 *

自動車 の燃費と電費

  3   自動車 の燃費と電費
区分 * 車種 実燃費 km/L 電費 km/kWh
HV アクア 21 7
EV テスラ 19.2 6.4
PHV/PHEV プリウスPHV
FCV

航続距離は、電費×電池のエネルギー容量です。 たとえば、電費が7km/kWhで、電池が40kWhなら、航続距離は280kmとなります。

リチウムイオン二次電池の理論エネルギー密度は、580mWh/gです。 40kWhの 電池の重量は68kg。 一方21km/Lで280km走ろうとしたら、ガソリンは13L。ガソリンの密度は0.8kg/m3なので、10.4kg。だんぜんガソリンの方が軽くなります。

トヨタコムス(coms)マイクロモビリティ。BEV。でも、充電に使う電気を、火力発電でまかなうとしたら、やっぱり 石炭を燃やし、 熱機関 で動力を得なければなりません。


自動車とIoT

家電 自動車 といった「モノ」を インターネットに接続する技術
IoTの対象となるモノ 家電 (冷蔵庫、テレビ、ドアホン、 給湯器)や 自動車
センサー カメラ、 マイク、タッチセンサー、スマートメーター、温度センサー、湿度センサー
通信 光ケーブル、無線通信、メタリックケーブル
  2 IoT
13.情報処理概論 10.エネルギー化学 10.無機工業化学 15.エネルギー化学特論 IoT

  4 工業製品
分類 項目 説明
金属工業 鉄鋼 鉄道レール、鉄骨
非鉄金属 銅線、サッシ
金属製品 ボルト、ナット
化学工業 化学製品 洗剤、 🚂 医薬品🚂 肥料
プラスチック製品
石油製品
ゴム製品 タイヤ
機械工業 機械 産業用ロボット
電化製品 🚂 冷蔵庫 、 🚂 テレビ
情報通信機器 📱 スマホ 、 💻 パソコン
電子部品 🚂 液晶パネル
輸送用機械 🚂 自動車
食品工業 加工食品、飲料 🚂 ビール カップラーメン
繊維工業 繊維、衣服
その他の工業 窯業 ビン、ガラス、 🚂 食器 レンガ
木材
家具
パルプ トイレットペーパー、服
印刷業 マンガ本
楽器・日用品 🚂 ピアノ 、ギター、 電池
建設・そのほか 住宅、ビル、塔、橋、ダム
07.無機工業化学 01 品質管理

組み立て型とプロセス型

製紙、鉄鋼、アルミニウム・・・はプロセス型、見込み生産。 自動車は組み立て型、受注生産。


工程での在庫や部品の管理

  5 バーコードと在庫管理
バーコード QRコード RF-ID
用途 在庫管理(セルフレジ) 在庫管理(QRコード決済) 在庫管理(セキュリティ)
センサー スキャナ スキャナ、カメラ 受信装置

自動車部品の管理などにも応用。 薬品管理にも応用。

カンバン方式、5S、QRコード。


日本車とは?

アメリカでアメリカ人が作っても、日本人が設計した車は、日本車。 トヨタで日本人が作っても、Googleが設計した車は、アメリカ車。

日本の動きは「性急」どころか、世界の動きに今頃になって追いつこうとしている状況だ。 中国、米カリフォルニア州などは、ガソリン車・ディーゼル車の新車販売を2030~2040年ごろに禁止する政策を数年前から検討し、打ち出している。 ヨーロッパでも、先頭を走るノルウェーは、2025年までにガソリン車・ディーゼル車の新規販売を禁止する。 イギリスは、これまで、ガソリン車新車販売禁止の時期を2035年としてきたのだが、2020年11月に計画を5年早め、2030年に前倒しした。 注目すべきなのは、日本では「電動車」に含まれているハイブリッド車(HV)に関しても2035年には新車販売が禁止されることだ。 EV化の面で日本は遅れている。EV推進を加速する一方で、ハイブリッド車に頼った環境対策からの卒業、いわば「卒HV」が急務になっている。 世界ではガソリン車とともにハイブリッド車も禁止される方向にある。 仮に、日本市場ではハイブリッド車販売が今後も認められたとしよう。 だが、世界市場のわずか5%に過ぎない日本市場でハイブリッド車を売っていても、日本の自動車メーカーが競争力を維持していくことはまず不可能である。

日本車があぶないより引用


自動車のリサイクル

自動車の材料のうち7割が鉄鋼、 2割が非金属材料、1割が 非鉄金属です。 リサイクルで資源を有効活用しましょう。

  6 41 固体 材料
金属材料非金属材料複合材料
鉄鋼材料 非鉄金属材料 セラミックス
ガラス
高分子
炭素鋼
合金鋼
鋳鉄
鋳鋼
金・銀 ・
アルミニウム
マグネシウム
ニッケル
チタン
亜鉛
セラミックス
木材 ・皮・ 繊維
繊維強化プラスチック
繊維強化金属
鉄筋コンクリート
金属強化セラミックス
01.無機工業化学 08.工業概論 03.エネルギー化学

狭い意味で、材料といったとき、常温常圧で固体の 状態の物質を指すことがあります。

純物質としての 金属は、柔らかすぎるので、混合物の合金が使われます。広い意味での混合物の固体材料を複合材料と呼ぶことがあります。


自動車の歴史

米沢高等工業学校本館 自動車展示室(教室)
自動車工業会 自動車部品工業会

日本の産業革命 とも言える明治時代に発展した 繊維産業 を支えた機械産業は、自動車産業へと発展を遂げました。

  • テキストと参考書

  • 🚗 自動車と自動車部品

    自動車はさまざまな部品から成り立ちます。 自動車 タイヤ ボディ 鉛電池 エンジン シャシ・・・ エンジンは鋳造で作りマシニングで仕上げます。キノコバルブは鍛造で作ります。 各種部品は CADCAEで設計されます。


    トヨタテクノミュージアム

      3 トヨタ産業技術記念館
    © 2008 K.Tachibana

    明治44年、トヨタグループの創始者・豊田佐吉が自動織機開発のための実験工場として「豊田自働織布工場」を名古屋に開設しました。その工場が旧豊田紡織(株)本社工場となり、さらに(株)豊田自動織機製作所やトヨタ自動車工業(株)の設立総会が開催された、トヨタグループ発祥の記念すべき場所です。そこに、大正時代の赤レンガ造りの工場建屋がそのまま残されてきましたのでそれらを貴重な産業遺産として保存するとともに、産業技術記念館として活用しています。


      4 日産いわき工場 オンライン工場見学
    ファアレディZに搭載されているVQエンジンを生産している

    自動車の作り方

    THE MAKING (129)自転車タイヤができるまで

    タイヤは、 天然 ゴム、合成ゴム、硫黄、炭素をニーディングして、 スチールのワイヤーとともに型に入れて成型して作ります。


    ✏ 課外報告書 Web Class

    自動車は数多くの部材からなる。 無機工業化学で取り上げてきた、 化学薬品電気化学化成品鉄鋼非鉄金属セラミックス繊維を材料とする自動車部品をひとつ取り上げ、自動車の燃費向上のため材料をどのように改善するのがよいか議論せよ。

    材料からカタチを作る 鋳造(casting)について

      7 金属加工
    加工方法 特徴など
    鋳造 砂型鋳造法(鋳鉄)、ダイカスト法(ADC12)
    接合 ガス溶接、アーク溶接、リベット接合、接着接合
    塑性加工 鍛造、プレス(しぼり、せん断、曲げ、圧延、押し出し)、引き抜き
    切削加工(マシニング) マシニングセンター、旋盤、ボール盤、フライス盤、放電加工、研削加工
    表面処理 塗装、めっき、 アルマイト加工
    3Dプリンタ CADデータを直接造形できる

    鋳造は鋳型に溶かした金属を流し込んでカタチを作る方法です。 鋳造 鍛造 研削 表面処理

    鋳型は3DCADで設計します。 鋳造は有限要素法でシミュレーションします。

    材料を3次元的な形状を持つに加工する方法には機械加工、鍛造、鋳造などの方法がある。 このうち鋳造は、金属の可融性を利用して、作ろうとする製品と同じ形状に作られた空洞部に、 溶かした金属を流し込んで固めてつくる方法である。 鋳造法の代表的な種類として砂型鋳造法、シェルモールド鋳造法、インベストメント鋳造法、ダイカストなどがある。 このうちシェルモールド鋳造法は、熱硬化性の合成樹脂を被覆した鋳型砂を加熱した金型に振りかけ、硬化させて鋳型を作る寸法精度の高い方法である。

    精密鋳造された 羽釜 CADCAEで設計されます。

    キューポラからほとばしる湯を鋳込む マツバラ のエンジニア

    鋳造

    鍛造

    ダイカスト

    熱機関とエネルギー変換効率

    産業革命と動力

      8 動力の 歴史
    年号 出来事
    1776年 ワット蒸気機関(外燃機関)の発明 *
    1877 オットーサイクル
    10.無機工業化学

    オットーサイクル、 ディーゼルサイクル オットーサイクルでは圧縮比を上げることでエネルギー変換効率が上がりますが、 ノッキングを起こすとエンジンが壊れてしまいます。 そこでオクタン価の高いハイオクガソリンを使います。

    熱サイクル

      9   熱サイクル
    熱サイクルの種類 性質や特色 応用例
    カルノーサイクル 理論・受験(完全気体を仮定するので、計算が容易)
    オットーサイクル 自動車(ガソリンエンジン) タクシー(プロパンガスエンジン)、水素自動車(水素エンジン)
    ディーゼルサイクル バス・船(ディーゼルエンジン)
    ランキンサイクル 蒸気機関・火力発電・原子力発電
    ブレイトンサイクル 火力発電(タービンエンジン)・ジェット機(ジェットエンジン) *
    リンデサイクル (冷凍サイクル) ヒートポンプ・冷凍機
    アトキンソンサイクル
    クラウドサイクル
    スターリングサイクル

    熱サイクルにはいろいろな種類があります 1 ) 。 エアコンや冷蔵庫の作動流体である冷媒は、 温室効果ガスになります。


    p-V線図(カルノーサイクル)
    ©Copyright Hiroyoshi Takahashi, C1 Laboratory all rights reserved.

      5 100
    ©2021 K.Tachibana
    ボイルの法則:圧力と体積は反比例:pV=一定
    シャルルの法則:体積は温度に比例:V/T=一定
    ボイル・シャルルの法則:pV/T=一定
    気体の状態方程式:pV=nRT
    pV=m/MRT

    カルノーサイクル

    カルノーサイクル

    オットーサイクル

    ディーゼルサイクル
    ✏ 平常演習 Web Class

    Q.092 熱サイクルとその応用について調べてみましょう

    オットーサイクル、ディーゼルサイクル、ブレイトンサイクル、アトキンソンサイクル、冷凍サイクルからひとつ選び、pV線図とTS線図の概形とカルノーサイクルとの違いについてノートに書いて写真に撮り、jpg形式でアップロードしなさい。


    オクタン価とセタン価

    ✏ 平常演習 Web Class

    オクタン価とセタン価について述べ、ハイオクガソリンをレギュラーエンジンに給油したときどうなるか議論せよ。

    False

    QRコード
    https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/53202/53202_10.asp


    山形大学 データベースアメニティ研究所
    〒992-8510 山形県米沢市城南4丁目3-16
    3号館(物質化学工学科棟) 3-3301
    准教授 伊藤智博
    0238-26-3573
    http://amenity.yz.yamagata-u.ac.jp/

    Copyright ©1996- 2022 Databese Amenity Laboratory of Virtual Research Institute,  Yamagata University All Rights Reserved.