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 東京工業大学工学院システム制御系教授の小酒英範氏らと慶応義塾大学名誉教授の飯田訓正氏らのグループは、乗用車用のガソリンエンジンの正味熱効率を51.5%、図示熱効率を52.6%に向上することに成功した。現状の乗用車用ガソリンエンジンでは、高いものでも40数%にとどまっている。

* 総合科学技術・イノベーション会議のSIP(戦略的イノベーション創造プログラム)「革新的燃焼技術」、および自動車用内燃機関技術研究組合の委託事業の成果。

 熱効率の向上に同グループが適用したのが、超希薄燃焼と筒内水噴射の技術である(図1)。超希薄燃焼の空気過剰率は1.9。空気を大幅に過剰とすることで燃焼温度を下げて冷却損失を低減することで熱効率を高める。

図1 同研究で採用したガソリンエンジンの筒内水噴射
図1 同研究で採用したガソリンエンジンの筒内水噴射
(出所:東京工業大学、慶応義塾大学)
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 水噴射を組み合わせたのは、高負荷領域でのノッキング(異常燃焼)を抑制するとともに冷却損失を低減するため。それによってさらに熱効率を高めるためだ。噴射した水が筒内で蒸発することで、筒内ガスの温度を低下させ、ノッキングの抑制と冷却損失の低減に寄与する。

 両グループの最大の工夫点は、水を筒内に直接噴射して点火プラグ近傍ではなくピストン表面付近に水蒸気分布を集中させたこと(同グループでは「層状水蒸気遮熱」と呼んでいる)。吸気ポートに水を噴射して混合気に水を均一に添加する方式と違い、燃焼速度を大きく低下させずに済む。その結果、超希薄燃焼でも燃焼を悪化させることなく水の蒸発による冷却効果が得られるという。同グループでは、ピストン付近の未燃領域で多く発生するノッキングと、ピストン表面から外部へと伝わっていく熱を効果的に低減できると期待している。