日産の次世代「e-POWER」用エンジンが世界最高レベルの熱効率を実現!

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2021/03/03 08:00

新燃焼コンセプト「STARC」の開発により、熱効率50%を実現

日産自動車はこのほど、次世代の「e-POWER」向け発電専用エンジンで、世界最高レベルの熱効率50%を実現する技術を開発したと発表した。

現在、自動車用ガソリンエンジンの平均的な最高熱効率は30%台で、40%台前半が限界とされていた。このたび日産が実現した熱効率50%は、エンジン開発において極めて革新的なものだ。

e-POWERを搭載している新型ノート

従来のエンジンは、様々な走行負荷(車速など)をカバーする出力特性を持つ必要があった。しかし、エンジンを発電専用として特化できる「e-POWER」は、エンジンによる発電とバッテリー蓄電量を適切にマネージメントすることで、エンジンの使用領域を最も効率の良いポイントに限定できる。これにより、エンジン燃焼を高効率化することが可能となる。

この考え方は従来のエンジン開発とはまったく異なったアプローチで、エンジンの役割が大きく変わることを意味する。バッテリー技術やエネルギーマネジメントの進化によって、エンジンの運転条件範囲を効率的な領域で使用し、将来的には完全な定点運転とすることで、さらに熱効率を向上させることが可能だ。次世代「e-POWER」用エンジンは、この考え方をもとに、完全に「e-POWER」専用設計として開発されている。

今回、日産が熱効率50%を実現するために開発したのが、新燃焼コンセプト「STARC」(Strong Tumble and Appropriately stretched Robust ignition Channel)だ。このコンセプトは筒内ガス流動(シリンダー内に吸入した混合気の流れ)や点火を強化し、より希釈された混合気を高圧縮比で確実に燃焼させることによって熱効率を向上させるという考え方である。

従来エンジンの場合、変化する走行負荷に対応するために、混合気の希釈レベルの制御には制約があり、筒内ガス流動や点火方法、圧縮比などにも、さまざまな運転条件のトレードオフ(例えば動力性能のために燃費を犠牲にするなど)によって制約を受けてきた。しかしエンジンを発電専用に特化し、完全定点運転で使用するというブレークスルーによって、熱効率を飛躍的に向上させることが可能となる。

希釈方式としてEGR(エキゾースト・ガス・リサーキュレーション=燃焼後の排気ガスの一部を再循環させて再度吸気する技術)を使う場合で43%、リーン燃焼(理論空燃比よりも空気過剰な空燃比)を使う場合で46%の熱効率をすでに多筒エンジンにて実証しており、それらを完全定点運転することと廃熱回収技術を組み合わせることで、同社は熱効率50%が実現できることを確認した。

このたびの発表に際し、パワートレインを統括する平井俊弘専務執行役員は次のようにコメントしている。
「日産は、2050年のカーボンニュートラルの実現に向け、2030年代早期に主要市場に投入する新型車をすべて電動車両とする目標を掲げており、それに向けて戦略的にパワートレインの開発を進めています。日産の電動化戦略として、電気自動車(EV)のe-パワートレインおよび高性能バッテリーの開発を進めるとともに、『e-POWER』をもうひとつの柱として位置付けています。『e-POWER』システムは従来とは全く異なったエンジンの使い方を可能とします。今までに培ってきた日産のエンジン開発と、EV開発の経験を融合した日産のユニークな技術です。『e-POWER』システムだからこそ実現できる超高効率エンジンによってLCAで二酸化炭素削減を図るとともに、多くのお客さまに電動車両の良さを感じていただくことで、EV社会の実現を推進してきたいと考えています」

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