日産自動車は2021年2月26日、シリーズハイブリッドシステム「e-POWER」の次世代版向けに、発電専用エンジンで熱効率50％を実現する技術を開発したと発表した。リーンバーンを実現する新しい燃焼コンセプトの採用や排熱回収、エンジンを完全に定点運転とすることが可能なバッテリー技術を総合的に組み合わせることにより、熱効率50％を達成する。

» 2021年03月01日 06時00分公開

[齊藤由希，MONOist]

　現状のe-POWERのエンジン熱効率は40％程度だが、熱効率50％の達成によりe-POWERの燃費としては直近の製品と比べて25％改善する効果を見込む。これにより、再生可能エネルギーによる発電が普及していない日本のような地域において、ライフサイクル全体でのCO₂排出量はe-POWERがEV（電気自動車）に匹敵するとしており、再エネ普及に向けた過渡期でe-POWERが貢献する余地は大きいという。また、発電用エンジンをレンジエクステンダーEVに適用できるか、発展性を検討していく。

発電用エンジンの熱効率向上によってCO₂排出量を低減し、脱炭素における競争力を高める（クリックして拡大）出典：日産自動車

　e-POWERはシリーズハイブリッドなので、エンジンの動力は発電機にのみ伝達する。エンジンが車速やアクセル操作の影響を受けず、熱効率の高い回転域と負荷で運転することができるので、エンジン車や他のハイブリッドシステムよりも熱効率を改善しやすい。エンジンの運転領域を絞って燃費点と出力点の2点に特化することができるが、今後バッテリーの進化によって加速時と高速走行中に必要なパワーをバッテリーの出力でカバーできれば、熱効率の高い範囲に絞った定点運転が達成できるとしている。

　今回発表したのは、熱効率46％の達成にめどをつけるためのエンジン側の技術で、実機での検証を終えている。理論熱効率を向上できる高圧縮比化と比熱比の向上に取り組んだ。取り組みのカギとなったのは、新設計の気筒内のガス流動コンセプトだ。混合気の流れや点火を強化し、従来よりも希釈された混合気を高圧縮比で確実かつ急速に燃焼させることで、熱効率を向上させる。

　EGR（Exhaust Gas Recirculation）やリーンバーンなど、高比熱比化につながる高希釈燃焼では、初期火炎核の生成の成否によって、完全燃焼できるか、部分燃焼にとどまるかが決まる。そのため、安定した点火と初期火炎核の適切な形成が重要になる。初期火炎核は点火プラグ部分の流速で伸長した放電チャネルによる空間的なエネルギー供給によって形成されるため、点火プラグ部分に適切で安定した流速を届けることが正常な燃焼に不可欠となった。