韋駄天物語

東京工業大學和慶應大學實現了汽油發動機熱效率達到52％ 將超稀薄燃燒與缸內注水相結合

富岡 恒憲 日経クロステック／日経Automotive

2020.04.24

包括東京工業大學，系統控制系統教授Hidenori Sake教授和慶應大學名譽教授飯田正正教授在內的小組將乘用車汽油發動機的淨熱效率提高到了51.5％，指示熱效率提高到了52.6％。 在當前用於乘用車的汽油發動機的情況下，即使高端汽油發動機也被限制為40％。

該小組應用了超稀薄燃燒和缸內注水技術來提高熱效率（圖1）。 超稀薄燃燒的過量空氣比為1.9。 大量過量的空氣會降低燃燒溫度並減少冷卻損失，從而提高熱效率。

注水的組合可抑制高負載區域的爆震（異常燃燒）並減少冷卻損失。 這是為了進一步提高熱效率。 注入的水在氣缸中蒸發，這降低了氣缸中氣體的溫度，並有助於抑制爆震和減少冷卻損失。

兩組中最大的改進是將水直接注入氣缸中，以使水蒸氣分佈集中在活塞表面附近而不是火花塞附近（在同一組中，這稱為“分層水蒸氣隔熱”）。 與將水注入進氣口並向混合物中均勻添加水的方法不同，燃燒速度不需要大大降低。 結果，即使在超稀薄燃燒中，也可以在不使燃燒惡化的情況下獲得由於水蒸發引起的冷卻效果。 該小組期望將有可能有效地減少經常發生在活塞附近未燃燒區域的爆震以及從活塞表面傳遞到外部的熱量。