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エンジン熱効率60%に、自動車、家庭用発電に応用も/早大 内藤教授 【5面】
 早稲田大学理工学術院基幹理工学部の内藤健教授は、エンジン単体の熱効率を従来比約2倍の約60%レベルまで高められる新たな圧縮燃焼原理を発見した。音速に近い速さで空気と燃料の混合気体を衝突させることで高熱効率を得る。実用化できれば、低燃費自動車、家庭用の高効率発電システムなどの実現が可能になると期待されており、注目を集めている。

 従来の一般的なエンジンの熱効率は最大30~35%程度。エンジンの熱効率を上げるには、燃焼室内の空気・燃料による混合気体の圧力をある程度高めることが重要となる。圧縮比が大きくなるほど、排気で捨てていた熱エネルギーを出力(取り出せる動力)に変えられるからだ。

 新原理は次の通り。(1)燃焼室内部を減圧し、真空状態に近づけ、外部大気との圧力差で燃焼室内に空気と燃料を音速に近い速さで高速吸引する。(2)複数の噴流口から燃焼室中心部の1点で多重衝突・圧縮させる。(3)多重衝突を繰り返すことで、高圧の燃焼による高効率・高出力が得られる。

 流体力学の理論とスーパーコンピューターのシミュレーションによって、音速の気体噴流16~30本を衝突させると、10~30程度の圧縮比が可能との結果が得られている。

 この他に、断熱効果もある。シミュレーションによる燃焼後の圧力・温度分布では、燃焼室の中心部に向かう複数の噴流は、燃焼後の高温ガスをも包み込み、燃焼室の中心部に閉じ込めることを確認できた。高温ガスがエンジン側壁に接触しないことから、エンジンを冷やす冷却機構を簡素化でき、冷却水へ逃げていた熱を出力に変えられる。さらに、燃焼騒音や振動も中心部で閉じ込めて、外部に出にくくする可能性もある。

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