気筒休止システムについて

Question

気筒休止システムですが、ディーゼルエンジンとの相性はどうなのでしょうか？

極低速回転が苦手なディーゼルですが、気筒を休止させて、アイドリング状態でもある程度の回転を維持させて、苦手な回転数にしなければ、レスポンスも良くすぐにターボも立ち上がるのではないかと思うのですが…

素人の考えなので、お手柔らかにお願いします。

補足

ちなみにロータリーエンジンでも燃費の改善にはつながりませんか？ ３回の爆発でローターを１回転させるのではなく、２回に１回爆発させて、３回の爆発でローターを２回転させることは可能でしょうか？ 出力は下がると思いますが…

Answer 1

【補足のご質問に】
●ロータリエンジンでの気筒休止は成立するか？
ロータリエンジンでは，気筒休止は困難です。

レシプロエンジンで気筒休止した場合，吸気弁と排気弁を閉じます。弁を閉じると，圧縮したときの高い圧力で自然に膨張します。つまり圧縮エネルギは自動的に膨張するので，回収でき，動力は摺動抵抗分だけですみます。

一方，ロータリエンジンでは，吸排気弁がありませんし，圧縮した圧力エネルギをロータリを回転駆動する膨張エネルギにできません。このためロータリエンジンで気筒休止は成立しません。

●燃焼を2回に1回にする場合は？
これは可能です。ただし「2ロータリ」でないと，連続的な回転駆動はできません。

問題は，これで気筒休止の「圧縮エネルギ＝膨張エネルギ」になるかどうかですが，これが成立できません。

吸入行程で，燃焼室内が膨張しますが，このときポンプ損失があります。そして圧縮行程では圧縮エネルギが必要です。しかしこの圧縮エネルギは次の膨張行程での膨張エネルギになります。しかし掃気行程では，やはり少しですが，圧縮があるため，掃気エネルギが必要です。つまり最初の吸入行程と最後の掃気行程でのロスがあります。このためレシプロエンジンのような，ほぼ完全なエネルギ保存はできません。

つまりロータリエンジンでの気筒休止では，レシプロエンジンより，かなり大きなロスがあり，燃費向上はできないことになります。

========

●結論
気筒休止システムはディーゼルエンジンに向いていません。気筒休止による燃費改善効果が無いからです。

●気筒休止システムの燃費改善理由とは？
気筒休止すると，どうして燃費が改善できるのでしょうか？ 6気筒が4気筒や3気筒になっても，同じ出力を出す前提ですから，4気筒や3気筒に減らしても，燃料消費率は本来，変わらないはずです。

ガソリンエンジンで，6気筒運転を4気筒や3気筒に減らすと，何が変わるのでしょうか？

ガソリンエンジンは，吸入空気量を調節することで，出力を調整できます。この吸入空気量は，スロットルバルブの開度でほぼ決まります。たとえば6気筒運転，速度100km/hの一定で走行すれば，スロットルバルブは，1/3くらいの開度ですみます（例として）。これを3気筒運転にすると，スロットルバルブの開度は2/3くらいになります。

スロットルバルブが1/3くらいですと，スロットルバルブから燃焼室間は大きな負圧(＝低い絶対圧力）ですから，ピストンが吸入空気を吸うときに大きな抵抗がかかります（ポンピング・ロス）。ちょうど針のついた注射器で空気を吸うときに大きな力がかかるのと同じ原理です。

ポンピング・ロスは，出力が小さいときには，出力の1/3くらいになるので，たいへん大きな損失です。

3気筒運転で，スロットル開度が2/3まであくと，スロットルバルブの下流側の負圧は軽減し（＝もっと高い絶対圧力）になり，ポンピング・ロスは軽減します。これにより燃費が改善します。

つまり気筒休止による燃費改善の理由は，ポンピング・ロスの低減だったのです。

●ディーゼルエンジンのポンピング・ロスは？
ディーゼルエンジンは，スロットルバルブがなく，燃焼室へ噴射する燃料流量により，出力をコントロールします。このため6気筒運転を3気筒運転にしても，ポンピング・ロスは軽減しません。もっとも吸入抵抗分は減るので，ほんの少し改善しますが。

●もしディーゼルエンジンで気筒休止したら？
技術的には簡単です。その気筒の燃料噴射量を停止するだけです。再始動時の着火の問題もありません。冷間始動時に着火できるような圧縮比に設定してあるので，気筒休止後の復帰は確実にできます。逆に言えば，ディーゼルエンジンの圧縮比は冷間始動時の着火性から決めます。

●誤解について
ディーゼルエンジンについていろいろな誤解があるようなので，ここで説明いたします。

・ノッキング … ディーゼルエンジンにも「ディーゼル・ノック」があります。これは不良燃料による着火遅れによる現象で，エンジン破損につながる現象はなく，ガソリンエンジンのノックとは別の現象です。なお気筒が冷えてもディーゼルノックを起こすことはありません

・低回転 … ガソリンエンジンで低回転になると，エンジンに流入する吸入空気の速度が低くなり，燃焼室内の気流（スワール）速度が低下します。これにより，点火してから，燃焼室壁面近傍まで火炎が届く時間が長くなり，いわゆるノックを起こすか，未燃分が増えます。一方，ディーゼルエンジンでは，燃焼室内のいろいろなところで自発火が始まる拡散燃焼なので，低回転でもほぼ完全に燃えます。

・トルク … 下記の数値をご覧下さい。以下，BMWの1シリーズのデータです（欧州仕様）

120i（ガソリン） … N43B20 2.0L，170馬力/6700rpm，210Nm/4250rpm
120d（ディーゼル） … N47D20 2.0L，204馬力/4400rpm，400Nm/2000rpm ～ 約2倍

ご参考になれば幸いです。

質問者からのお礼コメント

わかりやすく説明して頂き、ありがとうございます。

Answer 2

発想は面白いですが、現実に困難だと思います。
デコンプで圧縮抜いて偶数気筒を休止させ、燃料噴射制御させる機構にコストが掛かってしまいます。
難しいです。小細工しなくても良いと思いますが、ディーゼルの場合、ガソリンより燃焼効率が良いです。

冷えたシリンダの回復はどうしましょうか？
繰り返すとヘッドの歪が出て来るような気がします。

それよりも、化石燃料ではなく、植物性に切り替えば良いと思います。
どんな植物からも軽油が生産出来るようなプラントを作って欲しいです。

過去発売していた
ダイハツ1000ccディーゼルとモーターの組み合わせで車作れば高効率エンジン出来ます。

Answer 3

相性というのは、「何を目的にした」ときの話なのでしょうか。

低速巡行などで出力が余分な時に気筒休止することは燃費向上に効果があるでしょうが、トルクが必要な加速時の気筒休止にはなんの益もありません。
「アイドリング状態でもある程度の回転を維持させて」「レスポンスも良くすぐにターボも立ち上がる」などいう着想は、何を目指しているのかわかりません。
回転数を高くしたいという目的であれば、なにも気筒休止など面倒なことをせず、単純に排気量を減らせばいい話です(欧州ではたしかに、「小排気量ディーゼルターボ」というパッケージはエコカーの一つのトレンドになっています)。「こういう理由でこれだけの排気量が必要なんだ」という理由付けがなければ、気筒休止のメリットがありません。

また、気筒が冷えることにより、全気筒使用に移行した後でノッキングが起こりやすい、などの現象も考えられますので、まずはそういった問題に対するブレイクスルーをどうするかということが壁になるでしょう。

Answer 4

ディーゼルは仰る通り低回転は苦手です。ディーゼル自体はトルクはあまり出ませんから。
以前他の質問に回答したときは素人に無知呼ばわりされましたが。ベストアンサーは正解を選ぶのではなく、自分が理解できる程度のものを選ぶのだと実感しました。
回答ですが、できないことはないでしょうが、騒音問題が難点でしょう。考えれば他にもあるでしょうが…。

Answer 5

間違った回答をうのみにしないで下さいね。
ディーゼルエンジンは高回転運転では2.0リッターで4気筒の実用上限回転は、4,800rpm程度である。なため、同排気量あたりのガソリンエンジンと比較して表示上の最高出力は低い。しかし実用トルクの発生回転数がガソリンエンジンに比べて低く、しかもフラットな特性であるため、低回転でも出力が得られます。