圧縮比について

Question

車のスペックの中の圧縮比というものが気になって色々調べていました。
そこでどうしてもわからないことがあるのでご教授ください。

圧縮比というのは、シリンダー内部の混合気をどれくらい圧縮しているか？というのを数値化したものですよね？
しかし車のエンジンはアイドリングしている1000回転以下から7000回転くらいまで大きな幅があります。
1000回転以下と7000回転以下ではピストンの動く速度も違うでしょうし、圧縮できる力も桁違いではないでしょうか？
一方、ピストンの動く速度が速いということは、圧縮にかけられる時間も短くなり、空気を吸い込む時間も短くなると思います。

こうして考えるとエンジンの圧縮比や出力というのは回転数などの条件次第で大きく変わってしまうのではないでしょうか？
馬力とトルクはカタログ上でも回転数と併記されていますのでわかるのですが、圧縮比は一律の数字です。

うまいこと調整されて一定の圧縮比を保つようになっているのでしょうか？
また、もしそうであればなぜ一定に保つようなメンドクサイ制御をするのでしょうか？

見当違いなことを言っているかもしれませんが、ご教授頂ければと思います。

よろしくお願い致します。

Answer 1

signcoffeesignさんへ

もう既に皆さんが回答されてますが、、、d(^_^:)

「圧縮比」は、ウィキにも在る通り、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9C%A7%E7%B8%AE%E6%AF%94

>内燃機関
>の内燃室において、
>最も容積が大きくなる時の容量と、最も容積が小さくなる時の
>容量の比率を表す値であり、一般的な熱機関の基本的な仕様となる値
です。排気量と燃焼室容積から機構的・一義的に決まって来ます。

これに対して、実際にどの位圧縮されるかは
大気圧 × 吸気温 × 充填効率 × 圧縮比
なので常に変動して来ます。
一時盛んに行われた吸気管長や断面積切替は、慣性過給の最適化で充填効率を稼ぐ為(108%とか)ですし、過給エンジンなら更に過給圧も加わりますね。

そして、これ迄はオットーサイクルエンジン
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%83%83%E3%83%88%E3%83%BC%E3%82%B5%E3%82%A4%E3%82%AF%E3%83%AB
が普通だったので、
圧縮比 = 膨張比
が一般的でしたが、熱効率を求めてアトキンソンサイクルミラーシステムエンジン、長ったらしいから略してミラーサイクルが結構増えて来たので、従来技術のままでは無理だった高圧縮比のエンジンが一般化し出した、と言う事です。

エンジンは、燃焼で得た高圧を膨張させて仕事に変換して取り出す物。だから、大きく膨張させればさせる程、変換の効率が良く成ります。
一方、膨張比を大きく設定しようとすると、必然的にロングストロークなデザインに成って行きます。加えて、ディーゼルは圧縮で得た高温で着火・燃焼させる訳ですから、嫌でも高圧縮、つまり高膨張比に成らざるを得なかった。

同一排気量でボアストローク比を変えて、ピストンとシリンダーの擦動面積を計算してみると、ロングストロークに成るに連れて、擦動面積も増えて行く事が判ります。
膨張比を大きくするに従い、効率も良く成って行くが、摩擦損も嵩んで来る。ので、どこかで頭打ちに成り、それ以上では却って低下して行く様に成る、、、。

では、一体どの位膨張させるのが良いのか?
古くから設計者達が見当を付け、計算でも確かめられる様に成って来たのが、膨張比14でした。車載出来る様な規模の、ピストンとコンロッドが直結される構造では、14が理想なのです。(大型商船の超低回転超ロングストロークディーゼルではもっと低くて11〜12の間)

しかし、圧縮比が14では
・ガソリンだと自己不正着火で壊れる
・ディーゼルだと上死点温度不足で始動性や綺麗な燃焼の点で困る
ので、永らく実現されないままの時期が続いて来たのです。

ガソリンエンジンでは、吸気管の慣性過給を効かせる為に、吸気弁閉じ時期が下死点後40〜55°位に成る所を、もっと早めて吸気を途中で止めてしまうか(早閉じ式)、70°位迄開けておいて、一度吸い込んだ混合気をポートに吐き戻す事(遅閉じ式)で、圧縮比だけを下げる様にします。

原典のアトキンソンサイクルでは
http://www2.tbb.t-com.ne.jp/atc/Run/Engines/atkinson.html
http://www.honda.co.jp/tech/power/exlink
と複雑な構造なので、高回転高出力化、そして急速燃焼で高圧縮比化の波から取り残され、65年後にミラーさんが吸気弁閉じ時期の変更だけで実現出来る事を発見して、ミラーサイクルが成立したのです。

現在待望されているのは、スロットルバルブを廃止して、吸気弁閉じ時期の遅早を連続可変する事で、出力と一緒に過給圧を制御するエンジンです。
過給を優先して効かせる為に圧縮比を下げてしまうと、膨張比も低下で排気の膨張が足りず、エンジンが高温に成ります。から燃料増量で冷却せねばならず、燃費激悪に成ってしまう。
これを高膨張比のままにするなら、エンジンの受熱が減るのでガソリン冷却が不要。
スロットル弁による絞り損、ポンピング損も無くなるので、ディーゼルと比肩する様に成る。。。
と言う様な事が目論まれているのです。
目指すのは、可変圧縮比 + 高過給 なエンジンです。

質問者からのお礼コメント

ありがとうございました!改めて考えてみると全く私の勘違いだと気づきました・・・。

Answer 2

圧縮比というのはすでに他の人からの回答のとおりです。
回転数によって吸入空気量が異なるというのはその通りですが、それは圧縮比とは無関係で、
充填率などと表されます。
余談ですが、圧縮比というのはくどいようですが単純に数字だけのもので、
例えば、マツダのスカイなど常識はずれのような圧縮比であっても実際はバルブ開閉のタイミング
が特殊で、圧縮工程までバルブが開いていて、実際には「コンプレッション」は低いなどの場合があります。
なので「今まで不可能であった世界最高の圧縮比を実現」などの宣伝文句には注意すべきです。

Answer 3

それは機械的に求まるだけの「静圧縮比」でしょう。
圧縮の前後で「圧の変化がない」条件での値。

現実の環境下での「動圧縮比」とは違います。

「圧縮比や出力というのは回転数などの条件次第で
大きく変わってしまうのではないでしょうか」

その通り。
現に変わってるじゃないですか?

カタログ300馬力のボクの車でも、アイドル付近なら
軽の最高出力にも大きく劣りますよ。

まぁ、「動圧縮比」は公開されてないのですが
出力が回転の全域で同じ、な筈は無でしょう。

→尚、公開されている出力&トルク特性は
100%負荷の値ですよ。

同じ回転数でも50%負荷なら、実質圧縮比は
もっと低いですよ。
決して100%負荷と同量を吸い込んでませんから。

或いは、一方で、回転数が高いと、空気にも慣性が
在りますから、単に弁開閉時間に反比例して
吸い込みはしませんよ。
弁はスイッチみたいに急に開閉しませんから。

現実の「動圧縮比」は、人が要求して時々刻々と変化する
負荷に応じて、ほぼリアルタイムに調整されます。

結果は、出力(or トルク or 燃費等)として反映。

排気量4.6Lのボクも車も、5%負荷では
排気量0.23Lの最高出力と同じ様に振る舞う。

本物の0.23Lと違うのは、実圧縮比が低いから、
高回転が不可能。そこで、精々1200回転しか出来ない。

こう謂う訳です。

Answer 4

圧縮比というのは実際の空気の量を言うのでなく形状的な体積の比較を言います。
吸入時の体積と，圧縮時のシリンダー内体積比です。
シリンダーの断面積は同じですので，簡単に言えば
吸入時の位置と，圧縮時の位置のシリンダ長さ比とも言えます。
言ってみればエンジン（シリンダー）の構造・機構でだけ決まる値であり回転数など無関係です。

Answer 5

質問者様の認識で正解なんですが、圧縮比はあくまでもカタログ数値であり、実際はその使用状況により違うということです。あたり前のことです。回転数が高くなればより多くの空気を吸おうとしますが、入り口は負圧になり実際は薄い空気を吸うわけです。ですから、NAエンジンは圧縮比高めにしておいても大丈夫なんですが、ターボエンジンの場合は圧縮比低いですよね。(同車種でNA11に対してターボ8くらい)これは過吸により圧縮比が上がりますからあえて低めに設定しているのです。圧縮比が上がりすぎるとエンジン壊れますからね。
説明が下手で申し訳ありません。結論ですが、もう一度言います。圧縮比はあくまでもカタログ数値です。

Answer 6

難しくありません(´▽｀) あなたが圧縮比を間違って解釈してるので、難しく考えちゃってます。圧縮比は、ピストン下死点時と上死点時の体積の比率です。これは研究中の特殊なエンジンを除いて。圧縮比は変わりません。

で、体積ではなく質量で考えてください。ガソリンエンジンの場合は、吸った空気の質量がスロットルで可変されて、それに応じた燃料が投下されて燃焼します。この質量ってのが知っていくと面白いですし、あなたの疑問も解決します。ホンダのF1のエンジンなんかは3000ccだけど、ターボじゃないのに4000cc分の空気を吸い込みます。

Answer 7

貴方正解書いてるじゃん(笑)

圧縮比はピストンが上死点と下死点にあるときのシリンダー容積比ですから回転数とは関係ないですよ。