自動車のエンジンについて。 エンジンって スカイアクティブエンジンやロータリーエンジンなど 最近はいろいろなエンジンが開発されてきていますが、 これらのエンジンって、 オットーサイクルやアトキンソンサイクル、

Question

ミラーサイクル、ヴァンケルサイクルなどが
元となって作られてるのですか？

そして
これらのサイクルで熱効率が良い順と、それぞれの熱効率を
教えてください。


また、熱効率が上がることで、生じるデメリットなどは
あるのでしょうか。


早稲田大学の内藤教授が熱効率60％以上の
新しい圧縮燃焼原理を発見したと7月に発表していましたが、
あの原理は‘‘新しい’’ということは元になってるサイクルは
ないのでしょうか。また、あの原理で自動車エンジンを製作した場合
どのようなデメリットが生じると予測されるのですか。



どうぞよろしくお願いします。

Answer 1

zyanzyan3さんへ

>最近はいろいろなエンジンが開発されてきていますが、
>これらのエンジンって、
>オットーサイクルやアトキンソンサイクル、ミラーサイクル、
>ヴァンケルサイクルなどが元となって作られてるのですか？
う〜〜ん、ヴァンケルサイクルって言い方は初耳ですが、一般化してるんでしょうかねぇ? 私的には予混合燃焼であるオットーサイクルだと思ってますが。
吸排気のバルブが無くたって、混合気を圧縮して電気火花で点火する、予混合燃焼の4stに過ぎないですよね?

で、元、と言うならば、ガソリンエンジンの4stはオットーサイクルが基本で、それへの改良を意図してアトキンソンサイクル
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%88%E3%82%AD%E3%83%B3%E3%82%BD%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%82%A4%E3%82%AF%E3%83%AB
http://www.honda.co.jp/tech/power/exlink
http://www.honda.co.jp/factbook/power/cogene/201105/P11-12.pdf
が130年前に考案され、オットーサイクルの高出力化高回転化という発展でそれが忘れ去られた頃(70年近く前)に、ミラーサイクルが特許化された、と言う事に成りましょうか。
正しくはアトキンソンサイクル・ミラーシステム、長ったらしいから略してミラーサイクルですが、アトキンソンのあの複雑なクランクを使わない限り、幾ら「世界の大トヨタ様 (苦笑)」が声高に叫んだとしても、プリウス等はミラーサイクルエンジンである事は否定出来ません。マツダが
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%83%84%E3%83%80%E3%83%BB%E3%83%9F%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%8B%E3%82%A2
で'93に実用化し、プリウスはその後追いって事で。

ディーゼルについては、元々
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AB%E3%83%89%E3%83%AB%E3%83%95%E3%83%BB%E3%83%87%E3%82%A3%E3%83%BC%E3%82%BC%E3%83%AB
が発案したのはディーゼルサイクル
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%87%E3%82%A3%E3%83%BC%E3%82%BC%E3%83%AB%E3%82%B5%E3%82%A4%E3%82%AF%E3%83%AB
で、今は大型商船の超大型超低回転超ロングストローク型2st
http://www.khi.co.jp/knews/backnumber/bn_2006/pdf/news141_02.pdf
http://www.marinediesels.info
http://www.ihi.co.jp/du/topics/document/oounabara.pdf
と言う形で発展を遂げてます。(拡散燃焼のみ)
一方、高出力化を目指すと必然的に高回転化して行った。
と言う事は、段々噴射を始める時期が早く成り、気化量が十分で無く、着火前に気化ガスを圧縮して行く「予混合成分」が増えて行く、と言う過程を辿ります。これが
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B5%E3%83%90%E3%83%86%E3%82%B5%E3%82%A4%E3%82%AF%E3%83%AB
で、燃料が重油では無く軽油な訳ですネ。

と言う事で、サイクル論としては、自動車に適用されているのは、予混合燃焼ではオットーサイクルとミラーサイクル、ディーゼルはサバテサイクルの計3つで、他には既に排ガス対策の面から廃れてしまった2st(クラークサイクル)が在った、と言う事に成ります。
範疇をもう少し広げると、
発電用ガスエンジンにはオットーサイクルとミラーサイクル、
http://www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/404/404246.pdf
そしてコジェネでホンダが頑張ったアトキンソンサイクル
http://www.honda.co.jp/factbook/power/cogene/201105/P11-12.pdf
http://www.honda.co.jp/tech/power/exlink
が登場しており、大型商船には低速のディーゼルサイクルで2st
http://www.ihi.co.jp/du/products/engine/img/Low-Speed%20Engines_handbook_kujira_.pdf
http://www.mhi.co.jp/products/detail/mitsubishi-ue_diesel_engine.html
と、中速機関以上でサバテサイクルが在る、と・・・。(どちらも、一部ミラーサイクル化される事で熱効率を向上させている)

>熱効率が良い順と、それぞれの熱効率を教えてください。
これは、過給を適用しているか否か、スロットルバルブを廃止出来ているか否か等、諸条件によって大きく変わります。(膨張比によっても)
又、ディーゼルでのミラーサイクル適用、それも、ディーゼル・サバテの両方に存在、なんて非常にややこしい話に成ってたりします。
ですから、サイクルによる値と言うのは、固定化されていないとして良い筈です。(学問的には)
商船向け超低回転型ディーゼルにしたって、Turboのタービンが自動車向けでお馴染みの遠心式から軸流式に変わった時点で大幅な熱効率向上と成ってます。(静圧過給の登場)し、過給圧が十分に上昇した回転(と負荷)からは、排気弁の閉じ時期を意識的に遅らせて吸入新気を捨てる事でミラーサイクルに移行させたりしてます。
こう言った周辺条件を込みにしてサイクルの優劣を語るのは、本質を見誤る素です。

>熱効率が上がることで、生じるデメリットなどはあるのでしょうか。
私は無いと思っています。
CO2排出の問題にしても、究極的には熱効率を上げて行く事が排出量削減に繋がる、と考えます。
勿論、熱効率は良くても、容積や重量当たりの出力が小さくて適用不可、と言う事も在りますから、実際に採用するかどうかは、熱効率以外のファクターも在るのだ、と考えるべきでしょう。
例えば、幾ら地球上で一番良い熱効率を記録出来ていたからと言っても、これ
http://www.khi.co.jp/knews/backnumber/bn_2006/pdf/news141_02.pdf
http://www.marinediesels.info
を車に積んで走らせる訳には行きませんし。(2千tですヨ2千t d(^.^;)

>内藤教授が熱効率60％以上の新しい圧縮燃焼原理を発見した
>あの原理は
>元になってるサイクルはないのでしょうか。
良く理解出来ていないのですが、そもそも、サイクルとしては未だ成立していないんじゃないでしょうか? d(^^;)
単に、高速流同士の衝突で高圧縮が起きると言うだけ事、ですよね? (間違ってたらご免なさい)
だから、

>あの原理で
自動車のエンジンが成立させられるかどうか、未だ誰にも判っていない状態なんじゃないかと思っています。
よって

>製作した場合
>どのようなデメリットが生じると予測される
なんか誰にも判らない。
構造すら思い浮かんでいないんですから。d(^^;)

どう思います? 高速流同士の衝突で高圧縮が起きたとしても、それをどうやって動力として取り出すのか?
私には、とんと考えつきません。(苦笑)

質問者からのお礼コメント

詳細に答えてくださり、ありがとうございます。

ヴァンケルサイクルは
本に書かれていたサイクル名なので、一般化はされているのか
私もよくわかりません(^_^;)


内藤教授の発明での自動車エンジン開発は、まだまだ時間がかかりそうですね。
私も、まだ高校生なので、
どれほど凄い発明で、それをエンジン化するのが、どれだけ大変か想像もつきませんが、
これからの未来が楽しみですね(^ ^)


お二人とも、
回答ありがとうございました。

Answer 2

スカイアクティブは華々しく発表しながら圧縮比14を達成しただけで
駄作に終わったミラーサイクルと同じ終末です。
カルソー効率の理論から熱効率60％が限界と
言われているので実用サイズのエンジン開発には何年もかかり
その間の電気自動車の進化の方が早いでしょう。
最新のディーゼルでは熱効率50％くらいです。