昨今話題になっているカーボンニュートラル、ゼロエミッションに関する質問です。

Question

化石燃料を使用した内燃機関をなくそうとかEV化とか色々言われてますが、既存の内燃機関4ストロークエンジンの昇華をした方が効率がいいような気がします。
例えば5ストローク化だったり6ストローク化であったり。

開発者もそんな事とっくの昔に考えているとは思うんですが、燃費向上もしくは熱エネルギー変換効率を上げるにはどうすればいいと思いますか？

自分の考えは「8ストローク化」です。
従来の「吸気・圧縮・膨張・排気」の工程に「吸気・圧縮・掃気(シリンダー内を圧縮した空気で清掃)・排気」を加えて燃費を稼ぐのはどうだろうかと思います。
馬力やトルクは半分に落ちてしまうと思いますが、モーターによるアシストでカバーは出来ますし、少なくとも燃費は倍になるかもと。
シリンダーやシリンダーライナーはアルミを使ってますが、フッ化水素混合のセラミックを使用すれば熱エネルギー変換効率は上がるんじゃないかと思ってます(かつていすゞと京セラが共同研究していたセラミックエンジンの延長線上の浅い考えですが)。

Answer 1

ID非公開さんへ

う〜〜ん。。。ですね。(^^;)
確かに

>既存の内燃機関
>4ストロークエンジンの昇華をした方が
>効率がいいような気がします。
には賛成しますけども、4st以上の運転サイクル(?)は、実験車レベル(エコラン、マイレッジマラソン)での話であって、実用車レベルでは「ダウンサイジング」コンセプト、つまり過給によるダウンサイジングの一手しか無い、という所迄実証されている状態じゃないでしょうか。
これ
https://global.honda/jp/tech/Engine_technology_Extended_Expansion_Linkage_Engine_Exlink

でも、こそっと

>従来機構には無いリンク部品による摩擦損失を加えても、
>トータルでは
>従来型エンジンとほぼ同等レベルのフリクションを実現。
と言及されている様に、ほぼ同等ってのは、未だどの位劣ってるんだ? とツッコミを入れたら怒られちゃうでしょうし。
つまり、高膨張比サイクルを目指すだけじゃ中々厳しい、と。(掃気だけ加えるんじゃ、摩擦損が増えるだけ)
加えて、予混合燃焼エンジンの宿痾とされているスロットル損の撤廃、ノンスロットル化も実現出来ていない訳ですし。(実用走行の大半を占めるのは部分負荷域)

と言う事等から

>少なくとも燃費は倍になるかも
は、実用車としては大いに疑問、ですねぇ残念ですけど。(可能性が在るならSAEなりASMEなりCIMACで既に研究発表されてるだろう、と)

>シリンダーやシリンダーライナー
>フッ化水素混合のセラミックを使用
>熱エネルギー変換効率は上がるんじゃないか
これも、間に在る筈の「何で何して」の部分が脱落 or すっ飛んでませんか?

>かつていすゞと京セラが共同研究
>セラミックエンジンの延長線上の浅い考えですが)。
これは、識者がぶった切って終わってますねぇ、ニセラミックって。d(^^;)

米の軍隊の研究で、戦車のラジエーターは赤外線照準での弱点に成る、という観点から、無冷却化出来ないかという研究が始まる。
んじゃ断熱したら? って事で断熱材としてのセラミック利用の研究が進む。
で、リショルムコンプレッサー
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AA%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%AB%E3%83%A0%E3%83%BB%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%97%E3%83%AC%E3%83%83%E3%82%B5

を逆用してディスプレーサー：クランク軸に直接トルクを回収する膨張機、という所迄進んだ所で頓挫してる様です。
曰く、鈍く赤熱するセラミックの捻りん棒が万という高速回転する、無潤滑で。。。d(^^;)

所がこの案が日本に入った時に何故か、セラミックによる断熱、からモノリスのセラミック、セラミックで主構造材を作る、に話が摩り替わった。
で、断熱エンジンの発案者が来日して、東京モーターショーでニセラミックエンジンの展示を見て、解説を受けて、その同行した解説者
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%BC%E5%9D%82%E5%BC%98

を「何て事するんだ!」と突き飛ばした、ってな笑い話が残ってる位なのでした。(by 人気コラムだったモーターファン誌の「究極のエンジンを求めて」より)

構造材をセラミック化したとしても、無冷却で高温化した燃焼室壁から熱が出て来ます。
これで吸入新気は加熱され、例え過給圧が上がったとしても、大事な充填効率が上がらなく成る。し、吸気昇温でNOx生成排出量も増えちゃう。
加えて、構造材を引っ張り応力が掛からない形に変えねばいけない。大仕事ですよコレ。
だから「白いエンジン」は段々、日本でも忘れ去られて、断熱エンジンの方へ研究がシフトして行く。が、、、
大型車ディーゼルの雄：日野が、この断熱層の厚みを変えて試験した所、薄くする程良い結果に成ったと発表する。。。

発泡セラミックをピストン頭頂部に焼き付ける。と、その層の厚みを薄くする程、つまり裏面から油jetで冷やす程にパワーが出た。つまりやるだけ無駄。d(^^;)
だし、発泡セラミックと言う事は、熱膨張の繰り返しでポロポロ崩れる様に壊れる。
なので熱膨張係数が近い母材として、鋳鉄の組立式ピストン(薄肉鋳造部品を拡散接合する)の研究が進んだ訳ですが、高温強度が高い分、アルミより薄肉に出来、薄く軽く出来た。ので良く冷えるし、何よりトップランド高が低く作れた。
大型ディーゼルだと1番リングとピストン頭頂部の間の隙間に入った空気の量が無視し得なかった位に大きかったので、ここを短縮・縮少出来た、という大きな成果を挙げたのだそうです。(裏ドラ)

「青棒」の粉を練って塗って焼き上げてクロミア、という比較的簡易な手法でもセラミック層を作れた。のに、その出番は無かった、4輪規模では。(もっと大きいのだとhttps://www.jstage.jst.go.jp/article/jime1966/33/12/33_12_868/_pdf という成果に繋がっているが)

と言う事で、挙げられた理由については、全て一応の結論が付いてしまっている昨今、と言う事に成るんじゃないでしょうか。d(^_^;)
で、、、
待望されているのが、上記故 兼坂弘 氏が打ち立てた特許：兼坂式ミラーシステムによるアトキンソンサイクル機関、じゃ長ったらしいから略してK-ミラーサイクルエンジンの特許、です。
骨子は
・理想の高膨張比14の設定
・吸気弁閉じ時期連続可変機構での過給圧と出力の制御
・内部圧縮を持つ事で高効率な機械式過給機の装備
の3点で、相補の関係を持つ為に、どれか1つ欠けてもいけません。新技術を3つ一緒にやらなきゃいけない。逆に言うと、相補の斬新さが認められたので特許に成った、と言えましょうか。
アイドル回転から大気圧の2倍という高過給圧を常用し、排気量を半分に縮減すると言う大胆なダウンサイジングを行う。
「倍で半分」

今なら、これにHybridを加えるのが吉。ですね。

長く成りましたので、一先ず筆を置きます。けど、色々お有りに成るでしょうから補足なさって下さいな。d(^^;)

P.S. 一応追記しておきますと、掃気工程

>掃気(シリンダー内を圧縮した空気で清掃)
を新たに挟むと成ると、排気には余剰酸素が混じる事に成ります。と、ディーゼルと同じ事に成っちゃう。つまり、折角完成の域に在る三元触媒での排ガス浄化、を捨てちゃって面倒を抱え込む事に成る訳です。(これが在るから、ガソリンじゃ筒内直噴はやっても拡散燃焼は使わないのに)
さて、どうしましょ? d(^^;)