ディゼルは高圧縮でトルクが大きいですが、何故ガソリンで高圧縮出来ないのですか？

Question

ガソリンでも高圧縮出来ればもっと性能の良いエンジンが出来ると思うのですが。

今よりもハイオクであれば高圧縮できる筈です。なぜ高圧縮エンジンが無いのか？

Answer 1

ttttffff26さんへ

>何故ガソリンで高圧縮出来ないのですか？
それは、混合気を吸入して圧縮する、予混合燃焼を行う為に、圧縮による昇温で制御しない燃焼が始まってしまうと、その衝撃で壊れる恐れが在るから、です。
制御した燃焼で、素早く綺麗に燃やす。そこが極意です。d(^^;)

>ガソリンでも
>高圧縮出来ればもっと性能の良いエンジンが出来ると思うのですが。
圧縮しなければいけないんでしょうか? (^^;)
蒸気機関車で一大勢力を築き上げた蒸気機関では、ピストンとシリンダーでは圧縮していませんが、立派に仕事をしていましたよね。d(^_^)
内燃機関では何故圧縮するのか? 何故圧縮しなければならないのか?
そこを考える事が大事だと思います。そもそも、圧縮はエネルギーが要る無駄仕事ですしね。

>今よりもハイオクであれば
>高圧縮できる筈です。
>なぜ高圧縮エンジンが無いのか？
その改良をやり続けて、そして燃焼室のデザインの方でも工夫をし続けて(メカニカルオクタン価という用語も在る)、今のエンジンが在るのです。
その昔は圧縮比が5〜6程度しか取れなくて、そんな状況の中でスキッシュエリアとそこからの噴流で急速燃焼させる事で、圧縮比を一気に1以上上げる事に成功した事で「サー」の称号を貰った、リカードさんという方が居られます。
今でも世界に名立たる「リカード研究所」に、その名を残しています。d(^^)

そして・・・
自己不正着火でエンジンが壊れてしまうなら、圧縮比は上げず、膨張比だけ上げよう、という考え方も在ります。
そもそも、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、ですよね。ならば、幾ら膨張させるのが良いのか? が大事なテーマです。圧縮比では無いのです。d(^^)
昔から識者が目算を付け、近年では計算もされる様に成った、最適な膨張比。大体14位が理想で、それより高いと却って摩擦損が嵩んで来るので、熱効率は悪化して行く事が解って来ました。
でも、圧縮比が14では
・圧縮上死点温度が高過ぎて自己不正着火で壊れるガソリン
・圧縮上死点温度が低過ぎて冷間始動や低負荷時の綺麗な燃焼が得られないディーゼル
と、どちらも簡単には達成出来ないままの日々が続いて来たのです。
その中からマツダはSKYACTIVEコンセプトで、ガソリン・ディーゼル共に圧縮(膨張)比14のエンジンを発売して来ました。
今、世界中がこれを追い掛けている状態です。し、富士山には登山道が幾つも在る様に、「私はこっちから」とばかりに違ったアプローチを取ったりしている状態なのです。
究極は、
・理想の高膨張比14を達成
・スロットルバルブを廃止して、吸気弁閉じ時期を連続可変する機構に代替し、出力と過給圧を一緒に制御する様にする。
・内部圧縮を持つ事で高効率な機械式過給器を併用
の3点を同時に、全て採用したガソリンエンジンで、何れはこの構造(方式)に収斂されて行く途中が”今”なのです。

ちょっと余談ですが、ノッキングのメカニズムについて一言。
圧縮して、点火プラグで点火する。と、そこから着火して燃え広がって行くのですが、「燃え広がる」だけに、周辺部の未燃の混合気は、先に燃えて膨張した(排)ガスで圧縮される事に成ります。から昇温する。
これで一気に、多点で着火するので、瞬間的に圧力が上がって、エンジンに衝撃を与えてしまう。
加えて、この衝撃波が境界層を吹き飛ばしてしまう or 突き破ってしまうので、燃焼室壁が超高温ガスに直接晒され、熱的にも非常に厳しい事に成ってしまうのです。
たった150℃からもう強度が下がり始めてしまうアルミが、どうして2千℃にも成ろうかと言うガスを遮蔽出来るのか。
それは、表面に境界層と言う空気(ガス)の層が存在して、直接高温と触れる事を遮ってくれるから。
だから、自己不正着火が性能の壁・限界に成る訳です。し、どうやってその限界を押し広げられるか、という工夫が続くのです。
Turbo過給を活かす為に、低圧縮比化しましたよね?
圧縮比を下げても、過給圧が掛かって充填効率が上がるなら、トルクもパワーも出て来る。が、大事な膨張比も一緒に下げてしまったのでは、膨張し切らず高温なままの排気がポートを通過するので、エンジンがチンチンに熱く成ってしまう。から過濃混合気で内側から冷やしたが為に、出力はUpしても燃費が激悪に成った、と悪評が根付いてしまったのです。
それは未完成な技術だったから。過給をギンギンに効かせても燃料冷却せずに済ませるには?
それには、圧縮比は下げても膨張比は高く保って、常に大きく膨張させる事が大事なのです。

で、コレですね。

>ディゼルは高圧縮でトルクが大きいですが、
これって本当ですか?
仏ルクレール戦車に積まれているハイパーバーディーゼルは自然吸気の4倍出力を達成した高出力ディーゼルですが、圧縮比はたった7.6しか有りません。加えて、ディーゼルなのに燃費極悪。d(^o^;)
これが為に、自衛隊は90式戦車開発の際に採用を検討し、諦めたんだとか。。。
以前にこんなやり取りもしてますので、ご一読頂ければ幸いです。
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1398028473
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1398028473

質問者からのお礼コメント

素人の私が考えるより大學出の膨大な開発費用を掛けている人たちの方が数千倍先を行っているので一々私が言う事は無いですね。しかしピストンエンジンと言う基本形は未だに変化無く開発されてますね。

この先電気自動車が主力になり自動車も電化製品になるのでしょうか？

圧縮も単に圧縮すれば良いものではないと言うのがよくわかりましたありがとうございます　(^^)/

Answer 2

MAZDAのことを知らないのか。

SKYACTIV-G というのが高圧縮ガソリンエンジンのことなのだけど。

量産ガソリンエンジンとしては世界一の圧縮比14.0を実現し、燃費、トルク共に従来比で15%向上している。

SKYACTIV-Dはディーゼルの方ね。
低圧縮率を誇るエンジンだわ。

別に、ディーゼルで有名なメーカーじゃないのですよ。
MAZDAって。

Answer 3

大昔の考え方から脱皮出来ないトンカチ頭だから・・
昔の大工さんは金槌で釘を打っていましたが、今では空気で打ちます。

スプリット・サイクル・エンジン(カルメロ・スクデリ・・・エンジンが在る)
スクデリ氏はナサの宇宙服を開発した人で、船外活動をする際・宇宙服に空気を送りますが地上で使うコンプレッサーでは、宇宙空間ではオイルがオイルパンに溜まらないで浮遊してしまうのと、オイル分を含んだ空気は人体に良くないので現在大工さん等が使用するオイルレス・コンプレッサーを開発した先駆けの人です。

コンプレッサーは燃料と点火をすればエンジンと同じ様な物で、発想の転換からスプリット・サイクル・エンジンに至った様です。私もこのエンジンはスクデリ氏よりも前から開発製作していますが、私の場合はR/Eからの発想の転換です。

オットー・サイクルの最大の欠点は、密閉された燃焼室を押し縮めて行くので非常に無駄なポンピング・ロスに成りますが、URL右図の様にクランク・メーンジャーナル&ピンジャーナル&ピストン・ピンの成す角度が90°の時に、最大燃焼圧が掛る様にすると、圧縮行程でも隣りシリンダーのピストン頭部を押す事になるので、圧縮によるマイナス・トルクでは無い駆動輪作動トルクに変換出来、高圧縮に於いてもノッキングは起きないのです。

オットーの場合は押し縮めたら、直ぐに点火しないとピストンは下降してしまうので、力を加えても直立の棒を叩き折るのと同じ様に有効トルクは発生しません。

http://photozou.jp/photo/show/3062269/228334120

Answer 4

圧縮比を上げれば、当然燃焼室の温度が上がります。温度が上がると、金属が脆くなり、異常摩耗やクラックの要因になります。
なら、高い材料を使用すればよいのではと言う話になりますが、それではレーシングカーを作る考えと同じです。
一般車には、それ相当のクオリティーで十分です。

Answer 5

圧縮比を上げると馬力があがるという
ひとがいますが、ちゃんと設計されてるエンジンだと
低、中速トルクはあがりますが、高回転がまわらなくなります。

なぜ圧縮比が上げられないか？
ノッキングなどがおこるのを除くと
エンジンの設計が悪いからです。
９０年代くらいにすでにバイクでは圧縮比が１２を超える
のがあって、今では１３くらいのもあります。

９２年にホンダのＦ１が公開したエンジンの圧縮比が
１２．９でした。

レース用のガソリンがありますが、それを使うと約１割
圧縮比が上げられれるので圧縮比が１４というエンジンも
あります。

なんで高圧縮のエンジンがないのか？（あるけど）
というと、エンジンの設計が悪い
燃焼室の形が悪い、混合気が燃える燃焼速度が上げられない
吸気排気バルブのはさみ角、冷却（ヒートスポット＝熱いとこがある）などに
問題があるからでしょう。

Answer 6

レースエンジンで圧縮比１６とか有ったよ
吸気制限でね
吸い込めないのね

Answer 7

できるできないでいえば、問題はあるけどやればできる。
なぜ無いのかでいえば、効率の問題と最初に結論を出しておきます。


ディーゼルエンジンのほうが圧縮率が大きいのと、ガソリンエンジンで圧縮比が上げられない理由は、燃料の特性と構造にあります。

ガソリンエンジンの場合、混合気を入れてから圧縮し、最大圧縮で点火して爆発膨張を利用してピストンを下げます。
最初から混合気が入っているため、圧縮比を高くし過ぎると圧縮熱で誤爆を起こしてしまい、ノッキングが発生します。
そのため、圧縮比をある程度以上にはできません。

ディーゼルエンジンは、空気を入れてから圧縮し、膨張するタイミングで燃料を噴射して自然着火させます。
そのため、自然着火するレベルまで圧縮比を高める必要があります。

方式の違いの理由は、着火温度の違いや爆発時の圧力や熱量差によるものとなります。

ガソリンでオクタン値を上げて高圧縮方式とした場合、トルクは上がりますがその圧力や熱量にエンジンが堪えられないという問題が出ます。
そのためにエンジンをより頑丈に、大きく重くして…となるのは本末転倒というものでしょう。
また、ディーゼルエンジンと同じ方式にするとやはり熱量圧力等の問題が出て、それを噴射量で解決しようとした場合軽油のほうが効率が良くなってしまいます。


結果、ガソリンエンジンは現在のものが効率がほぼ最高となり、高圧縮のものは作られてないという現状となります。
作れば作ることはできるけど、研究や実験レベルであり現在の製品群に加えられるものではないということです。

Answer 8

日本の法律規制があるからです。

排気ガス濃度や騒音などなど・・・