ロータリーエンジンは高温、低圧縮、燃費の悪さが長年の欠点になっています。 では、直列エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向エンジンには未だ解決できない問題はあるのでしょうか？

Answer 1

REは合計7基（12型4基、13型3基）乗り潰しましたが、ここでは書き切らないぐらいの問題が多く存在します。 それでもファミリアREのあのエクゾーストノートは痺れます。

燃費が悪いのは当たり前で、RE車に乗るのはそれを承知でないとREに乗るなとなります。

ハウジングのシールが直ぐ悪化する、冷却水がシリンダーに漏れ込んで猛烈な白煙を出す。


圧縮率の問題はローターの形状とハウジングの形状で一義的に決まります、昔全ての形状の組み合わせと圧縮率の対比が科学朝日に掲載されたことがあります。 ご興味があれば国会図書館でお調べください。

高温は燃費が悪いのと相俟って解決しなければならない問題の一つですが、こういうエンジンなのだと割り切って乗っていました。

何れにしても通常の燃焼サイクルではエネルギー効率を100パーセントに近付けるのは物理理論的にできません、これはどのような形式でも同じです。

質問者からのお礼コメント

詳しいご回答ありがとうございました。

Answer 2

eig********さんへ

エンジンについては、量産化出来ていない課題が一杯在りますヨ、山の様に。d(^^;)

ガソリン：
やっと一部で登場していますが、未だ未だ主流に成り得ていないのが、スロットルバルブの廃止。
これが出来ると、実走時間の大半を占める部分負荷領域において、ディーゼルに負ける最大の要因を無くせた事に成ります。
特に、ノンスロットリングと過給を併用、ですね。

次。
1つ目とも関連するのですが、ウェイストゲートバルブやプレッシャーリリーフバルブを使わない過給。
折角の圧力を捨てたり逃がしたりしている内は、それ以上に効率をUp出来ません。有効に使い切らねば。

そして最後に、理想の高膨張比14と過給を一緒に実現する事、でしょうか。

過給を掛けるに当たっては、圧縮比は状況に応じて連続的に下げて行きたい。圧縮自体は無駄仕事ですから。
しかし、膨張比は高く維持したままにしたい。大きく膨張すればする程、排気の温度が下がってエンジンが受け取る熱が減りますから、過濃混合気や気化潜熱に拠る「燃料冷却」をやる必要が無く成ります。
高膨張比サイクル化して過給すると、
過給 = 燃費激悪
と間違った形で根付いてしまった定評を打ち破れるのです。
だから、、、
・理想の高膨張比14を達成
・吸気弁閉じ時期連続可変機構によって出力と過給圧を制御する様にし、スロットルバルブを廃止
・アイドル回転から大気圧の2倍という高過給圧を常用出来る、内部圧縮を持つ事で高効率な機械式過給機の装着
というガソリンエンジンが「待望」されているのでした。(未だ実現は遠そう)
特許の発案者はこのお方(-人-)
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%BC%E5%9D%82%E5%BC%98


・・・というエンジンが実現出来たとします。それで終わりか?
未だ在るんですねえ。d(^^;)
現在、4弁ペントルーフ中心1点点火、が一つの究極の燃焼室形状だという所迄来ました。でも、これに改善すべき課題は無いのか? 本当にこのままで良いのか?

* * *

燃焼速度、火焔伝搬についてが、問題だと考えられています。
ピストンの行程位置、つまりクランク軸角度と燃焼室内圧力で描いたグラフを「指圧線図」と呼びますが、そこに示される、点火してから燃焼圧が上がる迄の傾きの部分が、「時間損」と呼ばれます。
神の作りたもうたエンジンなら、一瞬にして燃え広がって圧上昇も一瞬で済む、、、筈。
でも現実は、火焔伝搬が100m/sに迫ろうかという、爆発(科学的には爆轟)には程遠い速度しか達成出来ていない。これをもっと速められないか? 「ノッキング限界の天井」と言う制約を、もっと拡げる事は出来ないか?
という考えで、「んじゃ燃え広がって行く先の、周辺部から燃やしたら」というエンジン、ヘッドガスケット中に6個もの点火プラグを入れたエンジンが、マツダでトライされた事が在ります。
結果は「あんまり良く無かった、燃え広がる内に冷えちゃって」との事。d(^^;)
じゃあ、、、ボア半径の半分位の円周上にズラッと並べたらどうだろう。内外等距離燃え広がれば丁度良いんじゃ・・・と考える訳ですが、ここには既に、吸排気バルブが位置しちゃってます。
実現性無しか?

なら、4弁では無く頭頂部1弁配置にしたらどうか? バルブ開口面積ももっとデカく取れるだろうし・・・。
現実に1弁配置は
http://www.khi.co.jp/knews/backnumber/bn_2006/pdf/news141_02.pdf
http://www.ihi.co.jp/du/topics/document/oounabara.pdf

の様に、輝かしい歴史を積み重ねていたりします。が、4stだとポートの中で、吸排気を切り替える機構が、全く新たに要る。。。

でも、船舶の主機では、それも既に実現していたりする。(三井造船の傘下のADDにて)
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jime1966/33/12/33_12_868/_pdf

国策として政府が開発資金を援助してたりする訳ですが、ここで得られた知見(クロミアモリブデンのコーティング等)と共に、どの様な技術的広がりに発展させられるか、が肝に成って来るんじゃないかと思うのでした。


ディーゼル：
上記でも一部言及・引用した様な技術が既に判っているので、マツダ：Skyactiv-Dだけが達成出来ている、理想の低圧縮比14化を他社が追随出来るか、が最大の物でしょう。
そしてマツダSkyactiv-Dの2.2L版にしても、最新の直列型シーケンシャルTurboをもってしても過給圧を得られない運転領域、低回転低負荷時でも、過給圧を発生させて排ガス浄化に繋げて行くか、という課題には、内部圧縮を持つ事で高効率な機械式過給機の装備を第一とする、ハイブリッド過給化が、一つの目標に成るでしょう。
そこから先は、、、どう成るんでしょうねぇ? f(^^;)

ADDの資料にも
>なお、噴射圧力の上昇に伴い燃焼サイクルの熱効率は改善されるが、
>燃料ポンプ動力が増えるために
>燃費は必ずしも改善されない。
と記述されていた通りで、これ以上無闇に噴射圧を上げる訳にも行きませんし。。。(飽く迄も利害得失を天秤に掛けて判断される)


長く成りましたが、今回はこの辺で。
何か有りましたら補足なさって下さいな。

Answer 3

未だ解決できない問題はあるのでしょうか？ ・燃焼室の改善

Answer 4

これからは熱効率勝負ですかね
ディーゼルを追い越すほどの高効率を狙う

Answer 5

REには色々なタイプが在ります・・
私も個人的に独自の発想のREの開発と製作をしています。

造る以上は特許の申請をと思い、凡ゆる文献を調べると人の考える事は皆同じで、もう大昔に製作されています。バンケルのREとは違い完全に機密を保てる構造で、オイル潤滑も通常のレシプロと同じ様に出来る物です。

http://photozou.jp/photo/photo_only/3062269/257462466

http://photozou.jp/photo/show/3062269/257463300

REの最大の欠点は、どの様なタイプの物でも摺動抵抗距離の長い事です。マッダの物はレシプロの4,5倍以上の距離が有るので、高回転させる事は出来ません・・エピトロコイド曲線を得る為に3倍速で出力シャフトを回すので、当然発生トルクは1/3に成り、最高回転数に近い6,000rpmでもレシプロのピストンに相当するローターは2,000rpmしか回っていません・・と言うよりも物理的に高回転させる事は出来ないので、出力＝トルク×回転数式が成り立たない機構なので非常に効率が悪いのです。

通常レシプロのオットー・サイクルはURL図のL側の様に、圧縮した以上は点火させますが、クランクのメーンジャーナル&ピンジャーナル&ピストンピンの成す角度は粗一直線状で、有効なトルクを発生出来る体制では有りません、ノッキングが起きても不思議では無いのです。

R図の様にスプリットサイクルにすると、最大のトルク発生点に於いて最大の燃焼圧力が加えられる点でのIGタイミングの設定が出来るので、非常に効率が上がります。直列V型水平等は関係無く古過ぎる機構を何時迄も使用しているから、効率が悪いだけの事です。

http://photozou.jp/photo/show/3062269/257463135

Answer 6

ガソリンエンジンで解決出来ていない問題は、ノッキングと圧縮比とポンピングロスと熱損失ですね。

ディーゼルエンジンで解決出来ていない問題は、均質燃焼と熱損失ですね。

ガソリンエンジンのノッキングと圧縮比とポンピングロスは、マツダが来年春にアクセラに搭載するＳＫＹ－Ｘエンジンで、ほぼ解消出来ます。
圧縮比を理想に近い１６まで上げ、ポンピングロスの生じない希薄燃焼でノッキングしない圧縮自己着火を実現します。

ディーゼルエンジンの均質燃焼は、２０２０年にマツダのＳＫＹ－Ｄ ＧＥＮ２で実現見込みで、予混合と超微細噴射でススＰＭを出さない均質燃焼で、窒素酸化物ＮＯＸの少ない低温燃焼を実現して来ると予想されます。

最後に残る熱損失は、マツダやトヨタが燃焼室に極薄い断熱膜を作り、燃焼時には断熱で熱が逃げず、膨張、排気工程では徐々に冷却が進んで、吸気時には冷たい吸気を吸い込める方式を研究中です。

トヨタはディーゼルエンジンのピストンの一部に採用を開始しており、マツダも２０２１年以降のＳＫＹ－ＧＥＮ３エンジンでの実用化を目指しています。

これらにより、エンジンの熱効率は現在の４０％から５０％以上に良くなる見込みです。