よくわかる自動車技術:第2号 ミラーサイクルのリ・ク・ツ バルブを開きっぱなしにしてせっかく吸った空気を戻してしまう?──ミラーサイクル
- 2018/06/10
- Motor Fan illustrated編集部
![](/images/articles/10004486/big_main10004486_20180610101800000000.jpg)
「アトキンソン」なのか「ミラー」なのかという名前にまつわるカンカンガクガクは、メーカーにお任せするとして、ここでは「ミラーサイクル(パイオニアであるマツダに敬意を表して)」とは何なのか、どうやって動くのかについて解説してみようと思う。
TEXT:三浦祥兒(MIURA Shoji)
リクツは簡単である。圧縮行程より膨張行程を大きく(長く)採って、同じガソリンの熱量からより多く運動エネルギーを得ようということ。それを「真性」アトキンソンでは機械的に行い、ミラーではバルブタイミング制御で行う、という違いがあるだけだ。
とはいえ、実際のカラクリはかなり違う。アトキンソンでは「圧縮」行程と「膨張」行程が異なるのに対し、ミラーでは「吸気」行程と「膨張」行程が異なる。端的に言えば膨張量は同じでも吸入空気量を減らしているのだ。アトキンソンでは吸入空気量は変わらない。
![](/images/articles/10004486/big_394975_201806101002270000001.jpg)
読者諸兄がバルブタイミングの基本を御存知という前提でハナシを進めよう。
細かい事を無視すれば、4ストロークエンジンの吸気バルブはピストンが上死点に至り吸気行程が始まると開き始め、ピストンが下がりきると閉じる。するとピストンは圧縮行程に入って上昇し、上死点で点火、熱エネルギーで膨張して再び下降し、下死点に至ると排気バルブが開いてまた上昇、排気行程に移る。
ミラーサイクルでは吸気行程が終わって圧縮行程に入ってもまだ、吸気バルブは開いたままだ。吸気には慣性があるので、吸入効率を高めるため普通のエンジンでも下死点でいきなり閉じることはないのだが、ミラーはそんなものではない。圧縮行程が半分過ぎてもまだ開けっ放し。エンジンによって異なるけれど、クランク角で110度あたりまで吸気バルブが開いている。
これが何を意味するか、と言うと、要は実質的な圧縮行程を短くしているということ。圧縮行程後の膨張行程はバルブが必ず閉じているし、機械的なストローク量は変わらないから一定。つまり圧縮行程<膨張行程なのだ。
![](/images/articles/10004486/big_394977_201806101018010000001.png)
おさらいすると、アトキンソンもミラーも圧縮行程<膨張行程であることは同じだけれど、アトキンソンではそれを膨張行程の絶対量を増やしてやっているのに対し、ミラーでは圧縮行程の絶対量を減らして成立させているということになる。
圧縮行程<膨張行程によって熱効率は上がるとは言え、両者には決定的な差がある。ミラーは吸気バルブを圧縮行程でも長く開いているので、吸気行程で取り入れた空気を押し戻してしまい、吸入空気量が通常のエンジンより少ない。つまり排気量が少ない事と同義となり、熱効率は上がるけれど出力は減ってしまうのだ。比数と実数のマジックである。
じゃあ、なぜこんなことをするのか。
実を言うと、ミラーサイクルエンジンといえど、常時こんな運転をするわけではない。例えば高速道路を法定速度内で巡航している時、最高出力が数百馬力あっても使うのはせいぜい50馬力だから、別に出力が多少足りなくても問題ない。そこでミラーサイクルを使い熱効率=燃費を稼ぐ。発進加速時に出力が必要な時には、吸気バルブをもっと早く閉めて吸入空気量を稼ぐ。
自動車のエンジンは負荷変動がやたらと大きい使われ方なので、負荷に合わせてエンジンの運転方法を変えましょう、その方が結果的に燃費が良くなります―――それがミラーサイクルの実態なのだ。
![](/images/articles/10004486/big_394979_201806101009150000001.jpg)
トヨタがTHSハイブリッドシステムでミラーサイクルを採用したのは、高負荷時にモーターを使うという前提条件があったから。馬力が要るときはモーターに加担させて総出力を稼ぎ、エンジンにはなるべく無理をさせず効率優先で使うからこそ、ミラーサイクルの利点が目立つということなのである。
出力を出さなければならない状況で、モーターではなく過給機を使うという手もある。VW・アウディお得意のミラー過給というヤツだ。ミラー過給の場合には吸気バルブを長い時間開く「遅閉じ」ではなく「早閉じ」にするのが通例(詳細は機会があれば解説します)。吸入空気量が少なくてよいのならば、排気量も気筒数も減らしてしまって、イザという時にはターボでバキューン!……というのがダウンサイジング・ターボ。モーターは高回転・高出力が弱点だから、ドイツをはじめとする欧州勢はモーターよりターボで何とかしようとした理由の一部が、これで少しは理解できると思う。
次回はモーターもターボも使わず、自然吸気ミラーサイクル一本で何とかしようとしたマツダのSKYACTIV-Gエンジンについてお話しします。
|
|
![](/images/articles/10004486/big_main10004486_20180610101800000000.jpg)
自動車業界の最新情報をお届けします!
Follow @MotorFanwebおすすめのバックナンバー
自動車業界 特選求人情報|Motor-FanTechキャリア
「自動車業界を支える”エンジニアリング“ 、”テクノロジー”情報をお届けするモーターファンテックの厳選転職情報特集ページ
東証プライム上場、軽自動車に強みを持つ日系完成車メーカー
設計・開発、要素技術開発<四輪車用エンジン艤装部品>
年収
400万円〜750万円
勤務地 静岡県浜松市在宅勤務:業務によって調整可
この求人を詳しく見る
技術者の派遣などを手がける日系アウトソーシング企業
生産技術業務<エンジンアルミ部品>
年収
300万円〜750万円
勤務地 三重県津市三重県津市に配属予定です※当...
この求人を詳しく見る
「自動車業界を支える”エンジニアリング“ 、”テクノロジー”情報をお届けするモーターファンテックの厳選転職情報特集ページ
![motorfuntech](../img/recruit/lead_img.png?v2)
東証プライム上場、軽自動車に強みを持つ日系完成車メーカー 設計・開発、要素技術開発<四輪車用エンジン艤装部品>
年収 | 400万円〜750万円 |
---|---|
勤務地 | 静岡県浜松市在宅勤務:業務によって調整可 |
技術者の派遣などを手がける日系アウトソーシング企業 生産技術業務<エンジンアルミ部品>
年収 | 300万円〜750万円 |
---|---|
勤務地 | 三重県津市三重県津市に配属予定です※当... |
これが本当の実燃費だ!ステージごとにみっちり計測してみました。
日産キックス600km試乗インプレ:80km/h以上の速度域では燃費が劇...
BMW320d ディーゼルの真骨頂! 1000km一気に走破 東京〜山形往復...
![](/images/articles/10018327/thumb_main10018327_20210220164020000000.jpeg)
日産ノート | カッコイイだけじゃない! 燃費も走りも格段に洗練...
渋滞もなんのその! スイスポの本気度はサンデードライブでこそ光...
PHEVとディーゼルで燃費はどう違う? プジョー3008HYBRID4とリフ...
スズキ・ジムニーとジムニーシエラでダート走行の燃費を計ってみた...
会員必読記事|MotorFan Tech 厳選コンテンツ
![](/images/articles/10005253/thumb_main10005253_20180820104824000000.png)
フェアレディZ432の真実 名車再考 日産フェアレディZ432 Chapter2...
![](/images/articles/10014432/thumb_main10014432_20200425150303000000.jpg)
マツダ ロータリーエンジン 13B-RENESISに至る技術課題と改善手法...
![](/images/articles/10010622/thumb_main10010622_20190715003443000000.jpg)
マツダSKYACTIV-X:常識破りのブレークスルー。ガソリンエンジン...
![](/images/articles/10014459/thumb_main10014459_20200419103903000000.jpg)
ターボエンジンに過給ラグが生じるわけ——普段は自然吸気状態
![](/images/articles/10013719/thumb_main10013719_20200224074110000000.jpg)
林義正先生、「トルクと馬力」って何が違うんですか、教えてくだ...
![](/images/articles/10010811/thumb_main10010811_20190726225312000000.jpg)
マツダ×トヨタのSKYACTIV-HYBRIDとはどのようなパワートレインだ...
3分でわかる! クルマとバイクのテクノロジー超簡単解説
![](/images/articles/10011726/thumb_main10011726_20191001142631000000.jpg)
3分でわかる! スーパーカブのエンジンが壊れない理由……のひとつ...
![](/images/articles/10012448/thumb_main10012448_20191118165114000000.jpg)
3分でわかる! マツダのSKYACTIV-X(スカイアクティブ-X)ってな...
![](/images/articles/10011080/thumb_main10011080_20190820155730000000.jpeg)
スーパーカブとクロスカブの運転が楽しいのは自動遠心クラッチ付...
![](/images/articles/10010542/thumb_main10010542_20190709142809000000.jpg)
ホンダCB1100の並列4気筒にはなぜV8のようなドロドロ感があるのか...
![](/images/articles/10010216/thumb_main10010216_20190620151419000000.jpg)
ホンダ・シビック タイプRの謎、4気筒なのになぜマフラーが3本?
![](/images/articles/10013378/thumb_main10013378_20200124151413000000.jpg)