内燃機関超基礎講座 | 4ストあれこれ。オットーにディーゼルにミラーに……ほかに何がある？

2021/02/13
Motor Fan illustrated編集部

Atkinson Gas Engine as shown in US Patent 367496（FIGURE：Wikipedia）

最も一般的で基本的な4ストローク火花点火機関。圧縮比と膨張比が同一となっているために、熱効率を向上させるべく膨張比を大きくしようとすると、圧縮比も高くせざるを得ないというジレンマを持つ。高い圧縮比はノッキングにつながると同時にポンプ損失の増大も招くため、その設定が重要なポイントとなる。

あらかじめ燃料を混ぜた予混合状態の空気を圧縮するガソリンエンジンに対し、空気のみを圧縮し、そこで発生する熱を利用して筒内に噴射した燃料に点火するディーゼルエンジン。熱が充分に上昇する上死点付近で燃料を噴射すると同時に燃焼が始まり、筒内圧を一定に保ちながらピストンが降下していく。

乗用車などに用いられる高速ディーゼル機関の状態。極めて短い時間のなかで燃料を燃焼させるため、上死点前から燃料を噴射、点火することにより、点火から上死点まではオットーサイクルと同様の等容加熱状態となる。上死点以降は一般的なディーゼルと同様で、定圧加熱状態を経たのちに断熱膨張へと移行する。

圧縮側と膨張側で異なったストロークを持つ。膨張側の長いストロークによりオットーサイクルでは回収不能な領域までエネルギーを回収し続けるため、オットーサイクルのそれと比べるとPV線図の“裾野”が右側に向って細く長く伸びている点が特徴だ。膨張行程の線の高さが大気圧近くまで下がっている点にも注目。

吸気バルブを閉じるタイミングによって圧縮時の有効ストロークを短縮、実圧縮比を低くすることで高膨張比とのバランスを取るという手法。吸気バルブを早く閉じるものと遅く閉じるものがあり、その効果はほぼ同じだが、PV線図では上記のような違いとなって現れる。自動車用ではこの手法がアトキンソンサイクルとして使われている。

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