アトキンソンサイクルまとめ

車の初心者です。
ハイブリッドカーのエンジンについての質問です。
ハイブリッドカー(ここではプリウスやアクアなどを指します)には、アトキンソンサイクルと呼ばれる方式のエンジンをモーターと組み合わせているようですが、このアトキンソンサイクルのエンジンは、本来のエンジン(オットーサイクル)よりも出力が劣るようです。
プリウスは1800ccですが、出力99ps、トルク14.5kg-mと、1500cc相当の力しかないようですね(その代わり燃費もいい)。
そこで質問なのですが。
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1500cc相当の力しかないのであれば、なぜ最初から1500ccのオットーサイクルのエンジンにしないのでしょうか？ 同じ4気筒で300ccの排気量差であれば、滑らかさ等に差は生じず、パワーとトルクのみの差だと思います。
1800ccにしたところで税金が高くなるだけで恩恵はほとんどないと思われるのですが、1500ccのオットーサイクルエンジンにせず、アトキンソンサイクルの1800ccのエンジンを組み合わせているのは何故か理由があるのでしょうか？ 車の初心者故、わけのわからない質問で申し訳ありませんが、よろしくお願いします。

アトキンソンサイクル に関する質問

１５００ｃｃでは燃費が悪いからです。
１５００ｃｃのオットーサイクルエンジンの熱効率は精々３０％です。
プリウス２代目のアトキンソンエンジンは熱効率３５％程度ですが、非力過ぎて高速道路での走りは悲惨でした。
３代目は、１８００ｃｃにして、熱効率３８％程度で燃費も良く、高速道路でも割合まともな走りが出来るようになりました。
以下、２代目、３代目の燃料消費量の比較です。
燃費の目玉を外すと悲惨です。
http://prius-pt.com/cafe/cfs-filesystemfile.ashx/__key/CommunityServer.Discussions.Components.Files/74/0880.bsfc.png

アトキンソンサイクルエンジンの意味を教えて下さい。
ググってもウィキペディア見てもイマイチ分かりませんでした。
仕組みとかも知りたいし、搭載車種も知りたいです。
子供に教えるよ うに優しいく教えて下さい。

アトキンソンサイクル に関する質問

nin_niku_max_kun2さんへ 正調のアトキンソンサイクルエンジンは、 http://www.honda.co.jp/tech/power/exlink/ くらいの物でしょう。
この複雑な構造が災いして、アトキンソンさんが134年前に発明した後、高回転化で高出力化 → 熱効率が劇的に向上、というオットーサイクルが作り出して行く時流に乗れず、廃れてしまったのです。
(複雑だと作るのが高価な上に、精度を上げて高回転化するのも難しい) 65年後。
北米でガスエンジン発電機を作るノルドバーグの技術者だったミラーさんが、負荷急変に際して、スロットルバルブ以外で出力を制御する手法として、吸気弁の閉じ時期を変える事を思い付きます。
充填効率が最大に成るバルブタイミングよりも吸気弁の閉じ時期を遅らせると(下死点後55°→70°、とか)、一度吸い込んだ新気を吸入ポートに吐き戻す事に成るので、実質的な圧縮比を下げる事が出来ます。
エンジンは燃焼で得た高圧を膨張させる事で仕事に変換して取り出す機械ですから、幾ら膨張させたら良いか、という事が命題に成る訳ですが、、、 摩擦損との兼ね合いから、膨張比14が一応の理想とされています。
一方で、現状のガソリンだと圧縮比14は高過ぎて自己不正着火を起こして壊れる。
だから、圧縮(膨張)比は高く設定しておいて、吸気弁閉じ時期をちょいと変えて、圧縮比だけを下げる事で、高膨張比サイクルを実現した、と言うのがアトキンソンサイクルミラーシステム、じゃあ長ったらしいので略して「ミラーサイクル」と通称される訳なのでした。
でも、マツダが先にミラーサイクルの販売に成功しちゃったからか、某ヨタは殊更に「アトキンソンサイクル」と連呼する事に成りました。
よって、アトキンソンサイクルエンジンは、あの複雑なクランク軸を持つ構造で、吸気弁閉じ時期でアトキンソン、つまり高膨張比サイクルを実現した物は、アトキンソンサイクルミラーシステムエンジン、もしくはミラーサイクルエンジンと呼ぶべき、なのです。
d(^^;) 尚、アトキンソンさんが発明した時代はガソリンも燃焼室形状も未だ未だ研究が足りなかった時代なので、圧縮比は5〜6程度しか取れない時代でした。
で、大きい燃焼室に残ってしまう排ガスを少しでも追い出したい。
これを今の技術で説明すれば、自己EGR量を減らして燃焼速度Up、ノッキング低減を図る為に、ストローク長が異なる動きの構造を考えた、という事の様です。
ここら辺の事情の一端は、こちら https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B5%E3%82%A4%E3%83%89%E3%83%90%E3%83%AB%E3%83%96 をご一読されるとよろしいかと思います。
このSVの時代に、スキッシュエリアからの噴流で燃焼速度(熱効率)を大きく改善、圧縮比大幅Upに成功したのが、サーの称号を授与されたハリー・リカードさん、という話も在ります。
(現在もリカード研究所に名が残る)

トヨタ及びレクサスのハイブリッドモデルは、エンジンがミラーサイクル化されていますが、ミラーサイクルなのに、どうしてアトキンソンサイクルって言ってるのでしょうか？

アトキンソンサイクル に関する質問

robertkaranobobさんへ 早い話が、マツダがその昔に「ミラーサイクル」って使っちゃったからじゃないでしょうか。
d(^=^;) シーケンシャルTurboにしても同じで、後出しのアリストじゃ2Way Twin Turboってな舌を噛みそうなネーミングしてませんでしたっけ? 名前だけ発明したと揶揄されてた過去が在ります、ヨタさんは。
(苦笑) アトキンソンサイクルは、ホンダEXLinkで判る様に、複雑なクランク軸を必要とします。
アトキンソンさんがこれを考えたのは、今から134年も前の事。
この時代は、圧縮比が7にも届いていない様な時代だったんじゃないかな。
なので、大きな燃焼室に居残ってしまう排ガスが悪さをしてるんじゃないかと考えて、これを出来るだけ多く追い出そうとしたアイディア、と伝わってます。
その事情の一端は、こちらにも記述されていたり。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B5%E3%82%A4%E3%83%89%E3%83%90%E3%83%AB%E3%83%96 >火炎伝播にかかる時間が長いため、 >許容回転数も4,000rpm程度か、それ以下に制限され >ともすれば >最高出力がディーゼルエンジンより低くなってしまう 今じゃもっともっと高圧縮比に成って、燃焼室容積も相応に小さく成ってますもんネ。
d(^^;) で、段々に燃焼が改善され、高回転高出力化して行くオットーサイクルに追随出来なく成って、忘れ去られて行く。
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所が、65年後、北米で天然ガスエンジンで発電機を作るノルドバーグの技術者だったミラーさんが、負荷急変時の対応手段として、スロットル弁以外に、吸気弁閉じ時期を可変させる事を思い付く。
と、これが簡単なオットーサイクルの構造のまま、弁閉じ時期を変えるという簡易な手法だけで、アトキンソンサイクルを実現出来た、という事に気付きます。
だから、アトキンソンサイクルミラーシステムと呼ぶのが正しいんでしょう。
けど、長ったらしいからミラーサイクル。
だから、先を越されて嫌がったので後金損。
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d(^=^;) 以下余談。
エンジンは、燃焼で得た高圧を膨張させて仕事に変換し、取り出す物である。
じゃあ、どの位膨張させるのが良いのか? 膨張比を稼ごうとすると、必然的にロングストローク型に成って行きますが、小ボアロングストロークに成れば成る程、ピストンとシリンダーの擦動面積が増えて来ます。
表計算softで、排気量一定で計算してみて下さいな。
膨張比が大きく成って、仕事への変換効率が上がって行く一方で、摩擦損も増えて来る。
とどこかで両者は拮抗してピークを描き、それ以上では却って低下して行ってしまう。
このピークは幾つか? って事で、摩擦との兼ね合いから膨張比は14を目指す事と成り、しかし圧縮比が14だと ・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性や低回転低負荷での綺麗な燃焼が得られないディーゼル という状況で、中々理想が実現出来ないままの日々が続いて来た、、、という事なのです。
d(^_^)

最近のディーゼルエンジンはジーゼルサイクルではなくサバテサイクルって本当ですか？ 教科書にはそう書いてました。
ジーゼルサイクルからサバテサイクルに変わったのはいつ頃なんでしょうか。
つまり、ジーゼルサイクル＝サバテサイクルと覚えてしまっても良いのでしょうか。
もう一つ質問があります。
問題で4サイクルのガソリンエンジンは何サイクルか？ というのがあり、答えはオットーサイクルでした。
教科書を見ると、4サイクルはオットーサイクルである。
オットーサイクルの中でも圧縮比よりも膨張比を大きくして熱効率を改善したものがアトキンソンサイクル、さらにインテークバルブの閉じる時期を変えることで同様の効果を出したものがミラーサイクルである。
と記述されています。
つまり、4サイクルガソリンエンジンは何サイクルか？ という質問に対して答えるなら、オットーサイクル、アトキンソンサイクル、ミラーサイクルの3つ。
と答えるのが正しいのではないでしょうか。
それとも、大別するとオットーサイクルで、オットーサイクルの中にアトキンソンサイクルとミラーサイクルがある。
ということでしょうか。
無知で申し訳ありません。
詳しい方ご教授ください。

アトキンソンサイクル に関する質問

mcrskyline33さんへ >最近のディーゼルエンジンは >ジーゼルサイクルではなく >サバテサイクルって本当ですか？ こんなのも在りますヨ。
http://www.khi.co.jp/knews/backnumber/bn_2006/pdf/news141_02.pdf http://www.ihi.co.jp/du/topics/document/oounabara.pdf これ等、回っても〜200rpm程度の世界で、ほぼ、圧縮上死点から燃料の噴射が始まるので、気化した混合気を予め圧縮する「予混合成分」の燃焼が殆ど無い、純正のディーゼルサイクルで動作するディーゼル、と言えるでしょう。
そして特筆すべきは、第三世代のコンバインドサイクル発電が登場して尚、地球上で熱効率最高の座を競い続けているという、とても素晴らしい性能を発揮している事、でしょうか。
>ジーゼルサイクルからサバテサイクルに変わったのは >いつ頃なんでしょうか。
上記の通りですから、置き換わったのでは無く、小型軽量で高出力を求めて行った結果、車載も可能に成るサバテサイクルと、純正のディーゼルサイクルが並立して行った、、、と言えるんじゃないでしょうか。
d(^^) >ジーゼルサイクル＝サバテサイクルと覚えてしまっても良いのでしょうか。
×です。
燃料が気化し、発生した混合ガスを圧縮する様だと、「予混合燃焼」の成分が在る事に成ります。
一方、着火後も燃料の吹き込みが続くなら、それは「拡散燃焼」です。
この拡散燃焼をするかしないかがディーゼルのディーゼルたる所以で、その中でも、予混合成分の有る無しでサバテとディーゼルに分けられる、と考えて下さい。
>4サイクルはオットーサイクルである。
ガソリンやガスエンジンの様に、予混合燃焼機関ですよね。
>オットーサイクルの中でも >圧縮比よりも膨張比を大きくして熱効率を改善したものがアトキンソンサイクル、 で間違いでは無いんですが、ここは厳密に、吸気→圧縮のストローク長・行程長と、 膨張→排気のストローク長が違う構造、と考えて下さい。
現存する物では http://www.honda.co.jp/factbook/power/cogene/201105/P11-12.pdf ですね。
>インテークバルブの閉じる時期を変えることで >同様の効果を出したものがミラーサイクルである。
その通り。
と言うか、ミラーシステムによるアトキンソンサイクル、でも良いかと思います。
4弁で充填効率が最大に成るのが下死点後55°。
とするなら、これを更に遅く、70°とか迄開けておく。
と、一度吸入した新気をポートに吐き戻す。
これが遅閉じ式のミラーサイクルですが、実質的な排気量が減ってしまう事に成ります。
が、見方を変えると、膨張比を高く保ったまま、圧縮比だけ下げた、とも言えます。
エンジンは、燃焼で得た高圧を膨張させる事で、出力に変換して取り出す物。
と定義するなら、大きく膨張させる事が大事に成ります。
だから、ガソリンでは理想的な高膨張比に上げたい、ディーゼルでは低圧縮比に下げたい、という事で、ガソリン・ディーゼルの別無く、理想の高膨張比 or 低圧縮比14を実現して来たスカイアクティブコンセプトが、世界中のメーカーの目標と成るわけです。
中々ややこしい話ですから、疑問が有れば何なりと。
補足なさって下さいな。
d(^^)