オムスビくるくる
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 今回はいつもと趣向が違うものを書いてみよう。思い切り趣味的な話にするつもりである。というわけで読む価値があるかどうかはわからない。
 表題のオムスビとはなにかと言うと、バンケルエンジン(ロータリーエンジン)のローターのことである。
 ロータリーエンジンは自動車用ガソリンエンジンの一種で、現在世界ではマツダただ一社だけが生産している。私はなぜか、このロータリーエンジンがえらくお気に入りである。と言っても、乗ったことがあるわけではないが、とりあえず、技術の多様性を象徴するようで存在自体が嬉しいのである。
 私がロータリーエンジンの存在を知ったのは中学校の技術家庭科の教科書でであった。そこには、レシプロの4サイクルと2サイクルおよび、ディーゼルエンジンと共に、ロータリーエンジンの作動原理図が載っていた。
 そこで、ロータリーエンジンのあまりの構造の美しさに魅了されたわけである。
 ロータリーエンジンは小型高出力という特徴があるが、反面、同程度の出力のレシプリエンジンに比較して燃費が悪いという欠点もある。
 ところで作動原理から言うと、ロータリーエンジンは、れっきとした4サイクルエンジンなのであるが、自動車雑誌ででさえ、「ロータリーは2サイクル」というとんでもない文を見かける。
 確かに一見ロータリーは2サイクルと共通することが多い。

1)バルブが無く、吸排気はポートの開閉で行う。
2)1気筒あたり出力軸1回転で1回の爆発がある。
3)潤滑油を吸気に混ぜる必要がある。

といった、表面的なところだけ見ると、2サイクルと勘違いするのだろうが、作動原理上、4サイクルエンジンは「吸気」−「圧縮」−「燃焼膨張」−「排気」の4行程が独立して行われるのに対し、2サイクルでは、「燃焼膨張と吸気」−「圧縮と排気」という2行程に集約されるところから分類されるものである。ロータリーも、実はローター内に作られる3つの空間それぞれを追跡してみると、きっちり4サイクルなのがわかる。
 つまり、レシプロ4サイクルで採用された種々の燃費改善の方法は、ロータリーにも適用できる可能性がないでもない。
 ただ、これまでは、ロータリーは構造上、生ガスが排気に出やすいという欠点があり、これが、燃費を悪くしていた主因であり、この改善無くしては他の対策は焼け石に水かもしれない。
 と、思っていたところに、1999年の東京モーターショウに出品されたマツダの次世代ロータリーエンジンは、この生ガスが排気に出る対策を、低回転、高回転ともに、施されていて、ようやく、レシプロ4サイクルと燃費の面で同じラインに立ったと言える。
 というわけで、レシプロでとられた燃費対策の内、原理的にロータリーに転用できそうな物について考えてみたい。
 まず、有名どころでは、ハイブリッドエンジン(トヨタプリウスなど)と燃料直噴層状燃焼(三菱GDIなど)であるが、これについては、1987年(?)の東京モーターショウにすでにマツダが出品していて、10XというエンジンをMX-04というコンセプトカーに載せて紹介しているが、なんでも出力が十分に上がらなかったと言うことで断念したと聞く。
 あと、考えられるのは、燃焼過程をオットーサイクル(通常の4サイクル)ではなくてミラーサイクルにするということも考えられる。レシプロのミラーサイクルはすでにマツダが実用市販しているが、ロータリーでも、吸気ポートの配置次第でミラーサイクルが成立し得ると思われる。
 ミラーサイクルがものを言うのは、フルスロットルのときではなく、どちらかというと、スロットルを閉じたときであるから、高出力の必要なフルスロットルあるいはそれに近いときは、オットーサイクルにし、そうでないときはミラーサイクルに切り替えるという方法を使えば、ユーノス800(現ミレーニア)で、ミラーサイクルを成立させたときのようなスーパーチャージャーを用いずに出力は確保できるのではなかろうか。
 それでは、問題は、そんなオットーサイクルとミラーサイクルの切り替えなんぞできるのかいなということであるが、そもそも、基本的にこれらは吸気タイミングが違うだけであり、レシプロに比較して吸気タイミングの切り替えがはるかに容易なロータリーでは可能なはずである。
 というわけで、ロータリーが水素エンジンの決定版と考えられることなど、まだまだいろいろな可能性があるわけであるから、マツダにはうんと頑張ってほしいものである。もしかして、ガソリンと水素のマルチ燃料も考えられるか?実は私がマツダ党なのも、ロータリーに乗ってみたいということからだったりして。(^^;
まことさん

ミラーサイクルエンジンってどんなのですか?詳しく教えて!
 上に書いてある通り、通常のガソリンエンジンの基本サイクルは「吸気」−「圧縮」−「燃焼膨張」−「排気」の4つのサイクルでなされるわけですが、この4つのサイクルは、全部同じ容積だけ、エンジン内部空間が変化するわけです。そのため吸気量=圧縮量=膨張量=排気量となっているわけです。
 これとは別に、ミラーサイクルは吸気量=圧縮量、膨張量=排気量ですが、圧縮量<膨張量となっている内燃機関のサイクルのことです。
 オットーサイクルでは、吸気行程で吸気バルブは、ピストンが下死点につくまで開いていますが、これを途中で閉じてしまえば、吸気量は少なくなり、結果、圧縮量も小さくなります。(吸気バルブが閉じてからさらにピストンが下死点まで行って、その位置までもどって車では、吸収されたガスは、弾性的に体積膨張収縮するので、理想的にはエネルギーを消費しません。)
 これとは別に、吸気バルブを下死点に行っても閉じずに一度シリンダーに吸い込んだ混合ガスを吸気管にいくらか戻してから吸気バルブを閉じる方法もあります(いわゆる遅閉じミラーサイクル)。この方式はマツダがユーノス800で実用化しました。
 ミラーサイクルでは、圧縮行程が小さくなるので、その分その行程に必要な仕事量が小さくなり、結果、燃費が向上することになります。
 ミラーサイクルの欠点は、同じ排気量(エンジンの大きさが同じ)でも燃焼する混合ガスが少なくなりますから、同じ排気量のオットー機関に比べて出力が低くなります。ユーノス800では、スーパーチャージャーでこの問題を克服していました。
 ミラーサイクルはこのような原理ですから、レシプロに限らず、ロータリーでも吸気ポートの閉じるタイミングを通常のタイミングと変えれば成立するはずです。しかも、ロータリーエンジンは、同じ出力のレシプロエンジンより、軽量小型ですから、特に過給しなくても、同じ重量のレシプロ並の出力をミラーサイクルにしても得られるのでは?と考えます。
 さらに、ロータリーのポートタイミングは、ポートを複数に分割しておきそれぞれを適当に開閉することで簡単に変更できますから、同じエンジンでも、通常はミラーサイクルで省燃費運転をさせておいて、いざ高出力が必要なときはオットーサイクルに切り替えるような芸当が比較的容易にできるのではと考えます。(KEI)
けんいちさん

ミラーサイクルとオットーサイクルの違いをさらにもっと詳しく教えてください。線図を交えながら教えていただけるとありがたいです。T-s線図とp-V線図でミラーとオットーの違いが知りたいです(圧縮比が同じの場合)。
 うーん、私は熱機関の専門じゃないんでちょっと難しいです。いちおう圧縮比が同じ時のオットーサイクル、ミラーサイクル(遅閉じ)のT−s線図とP-V線図を模式的に書いてみると

となります。ちなみに膨張比が同じ時の線図はここまで単純に重なりません。

1-2:断熱的に圧縮:
体積は減り圧力上昇。エントロピ不変のまま温度は上昇。混合ガスに外部から仕事を加える。(圧縮行程)
2-3:定容的に温度上昇。(プラグで点火)
3-4:断熱的に膨張。
燃焼ガスが外部に仕事。ミラーサイクルはこの工程が長い。(膨張行程)
4-1(オットー)&4-5(ミラー):定容的に圧力低下。
(排気バルブや排気ポート開く)
1-5-1(オットー)&5-6-5-1(ミラー):排気と吸気

ミラーサイクルは同じ圧縮比のオットーサイクルと比べて圧縮行程でガスに加える仕事は同じなのにガスが外部への仕事の行程が長い分だけ出力の取り出しが大きい。(KEI)
ミレーニアS300さん
どの車にも負けない加速がある。改造してオープンにしたいくらい。 ロータリー(エンジン)万歳!


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