エンジン技術

1 ：名無しさん＠３周年：2013/02/21(木) 14:47:23.78 ID:0HEc6TAO.net

効率のための技術革新が進むエンジンの技術を議論するスレッド。

221 ：エンジン工学屋：2013/03/21(木) 11:39:53.93 ID:5RRJvXG1.net

>>220
加給で実圧縮比は上がるが、行程容積の変化では膨張行程で
１０００ｃｃと７１４ｃｃの差が必然的にあるわけだが、それを認めない書込みばかり。

発熱量を同じとしたら、ボアの差が受動圧力の差になる。

実圧縮を計算したら０．４加給で発生圧力×ボア面積が同程度で
ＮＡが上死点で完全燃焼した場合を想定すると２８００度程度に温度が上がるが
加給は３０００度を遥かに超える高温となることになる。
だから加給は、冷却面積が減っても冷却損失が縮小したとはいえないだろうとも書いた。

とにかく１回の燃焼で発生するトルクを比較しないと、比較できないというのが
私の主張。

222 ：名無しさん＠３周年：2013/03/21(木) 12:49:22.20 ID:x95elsWK.net

>>220-221
何でターボチャージャーに関しては断熱圧縮ばかり計上して断熱膨張は計上しないの？
ターボチャージャーの断熱圧縮はどこがやってると思ってるの？
途中までしか膨張しない代わりに途中まで圧縮してくれたっていうイメージは？

223 ：エンジン工学屋：2013/03/21(木) 22:57:36.82 ID:5RRJvXG1.net

>>222
話が理解できていないでしょ？

加圧された空気は吸気工程で回転力を与えるが、その力の方が
排気工程の排気圧力上昇による抵抗より大きいという書込みがあった。

ポンピングロスがターボを装着することで、減少する事はないと書いたまで。

吸気工程ではピストントップ、吸気管からコンプレッサーまで同一容積になる。
排気工程ではピストントップ、排気管からタービンまでが同一容積になる。
しかし、吸気は助力になるが排気工程の抵抗は大したことがないと
延々と反論を書く輩がいるから意味の無い問答ばかりになる。

224 ：エンジン工学屋：2013/03/21(木) 23:57:46.84 ID:5RRJvXG1.net

>>222
> 途中までしか膨張しない代わりに途中まで圧縮してくれたっていうイメージは？

この事については、実圧縮比がＮＡ以上になるので圧縮エネルギーは
そんなに変わらないと思うが、７１４ｃｃならボアが小さくなる分
圧縮に使うエネルギーは小さくて済むから、その損失は減少すると思う。
ただ、圧縮比がＮＡ１２で加給が１０だとしたら、ＮＡ以上に圧力が上がるし
吸気温度の上昇も考慮すれば、上死点の圧力が３０気圧を超えるだろうから
同じ熱量で運転した時に、圧縮抵抗が減るとは限らない。

225 ：エンジン工学屋：2013/03/21(木) 23:59:49.61 ID:5RRJvXG1.net

http://www.geocities.jp/greenhunt2004/vsctf/hipower.htm

内部の図も上げておいた。

226 ：エンジン工学屋：2013/03/22(金) 11:45:11.36 ID:I9+HVuW/.net

>>225
この機構は膨張行程だけでなく、圧縮工程においても
下死点からの加速度が高くなる。

圧縮工程で圧力が急激に上昇し、オットーサイクルでは上死点前７５度近辺で
クランク回転角度に対し、ストロークが最大になる。
圧縮され圧力がかなり上昇していくにつれ上死点、上死点前７５度までは
ギア比を高くしていくような作用があり、ディーゼルではかなり高い抵抗だ。
抵抗の変動領域が大きいことがディーゼルの振動の原因のひとつとなっている。

下死点からの加速度が大きい事は、オットーサイクル全てにおける膨張と圧縮の
加速度の不均衡を緩和する事でもある。
そして、下死点付近の低圧力の状態でピストンを加速させる事は
高圧になる領域でピストンスピードを落とす意味もあり、抵抗の最大値を下げ
変動幅を小さくする働きがある。

227 ：エンジン工学屋：2013/03/22(金) 12:27:19.14 ID:I9+HVuW/.net

このエンジンの特徴として、膨張行程の初期ストロークが大きくなるが
それは吸気工程において、スロットルバタフライを使用する吸気制限の影響も大きくなる。

膨張行程の作用効率の上昇は、吸気工程の抵抗が増してしまうことになる。

これを解決するには、私が以前考案した、ノンスロットルバタフライ出力制御を
取り入れる事もいいだろうと思う。
無段階に吸気バルブ閉弁タイミングを変える事は、吸気カム山の切削痕の
閉弁工程時の部分が数万キロ走った乗用車でも、残っていることが珍しくないくらい。
そこでの制御は機構的に無理が無いと思う。
バルブスピードも遅くする方向へ振る、遅閉ミラー的制御であれば
吸気工程の負圧は最も少なくできる。
出力制御に吸気制限を設けるガソリンエンジンを対象とした機構。

膨張行程初期で容積拡張の加速度が速い事は、ディーゼルでは燃焼が遅いため
効率が上がらないと予想しています。
ディーゼルは、この機構と違うものを考案しており、その機構は４５〜５０あたりまでは
膨張行程の容積拡張が遅くなり、そこからの加速度が早くなるシステムです。
この機構とは基本的に別な機構ですが、スラスト角度がオットーより小さくなるため
ストロークがオットーより遅くなる領域でも発生トルクは大きくなる機構です。

そして、圧縮工程においてピストン移動距離が膨張行程時と同程度になる機構です。

圧縮圧力が低い領域で速いピストンスピードでオットーサイクル膨張行程より
さらに圧縮工程前半のピストン移動距離が大きくなる設計です。

セルスターターの出力も、ガソリンエンジン並みの大きさで十分だろうと予想しています。

228 ：名無しさん＠３周年：2013/03/22(金) 12:29:27.87 ID:Va5DwpXP.net

>>216
そんなにターボチャージャーの作動原理が断熱圧縮と断熱膨張ではないと言い張るなら作動原理名を教えてね

229 ：エンジン工学屋：2013/03/22(金) 13:26:17.73 ID:I9+HVuW/.net

>>228
そんな事は前も書いたが、静圧ではなく動圧がタービンを
回転させているんでしょ？

何気圧もある膨張行程後の圧力は容積制限が無くなり（排気バルブ開）
圧力降下と同時に体積の拡張をするのが燃焼ガスの工程の流れ。

静圧と動圧の関係は全圧＝静圧＋動圧＋損失

動圧は圧とは言うが、流動エネルギーであり空気の移動エネルギー

物質は粒子で出来ていてブラウン運動をしているから気体の場合圧力が生まれる。

その大きさが熱で、通常温度の−２７３．１５度でブラウン運動は止まる。

ある一定の容積の中でブロック崩しの玉みたいに動き続けるピンポン玉があるとしたら
玉の速度が温度で、玉の数がガス密度に相当し、玉が壁に衝突する回数が圧力。
静圧が１．４気圧なら１．４倍の玉をタービンのフィンに衝突させる事になる。
その時に重要なのが玉の速度で慣性エネルギーで、これが相当高くないと
大気圧に逆らい吸気を加圧する事が出来ない。
吸気と排気では玉の数が若干排気の方が多いだけだから、タービンの損失を考えると
静圧同士で加給は絶対無理とわかる。
それに、タービンは密閉された空間を持たないから水車のように物質の移動エネルギーしか
動力を得ることができない。
ありえない話だが、排気から静圧を受けたかったら完全に塞き止めれば受けることが出来る。
１００個の激しく動き続ける玉が容器から出ようとする力で、９４個の玉が入った容器の蓋を
押さえ続けるのは静圧。
実際の燃焼ガスは流体で、玉を強い勢いで衝突させ、９４個の玉が入った容器の蓋を
容積が縮小するまで押し込んでいる状態。
タービンのフィンも空気の衝突により、その圧力で稼動している。

タービンはガスの流動エネルギーで稼動し、静圧はそのガスの密度。

230 ：名無しさん＠３周年：2013/03/22(金) 18:53:41.21 ID:rr1zrePQ.net

ずいぶんアピールしてるので一応コメント入れておくと、
同じrpm下での標準エンジンと比較して、上死点付近のピストン変位速度を速くするのは
等容度の低下と同義なので、熱力学的には明確に効率が低下する

もっとも、内燃機関工学的には、点火時期や熱損失の多寡との絡みで効率が向上しそうな部分もある
が、それはもちろん>>212みたいな理由ではないけど
レシプロなのに圧力は容積の増加にともなって減少する事を考慮に入れない比較なんて全く無意味
それは力学的仕事の定義を考えれば明らか

で、実際の構造は多分（エンジン何がしの物の構造はちゃんとみてないので…）違うが、
上記熱力学の観点からホンダが上死点付近のピストン変位速度を遅くしたものを、
内燃機関工学の観点からスバルが上死点付近のピストン変位速度を速くしたものを、
それぞれ研究して論文発表してる
確か5〜6年前の話

ホンダの方は、等容度は狙い通り向上するものの、実際には標準エンジンよりも熱損失が増えて
効率はむしろ悪化する事に気づき、結局遅くするよりも速くする方が可能性がありそう、としてた
（要するに、上死点付近のピストン変位速度を速くするのは、熱力学的には効率は悪くなるんだけど
　実機では標準エンジンよりも改善できる余地があるかも、と言う意味）
ただしその場合でも、燃焼期間が十分短くないと、やはり標準エンジンよりも効率は悪化する、とも

スバルの方の結果も似たようなもんで、燃焼期間に関しては、後付で吸気に乱流発生させるデバイス
つけてみたりして評価してた

標準エンジンに対してピストン変位速度の違いがどの程度なのかで、効率向上の為に必要な燃焼速度は
変わってくるだろうけど、何れにせよこのアイデアで実際に効率を向上させようとするなら、
機械力学的な考えだけじゃダメって事

もっとも機械力学的にも、振動とかの解決すべき課題は山ほどあるんだけど