アトキンソンサイクルのすすめ

メカニズムのすすめ
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はてな子
はてな子

車のカタログで見かける
「アトキンソンサイクル」
って何かしら

こたえさん
こたえさん

車の燃費を向上させた
大発明だよ

ホンダ技研工業HP インサイトより引用

上の図のように「アトキンソンサイクル
を見かけることが有りますよね

車屋に聞いても
「ポンピングロス」を無くすやつ
くらいにしか教えてくれません

今回はアトキンソンサイクルを
世界一分かりやすく説明します

 以下場合により
「アトキンソンサイクル」を
「ATサイクル」と略します
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アトキンソンサイクルにするとどうなる?

ATサイクルにすると
燃費が上がり馬力が下がります

普通のエンジンは
1000ccのエンジンは
1000ccの馬力が出ます

ATサイクルにすると
1000ccのエンジンで
700ccの燃費・800ccの馬力
になるイメージです

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ATサイクル理論と
ATサイクルエンジンと
ミラーサイクルエンジン

この3つが混ざるとややこしいので
先に解説していきます

ATサイクル理論とは

ジェームズ・アトキンソンさんが
考えたエンジンの効率を上げ
燃費を向上する理論

3つの側面から燃費が向上する

理論と作動原理は後で詳しく解説します
管理人takechi
管理人takechi

こういうものは敬意をこめて
人の名前がつけられています

ATサイクルエンジン

アトキンソンさんが作ったエンジン

結局、自動車では実用化されず
ホンダが家庭用発電機で使用したのみ

※現在は発売していません

合わせて読みたい
ホンダが作った「本当のアトキンソンサイクル」エンジンEXlink

ミラーサイクルエンジン

R. H. ミラーさんが
ATサイクル理論」を元に
普通のエンジン」に「ATサイクル」を
 組み込んだもの

ATサイクルエンジンの様に殊な機構を
必要とせず
、簡潔にしたもの

現在「ATサイクル」と言っている
エンジンは、すべてこの
ミラーサイクルエンジンである

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何でミラーサイクルと呼ばないの?管理人の想像

ここは、私の想像ですが

世界初の量産ミラーサイクルエンジン
1993年にマツダが発売しました

当時の制御技術では、あまり燃費は
向上せず不発と言うべき状態

なので印象も悪かったこともあり
トヨタは「アトキンソンサイクル」と
言うようになったのでは?

それが一般の認知になったと思われます

ちなみに

トヨタ・ホンダ「アトキンソンサイクル」
日産・マツダ「ミラーサイクル」と
呼んでいますが、
全て「ミラーサイクルエンジン」です

次はアトキンソンサイクル理論と作動原理の解説です

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ATサイクルのメリット

ATサイクルのメリット

アトキンソンサイクルのメリット
①燃焼効率の向上
②ポンピングロスの低減
③希薄燃焼の抑制

焼燃効率の向上

同じ燃料多くの力を取り出せます
燃費が向上します

ポンピングロスの低減

吸気抵抗が減り
燃費が向上します

希薄燃焼の抑制

吸い込む空気自体がへるので
希薄燃焼を抑制でき、燃焼が安定します

以下詳細です

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ATサイクル理論の考え方

ATサイクルについて解説していきます

4サイクルエンジン

まずは4サイクルエンジンの原理
コレを知っておいてください

※「4サイクル」と「4ストローク」は
 ほぼ同じ意味とです

クリッカーの記事を参考に
4ストロークエンジンの仕組みとは?吸気-圧縮-燃焼-排気を繰り返す

HONDACARS野崎

吸気行程で吸い込んだ混合気を
圧縮行程で圧縮

それに点火プラグで火をつけると燃焼し
熱膨張してピストンを押し下げ

その力で車を前進させます

ATサイクルの理論

もし点火しないとどうなるでしょう?

圧縮された混合気がそのままに
元に戻ろうとしてピストンを押し下げます

その力は、圧縮が始まる点(下死点)、
つまり一番下まで行くとゼロになります

と言うことは、燃焼させなくても
一番下まで行くエネルギーがあります

それを燃焼させているのですから
ピストンを一番下まで押し下げても
まだ押し下げる力が残っている
ことになります

しかし、ピストンはそれより下までは
進めませんので力に得ることができません

まだ膨張しようとする力は排気弁より
無駄にエンジン外へと放出されます

そこで、ピストンをもっと下まで
押せるようにすれば
いままで捨てていたエネルギーを
使うことができ、同じ量の燃料から
より多くのを作れます

これがATサイクル理論です

ATサイクルエンジン

しかし現実にはストロークを
伸ばすことはできません

ですので吸気のストロークを短くし
(途中で止める)

燃焼時を通常の長さにすることで
相対的にストロークを伸ばします

ウィキペディア内の動画を見てください
Wikipedia-アトキンソンサイクル

効率は上がるが

先ほどの絵にもあるように
空気が入るときのストロークを短くします

なので実質排気量は減ります

燃費は向上しますが
絶対的なパワーは下がります

1000ccのエンジンで700ccの燃費・800ccの馬力

というのはこういう理由です

ATサイクルエンジンが普及しなかった理由

Wikipedia等を見てもらうと分かりますが
ATサイクルエンジンは複雑な
リンクによって成立しています

可動が多いと回転が速くなるにつれ
抵抗も増え、効率が下がります

また耐久性も下がります

コストと耐久性を考え
自動車に採用されませんでした

そこでミラーさんが

現状のエンジンのまま
ATサイクルにする
方法

を思いつき、現在の
低燃費エンジンとなっています

ミラーサイクルエンジン

知ってしまえばとても簡単です
吸気時の圧縮を短くするだけ

まずは普通に吸気します

全量入ります

普通ならここで吸気弁を閉じて
圧縮行程を始めるのですが
このまま弁を開いておきます

そうすると空気が逆流して
シリンダ内の空気が少なくなります

このタイミングでバルブを閉じ
圧縮行程を開始します

そして燃焼行程

圧縮行程開始点を越えて下まで進み
圧縮より燃焼行程の方が長くなります

これにより少ない混合気で
長い間ピストンを押すので
高い燃焼効率を得ることができます

ポンピングロス

ポンピングロスは吸気行程で
ピストンが下がるときの抵抗です

出力を絞る為に空気の通り道にある
弁を閉じるのですが
それが抵抗になります

ATサイクルはスロットを絞らずに出力を
下げるのでロスが少ないです

希薄燃焼を抑える

ガソリン車はガソリンと空気の比で
ガソリンが少ないと異常燃焼
もしくは失火します

ATサイクルは空気の入る量を減らすので
無理に薄くしなくても
少ないガソリンで走れます

通常
空気1000ccに対し
ガソリン1ccだとすると

1÷1000=0.1%の濃度

ATサイクルは吸う空気を減らすので
空気700ccに対し
ガソリン1ccになり

1÷700≒0.14%の濃度

になります

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まとめ

  • アトキンソンサイクルは捨てていたエネルギーを使って燃費を上げる仕組みです
  • ATサイクルは圧縮行程より燃焼行程を長くすることで燃焼効率を上げている
  • 本当のアトキンソンサイクルエンジンは乗用車では使われていない
  • 車は全てミラーサイクルエンジンである

このようにアトキンソンサイクルで燃費を向上させています

カタログを見るときは思い出して下さいね

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