比熱比とは

質問

自動車のエンジンに関する本を読んでいて、ＥＧＲというものがでてきました。そこで、排気ガスを混ぜることによって比熱比が上がり、燃料消費率が低下すると書いてあったのですが、比熱比というのがよくわからなくて困っています。比熱比とはいったいどういったものなのでしょうか。
オットーサイクルの熱効率の式から、比熱比が上がると効率がよくなることはわかったのですが、排気ガスの主成分であるＣＯ２の比熱比を調べると1.301となっており、空気の1.402に比べると逆に低くなってしまうように思われるのですが、なぜ比熱比が上がるのでしょうか。実際のエンジンの混合気の比熱比とはどのぐらいになっているのでしょうか。
長くなってしまって申し訳ありません。よろしくお願いします。

回答No.3

0shiete · ベストアンサー

>定圧比熱は同じ物質であっても温度によって変わる（Ｃｐは温度が上がると上がる）と本に書いてあったのですが、定容比熱及び、比熱比もやはり変わるのでしょうか。もし変わるのであればどのように変わるのか（上がるのか下がるのか）教えていただけないでしょうか。

すごい学習意欲ですね。驚きました。すばらしいです。
定圧比熱、定容比熱ともに温度の関数です。したがって比熱比も温度の関数です。また、定圧比熱は温度が上がると値は増加します。定容比熱については忘れました（たぶん増加していると思います）。

物性値のテーブルが「流体の熱物性値集」日本機械学会(1983)に
載っていたと思います。
（学生さんでしたら大学の図書室にあるかもしれません）

私が大学生のときは空気の物性を温度の関数として与える式
を用いて研究してました。便利ですよ。

お礼

お返事が遅くなってしまって申し訳ありませんでした。なるほど。やはり比熱比も温度によって変わるのですね。なぞが解けました。ありがとうございました。「流体の熱物性値集」早速見てみました。何回も質問してしまって本当にご迷惑をおかけしました。本当にありがとうございました！！

回答No.2

0shiete

補足有難うございます。

>排気の主成分はＮ２なんですか？

空気(N2:0.79、O2:0.21) 中のO2がCO2に変わるので、
排ガス(N2:0.79、CO2:0.21)という成分比になります。
つまり、主成分はN2です。

>そもそも希薄燃焼ではなく、ＥＧＲにする理由と言うのはなんなのでしょうか

エンジンについては詳しくないのですが、
EGRを採用するということは、希薄燃焼の効果
も狙っていると思います。

なぜなら、EGR採用によって、燃焼用空気中のO2が減ります。
したがって、完全燃焼させるには必然的に燃料を減らさざる
を得ないと思います。

また、EGRでは排ガスによって、燃焼用空気が暖められる
ことになりますので、その分、燃料を節約できるのでは
ないでしょうか？

>比熱比が上がると燃費がよくなるのでしょうか。式上ではそうなることはわかるのですが。

私も本で知っているだけで、「経験」して知っているわけ
ではないのですが、教科書に載っている理論的に導かれた式なので、
正しいと思います。

補足

ありがとうございました。なるほど。排気ガスは燃えなから、それを入れてしまうと空気が入る量は少なくなって、その空気量に合う分だけ燃料を入れてやる。だから燃料の量も少なくなって希薄になると。
最後に一つだけお聞きしてよろしいでしょうか。定圧比熱は同じ物質であっても温度によって変わる（Ｃｐは温度が上がると上がる）と本に書いてあったのですが、定容比熱及び、比熱比もやはり変わるのでしょうか。もし変わるのであればどのように変わるのか（上がるのか下がるのか）教えていただけないでしょうか。
何度もお願いして、本当に申し訳ありません。どうぞ、よろしくお願いします。

回答No.1

0shiete

よく勉強されていますね。

比熱比とは、定容比熱(Cv)と定圧比熱(Cp)の比で
κ=Cp/Cvと表されます。

定容比熱は気体を同じ体積のまま、温度を1℃上げるのに必要な熱量、
定圧比熱は気体を同じ圧力のまま、温度を1℃上げるのに必要な熱量、
です。

また、排気ガスの主成分はCO2ではなく、N2だと思います。
大雑把な数字は、

空気(N2:0.79、O2:0.21)
排ガス(N2:0.79、CO2:0.21)

として、どれぐらいの混合比かを考えれば、算出できると思います。
申し訳ありませんが、それぞれの気体のデータを持っていないので、
お示しすることができません。

補足

お返事が遅くなってしまって申し訳ありません。排気の主成分はＮ２なんですか？？あれ？？ＣＯ２と本では書いてあったのですが。確かにＮ２の比熱比は１.４００と高いですね。ということは、ＥＧＲでは主にＮ２を戻しているのですか？？う～ん。わからなくなってきました。そもそも希薄燃焼ではなく、ＥＧＲにする理由と言うのはなんなのでしょうか。比熱比に関して言えば空気はの比熱比は１.４０２なので希薄燃焼でも問題ないように思えるのですが。
比熱比がＣｐ/Ｃｖというのはわかりましたが、比熱比が上がると燃費がよくなるのでしょうか。式上ではそうなることはわかるのですが。
すみません。わかる範囲で結構ですので、よろしくお願いします。