レシプロエンジンの圧縮比について

質問

ガソリンエンジンはいつも理論空燃比（14.7:1）で混合気を作ってシリンダに吹き込んでいるのでしょうか？

フルスロットルだとシリンダに混合気を満タンに入れますが、いつもフルスロットルで走っているわけではない。するとハーフスロットルではフルスロットルの半分の混合気がシリンダに入っているという事？
正確には体積ではなくて分子数でみてハーフスロットルではフルスロットルの半分の混合気がシリンダに入っているという事？

もしそうなら、ハーフスロットルのときの本当の圧縮比はフルスロットルのときの半分ですよね。
そういう理解でいいのでしょうか？

回答No.11

ぐれんふぃでぃっく（@tepoglen） · ベストアンサー

ロス（抵抗損失）に着目した場合、2番の回答の御礼欄部分のアイドリング時には無負荷・・・スロットル全閉ですので圧縮抵抗は最小で燃焼圧力も最小で相殺、吸入抵抗は最大のためかなりの高不可になります。
吸入抵抗軽減のためEGR還流により吸入空気が高温になりますので空燃費比はリッチに制御します。
つまりは4番の御礼欄での考え方は正しいです。
ちなみにスロットル全開では圧縮抵抗最大で燃焼圧力も最大で相殺（相殺の言葉は均衡ではなく、あくまで抵抗部分に着目した場合の意味）、吸入抵抗最小のため効率は最大になります。
エンジン出力と車両重量比にもよりますが小排気量車やディーゼルエンジン車が燃費が良い理由の一つにポンピングロスが小さいことがあげられますと同時にアイドリングストップ機構がさいようされる理由でもあります。

9番御礼欄、理論空燃比での燃焼にこだわる理由はそれが理論値だからこそと、三元触媒での排気ガス浄化ロスを最小にするためです。
エンジン内部の摩擦抵抗は変化しませんし以上摩耗も発生しません。ディーゼルエンジンはスロットルバタフライが存在せず燃料噴射量のみで出力を制御していますが異常な摩耗はおこりませんよね。
高圧縮比化による燃焼圧力向上による高効率化は仰る通りです。

１０番でのGDI技術は三元触媒での排気ガス浄化に限界があるため超希薄燃焼できず、インジェクションされたガソリン粒子の周囲に燃焼するための空気が 相対的に不足し、結果カーボンが発生することによりシリンダー＆ヘッドの気流や噴射燃料の蓄積&放出が起こるために不具合が多発しました。

取り留めもなく書き連ねましたが参考になれば幸いです。

お礼

ご回答ありがとうございます。さらに理解が深まりました。

確かに直噴エンジンのカーボン体積は問題でエンジンは熱力学だけ考えてできるものではないですね。

回答No.10

rgm79quel

＞ガソリンエンジンはいつも理論空燃比（14.7:1）で混合気を作ってシリンダに吹き込んでいるのでしょうか？

全くそう言うことは無く
実際には　２５近辺～９．０近辺までと様々な瞬間があります。

燃料制御の一種に「目標空燃比マップ」を持つエンジンもあります。

＞フルスロットルだとシリンダに混合気を満タンに入れますが、いつもフルスロットルで走っているわけ＞ではない。するとハーフスロットルではフルスロットルの半分の混合気がシリンダに入っているという＞事？

違うんです。
勘違いなさっておられます。
フルスロットルでも、ハーフスロトルでも
エンジン１回転当たりで同じ分量を吸気します。
（過給器付エンジンと、ホンダのタイプＲを除く）

＞正確には体積ではなくて分子数でみてハーフスロットルではフルスロットルの半分の混合気がシリンダ＞に入っているという事？

間違いは間違いとしても
分子数を見ているのは、Ｌ制御のうち、熱線式流量計を採用しているモノだけになります。
Ｄ等は、吸入空気量は測定しませんし、把握さえしていません。
Ｄの場合は圧だけを見て、基本噴射マップで基準になる基本噴射料を得ています。

＞もしそうなら、ハーフスロットルのときの本当の圧縮比はフルスロットルのときの半分ですよね。
＞そういう理解でいいのでしょうか？

「もしそうなら」～そうではないので圧縮比は常に一定です。
尚、補足や御礼でコメントされている
実圧力も「スロットル」とは関連がありません。
もちろん、燃料噴射料とも全く無関係です。

＞１00km/hで2500回転ぐらいとして、その時の最大トルクがフルスロットルで12kgmとすれば42馬力で＞すから、つまりハーフスロットルでアイドリングの8.3倍の燃料消費量です。
＞ただ2500回転ってアイドリングの3倍ですから8.3/3=2.7倍。これでアイドリングも100km/h走行時も＞1回転あたりの燃料消費量になります。
＞つまり100km/hで2500回転のハーフスロットルって、一回転あたりで見るとアイドリングの2.7倍ぐら＞いしか燃料を食っていないんでね。ということは、空燃比を同じとすれば混合器の量も2.7倍。
＞実際に吸い込んだ混合器の分子数で見ると、フルスロットルで10:1の圧縮比ならハーフスロットルで＞＞5:1。アイドリングはその1/2.7だから1.8:1ぐらいですか。
＞実際には希薄燃焼とかで違ってきますけれど、そんな計算でいいんですかね。

良くないです。何が良くないかと言うと
全部良くないんです。
全てがちぐはぐで、関係のないモノを並び挙げて関連づけて議論しようとしています。
例えるなら
「使っているパソコンのＯＳがWindows７だから、家の電話はプッシュ回線ですよね。」
と言うくらいにちぐはぐなんです。

「１回転当たりの燃料噴射料の定まり方」
で勉強してみて下さい。

お礼

ご回答ありがとうございます。

>実際には　２５近辺～９．０近辺までと

そういえばストイキやリーンなど様々な領域がありますね。

>エンジン１回転当たりで同じ分量を吸気します。

これは体積ではなく分子数で見てでしょうか？
だとしたらディーゼルの話ではないでしょうか？

ガソリンの場合には昔の三菱のリーンバーンで50:1ぐらいの領域がありましたが、NOX対策できずにやめたと記憶しています。成層燃焼は誰もできていないと思います。アイドリングで空気を腹いっぱい吸い込んだら燃えないと思います。

＞１回転当たりの燃料噴射料の定まり方

どちらかというとアイドリングやパーシャルスロットルでどれだけの空気を吸い込んでいるか知りたいです。

まずフルスロットルで圧縮前に1気圧とは限らない事は承知です。空気には慣性や脈動もあるので空気が早く流れてくれば止まりきれずに1気圧以上吸うことは承知です。それは圧縮後にノッキングや異常燃焼を起こさない程度に設計されている事でしょう。

そういうフルスロットルの吸気量に対してアイドリングやパーシャルスロットルでどれだけの空気を吸い込んでいるか知りたいです。

回答No.9

siokara007

難しい言葉が飛び交っているので、少しすくみますが、質問者さんがすごいこと言っているように思えたので、確認させてください。

スロットルの開き方でシリンダーに入る混合気の量が変わると、当然、圧縮圧力が変わり燃焼効率も変わりますね。

質問者さんは走行時の燃費とアイドリング時の燃費を比べて燃焼効率の違いを言っているように感じました。
ですので、アイドリング時は圧縮比が下がったのと同じだと・・・・あ～ああ頭が割れる。

と言うことは、どの回転数でも燃焼効率が良い圧縮圧力が出せるエンジンを作れば、アイドリングストップのいらない燃費の良い車が作れるという事でしょうか。

例えば、回転数の変化に伴いストロークが変わる未来のエンジンとか・・・。

場違いな方向に行っているかもしれません。場を乱していたらお許しください。(*^_^*)

お礼

ご回答ありがとうございます。

アイドリングやパーシャルスロットルでどれだけの空気を吸い込んでいるか知りたいです。それはアイドリングやパーシャルスロットルの実効圧縮比を知りたいからです。それはご理解のとおり「走行時の燃費とアイドリング時の燃費を比べて燃焼効率の違い」を知りたいからです。

たとえばカルノーサイクルだと1-t(膨張後温度)/T(膨張前温度)で効率が決まりますから、圧縮比が高いほど熱効率は上がります。しかし実際には14:1を超えるとエンジン内部の摩擦が上がり、総合効率は落ちます。だからマツダのSKYACTIVは14:1を目指しました。

たとえばアテンザのガソリンエンジンの13:1という高圧縮比は通常の10:1ぐらいのエンジンに比べてパーシャルスロットル時の実効圧縮比を1.3倍にあげていますから効率が上がって当たり前なのかなという気がして、そのあたりの実際の事が知りたくなりました。

>どの回転数でも燃焼効率が良い圧縮圧力が出せるエンジンを作れば、アイドリングストップのいらない燃費の良い車が作れるという
>場違いな方向に行っているかもしれません。

場違いではありません。そういうことにつながる入り口の質問です。

たとえば圧縮比あげて平均筒内有効圧力が10％あがれば、回転数は9割ですみます。それは1割の時間アイドリングストップしているのと同じです(細かい事を言えば完全断熱膨張ならばね)。

たとえばプリウスの燃費向上技術に「滑空」があります。EV走行してエンジンを停止する事です。そのエネルギーはエンジン走行時に必要以上にエンジンを回して充電したエネルギーです。アイドリングやスロットル開度の少ない状態は熱効率が悪いので、必要以上にまわしたほうが熱効率がいいのです。そこで効率よくエンジンを回して余った電気をためて、それでエンジンを止めてEV走行するのです。

エンジンは回転した回数だけ摩擦損失が発生するのでエンジンの総回転数は少ないほうが燃費は良いに決まっています。

回答No.8

fxq11011

空燃比と圧縮率を一緒にすると話がややこしくなっているようですね。
確かに、機械的な圧縮比は変わりませんが、密度は変わりますね、（言い換えれば圧縮されたときの圧力）。
例、圧縮比　１０：１
密度５（単位省略）を圧縮すれば、密度５０
密度１　　　　　　をっ祝すれば、密度１０、当然圧力は密度５０のほうが高いですね。
＞ハーフスロットルのときの本当の圧縮比
「圧縮比」と言うからダメなんです、「圧縮後の気圧」と言えば、確かにそうです

お礼

ご回答ありがとうございます。やっぱりそうなんですね。

アイドリングやパーシャルスロットルでどれだけの空気を吸い込んでいるか知りたいです。

その吸い込む空気の量を推定するのに燃費から追った際に食う念費が必要になりました。

意図的にごっちゃにしたわけではなく、必要に迫られてという事です。

回答No.7

shibamint

専門家ではありませんが、勘違いされているようです。
圧縮比は比率であって、インテークに蓋をしても変わるものではありません。

一方、14.7の混合比は空気との比率ですから、インジェクションなら
空気量に応じた燃料を噴射しますから変化はないものです。

エンジンの出力要素に高い圧力ってあったと思いますが
多分これのことだと思います。

アクセル全開で加給があれば、シリンダーにはNA以上に混合気が
入りますが、圧縮工程に入った時にはNAと比較した場合、
気筒内圧力は高くなりますね。
このことを言ってませんか。

その後、良い点火で爆発し、混合気が多い分パワーを得ることができます。
ハーフスロットルはこの逆と考えたらいいと思います。

>正確には体積ではなくて分子数でみて
これで、合ってると思います。絶対量の分子量ですね。

お礼

ご回答ありがとうございます。

＞>正確には体積ではなくて分子数でみて
＞これで、合ってると思います。絶対量の分子量ですね。

やっぱりそれでいいんですね。

圧縮比は体積だけの問題で、何気圧かは関係ないのはわかっていますが、だから実際にどれだけ空気が入っているのかわかりません。

で、試しに計算してみたらアイドリングって無駄すぎるので不思議になりました。

回答No.6

evian32

複雑な電子制御ではなくキャブレターをモデルに考えてみると判りやすいのではないでしょうか？
スロットルの開度によって空気の流入速度が一定ではないので、正確には燃料の混合比は一定では有りませんが、基本一定でセットします。
要は、スロットル開度に関係なく混合比は基本一定です。
また、「混合比」という言葉よりも、「混合気の密度」と言う表現の方が現象を理解しやすいのではないかと思います。
実際に圧縮比が変化するのではなく、スロットルの開度によりシリンダー内の混合気の密度が変化します。
ただし、現在の車は、直噴システムとバルブコントロールの技術でより緻密な、複雑な制御を行っているので単純にモデル化する事は難しいと思います。

お礼

ご回答ありがとうございます。

確かに最近は電子制御なので空燃比から吸気量(分子の数でみて)を推し量るのは難しいですね。

回答No.5

noname#178987

４の物です。
アクセルを、放したら今の車は、制御でガソリンは吹きません。
不圧が発生していたら、混合しないようになっているそうです。
正直、僕も詳しくはそこまで解ってませんが、不圧が発生していたらガソリンの噴射を止めても問題は無いみたいです。

ソースは、残念ですがスマホなんで勘弁して下さい。

聞いた話ですので、、、
ただ、燃費競争で、結構メーカーもむちゃをし出してます。
で、トヨタの１NZ-FEは有名です。
圧縮率を、少し無茶しすぎて、リコール対象車が出てますんで、、、、

お礼

１NZ-FEはVVT-iも複雑な分壊れやすくて面倒ですね。

＞不圧が発生していたらガソリンの噴射を止めても問題は無いみたいです

息つきの問題と思います。これは解消されているとは知りませんでした。

冷静に考えると、1300ccのコンパクトカーで80馬力、最大トルク12kgmぐらいのエンジンで、アイドリング燃費は10ml/分（=0.6l/時）
100km/hで20馬力ぐらいでしょうが、その時の燃費はリッター20km走るとして5L/時。

100km/hで2500回転ぐらいとして、その時の最大トルクがフルスロットルで12kgmとすれば42馬力ですから、つまりハーフスロットルでアイドリングの8.3倍の燃料消費量です。

ただ2500回転ってアイドリングの3倍ですから8.3/3=2.7倍。これでアイドリングも100km/h走行時も1回転あたりの燃料消費量になります。

つまり100km/hで2500回転のハーフスロットルって、一回転あたりで見るとアイドリングの2.7倍ぐらいしか燃料を食っていないんでね。ということは、空燃比を同じとすれば混合器の量も2.7倍。

実際に吸い込んだ混合器の分子数で見ると、フルスロットルで10:1の圧縮比ならハーフスロットルで5:1。アイドリングはその1/2.7だから1.8:1ぐらいですか。

実際には希薄燃焼とかで違ってきますけれど、そんな計算でいいんですかね。

回答No.4

noname#178987

出来るだけ簡単に書きます。

今の車は、空気の流入量を検知するセンサーが有ります(Dジェトロと言います〕
で、それを、コンピューターに信号として入れてCPUには、燃調マップと言うのがありそこから適正料を、
インジェクターから、吹き付けてます。

で、理論としては、１４，７対１は理想ですが燃調が薄いと、エンジンは壊れますので、
セーフティーゾーンを設けて、燃調はやや濃いめにしています。
濃い分には、カブリ易いだけですが薄いとエンジンの温度があがります。
ノッキングも起きます。
最終は、ブローをして壊れるわけです。

スマホからですんで、張り付け出来ずすいません。
専門用語も有りますんで、解らないなら家で、再回答しますが、、、、、
いかがでしょうか？ご理解いただけましたか?

お礼

ご回答ありがとうございます。用語はわかります。

感覚的に理解できなかったのは「空燃比がさほど大きく変化しないなら、必要な燃料の量から考えてアイドリングのように低出力状態ではフルスロットルの数十分の一（例えば50分の一とか）しか混合気を必要としないだろう。もし圧縮比が10:1だとすると、圧縮後に0.2気圧にしかならない。大気圧は1気圧だから圧縮になってないじゃんか」

という事です。本当にこんな状態なのでしょうか？

回答No.3

adenak

ボア・ストローク、ピストンが上死点のときのヘッドの容量が変わらない限り圧縮比は変化しません。

お礼

ご回答ありがとうございます。問題にしているのは体積ではなく実効圧縮比ですので。

回答No.2

siokara007

圧縮比は機械的なところで決まっていて、アクセルの開閉度によって圧縮する混合気の量が違うだけです。ですので圧縮圧力はアクセルの開閉度によって変わります。たぶんこのことを言っているのではないかと思いました。

お礼

ご回答ありがとうございます。おっしゃるところを問題にしています。

体積的には圧縮比は吸い込んだ混合気の分子数など関係なく決まりますが、実際にスロットルを絞っていて吸い込んだ混合気は分子数が少ないという事は実際の圧縮比は低いのだろうと。

圧縮比が低いと熱効率は大きく下がりますが、アイドリングのように無負荷の場合にはほとんど燃料はいらないから大して混合気は吸い込んでいないはず。となるとアイドリングの熱効率ってどれだけ低いんだろうと思ってしまいました。

回答No.1

ultraCS

>もしそうなら、ハーフスロットルのときの本当の圧縮比はフルスロットルのときの半分ですよね。
そういう理解でいいのでしょうか？

現在の内燃機関はスロットル開度で回転数をコントロールするのだから、そんな簡単な計算ではないですよ。
回転数が半分になれば単位時間当たりの吸気量が半分でも圧縮比は同じだし、燃料噴射であれば空燃比は一定になるように調整される(実際はそううまくいかないし、キャブの場合は確実にそうはいかない)。

なお、理論空燃比でも燃焼室形状により完全燃焼できるわけではなく、メーカーは燃費改善のためにはスワール燃焼とか直噴を使って希薄混合気で十分な仕事が出来るように工夫しています。

お礼

ご回答ありがとうございます。将来的には成層燃焼とか出てきて、そうなるとガソリンエンジンもいつもフルに空気を吸うのでディーゼルと同じフルスロットルになりますね。