低燃費・高出力の夢のエンジン

質問

４サイクルエンジンでは、吸気、圧縮、爆発、排気の４工程があり、クランク２回転につき１回の爆発しかありません。
また、吸気、圧縮というエンジンの回転をそぐ工程が含まれています。
そこで、吸気、圧縮工程を省いたエンジンは出来ないでしょうか。

燃料はＬＰガスなどを使います。ＬＰガスは元々圧縮されています。
ＬＰガスとは別に、圧縮した空気ボンベも搭載しています。
燃焼室へ送り込む手前では、ＬＰガスと空気を高圧のまま混合します。
ピストンが上死点を過ぎた直後、既に圧縮された混合気を注入します。(この際、排気バルブは開いておき、燃焼室の圧力が上がり始める寸前に、閉じる必要があります）
すでに混合されているため、燃焼室の構造は、スワールを発生させるなどの工夫は必要なく、燃焼室全体にいきわたる直前に点火すれば、低燃費も期待できると思います。

回答No.4

noname#25358 · ベストアンサー

目のつけどころはいいと思うんですけどね。
　この調子でもうちょっと煮詰めてみる必要がありますね。
　そうやって色々考えるのって面白いんですけどね。たしかに。

　あなたが考えたエンジンの欠点は、「現実にはどういう仕組みになるのか」ということを考えていない点です。漫画のネタにできる程度には考えられているようですが。
　機械はブラックボックスではありませんから、「重さ」もあれば「大きさ」もあります。高圧気体などの危険物を扱うには、「法廷検査をクリアするための頑丈さ」も必要になります。

　しかも、吸気と圧縮は、あなたの周りにある「空気」に対して行っているのであって、燃料は圧縮していません。（たいがいのエンジンでは、空気を圧縮したあとに燃料を噴射しています）
　自動車の周囲にある空気は「１気圧」と決まっていますから、ＮＡエンジンであるかぎり、これを省略することはできません。

　あらかじめ圧縮した空気を保持しておくにしても、それを溜めておく「空気ボンベ」が別に必要になります。
　燃料とは別に空気ボンベを購入しなければいけないわけですがら、エンジン性能そのものは向上しても、「経済燃費」は極端に悪化します。
　ボンベが高いからです。

　ちなみに、「工程があるからパワーが出ないのだ」という発想をした人は過去にもたくさんいました。
　で、彼らはその発想を夢空言と片付けたりせず、煮詰めて煮詰めて煮詰めて、最終的にジェットエンジンを作り出しました。

お礼

回答有難うございます。
空気ボンベが必要なこと、さらに圧縮空気をあらかじめ用意しておかなければならないことは、確かに大きな課題だと思います。

回答No.11

noritaman

現地で調達できる「空気」をわざわざ持っていくのはばかげているとは思いません？。
酸素のない真空中を飛ぶロケットなら、仕方なしに酸化剤である酸素を持って行くのですが、回りに空気がたくさんあるのならそれを使うのがお得だと思いますが・・・。
たとえば、ガソリンエンジンの場合、理論空燃比はガソリン１kgに対し１５kg必要ですから、事前に圧縮してボンベに詰めたとしても、ガソリンの１５倍の重さの空気を載せていることになりますよね。
これじゃ、バッテリーカーよりも効率が悪いと思いますけど。

補足

その問題点は前述の通りです。

ガソリンではなくＬＰガス、
空気ではなく酸素の場合はいかがでしょうか？

回答No.10

pochi2tama

ひとつ大きな疑問が有るのですが…。

「圧縮した空気ボンベも搭載」という事ですが、これを作るエネルギーはどうするのですか？エンジンが回り続ける間、圧力を維持しなければならないので、相当な密度で(相当な量を)充填する必要が有る(＝相当なエネルギーが必要)と思いますが。
極端な話、圧縮空気さえ出来れば、爆発などに頼らなくともこの圧力だけで駆動する「エンジン(と呼べるのか？)」だって出来てしまいますよ。

お礼

回答ありがとうございます。

これまでに分かってきた問題点はさておき・・・

＞「圧縮した空気ボンベも搭載」という事ですが、これを作るエネルギーはどうするのですか？
・前述のとおり、発電所の電力を使います。送電線や変電所でのロスを加味しても、発電所のタービンのエネルギー効率は、車よりはるかに良いと聞いた事があります。つまり、どちらも石油がエネルギー源ですが、車をガソリンで走らせるよりも、発電所から家庭まで送られてきた電力で電気自動車を走らせたほうが、同じ仕事量で必要な石油はずっと少ないそうです。

＞エンジンが回り続ける間、圧力を維持しなければならないので、
＞相当な密度で(相当な量を)充填する必要が有る。
・ＬＰガスと同じように液体まで圧縮＋冷却する必要があります。空気を圧縮する際の問題点は、前述の通りです。（空気より酸素のほうがいい）

＞圧縮空気さえ出来れば、爆発などに頼らなくともこの圧力だけで駆動する「エンジン(と呼べるのか？)」だって出来てしまいますよ。
・圧縮に必要なエネルギーより燃焼で得られるエネルギーのほうがはるかに大きいので、それは不都合です。

今まで頂いた回答を読んで、気づいた課題は以下の通りです。

・空気を液体にするのは困難。酸素のほうがいい
・圧縮酸素を搭載した場合、酸素の重さが燃費に与える影響がどのくらいか。また搭載するＬＰガスに見合う酸素の重量はどのくらいか。
・エンジンの圧縮工程を省いたらそれをカバーできるだけの効率向上になるのか。
・ＬＰガスと酸素が、常温で液体だとすれば、シリンダー内に噴射した時、断熱膨張で温度が下がってしまう。（いくらか加熱する必要あり？）

皆様本当にありがとうございました。
この場を借りてお礼申し上げます。

回答No.9

nasagoods

ミラーサイクルエンジンが良いんじゃないでしょうか？
基本的にはレシプロですが、圧縮行程に入る時に吸気側バルブの閉じるのを遅らせて圧縮容量を少なくさせる。
見方によっては圧縮工程のロスを低減させる事と、見かけ上の圧縮ストロークと燃焼後のストロークに差が出来るので低燃費。
圧縮容量が少ない割には高出力か!?(笑)
って、答えになっていない。(爆)

ご質問のシステムであれば、例えば副燃焼室を作ってピストンが上死点頃になったら副燃焼室のバルブを開けて点火すればシリンダー内に混合気を押し込まなくても良いんじゃないでしょうか？
って、素人考えですが・・・。(笑)

回答No.8

大明神（@bathbadya）

レシプロエンジンに外れる部分もあるけど・・・

＞クランク２回転につき１回の爆発しかありません。
ロータリエンジンはクランク1回点に３回の爆発。

＞吸気、圧縮というエンジンの回転をそぐ工程が含まれています。
吸気ロスが少ないのがディーゼルエンジン。
圧縮は熱効率を上げるための手法なので圧縮工程が無いと熱効率が落ちる。ディーゼルは圧縮比が高いので燃費が良い。
２サイクルエンジンは掃気で圧縮空気で吸気してるけど・・・どう？

＞スワールを発生させるなどの工夫は必要なく
最近の手法は、混合気の濃い部分をプラグ周辺に配置して、全体として薄い混合気でも安定した燃焼をさせようと狙っている。

＞車のエンジン動力で圧縮空気を作って貯めておくのなら本末転倒です。
いや、それをエンジン動力でしようとしたのがジェットエンジン。ここ10年以上話題にならないけど。
で、一時はやったのが過吸気。もっとも効率が良いと言われたのがプレッシャウエーブだったかな？
圧縮空気を持っていても、タンク自体が重いし、圧縮するための費用が発生するので燃料代としてはどうかな？

結論
＞すでに混合されているため、燃焼室の構造は、スワールを発生させるなどの工夫は必要なく、燃焼室全体にいきわたる直前に点火すれば、低燃費も期待できると思います。
実現性皆無。

お礼

２サイクルエンジンは圧縮と吸気を同時に行っているだけで省いていることにはなりません。
ロータリーエンジンも吸気と圧縮はエンジンの動力で行っています。
確かに、ジェットエンジンは過給器が付いていますよね（ラムジェットを除く）。これもエンジン動力を使っています。ターボジェットエンジンは高出力ながら燃費が悪く現在では戦闘機くらいにしか採用されていません。現在ではエンジンの過給に使われる回転力の多くが推進力に使われています。
従って上記のエンジンはここでは除外して考えさせていただきます。

しかし、タンクの重さは大きな課題ですね。
圧縮空気自体の重さも相当なものになりそうですね。問題点が次第に浮かび上がってきました。
回答有難うございました。

回答No.7

noname#45918

実験室レベルでの回答

ガソリンエンジンでは、圧縮上死点前に点火しています。
これは、燃焼室全体に火が回り、圧力が最大になるまでに時間がかかるためです。
上死点後に混合気噴射、点火では、圧力が最大になるときにはピストンが下死点まで下がっているかも。
たとえ一定回転でも、高効率は期待できないでしょう。

実用での問題

圧縮空気はどうやって作るのか。
コンプレッサーは大量のエネルギーを必要とします。
自動車に積むなら、エンジン駆動でも電気モーター駆動でも、もの凄いロスとなります。
まさか、スタンドで空気を補給するわけにはいかないでしょう。
ＬＰガスは液体です。Ｌはリキッドの略ですから。
液体酸素ならまだしも、圧縮空気ではコンビニにもたどり着けません。

現在のレシプロエンジンがこれほどまでに普及したのは、高効率だからではありません。
出力を変化させやすいからです。
判りやすく言えば、レスポンスが良いからです。
一定回転で高効率なエンジンは沢山ありますが、車に載らないのは出力の変化に時間がかかるからです。
信号が変わっても発進までに数秒かかるなら、実用にはなりません。

お礼

回答有難うございます。

＞まさか、スタンドで空気を補給するわけにはいかないでしょう。
いえ、私が考えているのはまさに、↑それなんですよ。

車のエンジン動力で圧縮空気を作って貯めておくのなら本末転倒です。
しかし、発電所で効率的に作られる安価な電力が利用できるのなら、そのほうがいいと思っているのです。

ただ問題点があるのは、自分でも分かっています。
空気は沸点の異なる気体の混合物であり、水分も含む空気を液体にするまで圧縮・冷却するのは、技術的に困難(不可能？）であろうと思います。
液体酸素なら一種類の物質ですから、可能ですね。

回答No.6

nekoppe

このエンジンが実現可能かという質問として、

２工程エンジンは昔の日産ＵＤ、軽、コルト、フロンテ、等にありましたが自動車としての２工程は殆ど消滅しました。ＬＰＧ噴射はボルボ等にありますが４工程です。技術の進歩で２工程エンジンが復活するかも知れませんが、

・高圧の空気をどう作るかで、圧縮機の使用はロスが大きくなるので現状の圧縮工程の方が適しているのではないかと思います
・ 混合比を１５：１として、重量比なので、圧縮してあっても大量の空気を瞬時に噴射し混合するのは難しいかと思います
・ 実際のエンジンは上死点前数度～数十度（某エンジンは５～４０度）で点火されますので、空気と燃料はそれより早く噴射する
　必要があり、排気と噴射の重なりロスが出ます。

というような問題点の解決が進まないと難しいのではないかと思います。

余談ですが、「モンテクリスト伯」、の中に出てくる原始的な光通信が、今ではファイバを使った高速通信に進歩しています。実現困難（荒唐無稽でも）なアイデアも科学の進歩が可能にしてくれるかも知れません。

回答No.5

nourider

高圧のままのＬＰガスと高圧の空気を混ぜると、自然着火する恐れがあります、だから燃焼室で圧縮するのです。燃焼室で圧縮されたところに直接燃料を噴射する直噴エンジンは実用化されています。

そもそも圧縮した空気ではなく圧縮した酸素を使えば爆発エネルギーは単純に４倍になりますし、窒素酸化物などの有害物質も出ません。それこそ夢のエンジンです。

しかし実際には空気や酸素を圧縮して搭載することのコストがあまりにも高いので、どこにでもある空気を利用して低燃費や低公害や燃焼効率の改善に世界中のメーカーが努力しているのです。

回答No.3

tetsumyi

レシプロエンジンってどんなに効率が高くても３０パーセントです。
夢のエンジンにするには超小型ジェットエンジンにするとか？

回答No.2

K-1

ロータリーエンジンは？

吸気も排気もないスターリングエンジンは？

吸気も排気も圧縮も爆発もない電動モータは？

補足

レシプロの内燃機関でお願いします

回答No.1

yui_o

はぁ
そして質問は？

とりあえず、今現在プロパンガス車ってあるんですよね
タクシーとかで使ってますよ？

参考URL：

http://www.chugan.com/product/newpro-lpg.html

補足

質問文を良くお読み下さいね。