自動車工学（？）

質問

こんにちは。

友達と自動車整備関係の教科書を見ていて、
(1)エンジントルクが中速で最大になり、出力が高速で増加しないのはなぜか。

(2)ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの正味熱効率に差があるのはなぜか。

という疑問が沸いたのですがコレはなぜでしょう？

(1)は７０００ｒｐｍまで回るエンジンだったら４０００ｒｐｍくらいでトルクは最大になり、出力は６５００ｒｐｍで最大になると思われますが、これ以上まわしても出力が低下するのはなぜでしょうか？

(2)はディーゼルエンジンの方が若干（５％くらい？）熱効率がいいみたいですがコレはガソリンエンジンのようにそれほどエンジンを冷やすことをしなくていいから燃料のエネルギー（？）が奪われないからでしょうか？

わかりにくい質問かと思われますが、疑問に思ったことなのでよろしくお願いします。

回答No.4

uzurara · ベストアンサー

レシプロエンジンは熱エネルギーをピストンとクランクシャフトで回転エネルギーに変換しています。
これは解りますよね。
で、先の方々の通り　機械的損失や充填効率などが影響しています。
その他に燃焼速度や熱膨張率とか流速等々・・
でも、エンジンの回転上昇と共に、機械的損失は増大・充填効率は低下していくのなら、低速回転域が一番トルクが出る事になってしまいますよね。

でも実は、充填効率は中速域が一番良いんです。
バルブのオーバーラップと言う言葉を、本などで見た事がありますよね。
排気バルブと吸入バルブが、両方とも開いている間の事なのですが、丁度その時は、排気行程は排気上死点、吸入行程は吸気上死点に位置します。
排気が終わる間際と吸気の始まる間際、ここにエンジンの回転数と流速が関係して充填効率は変化します。

教科書の内容的に説明すれば
このオーバーラップは、吸気流速の遅いエンジン低回転域では、排気バルブが閉じるまで排気と共に吸気も排気側へ抜けてしまい、吸気の充填効率が落ちます。
中回転域では、吸気の流速が上がり排気側へ抜けても、それを補う以上の吸入吸気量を得られるので充填効率は（低回転に比較して）良くなります。
高回転域になると、吸気の流速も上がりますが、吸い込むことにより発生する負圧も大きくなり　それは空気密度の減少になってしまい、結果　充填効率が落ちます。
（この充填効率を良くする為に、ターボチャージャーやスパーチャージャーやラムエアーなどがあります）

そして燃焼速度、高回転になればなるほど、燃焼速度がピストンの速度に着いていけなくなり（爆発で発生する熱膨張エネルギーをピストンに伝えきる前に排出され）、パワーダウンしてしまいます。

あと、設計上や過大膨張率での吹き返しの問題もありますが、ややこしくなるし、教科書にはそこまで記載されないので省略します。

ガソリンエンジン vs ジーゼルエンジン
ピストンのストローク（上下移動量）の違いが、効率の差になります。
単気筒で同排気量で同じエンジン回転数なら、ジーゼルエンジンのピストン速度は、ガソリンエンジンのピストンより速く、長く移動します。
ジーゼルの方が速く長く熱膨張エネルギーを回転に変換している（正式には違うけど＾＾；）と考えれば、理解し易いかな？
（ミニチュアダックスフンドとラブラドールリトリバーが同じ速度で散歩している様・・・・・、例えに　かな～り無理がある？＾＾；）

回答No.3

tomo73

(1)
トルクが落ちるから
出力＝トルク×回転数
高回転領域で、回転数が１割上がったときにトルクが２割落ちたら、出力としては減少方向に向かう

で、なぜ高回転域でトルクが落ちるかは、前の方達の説明のとおり。

回答No.2

inu2

1
充填効率の低下
(ピストンスピードが速くなれば早くなるほど吸い込める空気(混合気)の量が減る。
他に機械損失の増大など

2
圧縮率(比)の差

回答No.1

OmniBook

(１)については、摩擦損失の増加があります。回転数が上がるとピストンの上下速度やクランクが
ベアリングの上を滑る回転速度も当然上がり、これらの二乗に比例して摩擦損失が増え、増えた
駆動力を上回る形で損失する事で頭打ちから減少に至ります。
(２)については、エンジンの膨張比（ミラーサイクルエンジン以外は圧縮比と同じ値）の違いが
効いてきます。ガソリンエンジンでは市販車では高くても11程度ですがディーゼルエンジンでは
16～22となり、燃焼による熱と圧力をより駆動力に変換出来る事になります。
加えて、ディーゼルエンジンではガソリンエンジンでは必要なスロットルバルブが無い事で吸気の
際に絞り損失が無く・実用域での熱効率は一段と良くなります。