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クランクケース内圧を利用した過給の可能性
単気筒の4ストエンジンの場合です。 エアクリ→ワンウェイバルブ→クランクケース→ワンウェイバルブ→キャブ→燃焼室 と繋いだら比較的簡単に過給できると思うのですがどうでしょうか？ 吸気が1回に対してクランキングが2回なので、それなりに圧縮した空気を送り出せそうな気がします。 メリットとしては 複雑な機構（機械的に）なしで過給できる、小型化が容易 過給によって充填率を高めてロスを低減できる。 インタークーラー等でエンジンを冷却できる。 ついでにブローバイの処理もできる 従来捨てられていたエネルギーを圧縮に用いる→高効率化が可能かも 圧縮された混合気を燃焼させるため、排気が高温に→触媒による排ガス浄化に有利 圧縮された混合気を用いるため、低圧縮比、高膨張比のミラーシステムとも相性がよさそう ということが考えられます デメリットは、 オイル損失が心配 吸気が熱される→実質過給圧が低下＋デトネが起こりやすくなる オイル残量やエンジン温度によって燃調が影響を受ける 単気筒でしか使えない ワンウェイバルブの耐久性が不安 という感じですかね。 最近は電子制御やインジェクションの技術も進歩してますし、メーカーが本気だせば何とかなりそうな気がするのですがどうでしょうか？
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- funflier
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既にありますし、実用化されてます。って言っても模型グローエンジンの話ですが。 ラジコン飛行機の世界では、コンテスト用エンジンとして有名な山田産業（ＹＳと通称）製の 単気筒４サイクルがそうで、「クランクケース圧送式スーパーチャージャー機構」と言ってます。 http://www.yspower.co.jp/ja/engine/index.html どうなっているかはここの説明書（ｐｄｆファイル）を開き、分解図をご覧下さい。 http://www.yspower.co.jp/ja/engine/plane/fz63s.html 図でいう４５番のディスクバルブがお考えになっている１ＷＡＹバルブの役目をしていて、 クランクシャフトから駆動されることで開閉してクランクケースに一度吸気を吸い込み 圧縮して吸気ポートに送る切り替えをしています。 このおかげでＹＳエンジンは他よりパワーがあり、信頼性も国内外のトップフライヤーが こぞって競技に使う位高いものです。ただ実車バイクで使うメリットデメリットは私には 解りません。アルコールとガソリンの違いはあるものの、同じ混合燃料を使うエンジン ですし、その気になれば十分出来るとは思います。でも特許関連は既に押さえられてる とは思いますよ。
- ４ 1/2（@1143）
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>>4ストのエンジンを想定していますので、クランキングは1吸期につき2回です、 単気筒では、その内一回はエンジン側が吸気していないので、どこかへ溜めておく必要が有りますので、ますます効率が落ちます。 別にクランク軸から、コンプレッサーを回した方が、一般的には効率が悪いと言われているピストン式でも、遥かに効率が高い物が作れます。
- ４ 1/2（@1143）
- ベストアンサー率10% (373/3454)
この構造では、効率が１００％でも排気量以上の空気は送れないので、過給はできません。 空気は、圧縮膨張するので、このままでは、せいぜい排気量の半分以下しか送れないでしょう。 クランクウエイトをでかくして、クランク室の無駄な空間を無くす。 クランク室から、インマニやインテークバルブを経由すると、抵抗が大きいので、直接シリンダーへ送る。 しょぼいワンウエイバルブでは抵抗が大きいので、リードバルブや、クランクと一緒に回るリードバルブを付ける。 オイルは、盛大に噴出すので、ガソリンに混ぜてクランクを潤滑する。 ついでに、排気と吸気を一緒にやって、毎周爆発させましょうか。 燃費が悪い上に、排ガス規制は、まず通らないでしょう。
お礼
ご回答ありがとうございます。 それは2スｔ・・・ 恥ずかしながらリードバルブというものを存じませんでした、しかし想像していたのはまさにこれでした。 4ストのエンジンを想定していますので、クランキングは1吸期につき2回です、よって単純計算で2倍の空気を送ることができます。 リードバルブをうまく使うことでシリンダーを隔離できるかもしれませんね。
- sailor
- ベストアンサー率46% (1954/4186)
圧縮を得るうえで最も問題になるのがクランクケースの容積でしょうね。ピストンストロークによる容積変化に対していかにクランクケース内の容積を小さくするかが問題です。このようなレシプロケーティングを用いる圧縮機では行程容積に対してデッドになる容積を以下に小さくするかが効率に大きく影響してきます。行程容積に対してクランクケースを利用したのでは総容積があまりにも大きくなりすぎ、実質的に圧縮というのは無理ではないでしょうか。２ストロークの掃気のように吐出先の圧力が低いのであればよいのですが、圧縮して送り出すとなるとクランクケース内は常に圧力が掛かった状態になりますから、その状態で大きなクリアランスを持つポンプがうまく吸気できるかどうかさえ問題です。たとえばクランクケース内の容積が1Ｌであるとして、ピストンの行程容積が100ＣＣだとすると、10％しか圧縮していないことになりますよね、そこに吸気や吐出のリードバルブによるロスを見込むと、せいぜい5％程度でにしかならないでしょう。また、この方式では明らかにピストン降下時のエネルギーを圧縮という動作のために使用してしまいますのでポンピングロスは明らかに増えますので、無駄にしているエネルギーの回収という点でも問題がありそうです。ターボチャージャーでは明らかに無駄にしている排気ガスのエネルギーを回収していますので、そちらのほうが効率がよさそうです。また、質問者が気にして居られるように、吸気への潤滑油の混入を完全に防ぐことは難しいでしょう。これは排ガスの浄化という点で決定的に不利ですね。 もし、ピストン降下を利用して過給目的での圧縮をするのであればピストンのピストン下部のコンロッド側にも隔壁を設け、コンロッドを通す部分はシールする必要があるでしょう。すると当然コンロッドは通常の首ふりを含む運動は許されないことになりますから、船舶用大型ディーゼルエンジンのようにクロスヘッド機構が必要になりますよね、これでは機構の複雑化や重量増加でデメリットのほうが大きくなるでしょうし、依然としてピストン回りの潤滑の問題は残りますね。 確かにピストン下の容積変化を利用するアイデアは面白いのですが、なかなか一朝一夕には行かない難しい問題をはらんでいるようです。
お礼
ご回答ありがとうございます。 確かにおっしゃるとおりです、加圧する範囲がクランクケース全体だと効率悪いですね。 となるとやはりシリンダ部を隔離ということになって大仕事になってきますね。 となるとピストンの潤滑も難しくなってきそうです、一朝一夕にはいかなさそうです（笑） そう考えるとターボチャージャーはすばらしい方法ですね。
- arukie
- ベストアンサー率32% (716/2188)
実現は難しいでしょうね。 クランク室内の圧力は昔から研究されています。 ヘタに圧力がかかればポンピングロスの出力低下につながります。 圧力を如何に一定にするのかが重要の様ですが・・・ 「クランク室 内圧」 で検索してみればいっぱい出てきます。 たぶん過給圧が高くなってしまう問題も出てくるかも知れません。 シリンダーに吸い込まれる空気が２倍の容量になりますから。
お礼
ご回答ありがとうございます。 クランクケースの内圧は下げるのが一般的ですよね。 実現への道は険しいですね。
- lowrider_2005
- ベストアンサー率40% (1520/3748)
2ストのクランクケースリードバルブ風なイメージですかね（2ストはキャブ→クランクケースですけどね）。 ＞吸気が1回に対してクランキングが2回なので、それなりに圧縮した空気を送り出せそうな気がします。 と書いておられますが、これを逆にとらえるとクランクケース内の圧縮空気がピストンの上下動を妨げることになりますから、高圧縮＝高能率を目指すとクランクが回らないかも？（＝ピストンの動きを妨げない程度の圧縮なら効果が薄いかも）。 あとはクランクケースの密閉ってあまり圧力がかかる事を想定していないから、メタルガスケットを入れるなどの対策も必要かもしれませんね。 ブローバイガス還元装置が不要になるというのもメリットですかね。 バックファイヤーがおきたら怖そうだなぁ... いずれにしても「かもしれない」レベルの話なので、カブあたりで作ってみたらいかがすか？
お礼
ご回答ありがとうございます。バックファイヤ対策も必要ですね。 クランクケース内圧が高まるとロスは増えそうです、確かにブーストアップすればするほどロスが増えますよね。 実は家に実験用カブがありまして（笑）ちょっとやってみてもいいかなと。50ccであれば必要な空気の量も少ないのでワンウェイバルブの性能をあんまり気にしなくてもよさそうですし。 しかし高回転時に吸気が追いつかずにウイリー専用マシンと化しそうな予感も（笑）
- ShowMeHow
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ピストンが動いた分だけ供給されるので、ロスが全くなく圧縮等が起こらないとしてもちょうど同量の空気しか供給されないので、過給にはならないと思います。 過給にするためにはより大きなピストンをどこか別のところで動かせば良いわけですけど、抵抗が大きすぎるのでスーパーチャージャーとかターボとかが使われ手いるのではないかと思います。 （この画とこの内容、投稿するサイトを間違えていない？）
お礼
ご回答ありがとうございます。4ストなのでピストンは（吸入、圧縮）で１往復、継いで（爆発、排気）で１往復ですので、吸気１回につきピストンは２回動きます。
つまり２ストエンジンのシリンダー上半分を４ストで作り直すという事ですね！？ 将来のスタンダードになったりして。 しかしよく思いつきましたね（笑）
お礼
ハイパワーでコンパクトなのでオフ車などは2ストがいいですよね。 将来のスタンダード、とはいかないまでもパワフルさ、コンパクトさが求められるオフ車などに部分的に採用されたりしたらいいな、なんて妄想してしまいます。
- Lupinus2
- ベストアンサー率26% (1802/6710)
面白い発想だと思います。 予想される課題としては、ワンウェイバルブの抵抗のために予想よりも吸気できず、 出力向上に繋がらない可能性でしょうか。 単なる吸気抵抗になってしまえばそれで終わりですから。 こんな所で公開しないで、特許でも取っちゃえばよかったのに。
お礼
ご回答ありがとうございます。たしかに高回転時つらそうですね。
補足
なんと、「４サイクルエンジンの自己過給原理」というタイトルで既に特許取られてました（笑）。平成13年だったのでもう少し早くうまれていればよかったかもしれません。やはり考えることは皆同じですね。
- nekonynan
- ベストアンサー率31% (1565/4897)
没に決定しました ・エンジンオイルが酸化する ⇒エンジンの耐久性劣化 これならばスーパーチャジャーの方が良いです
お礼
ご回答ありがとうございます。 たしかに耐久性はなさそうですね。
お礼
ご回答ありがとうございます。 妙な方法を思いつくと逆に既存の方法のすばらしさに気づかされますね。 実用するメリットがあるのはカブ系エンジンを効率と耐久性を度外視してパワーアップする場合くらいですかね。 それでも軽のスーパーチャージャーなら中古が1万円で買えてしまいますし、設置もプーリーで比較的簡単なのでスーチャーの有利は変わらないかもしれません。