内燃機関の効率について

質問

もし、ガソリンエンジン車のエンジンの効率が100％だとしたら
直列4気筒、2000ccでどの位走行できるのか、どの位出力が出るのか教えてください。

あと、世界で最も燃料効率が良い自動車は何ですか？

回答No.9

paddrink

VWがコンセプトカーですが
111km/lのハイブリッドを発表し、ジャーナリストに試乗させています。
デザインは、初代インサイトを洗練させて、ドアミラーをCCDカメラに置き換え、
タイヤも非常に細いものを履かせ、転がり抵抗を低減しています。
しかし、コーナリング性能や制動力は十分保たれているとにこと、
エンジンは、ディーゼル２気筒、ボディはカーボンモノコック、
市販を前提にした開発が進んでいる模様、

マーケットの反響が高ければ
耐久性データ収集と走る広告塔として市販も期待できます。

回答No.8

joshuatree

結論は簡単です。

ガソリンは１ｇあたり10400cal、43,600Jの熱量を発生します。
効率が１００％なら、単位時間当たりの、ガソリンの噴射量が決められれば、おのずと最高出力は求められます。

走行距離は走行抵抗の積算値とガソリンの熱量の比較です。

どのようなセッティングにするかで、これ以上の結論は大きく変わります。（走行距離に関しては鉄道はレールも車輪も鉄なので走行抵抗が少ないから走行距離は長くなる。一方抵抗が少ないのでブレーキが利かないし坂も登らない。これと同じことだけどプリウスは走行抵抗の少ないタイヤを履いているせいで、走りが頼りないと言われる）

現状に対する考え方を一つ。
例えばアイドリング時は、熱効率は０％です。それぞれのエンジンで最高効率のエンジンの状態（回転数のこと。スロットルは全開であることが前提）は低燃費運転とは異なります。
つまり、通常の運転領域では、効率の悪い領域で運転しています。それを補うのがＣＶＴやハイブリッドです、

普通の火力発電所の熱効率は４０％位（たしかＬＮＧを用いたスーパー火力発電所で６０％位）船舶用の２ストロークターボディーゼルで熱効率５０％位（定格出力時のエンジン回転数は１００ＲＰＭ位だったりする）
一方、電気自動車のリーフが蓄えられるエネルギー量はガソリン換算で３Ｌ弱といわれています。それで１００ｋｍ以上走るのだから効率は良いのですがね。
つまり２ストロークターボディーゼル（船舶用はかなり大きいので成り立つのですが）を用いたシリーズハイブリッドが成り立てば、（エンジンは電気がなくなった時だけ定格回転で回す）電気自動車より効率の良い車になる可能性も出てくるかもしれない？

ついでにセラミックエンジンにすればもっと効率が良くなる。
http://www.ceramic.or.jp/museum/contents/pdf/2007_9_01.pdf
要するにラジエターで発散する熱量を抑えると言う事ですね。

かなり長いこと研究されていますが、実現のめどは立ちませんね。

ガソリンエンジンもいろいろトライしているのですが。例えばポンピングロスを減らすため、希薄燃焼にしてみたり（初期のＧＤＩ、ＮＯｘの問題でもめましたね）とか大量ＥＧＲとかしてみたり。（エンジンブレーキとは、その多くはポンピングロスです、通常走行でもポンピングロスは発生しており、熱量を消費し、効率は落ちます）
そういえばアトキンソンサイクルを最初に市場導入したのは、マツダのユーノス８００だったよね。（ミラーサイクルと言っていたけどね）これはリショルム式スーパーチャージャーとセットのはずだったんだけど。

エンジンの効率が100％だとしたら排ガスの温度も上がらないので、触媒も効かなくなり排ガス規制もクリアできない？というのもありますが、もともとが夢物語ですからね。

蛇足が長くなりました。

回答No.7

ウラ漁師（@uraryoushi）

プリウスのエンジンが世界トップレベルの効率の良さなら、プリウスの実燃費と差がない・下手すりゃ上回る俺の乗ってるOPELのECOTECエンジンは何なんだろうね。2000cc直4レシプロエンジン＋4ATで首都圏市街地走行まさかの10.0km/Lオーバーっすからね。カタログ燃費9.7km/Lなのに、ね。10.0km/Lだと「今日は燃費、悪かったな」なんっすけど、ね。ついでにプリウスみたいに燃費に囚われて周りに迷惑掛けっ放しの「渋滞の元」運転はゼロでこの成績、なんっすけど、ね！

っつーのもね、レシプロエンジンって実はどんだけ内圧を封じ込める事が出来るかでトルクがどこまでも上昇するんっすよ。レシプロエンジンって圧力釜と一緒っすから。
問題は今以上の圧力ってどの位置まで上げる事が出来るのか、その圧力にあげるのにどんな材料が良いのか、量産するなら加工は楽かとか掛かる材料費はどんくらいなのか、いざ作れたとしてもエンジン重量はどんくらいになるのか、で随分話が違ってくるっすよ。圧力はエンジン本体もそうなんだけど、実はラジエーター水のホースも絡んでくるのね。できる事ならラジエーター水の水路は全部塞ぎたい、そのほうがトルクが稼げるから、なんっすけど日本車はどうした事かラジエーターに穴が開いてるでしょ？穴開けてキャップを付けてるでしょ？アレってヨーロッパでは「わざわざトルクにガス装置って意味分かんねえ」なんっすよ。
それに吸気と排気のマニホールドの穴を小さくしてその先の管は太くした方が吸排気効率が高まってトルクがUPするのね。NAチューンの基本っすよ。でも限度があるからその辺の探りも入れないと。。。

実はレシプロエンジンってまだまだ可能性を秘めた、未開のエリアが沢山ある分野なんっすよ。だからどこまで？っつわれたら。。。まだまだイケそうなので未知数っす。

そういう意味ではOPELのECOTECエンジンって世界でも高水準の燃料効率の量産型エンジンっすよ。その辺EU諸国ではかなり知られてるっすよ。今じゃOPEL（GM/ SAAB）の他にもアルファロメオやマセラッティも採用しているっすからね。そう言えば可変バルタイって、確か世界で最初にOPELが量産採用した奴じゃないっすかね。俺のVECTRA（2000年モデル）にもしっかり付いててるっす（1996-2001年のモデルっす）。ただ1番かどうかは。。。わかんねっす。

蛇足ながら＃6さんが指摘しているCVTの菅直人並の効率の悪さには俺も乗っかるっすわ。実際他の企業の技術を見守ってイケると踏んでから確実なものだけを製品化するでおなじみのメルセデスもAクラスに採用してしばらくしてから「CVTは技術的に致命的な問題がある」っつってそれ以外のグレードには採用見送ってるっすからね。

回答No.6

４ 1/2（@1143）

アトキンソンサイクルなんて、20年前から自動車に実用化されていて、今では可変バルタイ付きのエンジンならどれでも当たり前の様にやっている技術なんですけどね。

定速走行で回生できなければ、無駄な重りを積んでいるだけの車を本気で効率が良いと思っている人がいるのですね。正しくは、現実とはかけ離れた１０・１５燃費が優れた車です。

ちなみに、車として効率を考えるなら、今コストダウンのために日本車に幅広く採用されているＣＶＴ（特に１０・１５燃費の測定に影響が少ない、高速や、変速中の効率は極悪）の効率の悪さも馬鹿になりません。（それにさらに効率が悪いトルコンも組み合わせています。）

お礼

回答ありがとうございました。
自分はCVTの回転数と速度の関係がなんとも気持ちが悪いと感じます。
気にするな、と言われればあまり気にならないことですけどね。

回答No.5

nekoppe

＞エンジンの効率が100％
燃焼効率１００％、摩擦損失・補機駆動損失等がゼロ、全てが駆動力となる仮定ですね。

＞直列4気筒、2000ccでどの位走行できるのか
現状熱効率を２８％とすれば、１００÷２８≒３．６倍の走行、燃費２０ｋｍ／Ｌなら、２０×３．６＝７２ｋｍ／Ｌとなります。但し最も良い条件下ですから、走行条件により異なります。

＞どの位出力が出るのか
２０００ｃｃなら１００～１６０ｐｓですから、３６０～５７６ｐｓです。これも最高出力ですから、実際には出せません。

＞世界で最も燃料効率が良い自動車は
実験車でなく大量生産のガソリン車の意味と思いますので、プリウスのエンジンです。最高効率３７％なので、３７÷２８（普通のエンジンの効率）＝１．３２、普通のエンジンより３２％も効率が良い事になります。このエンジン以外に損失を減らす多くの工夫をして３８ｋｍ／Ｌを達成しています。これらの数値も最も良い条件下ですが、プリウスユーザーの中には更に工夫して４０ｋｍ／Ｌ台を出している例もあります。

お礼

回答ありがとうございました。
プリウスも乗り方次第で40km台が出せるんですね！
どの自動車でも乗り方次第で燃費が変わるんですね。

回答No.4

MVX250F001

熱力学の法則として熱効率100%は有り得ませんが、机上計算上は実在のガソリンエンジン車の4～5倍程度になるでしょう

蛇足ですが、熱効率最高峰は、最新鋭の火力発電所です。約50%です

お礼

回答ありがとうございました。
>>熱力学の法則として熱効率100%は有り得ませんが
そうですね…。もし、熱効率が100％だったらどうなるのか興味を持ったので質問させて頂きました。
>>蛇足ですが、熱効率最高峰は、最新鋭の火力発電所です。
最高峰の熱効率の火力発電所でも約50％ですか…。案外悪いんですね…。

回答No.3

gorisansei

プリウスはアトキンソンサイクルと言って、圧縮比を高くせずに膨張比を大きく取るようなエンジンになっています。
普通は圧縮比=膨張比ですが、プリウスの場合は吸気バルブを遅閉じにするので。
更に回生ブレーキなどを使って積極的にエネルギーを回収しているので総合的な熱効率は高いです。
ただ、世界で一番かと言われると自信がありません。

車ってのは走ってナンボですからプリウスの燃費が特段凄いとは感じません。
四輪ではなく二輪ですが、スーパーカブなんかリッター60キロは余裕で走るし、1.8Lセダン並みの加速をする94年式のZZR250ですらリッター30走ります。

軽量な軽自動車のMT車は実用燃費でプリウスと同程度ですし。

2000ccで熱効率100％・・・
出力はどれだけでも出ますとしかいえません。
熱効率100％、すなわち機械的損失も一切無ければ回転も無限ですので。
まぁ、リッターあたり80馬力程度の低燃費エンジンが主流の現代のエンジンの熱効率と比べて計算すると、500馬力くらいは出るんじゃないでしょうか。

お礼

回答ありがとうございました。
アトキンソンサイクルですか。エンジン単体では非力ですが、モーターと組み合わせると良い結果になるということでしょうか。
>>四輪ではなく二輪ですが、スーパーカブなんかリッター60キロは余裕で走るし、1.8Lセダン並みの加速をする94年式のZZR250ですらリッター30走ります。
二輪ですか。スズキ・アドレスV125は全開走行でも30kmを下回らないらしいですし、ハヤブサ1300も13km程度走るらしいですね。
二輪は車体が軽くて排気量が小さいので燃費がいいんでしょうかね。

回答No.2

４ 1/2（@1143）

>>あと、世界で最も燃料効率が良い自動車は何ですか？

　効率と言うのは普通ＰＳ/kg（１kgのガソリンでどれだけの仕事ができるか）で表します。

　プリウスは、ショボイ走りと、粗末なタイヤで、カタログ燃費を稼いでいるだけなので、効率が良いとは言いません。

お礼

回答ありがとうございました。
>>プリウスは、ショボイ走りと、粗末なタイヤで、カタログ燃費を稼いでいるだけなので、効率が良いとは言いません。
個人的にハイブリットカーはあまり好みではないのですが、街乗り程度で燃費が良ければいいんじゃないでしょうか。
最近はレギュラーガソリンも高いですし、自動車に興味が無い人から見たら燃費が第一だと思います。

回答No.1

oguro-

効率100％をガソリンが燃焼するときに発生する全部のエネルギーを全て無駄なく動力に変換できたとする、と定義すれば、今のガソリンエンジンでは20%-25%程度しか使っていません。
燃費側に制御を振れば、４－５倍の航続距離が得られることになります。この場合、エンジンから排熱がでませんので、実際にはエアコン（暖房）や排気ガス中の有害物質を除去する触媒の暖気などに必要な熱を別途調達する必要があり、実際は3倍くらいしか走れないと思います。
出力、というかトルク向上側に振るとエンジン本体としてのトルクは４－５倍になる計算ですが、その中からポンプロスや補機仕事など一定量の仕事を持っていかれますので、動力に使える部分はやはり3倍くらいかなという気がします。トルクカーブが似た形状なら500馬力とかそんな感じでしょうか。でも、効率が常に100%なら、トルクは回転数によらず同じような気もするので、もう少し出るかも知れません。

ガソリンエンジンを搭載している車種のうち、最も燃費効率のよい量産型の４輪乗用車は、プリウスです。

お礼

20％～25％ですか… 効率悪いですね。
ディーゼルエンジンの方が効率がいいみたいですね。

プリウスですか。モーターは効率がよいのが影響しているんですかね