シリンダ容積はどのようにして決められているのか

質問

たとえば50ccのエンジンに空気と燃料を無理やり過給して90cc相当の燃料と空気を押し込めば90cc相当の出力が出るのでしょうか。

逆に90ccのエンジンに対して50ccエンジンと同等の空気と燃料しか入れなければ50cc相当の出力になるのでしょうか。

エンジンはガソリンを理論空燃比で燃やせばいいという考えを持ったせいで
排気量（シリンダの容積）がどのように決定されているのか分からなくなりました。
シリンダ容積が小さい方がエネルギーロスが小さい（？）ので、シリンダ容積の小さなエンジンに燃料と空気を可能な限り押し込めばいいような気がして混乱しています。

どうか回答よろしくお願いします。

回答No.2

rgm79quel · ベストアンサー

はい、
「50ccのエンジンに空気と燃料を無理やり過給して90cc相当の燃料と空気を押し込め」
て、尚かつそれに見合う燃料を噴射すれば
90cc相当の出力がでます。

ただ、火炎伝播速度が速くなるため
点火時期をそれに応じて遅角させ無ければいけませんし
過給する場合は
圧縮比も下げなければ持ちませんので
厳密には計算通りの（この場合１．８倍）となるわけではありません。

＞逆に90ccのエンジンに対して50ccエンジンと同等の空気

これは理論上も現実的にも不可能です。
なぜなら、排気量分の空気を入れてあげなければ
ピストンがストロークせずに
クランクが１回転さえしてくれないからです。
この場合、
「エンジンはかからない」
が正解となります。

＞エンジンはガソリンを理論空燃比で燃やせばいいという考えを持ったせいで

現実には全くそういうことはありません。
実際に地震で何百台とロムチューンをすればおわかり頂けると思います。

＞シリンダ容積が小さい方がエネルギーロスが小さい（？）ので
＞シリンダ容積の小さなエンジンに燃料と空気を可能な限り押し込めばいいような気がして

理論上、この理論は完璧に正しいです。
現実世界においても
同じ１５００ｃｃで

直４　ＮＡ　＝１５０馬力程度

Ｖ６　ターボ＝１５００馬力以上

と言う実例があります。

お礼

混合気を詰め込めばその完全同等に出力が上がるというわけではないのですね。
それにしても1500ccで1500馬力とは何ともバブリーな響きです。。。

ロムチューンは燃料噴射量のみの簡易的なものであればしたことがあります。A/Fを13や16にしてみたり。ただ、排ガスによる環境負荷を考えると14.7以外で運転するのは難しいのかなという印象を受けました。

独学ではありますが精進していきたいと思います。
回答ありがとうございます。

回答No.7

chubou3

>たとえば50ccのエンジンに空気と燃料を無理やり過給して90cc相当の燃料と空気を押し込めば90cc相当の出力が出るのでしょうか。
ほかの方と同様の回答ですが、その通りです。ターボやスーパーチャージャーがそうなります。

>逆に90ccのエンジンに対して50ccエンジンと同等の空気と燃料しか入れなければ50cc相当の出力になるのでしょうか。
そうです。ミラーサイクルエンジンもそうですし、ＮＡエンジンの場合、吸気口を単純に塞げばそうなります。
バイクなら(エンジンが壊れても良いのなら)エアクリーナーの口を半分とかにすれば実現できます。

>排気量（シリンダの容積）がどのように決定されているのか分からなくなりました。
自動車会社が考えるシリンダ辺りの容量は気筒辺り330cc程が一番良い様です。

>シリンダ容積が小さい方がエネルギーロスが小さい（？）ので、シリンダ容積の小さなエンジンに燃料と空気を可能な限り押し込めばいいような気がして混乱しています。
コレもその通りかどうかは自動車メーカーの研究機関(そこも知らないかも)しか解りません。
例えば125cc単気筒に加給機を付けて60psを搾り出したエンジンで軽自動車を造ったらどれ程の燃費になるかなんて研究してる自動車メーカーがあるのか疑問です。
確かにシリンダ容積や気筒数数が小さいとエンジンのフリクションの元となるピストンリングの面積が小さく取れますし、バルブの重量や大きさを軽く出来るので、スプリングを弱いものに設定出来、燃費に貢献します。
結局はエンジンはバランスの上に成り立って居るのでなんとも実験してみないと解らないですね。
因みに少し話はずれますが、プリウスの開発でいろんなエンジンを検討して一番燃費が良いのは125ccの2サイクルエンジンを発電機にした電気自動車だったと言う話を聞いたことが有ります。
エンジンは奥が深いので、これから先も新しい物が出てくると思います。

お礼

たしかに小排気量でどれだけ出力を出せるか（kw/cc） のような指標より燃焼効率や軸出力の効率の方が大切ですね。過給しすぎると燃焼効率が下がるようですし。
ＨＶにおけるエンジンの適当排気量が125ｃｃというのは必要出力の面から見ても興味深いです。

回答No.6

fba

…2番目のほうだけ。

>逆に90ccのエンジンに対して50ccエンジンと同等の空気と燃料しか入れなければ50cc相当の出力になるのでしょうか。

　ミラーサイクル（高膨張比サイクル）として実用化されています。トヨタのハイブリッド車のエンジンではアトキンソンサイクルと称していますが嘘っぱち（ミラーサイクルそのものでアトキンソンサイクルと呼んでいいのか疑問）。吸気バルブを閉じるタイミングを下死点過ぎてからにすると（下死点の前でもいいですが）吸気量50cc分で膨張行程は90cc分取れるので効率が上がるという理屈です。もちろん50ccしか燃やさないのですから出力は50cc相当ですが、マツダが昔作った過給機（リショルムコンプレッサー）付きミラーサイクルエンジンの場合は50cc分の吸気行程で90cc分の混合気を押し込み90cc分の膨張行程を得るいう感じで、当時「3000cc並みのパワーと2000cc並みの燃費を両立（実際の排気量は2300cc）」と称していました。バブル時代の名残で燃費がそれほど気にされていなかった割に結構高価だったのであまり売れなかったようでしたが。

　シリンダ当たりの容量はガソリンエンジンの場合300～500ccくらいが良いとされていますね。小さすぎると排気量当たりの表面積が大きくなるので熱損失が大きくなりますし、大きすぎると振動面などで厳しいとか、いろいろな要素が絡みますので…。

お礼

一気筒あたり300～500ccを基準として出力、騒音、車体価格と燃費、申請するときの排気量（税金）のバランスで過吸したりNAでいったり。といった感じでしょうか？
エンジンは自分が思っている以上にバランスの上で作られているみたいですね。。
トヨタのアトキンソンサイクルの名称は実質とはいえども紛らわしいです！（笑）

回答No.5

hadronia

ミラーサイクルエンジンというものがあって吸気バルブをわざと遅く閉じることで実際の容量よりも少ない吸気を行う方式があります。

取り入れる空気が少ないので圧縮比を高くできて燃料も少なくて済みむがシリンダの体積は大きいままなので燃焼効率がよいというものです。（出力的には劣る）

なので
＞逆に90ccのエンジンに対して50ccエンジンと同等の空気と燃料しか入れなければ50cc相当の出力になるのでしょうか。
これに近いことが起こると思います。

エネルギーの変換効率という観点だと少なく吸気して高く圧縮し大きく膨張させるのがいいようです。
過吸すると取り込んだ吸気量に対して相対的にシリンダーの体積が減るので燃焼効率は落ちるようです。
なのでお考えと逆のようです。

ちなみにバイクの排気量を想定しているようにも見受けられますがバイクにミラーサイクルは、無い（？）と思います。

シリンダーの体積は、ボアとストロークで決まります。
ターボやミラーサイクルで吸気量をコントロールしてもシリンダーの体積自体はそのまま変わりません。
過吸して吸気量が増えても税金も変わりません（そういう問題ではない？）

お礼

過給すると機械的な摩擦は減っても燃焼効率が下がって、最終的には効率が下がることもあると。
ここらへんは専門書を読んで比較するしかないかもですね。（完璧な答えが出るとも限りませんが。。。）
ミラーサイクルは実質の高膨張比エンジンと理解していましたが、考えを変えれば確かに吸気量を減らした状態ですね！

回答No.4

toraayuyur

５０ＣＣのエンジンに無理やり９０ｃｃ相当の混合気を押し込むことは比較的よくあることです。
ターボやスーパーチャージャーがそれです。当然、５０ｃｃ以上のパワーを得ることが出来ます。

可能な限り押し込めばパワーはあがります。２０年前のＦ１エンジンは１５００ｃｃ+ターボで１０００馬力を出していました。
ただ、押し込むにも限界はあります。コンプレッサーの能力、シリンダーの耐久性などなど。

お礼

回答ありがとうございます。
やはり内燃機関は奥が深くて面白いです。

回答No.3

nekoppe

１．50ccに過給して90cc相当
過給が可能な限り無制限に出力が上げられます

２．90ccに50ccの空気と燃料で50cc相当の出力
９０ｃｃの最高出力５ｋｗとすると、９０ｃｃでもスロットルバルブで吸入空気を調整して出力を０～５ｋｗまで調整しているので、５０ｃｃ相当の空気と燃料も、この範囲内に含まれます。

３．排気量が小さい方がエネルギーロスが小さい
その通りなので、小排気量化をするメーカもあります。

４．小さなエンジンに燃料と空気を可能な限り押し込む
某社では標準エンジンと過給したもの、過給を更に強めたものと、３タイプを１つのエンジンで製造していて、製造原価を大幅に下げています。それなら更に過給してタイプを増やせるかというと、過給には種々の問題点があるので量産エンジンでは３タイプ位が限界なのです。ヴィッツもデミオも小排気量＋過給をしないのは、過給の問題点対策に掛ける費用をエンジン改良に掛ける方法を選んでいるからです。燃費テストでは、小排気量＋過給の欧州車よりデミオやヴィッツの燃費が良いという結果が出ています。

お礼

コスト的な面や企業の方針として過給をする、しないの選択肢があるわけですね。
最高でどの程度加給できるのか気になりますね。空気ではなくて酸素を突っ込めばかなりのガソリンを入れることが出来そうですし。

回答ありがとうございます！

回答No.1

kaitaiya

物理的なシリンダー容量以上に過給する＞

基本的にイエスです・・・というかターボとかがモロにそれです。

もっとも圧縮比とかピストンスピードと燃焼速度の関係とかいろいろな要因が絡んでくるので
分かり易くストレートに比例する結果はなかなかでてこないんですけどね

シリンダー容量以下に付いてもイエスです。
これは高高度などの空気の薄いところでパワーダウンする、という現象です。

最後の小さいエンジンにハイブーストというのは現在出始めですね
フィアットの２気筒ターボとかがその類です。

なおターボの欠点としてブーストを上げるとノッキングするとかエンジンの材質を強化しないといけないとか
燃焼効率が下がるなどがあります。
また自動車用のようにエンジン回転がいろいろ変わる使い方だとその欠点がより強く出てきますね

お礼

空気が薄い場所でパワーダウンという例はすごく分かりやすかったです。
ターボについて少し勉強してみようと思います。
ありがとうございました。