ロータリーエンジンのメリットを数値で定量的に。

質問

普通の車好きです。大衆向けの車雑誌の記事が、概ね理解できる程度の人間と思ってください。
いつかはロータリーに乗りたい、と思っています。なぜかというと、ロータリーにはメリットがいっぱいだと思うからです。個人的には、ロータリーの最大の利点とは、死点が無い（死点ロスが少ない）ことだと思ってます。ま、究極のミラーサイクルってとこでしょうか。このエネルギーロスの少なさから、小型化が可能になり、軽量・小型というメリットが導き出される、と思っています（構造的に小型化が可能って面もありますが）。ただ、死点によるエネルギーロスって、いったいどれくらいあるのでしょうか？　マツダの13Bは、吸気量が1300cc程度ですが、出力はレシプロの2000ccに匹敵するか凌いでいます。この数値からは、20/13倍程度のエネルギー効率が得られ、しいては、死点ロスが50%程度改善されているように思えます。こんな単純なものではないのでしょうか？　ロスは最終的に熱として放出されるはずですから、ロータリーは熱対策的にも有利なんでしょうか。
また、燃費が悪い（と言われる）理由もわかりません。レシプロに比べて技術的に未だ練られていない、てだけなんでしょうか。
ロータリーフリークの皆さんや、専門家の方、野次馬の方、お立ちよりください。

回答No.2

noname#2748 · ベストアンサー

確かに運動方向の反転はローターリーにはありませんが、エネルギー効率は決して高いわけではありません。エネルギー効率とは排気量あたりの出力によって決まるのではなく、燃料の燃焼により発生する熱エネルギーの何パーセントを軸出力として取り出せるかをあらわすものです。したがって、同じ出力のエンジンでは、その時点での燃料の消費が少ないほどエネルギー効率が高いということになり、同一排気量で出力が２倍あっても燃料の消費量が２倍以上であればエネルギー効率は劣っていることになります。

原理的にはロータリーエンジンにも優れた点が多数あるのですが、以下に述べるような種々の問題があるため主力とはなり得ないのです。

1）燃焼室を形成する部位に摺動部分が多く、気密の保持や潤滑が難しい。

2）燃焼室の形状が理想的な物からは程遠く、Ｓ/Ｖ比（燃焼室表面積/燃焼室容積）が大きく燃焼効率が悪い。

3）燃焼がローターハウジングに沿って移動しながら行われるため、火炎が広い面積と触れることになり熱損失（外部への熱の逃げ）が大きい

4）燃焼温度が低いためＮＯｘの排出は少なく良好ではあるが、ＨＣの排出が多い、これは未燃焼のガスが非出されることを意味し、熱効率の低下につながる

一般に内燃機関では熱効率の向上のために、できるだけ高い温度で燃焼させ、できるだけ低い温度で排気する必要があります。この差に相当する分がエネルギーとして利用できることになります。機械的な損失が小さくとも熱エネルギーの利用効率が低くては、よいエンジンとはいえません。現在の容積型内燃機関（レシプロやローターリーもこの仲間）でもっとも熱効率の高いものは、大型船舶に使用される、２ストロークディーゼルエンジンで、その熱効率は５０％以上になります。

ロータリーエンジンは、その小型軽量で大出力が得られる特性がいかせるスポーツモデルなどには確かに有用なエンジンです。そのような目的の車種には今後とも採用競れて行くでしょう。

お礼

なるほど！　回答のサジ加減が絶妙で、大変喜んでいます。ありがとうございました。

回答No.1

noname#12265

自動車の研究・開発エンジニアで内燃機間が専門ではありませんが、どなたも回答してらっしゃらないので・・・・一応『経験者』とゆぅレベルでお願い致します。(職場が自動車の研究所なので同僚にエンジン屋もおりますし、また、とりあえず機械工学科出なので、大学レベルの熱力学の単位は取得している、とゆぅ事で・・・・）

　ロータリーエンジンの排気量当りの高出力は、熱効率がよいから、ではありません。
　ロータリーではエキセントリックシャフト１回転で３回爆発しますが、これが普通のレシプロでは、４ストならクランク２回転で１回、２ストでもクランク１回転で１回爆発です。排気量とは燃焼室の容量を計算するだけなので現在のロータリーの排気量表示はあれほど小さくなっていますが、本来はその３倍の燃焼室が用意されているワケです。
　すると、レシプロ単気筒と単ローターを単純計算で比較しますと、出力は２回転１爆発に対して１回転３爆発なので６倍、一方燃費も６倍、となります。
　勿論、実際には内部フリクションの問題もありますし、それにレシプロではより巨大なフライホイールを回す、とゆぅムダ仕事もありますので、単純になんでも６倍、とゆぅワケにはいきませんが。

　また、ロータリーの燃焼室形状も、レシプロエンジンのエンジニアからはやや否定的に見られています。
　燃焼→膨張行程をより意図した通りに導く為に、点火→爆発→膨張に至るプロセスをコントロールしなければなりません。そこで現在では、火炎伝播距離が長く混合気全体の爆発までに時間がかかる設計は敬遠される傾向にあります。これはつまり、ウルトラショートストロークで、プラグから燃焼室の隅までの距離が長いワイドボアの燃焼室はイマイチだ、とゆぅ事ですが、ロータリーの燃焼室は構造上、超偏平にならざるを得ません。この辺りをマツダさんがどの様に克服してらっしゃるのかは判りませんが、燃焼室形状に関しまして不利な要素を内包しているのは確かです。

　死点損失に関しましては御指摘通りロータリーの方が有利ですが、それほど大きいワケでは無いのでは・・・・？現在のエンジンのロスで最も大きいモノの一つはスロットル・ロスですが、バタフライバルブと吸入行程がしっかり存在するロータリーでも、当然スロットルロスは発生しています。

　ワタシ個人の見解としましては、軽量で高回転が狙えるロータリーエンジンは常に全開で使えるレーシングエンジンにこそ相応しく、現在のロータリーエンジンに不利なレギュレーションを変更出来ればレシプロエンジンを駆逐出来るのではないか？とさえ思いますが、一方市販車用としましてはその熱効率の低さの為にこれ以上普及はしない様な気がします（実際この効率の低さ故、１度ならず２度３度と滅びかけていますが(^-^;)）。

　ところで、熱力学的には・・・・ミラーサイクル、の元ネタであるアトキンソンサイクルは圧縮比と膨張比を独立可変とする理論であり、どちらも可変していないロータリーエンジンはタダのオットーサイクルでは？

　ちょっと定量的な話にならずすみません。ここで指摘させて頂いた事柄は、内燃機関或いは熱力学の教科書レベルの本に出ている、結構当たり前の話だと思います。内燃機関に御興味がおありなら、雑誌などではなく専門書を御読みになられても楽しいのではないかと思います。シャレでもウソでも社交辞令でもなく、或いは貴殿が、ロータリーの致命的欠点を克服する手段を発見されるかもしれませんし。（自動車雑誌や素人さん向けの技術解説書などは、書いている方自身の知識が怪しいモノも多いので、１００％信じてはいけません）
V(^o^)

お礼

素晴らしい回答！　私にとってドンピシャの内容でした。素人にお付き合い頂きましてありがとうございました。専門書の敷居を跨いでみます。