ガソリンNAエンジンの気筒休止

質問

これってメリット少ないのでしょうか？
結構簡単なのでやればいいんじゃないかと思うんですが。

ターボは低回転では排気量が少ないので過給圧が上がりにくいし、だから気筒休止のメリットも大きいですが、その反面気筒休止だってターボ車のほうがNAよりも設計が難しいはずです。そのターボ車で気筒休止ができているんだからNAではかなり簡単ではないかと思います。

現在SKYACTIVやEarthDreamTechnologyで38％台を実現しているエンジンでは60～70km/h以上であれば熱効率30％台のところを使えているのでHV不要です。仮に4気筒の2気筒を休止できれば負荷率的には50km/h以上では熱効率30％台となるでしょうから、それこそストップアンドゴーのないところではHVにそん色ない燃費になってきます。
ハイコンプNAというのはシリンダを小さくしてターボをつける代わりに圧縮比だけ上げたと思えば、タダで(つまり追加部品無しで)小さなターボをつけたプチダウンサイジングターボと変わりません。さらに気筒休止というのも製造コスト的には追加部品もないのでタダでできる技術です。つまりガソリンNAにこそとても相性のいい技術だと思うのですが。

回答No.2

tenteko20 · ベストアンサー

＞さらに気筒休止というのも製造コスト的には追加部品もないのでタダでできる技術です。
追加部品無しで気筒休止させるのってどのような仕組みで休止させると思っているのでしょうか？

単に燃料供給を止めれば良いと思っているなら間違いです。
燃料供給を止めた気筒の給排気の抵抗（ポンピングロス）でパワーダウンするだけで効率も上がらないと思います。

ホンダのインサイトのIMAハイブリッドは低中速での定速走行時にはモーターだけで走行することがありますが、クランクシャフトとモーターが直結なのでモーター走行でもクランクシャフトは回転していますがそれでは吸排気抵抗で効率が悪いのでVTEC技術を利用して全バルブを閉じたままにして吸排気抵抗を低減しています。

お礼

ご回答ありがとうございます。VWも休止中の気筒のバルブは閉じていたと思いますので空気サイクルはしませんね。おっしゃるとおりIMAはエンジンに対する電気ターボなので、電気メインの時にエンジンを切り離すことができず、だからFIT3ではエンジンもモーターもクラッチで切れるようにしています。

それはそうと最近の

補足

ホンダのVTECは高速カムと低速カムをカシーンと切り替えてバルブタイミングを変えていましたが、VWの気筒休止もそれと同じ事ですから大したことないと思いますが。
ただ最近のエンジンでは高圧縮比なのとEGRを思い切り入れて低負荷の実効圧縮比を改善しているので昔のエンジンほどに効果は上がらないかもしれませんね。

回答No.6

chiha2525_

質問の主旨から外れるのですが、気筒休止エンジンは大嫌いです。2000ccを休止して1000ccで使うなら最初から1000ccで良いだろと思うのです。無駄に無駄を重ねてる（大排気量という無駄に休止という無駄）ようにしか思えないのですよね。

アトキンソンサイクルのほうも、1000ccの内の660ccを圧縮して爆発で1000ccまで膨張するよってことなのだけど（数値は例えです）、じゃ660cc圧縮の660cc膨張でも大差ないんじゃないのって言ったらそうなんですよね。でも、少しは効率が良くなるようなので、そのあたりに期待してます。

お礼

ご回答ありがとうございます。気持ちはわからなくもないですが、実際には使用する出力のレンジが広すぎるので仕方がないのでしょう。

現在2000ccを積んでる車で気筒休止を考えているときに、じゃあその車に1000ccで十分かというとそうでもないわけです。2000ccで150馬力の車があって、じゃあ1000ccで75馬力だとどうなるか。多分高速道路で5%の坂を上るときに6000回転回して5ATで3速までキックダウンして上ることになるだろうし、長崎のような坂の町では1速と2速の間や2速と3速の間にもう一速ほしいとかという事で8段ATでもダンスが足りないとかになるんでしょう。

アトキンソンサイクルはオットーサイクルよりも熱効率が良くなるから存在意義があるんであってじゃなかったらみんなオットーサイクルにしてますね。

回答No.5

sailor

確かにミラーサイクルなどでは熱効率は高くなりますね。
圧縮と膨張行程でのストロークもっと積極的に変えたアトキンソンサイクルというエンジンもありますね。確かホンダが発電機用のエンジンとして作っています。
これなどはピストンのストロークが吸入圧縮時と膨張排気時で実際に変化するので、燃焼によるエネルギーをかなり有効利用できる気候です。まぁ、欠点も多いのですが・・・

ターボによる排熱の回収方法についてのご意見は面白く思いますが、やはり同様ではないのですよ。結果として同じまたは近い結果が出るとしても熱サイクルとして全く異なりますし、ＰＶ曲線を見ても異なるでしょう。したがって同様に考えることはできないんですよ。

お礼

ご回答ありがとうございます。話はそれましたが本題に話を戻すと、気筒ごとの負荷率を変えるという事はすでに気筒休止に近いことをしているという事です。
それに無負荷の時に触媒の温度が下がるのを防ぐために燃料を噴射することがありますが、下り坂で無負荷でフューエルカットが働いて4気筒空気サイクルするせいでたくさんの空気が通るから触媒が冷える。だったらせめて2気筒だけにしておけばいいじゃないですか。だったらエンジン止めてしまえと言いたいところですが、HVでもなければトラクションが無くなってしまうのでエンジンを切断するわけにいかないしエンジンブレーキがほしい場合もあるし。

でも自分で言っといてなんですが、気筒休止なんかするくらいなら極低負荷時だけオルターネータを逆回ししてEVセーリング走行してエンジン止めちまえってくらいでいいかもしれませんね。オルターネータを3kwくらいまで強化して走行用バッテリー追加すればいい。ワゴンRのSエネチャージみたいな感じ。

アテンザGJ20乗ってますが転がり抵抗Aのエコタイヤ履いてCD0.28で40km/hくらいで走る場合で計算すると走行抵抗は3kw程度なので十分エンジン止められます。50km/hでも4kw強ですから、緩やかな下り坂であればやはりエンジン止められます。

40-60km/hはエンジン止められませんし熱効率の低いところですが、そこはプリウスみたいに少しエンジンの負荷率を上げて運転して余った分をバッテリーに貯めてしまえばいい。電池は0.1kwhくらい積んどけば十分でしょう。走行抵抗は40km/hで3kwなので0.1kwhあれば1.3kmエンジン停止して走れることになります。
調べてみたらセレナのスマートハイブリッドのモーターが1.8kwなのでその程度でもいいかもしれません。40km/hで走ってるときの走行抵抗3kwに1.8kw上乗せできれば相当熱効率が上がるでしょうから無理に気筒休止することもなくなります。それにエンジン止めてしまえば触媒が冷える事を心配することもありません。

回答No.4

sailor

実際に採用例はある（例えば三菱のマイベックエンジンとか）のですが、燃焼を止めることによって確かに燃料の噴射量は減るのですが、ピストン自体を止めるのではないので休止したシリンダー周りで発生する摩擦損失とピストンによって移動させられる空気が生むポンピングロスはそのままになります。考え方としては大きなパワーが必要な時はすべてのシリンダーを動作させ十分な排気量のエンジンを搭載した車として動作し、パワーが必要ないときは幾つかのシリンダーの動作を止め小排気量のエンジンとして動作させることになるのですが、実際に小排気量のエンジンを積んだものより動作を止めたシリンダーの分だけ多くの摩擦とポンピングロスを発生することと、実際に小排気量のエンジンを積んだ車種よりも重くなることなどの不利な点があり、ほとんど実際のメリットはなかったようです。

現在では筒内噴射などの超希薄燃焼技術が開発されているので、単純に休止気筒を設けるより、非常に希薄なガスですべてのシリンダーで燃焼を継続するほうが機械的な（例えばバルブ動作の変更など）制御よりもさらに高効率な制御ができることが実証されているので、休止気筒を設ける方法はすでに時代遅れというところでしょう。

それから休止気筒を設けるためには部品の追加が必須ですよ。単に燃料の供給と点火を止めるだけでは、不必要なバルブ駆動のための損失と休止シリンダーが圧縮状態になるための損失が大きくなり。そのためのトルク変動も大きくなるためにひどく使いづらく振動も騒音も大きなエンジンになってしまいます。そのためバルブを動作を止めてやる必要がありそのため動弁機構に特殊な構造が必要になります。また、給排気系においても燃焼間隔などが休止気筒のあるなしで変わることになり、この系統の脈動を積極的に利用する方式をとることも難しくなります。

それからターボチャージャーで熱効率が高くなるのは排気ガスとして捨ててしまっているガスにもまだ十分なエネルギーが残っているので、このエネルギーを回収して利用することによるもので小型のエンジンで同様の出力があるということと同義に考えるのは誤りです。

お礼

ご回答ありがとうございます。

補足

本格的なご回答ありがとうございます。

最近のハイコンプNAはミラーサイクルだったりするので排気温度が下がります。それはターボで回収するのと同じ意味を持ちます。ターボは捨てている熱を回収しているのは確かですが、その分圧縮比があげられないので熱効率を上げられません。実際にNAではSKY-GやFIT3などは39％程度まで行っていますが、VWのDSターボは37％程度です(プリウスの40％はエンジン単体走行を考えていないので除外)。

気筒休止を考える前に排ガス処理を考えてみましょう。高膨張比にすると排気温度が下がります。すると触媒が効かなくなるので困ります。そこで気筒ごとに負荷率を変えています。例えば60％、40％などと負荷率を変えるのであれば、その極端な例が100％、0％です。0％は気筒休止でしょう。
つまり単にガソリン噴射を減らすだけの気筒休止につながることはなされています。ここで100％、0％にしてしまえば0％の気筒では排ガス処理しなくてもいいので助かりますね。つまり排ガス温度が低下して触媒が効かなくなるのをふせぐためにリッチにする必要もなくなります。これだけでも燃費改善につながると思います。
もちろん負荷が低すぎて燃費が悪いのをどこかの気筒に負荷を集中することで熱効率を上げるという本来の効果もあるでしょう。

バルブを止めるのも2気筒作動時の振動を下げるのもVWはできているのでできる事でしょう。ただVWはターボの分だけ気筒が小さいので2気筒でも振動が小さいせいで気筒休止しやすかったのかもしれません。

ただVWが何回転で気筒休止するかは知りませんが、NAで気筒休止するのは多分1500rpm以下だけでいいと思います。
私はGJ20アテンザに乗っていますが1400rpmで70km/ｈ近く出ます。その速度なら25km/l近く走りますから、その領域で気筒休止する必要はありません。ちなみに6速1100rpmで60km/h出ますしそれ以上で巡航可能です。そこまではかなり燃費が良いのです。
さらにそれ以下の速度域、例えば40km/h巡航時などはギアが落ちてしまいますからかなりの軽負荷になり、熱効率がかなり落ちます。そこを改善するには気筒休止は有効です。つまり1100-1400回転当たりの気筒休止をすればいいことです。
ターボの場合は最低でも1500rpm回っていなければ過給できませんからそれ以上で気筒休止をしているのでしょう。サイズが小さくとも速度が高い分だけ振動が大きいと思いますので震度は小さいと思います。

そもそもターボがダウンサイジングで部品が軽くなって摩擦が減るのは確かですが、最低でも1500rpm回すのであれば、最低1100rpmで巡航できるNAのほうが回転数が低い分だけ摩擦を減らせる(15分の11に減らせる)ので同じことだと思います。
ミラーサイクルでも排気ガス温度を400度以下にはできないので、それ以下になるまでエネルギーを排気から回収するターボは有利ですが、その分圧縮比を下げなければいけない事で損をしています。
お互い一長一短ありますが、それらを合計した結果として39％対37％という熱効率の差になっているのでしょう。

気筒休止をして何をどこまで対策するかはありますが、VWのTSIで気筒休止ができているのならNAでこそやればいいと思うし、脈動云々もありますが負荷率を気筒ごとに変えているNAは別の意味でその領域にすでに踏み込んでいると思いますがいかがでしょうか。

回答No.3

okhenta

追加部品不要で出来ると言う
貴方の革新的技術を教えて欲しい

お礼

ご回答ありがとうございます。

回答No.1

kagakusuki

実用化された事は何度かありますよ。

【参考URL】
　気筒休止エンジン - Wikipedia > 4 歴史
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%97%E7%AD%92%E4%BC%91%E6%AD%A2%E3%82%A8%E3%83%B3%E3%82%B8%E3%83%B3#.E6.AD.B4.E5.8F.B2

　只、一部の気筒を停止するという事は、膨張行程でピストンを押し下げる力が加わる気筒と、加わらない気筒が出て来る訳ですから、振動が大きくなりがちになる傾向がありますし、停止中の気筒内でバルブの縁などに劣化したエンジンオイルのスラッジが溜まり、バルブが動作不良を起こす事例があったようです。
　尚、最も燃料消費が多くなる加速時には気筒を休止させる事は無いため、加速中の燃費は、気筒休止機能が無いエンジンと変わりません。
　そして、何らかの機能を付け加えればコスト高になるのは避けられませんから、気筒停止エンジンを搭載する事による価格の上昇がユーザに嫌われたため、気筒休止エンジンはあまり普及しなかったという事の様です。

【参考URL】
　Car-Me >  まとめ > クルマ > 三菱の気筒休止エンジンとは何だったのか？
　　http://car-me.jp/articles/2705

お礼

ご回答ありがとうございます。三菱は何でも手を付けるのが早いというか、超希薄燃焼も直噴もそうだったし。それはともかくVWがターボでできるのならNAではもっと簡単ではないかという事なんですが。