ミラーサイクル

- 第４回 モッタイナイのココロ -

長々とメンドクサイ話にお付き合いいただきまして、ありがとうございました。
ようやく、ミラー・サイクルです。

さてこのミラー・サイクル、一言でいえば“モッタイナイ”のココロです。
これまで捨てていたモノを利用しましょう、ってのが基本的な考え方です。
では、なにを捨てていたのか？
圧縮比１０：１のエンジンの場合を考えてみます。
エンジンに吸い込まれた空気とガソリンは、１/１０の容積まで押しつぶされます。
そこでスパークプラグに点火。
ドカーンと爆発して、また１０倍に膨れ上がります。

やがてピストンが下死点になると、当たり前ですが、ピストンは運動の向きを変えて上昇を始めます。
右の図がその様子を表しています。
でも、ちょっと待ってください。
実はこの時、燃焼ガスにはまだ余力が残っているのです。
どういうことかと申しますと、クランクシャフトさえなければ、燃焼ガスはまだピストンを押し下げることが出来るのです。
にもかかわらず、排気バルブが開き、ピストンがせり上がってくると、まだ働けるはずの燃焼ガスが捨てられてしますのです。

右の図では邪魔なクランクシャフトを取ってしまいました。
ピストンは、燃焼ガスのエネルギーがなくなるまで下がることが出来ます。
図内にありますように、モッタイナイのです。

まだ働けるのに捨てられる・・・
オッサンの皆さんは、定年退職のその日を想像したことがございますでしょうか。
さっぱりした。清々した。うれしくてスキップが出ちゃう・・・
と思うのでしょうか？
それとも、

あーーーッ！ まだ働けるのにィィィィ！

と叫ぶのでしょうか？

通常の４サイクルエンジン（オットー・サイクル）では、まだ働ける燃焼ガスは泣きも叫びもせずに捨てられているのです。
まあ、マフラーを外したときのあの爆音が、燃焼ガスの雄叫びと言えないこともないかもしれませんが・・・

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ミラーサイクルの話の前、最後にもう一つだけ知っていただきたいことがあります。
圧縮比と膨張比です。
上の図は、フツーの４サイクルエンジン。

圧縮行程で１０の容積を１に押しつぶせば圧縮比は１０：１です。 圧縮された空気とガソリンが燃焼して容積を増やしますが、この増える割合を膨張比といいます。
フツーの４サイクルエンジンは、吸気時の下死点も燃焼時の下死点もピストンの位置は同じなので、圧縮比が１０：１なら膨張比も１０：１になります。

今度の図は、クランクシャフトがなかったと仮定した場合です。
燃焼ガスは心行くまで働いてピストンを押し下げます。
この場合、圧縮比と膨張比は等しくありません。
圧縮比 ＜ 膨張比
となります。

さあ、そこでアトキンソンさんは考えた。
ナンとか圧縮比 ＜ 膨張比となるようなエンジンを作れないモノかと・・・
で、特殊な仕組みを作ってみたものの、複雑すぎてとてもクルマ用の高回転エンジンには使えない・・・

そこでミラーさんが登場
圧縮比 ＜ 膨張比にしたいのは分かった
で、膨張比を大きくできないのも分かった
なら、膨張比をそのままで圧縮比を小さくすりゃイイじゃね？
と言う流れで、ミラーサイクルが誕生しました。

圧縮比を小さくするって、どういうことよ？

下の図を見てください。

お解りいただけましたでしょうか？
吸気バルブを遅く閉じることで、一度吸い込んだ空気を吐き出してしまえば、実際に圧縮される空気は減り、圧縮比が下がるというわけです。
燃焼時のバルブの動きはフツーの４サイクルと変わりませんから、膨張比はそのまま。
という訳で、圧縮比 ＜ 膨張比が成り立つわけです。

チョッと待てよッ！

それじゃ、エンジンの排気量が小さくなるも同然じゃないか！

と気づかれたオッサン、サスガです。

２０００ｃｃ、４気筒エンジンで考えてみましょう。 １シリンダー当たりの容積は５００ｃｃです。 ミラーサイクルでは、せっかく５００ｃｃの空気を吸い込んでも、１００ｃｃ吐き出してしまったら、このエンジンは４００ｃｃ×４で１６００ｃｃの排気量しか持っていないことになります。

そう、このままでは、

ミラーサイクルはゼンゼン力が出ないのです。

で、ミラーさんは考えた。

そうだ、スーパーチャージャーだ！

スーパーチャージャーで空気を押し込めば、実排気量が減った分の空気を詰め込める。

イヤ～素晴らしい。
複雑な仕組みを用いることなく燃焼ガスのエネルギーを無駄なく使い、実排気量が減ることによる力不足も解決。 で、実際のところ、どうなのでしょうか？ このミラーサイクルエンジンとやらは・・・

続く