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イイね!
2018年08月06日

暑いですね~(´ε`;)暑いとエンジンにとっても辛いんです:内燃機関についての勘違い

いや~
暑い!本当に暑いです(´ε`;)
今のAM11:30頃の状態で37.5℃!?

ここまで暑いと色々なものに影響が出てきますよね。
健康はもとより、熱による物性変化の弊害(金属の熱膨張によるレールの曲がりなど)も・・・

ここで原動機(ここではピストンエンジン)のことについて触れてみましょうか。
夏になるとエアコンを使うのでそれにパワーを食われる・・・まあ、それもしかりですが根本的に外気温が関係してきます。

エンジニア&チューナー間では吸気温度によるガス膨張で単位体積あたりの有効酸素量が減ること、充填する空気量にたいして分子量が少ないので充填効率が悪いとされています。
これはまさにその通り!
しかしこれだけじゃありません。



一般的に内燃機関(ピストンエンジンやジェットエンジン)は爆発の力のエネルギーによってピストンを押し下げて、一方向に向かうモーメントを回転モーメントに変換する装置と思われがちですね。

しかし・・・
それは正解なようで不正解┐(´ー`)┌

まずはピストン式原動機の元祖である蒸気機関をおさらいしてみましょう。



蒸気機関は水を沸騰させ、高温高圧になったガス「水蒸気」をシリンダーに送り、その水蒸気がシリンダー内で断熱膨張するエネルギーによってピストンを動かしその一方向モーメントを回転モーメントに置き換えるものですね(ワットの蒸気機関)。

水蒸気の温度(本来の水蒸気は無色、見えるのは湯気)は250℃くらいです。
この250℃の水蒸気が、大気の気温の遮蔽された密閉容器に入れられるとどうなるか?
膨張します。これなんです。


単純なイメージでいうと・・・

外気温10℃に250℃の水蒸気だと
250-10=240℃の差

外気温30℃に250℃の水蒸気だと
250-30=220℃の差

外気温250℃なら?
250ー250=0

差が大きいほど膨張エネルギーが大きいのでそれだけ大きな出力を得ることできるんです。


この水蒸気の部分を化石燃料の燃焼に置き換えて造られたのがピストン式内燃機関(カルノーサイクル)です。
ジェットエンジン(これはジェットサイクルというものです)はいきなり回転モーメントを作り出す内燃機関ですね。

すなわち化石燃料の燃焼によって生まれたガスが、遮蔽された容器の中にあって、それが大気温度との差によって膨張する事によって動いているものなんです。

燃焼温度が850℃として

外気温が0℃ならば
850℃-0℃=850℃

外気温が40℃ならば
850℃-40℃=810℃

熱的にみてその差は大きいですよね~

以上の温度差による効率は、単位時間あたりの仕事量を表す馬力よりも、一行程の効率に影響することから、トルクに関わる事につながりますよね。



夏にエンジン出力が下がるのは、エアコンや充電器による機械的エネルギー損失、混合気の充填効率低下、に加えてこの熱膨張の原理による根本的なエネルギー交換効率の悪さから来ているんですよ。

熱的な効率対策をするためにはどうするか・・・
燃焼温度を上げるかエンジンルーム内温度(エンジン周囲の温度)を下げる他ないんです。

まあ、実際のエンジンの制御はもっと複雑なので(部品の熱的強度、燃焼速度、ガス交換スピード、過給器の制御などなど)いろいろな事が組み合わさるので、それも考慮する必要性がありますけどそれは割愛。

私が、皆に「タンクタイガー」を勧める理由はここにあるんですね~
「タンクタイガー」によって、化石燃料の炭素と水素の結合体の結合状態を解して、酸素と結びつき易く(燃焼)してやる。完全燃焼とそれに伴う着火リレーの高効率化が安定した高温燃焼状態を生み出す。

結果的に一酸化炭素が発生しにくくなるということなんです(一酸化炭素は未燃ガスなのでそれがあるということは完全燃焼できていない=燃焼温度が低い)。

ここにおいて、チューニングの世界でいう排気温度コントロールについては触れません。
なぜなら別の要素のことですから。
それについてはまた機会があれば記事にします。

ついでに・・・
ターボチャージャーは排ガスの勢い(圧力)で排気タービンを回す、と考えている方が多いのですが、本当は違います。

これも排気タービンに入り込んだガスが膨張してインペラーの羽を動かす事によって回転エネルギーを生んでいるのです。このガスに含まれるエネルギ-が熱と音。排気ガスで捨てられている、このエネルギーを空気を圧送する手段として生まれたのがターボチャージャーなんです。すなわち、エネルギー還元装置というのが正しいかと思います。

iQはタイロッドを動かすために大きな穴がフェンダー内に空いています。
だから、エンジンルーム内温度は上がっていないように思うんですよね~
如何でしょう・・・

今回の記事はわかりやすく書いたつもりなので厳密なものとは違いますのでツッコミはなしでね~
昨日のCars&Coffeeでは、このあたりの事を説明させて頂いた方もおられます。
お会いする機会があればいつでもどうぞ~m(_ _)m
ブログ一覧 | 仕事 | 日記
Posted at 2018/08/06 13:01:05

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この記事へのコメント

2018/08/06 20:44:51
昨日お聞きして居た時は漠然とは解りましたが3割位しか理解できてませんでした(汗)

このブログを2回読み直したら6割位理解しました!
寝るまでに後3回読んでシッカリ復習しておきます!(笑)

暑い時期は、タンクタイガーは濃い目めですかね?
コメントへの返答
2018/08/06 21:19:43
良かった良かった・・・?

濃い目が良いですよね~
1.5~2倍くらい?
(多めに入れようとしたら多分そのくらいいっちゃいます(笑))
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