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ダウンサイジングとライトサイジング(メカニカルフリクションか?)

常吉

ダウンサイジングとライトサイジング(序)

エンジンのダウンサイジングとは燃費改善を目的とした小排気量化の事。
例えば同じ車のエンジンをV6 3L NAからL4 2L過給に、あるいはL4 2L NAからL4 1.5L過給のように小さな過給エンジンに置き換えることによってその車の燃費を良くしようという試みですが、現在各社で採用されているダウンサイジング過給エンジンは小排気量化だけでなくミラーサイクルが付いてくる例が多くなっています。

ここではそのダウンサイジングミラー過給ガソリンエンジンついて考えてみます。

まず第一に、何故エンジンを小排気量化すると燃費が良くなるのでしょうかか?
そんな事当たり前だろ?排気量が小さいんだからメカニカルフリクション(機械摩擦)が少なくなるんだよ。と思われる方が多いのではないかと想像しますが、本当にそうでしょうか?

意外にそうでもないのですよ。

確かにただ単純にV6をL4にしたり、L4をL3にしたりすることによってメカニカルフリクションは下がります。しかし、ダウンサイジングエンジンというのはそもそも元のエンジンと同じ車格の車に搭載するので走りの性能が低下することは許されません。つまり出力・トルクが下がることは許されないのです。ダウンサイジングする前のエンジンの最高出力/最大トルクが180kW/200Nmであったとすればダウンサイジングエンジンのそれらは最低でも180kW/200Nmが必要です。それを小さな排気量から絞り出そうとするとシリンダ内の平均圧力=平均筒内圧力(BMEPとかIMEPとか)を上げざるを得ません。しかしそれはレシプロ系(ピストン、ピストンリング、コンロッド)やクランク廻りのフリクションを増やしてしまいます。更には筒内圧を上げるためには過給をせざるを得なく、スーパージャージャーならばそのメカニカルフリクションが加わり、ターボチャチャ―ならばエンジンの排圧が上るのでポンピングロス(この場合はピストンが排気を押し出すために使う仕事)の増加を招きます。

排気量が下がるのだからオイルポンプやウォーターポンプやラジエターファンの仕事が減るだろうと思われるかもしれませんが、先ほども書いたように出力が同じなのでエンジンの放熱量が変わらないため基本的には同じ仕事量が要求されます。

さらに言えば過給エンジンでは過給が効くまでの時間遅れをカバーするためにギアレシオをローにせざるを得ません。最高速を元の車と同じにするために一番高いギア比は元と一緒。それを実現するために7速とか8速とか10速といった多段変速機と組み合わされるのですが、それによって同じ車速におけるエンジン回転数は低速ギア側でダウンサイジングでないエンジンより高くなります。これもエンジンのフリクションが高くなる要因の一つです。
面倒くさくて量産車のギアレシオ調べていないので裏付けはなしですけれど、当たらずとも遠からずだと思います。

上に述べた理由から、同じ車速で(同じテストモードで)走った場合、ダウンサイジングエンジンのメカニカルフリクションは想像よりも低くないのです。

ではなぜ燃費がいいのか。
文字ばかりで読みにくくなるので次に続きます。


   
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Posted by常吉

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