ミラーサイクル

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ミラーサイクルとは、容積型内燃機関においてアトキンソンサイクルを吸気バルブの早閉じ遅閉じによって実現したサイクルである。また、吸気通路にロータリーバルブを設けて同様の効果を持つものも研究された。

概要[編集]

ガソリンエンジンディーゼルエンジンガスエンジン等に応用例がある。「ミラー」とは、このシステムを1947年に最初に考案した技術者の「R.H.Miller」の名前に由来する。

自動車用エンジンなどに代表されるオットーサイクルやディーゼルサイクルの理論サイクルでは、膨張比(=圧縮比)を上げるほど熱効率は向上する。しかしながら、高すぎる圧縮比は、ガソリンエンジンではノッキングの発生の問題、ディーゼルエンジンでも高い燃焼圧に耐えるための機械的な強度の問題がある。

ミラーサイクルでは、吸気行程においてバルブの閉じるタイミングを、オットーサイクル機関の場合よりも進ませるまたは遅らせるように設定することで、吸気の充填効率を低くすることによって実質的な圧縮比を低く抑えて上記の問題点を解消し、高い効率と安定した燃焼を同時に得ている。 手法としては前述のように吸気バルブの早閉じと遅閉じがあるがそれぞれに長所・短所がある。これらはエンジンの負荷や回転数によっても異なってくるため一概にどちらが優れているかは言えない。単純にポンピングロスやフリクションロスだけを考慮した場合はどちらかが優れているという事もあるが、代わりに燃焼状態が劣る事もあり総合的に考える必要がある。

過給ガソリンエンジンでは、ノッキングの防止のために圧縮比を自然吸気エンジンよりも下げることが必要であるが、そのことは熱効率の低下につながる。ミラーサイクルを用いることで、膨張比はそのままに圧縮比のみを下げ、熱効率の低下を最小限にすることが出来る。その例がリショルム・コンプレッサを用いたマツダユーノス800/ミレーニアに搭載されたKJ-ZEMエンジンである。この技術はその後マツダ・デミオのミラーサイクルエンジンに引き継がれている。ただしデミオのミラーサイクルエンジンには過給器は搭載されていない。また、自然吸気エンジンではより高い熱効率のために膨張比を上げて、圧縮比をミラーサイクルによって下げている例もある。それが自動車ではハイブリッドカートヨタ・プリウスのエンジンである。このほかにもホンダ・シビック等では部分負荷での熱効率の低下を抑えるために、低回転の部分負荷では吸気バルブを遅閉じにして、吸気量を減らしてスロットルでの絞りを減らしたエンジンが用いられている。国内においてKJ-ZEM以降のミラーサイクルエンジンは基本的に自然吸気だったが、近年ではスーパーチャージャー(4葉ルーツ式)で過給するHR12DDRなどが出てきている。

現在の一般ガソリン車両におけるミラーサイクルエンジンでは既存のエンジンより作用角の広い吸気カムを用いる事での遅閉じが一般的で、これに加えて可変バルブタイミング機構による位相変化で吸気閉じのタイミングを状況に合わせて調整している。この機構を利用することで有効圧縮比をある程度変化させる事が出来るためミラーサイクル化した場合のデメリットは以前より少なくなり、利用しやすくなった。またミラーサイクルやアトキンソンサイクルを謳わない一般的なエンジンであっても、この機構を利用し吸気バルブの遅閉じを行うことで一定領域でミラーサイクル運転を行なっているケースもある。

一部の車種(トヨタのハイブリッドカー等)では、ミラーサイクルの高膨張比エンジンをアトキンソンサイクルと呼ぶ場合がある。ミラーサイクルとアトキンソンサイクルは効果は同等であるが、完全な同義ではないことに注意する必要がある。

ミラーサイクル適用事例[編集]