ガスの圧縮方法

2017 年の夏、マツダは次の発表を行いました。自動車会社は乗用車用の圧縮着火ガソリンエンジンを製造する方法を発見しました。マツダは、新しいエンジンにより燃費が20～30パーセント向上する可能性があり、これはガソリンエンジンとしてはかなりの成果であると主張した。

このテクノロジーについて詳しく説明する前に、圧縮点火エンジンは新しい概念ではないことに注意してください。 F1 カーは圧縮着火エンジンを使用しており、他のいくつかの自動車メーカーは乗用車用の商業的に実行可能なバージョンの開発を試みています。しかし、SKYACTIV-Xと呼ばれるマツダのエンジンは、このタイプの初めて量産され、市販されるエンジンとなる。マツダのパワートレインエンジニア、ジェイチェンのおかげで、HowStuffWorks はこの画期的な進歩がどのように達成されたかを知ることができました。ただし、最初にエンジンの基本機能を確認する必要があります。

エンジンは、熱と圧縮という 2 つの方法で燃料に点火することによって動作します。火花点火エンジンはほとんどのガソリン車に搭載されています。これらのタイプのエンジンでは、燃料と空気の混合気も圧縮されながら、点火プラグが点火して燃焼室内の燃料に点火します。もちろん、これはプロセスの非常に簡略化されたバージョンであり、2 つのエンジンタイプの主な違いを説明するためだけにのものです。火花点火エンジンはサイクルに従い、動作するには正確なタイミングが必要ですが、一般にさまざまな条件下でも信頼性が高くなります [出典: Knight]。

圧縮点火エンジンは、ディーゼルエンジンによく似た動作をします。ディーゼルははるかに高い圧縮（より重いコンポーネントとより強力な構造が必要）向けに設計されており、点火プラグではなくグロープラグを熱源として使用します。グロープラグは圧縮チャンバーを加熱し、チャンバー内の圧縮を高めます。燃料がチャンバーに追加されると、グロープラグの先端全体に噴射されますが、そのプロセスは燃料とプラグの接触よりも圧縮に依存します。「火花」の欠如により、ディーゼルエンジンは、その他の点では同様の仕様を持つガソリンエンジンよりも高い EPA 評価を達成することができます [出典: Stewart]。

ガソリンに焦点を当てている場合、ディーゼルエンジンの仕組みを説明することに何の意味があるのかと疑問に思うかもしれません。簡単に言うと、圧縮の重要性を説明するためです。ガスエンジンを改善する最善の方法は、圧縮を高める方法を見つけ出すことです。これにより、エンジンが燃料供給をより効率的に使用できるようになります。

圧縮着火ガソリンエンジンは、これらのプロセスの最良の部分を組み合わせたものです。エンジンは、排気バルブと吸気バルブのタイミングを調整することで、エンジンシリンダー内に空気 (通常はエンジンの排気) を閉じ込めるようにプログラムされています。燃料インジェクターは、この閉じ込められた排気ガスに燃料を追加します。閉じ込められた混合気は非常に高い圧縮下にあるため、比較的少量の燃料が点火する可能性があります。

圧縮点火エンジンは 2 つの異なるタイプに分類することもできます [出典: Lindberg]。

これら 2 つのエンジンの主な違いは、エンジンのサイクルとタイミングの調整によって燃料が追加されるプロセスの点です。それ以外の場合、エンジンは同様に機能します。圧縮が最も重要な要素です。

圧縮着火エンジンにはいくつかの利点がありますが、少なくとも同じくらい多くの欠点があります。その利点には次のようなものがあります。

「大まかに例えると、火花点火は、新聞紙の焚き付けの片端に火をつけ、炎が紙の上を徐々に登っていくのに似ています」とマツダのパワートレインエンジニア、ジェイ・チェン氏は電子メールで説明する。「[圧縮点火]は、燃料と空気が臨界圧力と温度に達し、チャージ全体が同時に位相を変化させ、すべてのエネルギーを一度に放出する自然発火に似ています。すべてのエネルギーをほぼ同時に放出することで、[圧縮着火] は、同じ量の空気からより多くのパワーを引き出すことができ (膨張比が使い果たされるかなり前に発生するため)、使用する燃料が 2 ～ 3 分の 1 になり、燃焼温度がはるかに低くなり、無駄な熱エネルギーと排出ガスの生成がさらに削減されます。。」

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